[pt] Este trabalho constrói um modelo que gera uma dinâmica onde interagem (i) decisões educacionais, tanto individuais, quanto no nível público, (ii) decisões da fecundidade, e (iii) a economia política de uma sociedade. Esta interação, em conseqüência, determina: (i) a qualidade relativa do ensino público e privado e sua distribuição, (ii) o diferencial de fecundidade entre grupos sociais e (iii) a distribuição do poder político que, conjuntamente, determinam a evolução da distribuição de renda na sociedade. Apesar de ser um modelo geral, busca-se a adequação a alguns fatos estilizados e a evidências empíricas encontradas no Brasil, um país muito desigual, com um sistema democrático relativamente novo e com sérios problemas educacionais Resolvo então o equilíbrio estático e calibro os parâmetros, resolvendo a dinâmica numericamente. Mostro que, se a democracia funcionar bem, teremos um equilíbrio sem desigualdade no longo prazo, e explico então as forças que nos mantêm em uma armadilha de desigualdade elevada. / [en] This paper builds a model whose main idea is to generate a dynamics in which (i) educational decisions, at the individual as well at the public level, (ii) fertility decisions, and (iii) the political economy of a society interact and determine the (i) relative quality of public and private education and its distribution, (ii)the fertility differential between the groups and (iii) the distribution of political power, which jointly shape the evolution of income distribution in society. In spite of being a general model, it fits some stylized facts and empirical evidence found in Brazil, a very unequal country with a quite young democracy and very serious educational problems. We solve for the static equilibrium and then calibrate the parameters and solve it numerically. We find that if democracy works well, then we will have no inequality in the long run, and explain which are the forces that maintain us in a high inequality trap.

[pt] Óleos brutos altamente parafínicos podem causar problemas operacionais significativos, tais como bloqueio de um oleoduto devido à precipitação e deposição de componentes de parafina durante a produção e transporte de petróleo bruto. O custo de gerenciamento da parafina é enorme e aumenta significativamente com o aumento da produção de petróleo em áreas marítimas profundas. Mas estes custos podem ser significativamente reduzidos se a deposição de parafina em dutos puder ser prevista com precisão. Nesta pesquisa, o fenômeno de deposição foi analisado numericamente. O modelo de deslizamento foi utilizado para prever o fluxo multifásico e a deposição de parafina foi determinada a partir de um modelo de convecção. Este modelo previu com precisão as taxas de deposição de escala de laboratório em regime de fluxo laminar e turbulento. A taxa de deposição de parafina apresentou uma boa concordância com os resultados do software comercial OLGA. A comparação com a produção de petróleo de um poço real foi modelado, e bons resultados foram obtidos no impacto da queda de pressão devido à redução da área seção transversal causada pela deposição de parafina progressiva na parede do tubo. Os resultados deste trabalho mostraram uma boa consistência física e um acordo razoável com os dados experimentais e de campo comparados. / [en] Highly waxy crude oils can cause significant operational problems such as blockage of a pipeline due to the precipitation and deposition of select wax components during the production and transportation of the crude oil. The cost of wax management is enormous and rapidly increasing because of increased oil production in deep sea areas. Wax management costs can be significantly reduced if wax deposition in pipeline can be accurately predicted. In this research, the wax deposition phenomenon was numerically investigated. The drift flux model was employed to predict the multiphase flow and the wax deposition was determined based on a convective model. This model accurately predicted the deposition rates for lab scale under laminar and turbulent flows. The wax deposition rate presented a good agreement with the results of commercial software OLGA. A comparison with an existing oil production well was performed, and good results were obtained in the impact in pressure drop due to cross section area reduction caused by progressive wax deposition on the pipe wall. The results of this work showed a good physical consistency and a reasonable agreement with the compared experimental and field data.

[pt] Neste trabalho apresenta-se o desenvolvimento teórico e a implementação de uma metodologia proposta para o dimensionamento de juntas soldadas, baseada em soluções de modelos de placas obtidas por elementos finitos. A técnica consiste em, a partir da avaliação do estado de tensões nas proximidades da junta resultante da simulação numérica sob carregamentos reais, obter-se a dimensão requerida da seção transversal (seção da garganta) ao longo do comprimento do cordão de solda. No dimensionamento do cordão, consideram-se simplificações das distribuições das componentes de tensões ao longo da espessura da casca, inerentes aos modelos de cascas finas. Com o objetivo de testar-se a aplicabilidade da metodologia proposta em soluções numéricas apresenta-se, inicialmente, o dimensionamento de cordões de solda sob carregamentos simples - cisalhamento transversal, membrana e flexão - em que os resultados são verificados com os obtidos de modelos analíticos. Além destes, são também apresentadas soluções para estruturas complexas formadas por chapas soldadas, como exemplos de aplicação prática da implementação desenvolvida. / [en] This work presents theoretical and implementation procedures related to a proposal for the design of welded joints, based on finite element solutions for plate models. The technique consists on obtaining the required dimensions at the throat section of the weld, required to resist prescribed loads, based on stress component evaluations nearby the weld, along its length. In the calculations some simplifications on the stress component distributions along the plate thickness are considered, typical of thin walled plates. Evaluations of the proposed methodology are performed considering the weld design of plates under standard prescribed - transverse shear, membrane and bending loads - where the numerical results are verified against analytic results. Solutions for the design of plate welds in complex structures are also presented and discussed

[pt] O presente trabalho tem por objetivo a realização de experimentos e simulações numéricas para estudar a interação da turbulência e da combustão em uma chama não pré-misturada de hidrogênio no ar estabilizada a jusante de um corpo rombudo. Para tanto, são utilizadas, simultaneamente, as técnicas de PIV, para a determinação de dois componentes da velocidade, e a técnica de PLIF para a determinação da intensidade de fluorecência do radical químico OH, que é um bom indicador da localização da frente de chama. São avaliados os métodos de pós processamento dos resultados do PIV com o intuito de maximizar a resolução espacial da técnica e ao mesmo tempo remover o maior número de vetores espúrios dos campos de velocidade instantâneos. Paralelamente, o queimador é modelado no software ANSYS/FLUENT e os resultados de simulação validados por comparação com os resultados experimentais. Modelos baseados nas médias de Reynolds são empregados para a caracterização da turbulência e o modelo de elementos de chama é adotado para a descrever a combustão. Os resultados experimentais indicam que, para as vazões de ar e hidrogênio adotadas, a combustão ocorre no regime de elementos de chama, onde a frente de chama apresenta algumas dobras, mas sem descontinuidades. Os resultados das simulações com combustão não obtiveram boa concordância com os resultados experimentais, indicando que a malha de cálculo precisa ser aprimorada. / [en] The aim of this work is to carry out experiments and numerical simulations to study the turbulence-combustion interaction in a nonpremixed hydrogen-air ame stabilized in a bluff body wake. For this purpose, are used a PIV technique for the determination of two velocity components and a PLIF technique to determine the uorescence intensity of the chemical species OH, which is a good indicator of the flame front location. PIV post-processing methods are evaluated in order to maximize the spatial resolution of the technique and to remove spurious instantaneous velocity vectors. In addition, the burner is modeled in ANSYS / FLUENT and the simulation results are validated by comparisons with the experimental results. Models based in the Reynolds avareges are used to characterize the turbulence and a flamelet model is adopted to describe combustion. The experimental results indicates that, for the ow rates of air and hydrogen adopted, combustion occurs in the flamelet regime, where the flame front is wrinkled, but without discontinuities. The reactive cases simulations did not agree with the experimental results, indicating that the computational mesh needs to be improved.

[pt] O setor da refrigeração possui um papel essencial e crescente na economia global, com um aumento na quantidade de sistemas operantes. A necessidade de desenvolver novos refrigerantes tem sido cada vez mais frequente, a fim de atender a legislações ambientais cada vez mais rigorosas. Igualmente, medidas envolvendo a introdução de novos materiais, como os nanofluidos, tem sido uma constante. Neste trabalho, um sistema de refrigeração usando uma mistura nanolubrificante POE-diamante e refrigerante R410A foi simulado. Dados experimentais cedidos pela Universidade Federal de Uberlândia (UFU) foram usados para a elaboração e validação do modelo. O simulador utiliza a equação de Peng-Robinson para o cálculo das propriedades termodinâmicas e o método de fronteira móvel para a modelagem dos trocadores. O impacto das nanopartículas em relação aos parâmetros críticos foi avaliado a partir do princípio do isomorfismo e da natureza de ambos os materiais: fluido base e nanopartículas. A convergência da simulação do ciclo de refrigeração foi obtida com o método do simplex modificado, que mostrou-se adequado para tal aplicação, apresentando convergência satisfatória em todos os casos. As temperaturas de evaporação, condensação e de descarga do compressor são obtidas a partir das condições de operação do compressor, dos dois fluidos de transferência de calor, do grau de superaquecimento no evaporador e também do grau de subresfriamento no condensador. Superfícies de resposta foram criadas a fim de avaliar o efeito de cada uma das variáveis (temperatura de evaporação, frequência do compressor e concentração de nanopartículas) utilizadas no estudo do coeficiente de performance (COP), da capacidade frigorífica e da potência do compressor. A temperatura de evaporação possui um impacto significativo sobre a capacidades frigorífica e o COP, enquanto que a potência é mais afetada pela frequência do compressor. A concentração de nanopartículas, apesar de possuir um efeito marginal, não deve ser desprezada, devido à modificação que causa sobre as propriedades termofísicas da mistura. / [en] The refrigeration sector has an essential and growing role in the global economy, with an increase in the number of operating systems. The need to develop new refrigerants has been increasingly frequent, in order to meet increasingly stringent environmental legislation. Equally, measures involving the introduction of new materials, such as nanofluids, have been a constant. In this work, a cooling system using a POE-diamond nanolubricant mixture and R410A refrigerant was simulated. Experimental data provided by the Federal University of Uberlândia (UFU) were used for the elaboration and validation of the model. The simulation uses the Peng-Robinson equation to calculate thermodynamic properties and the moving-boundary method for modeling the heat exchangers. The impact of the nanoparticles in relation to critical parameters was evaluated based on the principle of isomorphism and the nature of both materials: base fluid and nanoparticles. The convergence of the refrigeration cycle simulation was obtained with the modified simplex method, which proved to be adequate for such application, presenting satisfactory convergence in all cases. Evaporation,condensation and discharge temperatures are obtained from the operating conditions of compressor and both heat transfer fluids, the degree of superheating in the evaporator and also the degree of subcooling in the condenser. Response surfaces were created in order to evaluate the effect of each of the variables (evaporation temperature, compressor frequency and nanoparticle concentration) used in the study of the performance coefficient (COP), refrigeration capacity and compressor power. Results have shown that the evaporation temperature has a significant impact on the cooling capacity and the COP, while the power is mainly affected by the compressor frequency. The nanoparticles concentration, despite having a more attenuated effect, should not be neglected, due to the change it causes to the mixture thermophysical properties.

[pt] A crescente demanda energética verificada ao redor do mundo e a conscientização pública acerca dos efeitos deletérios do excesso de gases estufa na atmosfera vem colaborando para a articulação de compromissos de grande alcance em nome da adaptação das matrizes energéticas a formas ambiental e economicamente sustentáveis. A adesão à energias renováveis (como solar e eólica) e a descentralização da matriz energética por meio de tecnologias de geração distribuída (visando a melhoria da eficiência do uso da energia) são alguns dos movimentos mais relevantes realizados para fazer frente a essas demandas. Neste ínterim, o presente trabalho é dedicado à simulação numérica mediante o conceito 4E (Energy, Exergy, Environmental and Economic) de um sistema híbrido CHP (Combined Heat and Power) on-grid para atendimento de pequenas demandas residenciais ou industriais, tendo gás natural e energia solar como vetores energéticos preferenciais. O sistema inclui um reformador de gás natural para produção de gás de síntese rico em hidrogênio, uma célula a combustível com membrana de troca de prótons (PEM), painéis fotovoltaicos, baterias conectadas à rede elétrica por um inversor bidirecional, trocadores de calor e componentes auxiliares como compressores e boilers. Os componentes do sistema foram modelados separadamente com base em equações de conservação e seus modelos devidamente validados. Uma análise energética e exergética do reformador de gás natural foi conduzida mediante a metodologia de planejamento de experimentos a fim de avaliar a necessidade de considerar uma formulação complexa do combustível em vez de um substituto (metano puro). Posteriormente, estes modelos foram inseridos como módulos de uma rotina mais ampla destinada a simular o desempenho econômico do sistema integrado num intervalo de tempo de até 20 anos. Tal rotina, implementada no MATLAB, permite a flexibilização de critérios operacionais importantes como número de consumidores, configuração do sistema híbrido (armazenamento e participação de painéis fotovoltaicos), diferentes tipos de tarifa (convencional ou branca) e o possível uso de rejeito térmico para cogeração, enriquecendo o escopo de resultados obtidos. Paybacks entre 7 e 20 anos de operação do sistema foram alcançados para diferentes combinações dos parâmetros examinados considerando-se a adesão no ano de 2020, onde consumidores residenciais obtiveram resultados predominantemente melhores do que os industriais em virtude da demanda menos exigente dos primeiros. Foram também previstas reduções de até 50% no custo cumulativo total para consumidores residenciais referente a adesão ao sistema proposto por 20 anos, levando-se em conta a queda prevista nos custos de aquisição dos componentes para as próximas décadas. A avaliação do sistema em termos ambientais foi feita através da quantidade equivalente de CO2 por unidade de energia. Concluiu-se que a configuração completa, mesmo auxiliada por cogeração, supera a média de emissões da matriz energética brasileira (devido à alta participação das fontes renováveis nessa matriz), permanecendo, ainda assim, como uma opção melhor do que a combustão pura do gás natural, especialmente no que diz respeito ao atendimento de demanda térmica. / [en] The growing energy demand verified around the world and public awareness about the harmful effects of greenhouse gases excess in the atmosphere have been contributing to the articulation of far-reaching commitments in the name of adapt energy matrices to environmentally and economically sustainable ways. The adherence to renewable energy (such as solar and eolic) and descentralization of energy matrix through distributed generation technologies (aiming at the improvment of efficiency of energy use) are some of the more relevant movements done in order to deal with these demands. In the meantime, the present work is dedicated to numerical simulation using the 4E (Energy, Exergy, Environmental and Economic) concept of an on-grid hybrid CHP system to meet small residential or industrial demands, using natural gas and solar energy as preferred energy vectors. The system includes a natural gas reformer for the production of hydrogen-rich synthesis gas, a proton exchange membrane fuel cell (PEM), photovoltaic panels, batteries connected to the grid by a bidirectional inverter, heat exchanger and auxiliary componentes, such as compressors and boilers. The system components were modeled separately based on conservation equations and their models duly validated. An energy and exergy analysis of the natural gas reformer was conducted using design of experiment methodology in order to assess the necessity to consider a complex formulation of the fuel instead of a surrogate (pure methane). Subsequently, these models were inserted as modules of a broader routine designed to simulate the economic performance of the integrated system in a time interval of up to 20 years. This routine implemented in MATLAB allows for the flexibility of important operational criteria such as the number of consumers, configuration of the hybrid system (storage and participation of solar energy), different types of tariff (conventional or white) and the posible use of reject heat for cogeneration, enriching the scope of the results obtained. Paybacks between 7 and 20 years of system operation were achieved for different combinations of the examined parameters considering adherence in the year 2020, where residential consumers have predominantly obtained better results than industrial ones due to the less intense demand of the first ones. Reductions of up to 50% in the total cumulative cost related to adherence to the proposed system for 20 years for residential users were also foreseen, taking into account the expected drop in component acquisition costs over the next few decades. The evaluation of the system in environmental terms was assessed through equivalent amount of CO2 by energy unit. It was concluded that the complete configuration, even supported by cogeneration, exceeds the average of the brazilian energy matrix emissions (due to the high share of renewable sources in this matrix), nevertheless remaining as a better option than pure combustion of natural gas, specially for meeting thermal demand.

[pt] Filmes finos de líquidos estão presentes em uma gama de aplicações industriais, como processos de atomização e revestimento de substrato. O processo de quebra pode ser divido em duas etapas: o estágio de ruptura, e o estágio de retração. O primeiro, movido pelas forças de van der Waals, ocorre quando uma pequena perturbação cresce e provoca o aparecimento de um pequeno furo no filme. O segundo, movido por forças capilares, provoca o crescimento desse furo levando à desintegração do filme de líquido. A estabilidade de uma cortina de líquido depende das características da perturbação, da espessura do filme e das propriedades do fluido. Análises experimentais mostraram que uma cortina super fina pode ser obtida pela utilização de fluidos viscoelásticos. Os mecanismos físicos associados à esta estabilidade, contudo, não são totalmente compreendidos. Este trabalho apresenta um estudo numérico e teórico dos efeitos das propriedades viscoelásticas na estabilidade de uma cortina de fluido, englobando ambos os estágio do processo. As análises numéricas foram desenvolvidas através da expansão assintótica das variáveis do escoamento com aplicação de um esquema de integração no tempo totalmente implícito. A partir da análise teórica da dinâmica de ruptura foi possível obter um critério de estabilidade linear para perturbações planares e axissimétricas em fluidos Newtonianos e não-Newtonianos. O tempo de ruptura e a velocidade de retração do filme foram calculados numericamente como função das propriedades viscoelásticas do líquido. Resultados mostraram que as forças elásticas atuam de forma a dificultar o processo de quebra e retração. Análises da evolução da espessura mostraram que as propriedades reológicas do fluído também interferem no formato que o filme de fluido assume durante o processo de retração. Para regimes de baixa viscosidade, as forças elásticas atuaram evitando a formação de ondas capilares observadas em fluidos Newtonianos. / [en] Thin free liquid sheets are ubiquitous in many industrial processes, such as atomization and curtain coating. Liquid sheets are susceptible to instabilities at the interface, which can grow, triggering a breakup process. This process can be divided into two different stages: the rupture stage and retraction. The first, driven by van der Waals force, occurs when a small instability grows until it pinches-off the sheet. The second, driven by capillary forces, induces the growth of the hole caused by the pinch-off, leading to the full disintegration of the liquid sheet. The stability of a liquid sheet depends on disturbance characteristics, sheet thickness, and fluid properties. Experimental analyses have shown that thinner stable liquid curtain can be obtained with viscoelastic liquids. The underlyning physical mechanisms associated with increased stability are, however, not fully understood. This work presents a theoretical and numerical analysis of the effect of viscoelasticity on the stability of a thin liquid sheet during both stages of the breakup process. We first analyze the rupture dynamics, deriving linear stability criteria for both planar and axisymmetric perturbations of Newtonian and Oldroyd-B liquids. The time evolution of planar and axisymmetric perturbations in an Oldroyd-B liquid sheet is evaluated using the asymptotic expansion of the flow variables and a fully-implicit time integration scheme. The rupture time and retraction velocity are calculated as a function of the viscoelastic properties. The results show that the liquid rheological behavior does not influence the linear stability criterion. Nevertheless, it has a strong effect on the growth rate of the disturbance and retraction velocity, increasing, thus, the breakup time. The results show that elastic forces act to hinder the rupture and retraction stages. Analysis of the temporal evolution of the thickness profile reveals that liquid rheological behavior also affects the shape of the liquid sheet. For low viscosity regime, the elastic forces damp the capillary waves that arise during the retraction of Newtonian sheets.

[pt] O inevitável crescimento da demanda por recursos energéticos, imposta por tempos de acelerada transformação econômica e social, e as imposições da pauta climática, fomentam o interesse pelo estudo de processos mais eficientes e menos poluentes. Neste contexto, por meio de simulações no MATLAB/Simulink, este trabalho realiza o dimensionamento, simulação e otimização de um sistema híbrido de geração de energia elétrica, desconectado da rede (off-grid), composto por grupos geradores e banco de baterias, visando aplicações comerciais com diferentes níveis de demanda, em cenários sazonais distintos. Também é objeto de estudo, avaliar os ganhos em eficiência e emissões de poluentes atmosféricos, comparandose os cenários simulados a partir de estimativas de linha de base. Os sistemas são compostos por geradores a Diesel (linha de base) com potências entre 600 e 5200kW, geradores a Gás Natural com potências entre 400 e 5088kW, e bancos de baterias com capacidades entre 900 e 9000kWh para os cenários alternativos. Foi realizada uma análise energética dos sistemas, considerando variação da energia, estado de carga, consumo específico de combustível, eficiência e outros, além da análise das emissões de poluentes advindos dos geradores. Por fim, com as variáveis de saída do modelo, comparou-se os resultados entre os diversos casos e os cenários de linha de base, além de analisar a influência dos fatores utilizados para criação dos cenários simulados (tipos de geração, variabilidade da carga e multiplicadores). Em comparação entre a linha de base, e o cenário mais promissor (Gás Natural + bancos de baterias), observou-se, na média, aumento de eficiência de até 19,8 por cento para o verão, e 26,7 por cento para o inverno. Além de detectar aumento das emissões de hidrocarbonetos não queimados e monóxido de carbono, e redução das emissões de óxido de nitrogênio, material particulado e dióxido de carbono. / [en] The inevitable growth in demand for energy resources, imposed by times of accelerated economic and social transformation, and the impositions of the climate agenda, encourage interest in the study of more efficient and less polluting processes. In this context, performing simulations in MATLAB/Simulink, this work carries out the sizing, simulation and optimization of a hybrid power generation system, disconnected from the grid (off-grid), and composed by generator sets and battery banks, aiming commercial applications with different levels of demand, in different seasonal scenarios. It is also object of study to evaluate the gains in efficiency and the emissions of atmospheric pollutants, comparing the simulated scenarios from baseline estimates. The systems are composed by diesel generators (baseline) with output power between 600 and 5200kW, Natural Gas generators with output power between 400 and 5088kW, and battery banks with capacities between 900 and 9000kWh for alternative scenarios. An energy analysis of the systems was performed, considering energy variation, state of charge, C rate, engine load levels, specific fuel consumption and efficiency. In addition, the analysis of pollutant emissions from generators. Finally, with the model s output variables, the results were compared between the different cases and the baseline scenarios, in addition to analyzing the influence of the factors used to create the simulated scenarios (types of generation, load variability and multipliers). In comparison between the baseline and the most promising scenario (Natural Gas + battery banks), it was possible to observe average gains with efficiency increases of up to 19.8 percent for the summer, and 26.7 percent for the winter. In addition to detecting increased emissions of unburned hydrocarbons and carbon monoxide, and reduction in emissions of nitrous oxide, particulate matter and carbon dioxide.

[pt] Apresenta-se neste trabalho uma ferramenta numérica programada que permite a simulação bidimensional de corridas de detritos usando o Método de Elementos Discretos (DEM) desenvolvido por Cundall em 1979, cuja metodologia resolve as equações do movimento simultaneamente de cada elemento mediante a técnica numérica de Relaxação Dinâmica (MRD) por se tratar de um problema transiente. Esta metologia parte da existência do programa SAND desenvolvido na PUC (2002) para uma simulação da produção de areia em poços de petróleo sob fluxo bifásico. Dois aspectos novos incorporados neste tipo de análise são a representação gráfica de anteparos mediante segmentação de curvas spline cúbicas e o uso da metodologia de Munjiza na detecção de contatos com os propósitos de implementar o uso de paramentos irregulares próximos à curva real do terreno e diminuir o tempo de execusão do programa, respectivamente. Com diversos exemplos de paramentos e variando os parâmetros de entrada do modelo numérico é avaliada a idoneidade da ferramenta criada para simular os principais mecanismos físicos característicos do movimento deste tipo de fenômeno. Além disso, são descritas em detalhe as principais feições e terminologias usadas na classificação e identificação das corridas de detritos e fenômenos similares, pois estas são usualmente confundidas nas literaturas existentes e entre os profissionais das áreas da Geologia, Geografia e Geotecnia. / [en] A programed numerical tool that allows two-dimensional simulation of debris flows is presented in this dissertation. Cundall´s Distinct Element Method (DEM) is used to this purpose, which was developed in 1979. Following this methodology, motion equations are simultaneilly solved by the numerical method of Dynamic Relaxation (MRD) for each distinct particle. This method is used in order to the transient behavior of this particular problem. The numerical modeling is based on the SAND program, developed at PUC (2002) for a numerical application on sand production for petroleum extraction process considering biphasic flow motion. Two new features incorporated in this kind of analyses are the graphical representation of walls with cubic spline curves segmentation and the implementation of the Munjiza´s method for contact detection. They attemp to implement irregular curves that are closely to represent real sliding surface and to decrease the total program executation time respectively. The idoneousness of the programed numerical tool for the representation of the most caracteristic phisical mechanisms of these kind of flows is tested using several curves configurations as variation on the inicial parametrics values of the numerical model. Moreover, main features and associated terminologies for identification and classification of debris flows and similar events are largely described here because of the usual confusion in the use of them within scientific literatures and professional communications between technician of Geology, Geography and Geotechnical Engineering. / [es] En este trabajo se disponibiliza una herramienta numérica para la simulación bidimensional de flujos de detritos usando el Método de Elementos Discretos (DEM) creado por Cundall en 1979, donde las ecuaciones del movimiento para cada elemento son resueltas simultáneamente con la técnica numérica de Relajación Dinámica (MRD) debido al comportamiento transiente del fenómeno. La herramienta se basa en el programa SAND desarrollado en la PUC (2002) para la simulación de producción de arena en la extracción de petróleo en pozos considerando condiciones de flujo bifásico. Dos nuevos aspectos se introducen en este tipo de análises: la representación gráfica de paredes mediante la segmentación de curvas splina cúbicas y el uso de la metodologia de Munjiza en la detección de contactos. Ambos son implementados con la intención de hacer uso de paredes irregulares próximas a la forma real de la curva del terreno y de disminuir el tiempo de ejecución del programa respectivamente. Mediante varios ejemplos con diferentes superficies y con variación en los valores de los parámetros de entrada del modelo numérico fue posible evaluar la idoneidad de la herramienta aquí creada para simular los principales mecanismos físicos característicos del movimiento de este tipo de fenómenos. Además, se describen detalladamente las principales características e terminologías utilizadas en la identificación y clasificación de los flujos de detritos y fenómenos similares, pues estos son motivos de confusión en la literatura existente y entre los profesionales de las ramas de Geología, Geografía y Geotecnia.

[pt] O estudo de controle de poço é fundamental para determinar as principais variáveis envolvidas nas operações de perfuração e construção de um poço. A análise dessas operações visa estabelecer parâmetros importantes que devem ser acompanhados, a fim de evitar um influxo de fluidos da formação para o poço (kick). Para que as operações de perfuração sejam sempre seguras, é necessário que a pressão hidrostática no fundo do poço seja superior a pressão de poros da formação. Este trabalho apresenta uma modelagem matemática, desenvolvida para simular um kick de água e óleo da formação que adentra um poço terrestre vertical e, assim, prever o comportamento da pressão dentro da coluna de produção e no espaço anular durante uma situação de controle de poço. A operação de controle é composta pelo influxo do kick, fechamento do poço e expulsão do fluido invasor. O caso de kick de gás não foi abordado devido à sua complexidade. O modelo estudado foi simulado no Visual Basic do Excel com emprego de uma formulação do método das características com diferenças finitas. Foram implementadas considerações sobre o efeito da geometria do poço, perdas de carga por fricção, expansão do influxo e modelo de escoamento bifásico. / [en] The study of well control is critical to determine the main variables involved in well drilling and construction operations. The analysis of these operations aims to establish important parameters that must be followed in order to avoid an influx of fluids from the formation into the well (kick). In order to guarantee safety during drilling operations, the hydrostatic pressure at the bottom of the well must be greater than the formation pore pressure. This work presents a mathematical modeling, developed to simulate a water and oil kick from the formation that enters a vertical onshore well and, thus, predict the pressure behavior inside the production string and the annular space during a well control situation. The control operation is composed of the kick inflow, well closure and expulsion of the invading fluid. The gas kick case was not assessed because of its complexity. The studied model has been simulated in Visual Basics, in Excel, using the characteristics method with finite difference formulation. Considerations were taken about the effect of well geometry, friction loss, influx expansion and two phase flow model.