[pt] A separação ciclônica vem se tornando nas últimas décadas um processo cada vez mais utilizado na separação gás-líquido, líquido-líquido e sólidolíquido, principalmente na indústria do petróleo. Com o crescente aumento das prospecções marítimas torna-se necessário reduzir o peso e a dimensão de equipamentos. Isto pode ser conseguido com a separação ciclônica, uma vez que pode-se criar um campo centrífugo diversas vezes superior ao campo gravitacional, tornando possível o desenvolvimento de equipamentos bastante compactos. A principal diferença entre os diversos ciclones é a sua geometria. A otimização dos mesmos para as variadas aplicações é, a cada ano, baseada menos em experimentos e mais em modelos matemáticos. No presente trabalho foi investigada a adequação dos modelos de turbulência de Tensões de Reynolds RSM (Reynolds Stress Model) e Grandes Escalas LES (Large Eddy Simulation) para a previsão do escoamento em um hidrociclone de alto teor de óleos através da comparação com dados experimentais e numéricos disponíveis na literatura. Após essa etapa foi investigada a influência de diversos parâmetros operacionais e geométricos como vazão, rugosidade e comprimento do hidrociclone no escoamento. Ambas as metodologias mostraram vantagens e deficiências, sendo que o modelo LES apresentou precisão superior com relação aos parâmetros turbulentos. Com relação à variação nos parâmetros do equipamento, a metodologia RSM foi capaz de prever corretamente, de acordo com evidências experimentais, a mesma tendência de redução de perda de carga com redução da vazão, aumento da rugosidade e comprimento. / [en] Cyclonic separation has became more and more important during the last decades as a unit process for gas-liquid, liquid-liquid and solid-liquid separation, mostly in the Petroleum industry. The off-shore exploration’s growth requires the development of smaller and lighter equipment. This can be achieved by cyclonic separation once centrifugal fields are several times stronger than gravity. This allows the construction of very compact systems. The major difference between the various cyclones is their geometry. Cyclone optimization for different uses is, every year, less based on experiments and more based on mathematical models. In the present work, the applicability of turbulent models, Reynolds Stress Model (RSM) and Large Eddy Simulation, was investigated to predict the flow inside a high oil content hydrocyclone, comparing the results with experimental and numerical data available in the literature. After this point, the influence on flow of operational and geometric parameters such as inlet flow, roughness and hydrocyclone length was evaluated. Both models have shown advantages and problems, being LES more accurate over turbulent parameters. Regarding the changing on hydrocyclone parameters, RSM model was able to foresee, on good agreement with experimental data, the expected results like reduction on pressure drop with: the inlet flow decreasing; increasing of roughness; and length.

[pt] Este trabalho apresenta a modelagem teórica e correspondente solução numérica, associada ao problema de tensões e deformações em cascas compostas de geometrias arbitrárias, submetidas a carregamento térmico e/ou de pressão. A casca composta é constituída de uma camada viscoelástica reforçada por outras duas elásticas. Apresentam-se as hipóteses adotadas na caracterização térmica e mecânica do material, bem como procedimentos e resultados obtidos na aplicação destas suposições. Problemas envolvendo geometrias cilíndricas e cônicas são resolvidas com o objetivo de exemplificar a teoria desenvolvida. / [en] The present work sets forth the expressions for the stresses and strains in a sandwich shell of arbitrary shape under thermal and pressure loads. The composite shell is made of two elastic face lawers with a viscoelastic core. The elastic facings are isotropic of the same material and obey the kirchhoff hypotesis. The viscoelastic core is assumed to be thermorheologically simple as a way to facilitate the mathematical representation of the creep modulus on temperature. In order to simplify the derivations of the needed equations it is assumed that the stresses in the core acting in the tangencial directions are much smaller than those developed in the facing, so that theycan be neglected. The general equations for the stresses and strains are written using curvilinear shell coordinates and some results are then shown for cylindrical and conical shell geometries.

[pt] Neste trabalho estudou-se um método numérico para simulação de processos Envolvendo transporte convectivo de calor e massa. A metodologia é baseada no Método de elementos finitos, utilizando-se o conceito de volumes de controle, e tem Como objetivo lidar com geometrias irregulares e malhas não uniformes. A formulação é baseada em variáveis primitivas, e atribui-se grande importância à interpretação da formulação em termos de grandezas com significado físico tais como fluxos, forças e fontes. Em problemas que não envolvem o cálculo do escoamento,o domínio de cálculo é discretizado utilizando-se elementos triangulares de três nós. Nos demais problemas, o domínio é primeiramente discretizado utilizando-se macroelementos triangulares de seis nós, então cada macroelemento é dividido em quatro subelementos triangulares de três nós. Não há restrições quanto á forma ou tamanho destes elementos. Após esta triangularização do domínio de cálculo, associa-se a cada nó um volume de controle poligonal. A natureza do problema a ser resolvido determina as formas das funções de interpolação para as variáveis dependentes. Em problemas de condução, todas as variáveis dependentes são interpoladas linearmente em cada elemento triangular de três nós. Entretanto, em problemas envolvendo escoamento, utiliza-se funções especiais de interpolação para todas as variáveis dependentes, exceto a pressão. Estas funções de interpolação são exponenciais na direção de um vetor velocidade média no elemento e lineares na direção perpendicular ao mesmo, elas dependem do número de Peclet para o elemento, reduzindo-se a completamente linear quando este se aproxima de zero. Na formulação do método, os princípios de conservação de interesse são impostos aos volumes de controle associados aos nós. Os sistemas resultantes de equações integrais de conservação são então aproximados por equações algébricas, utilizando-se as funções de interpolação discutidas anteriormente. Estas equações algébricas,que são em geral não lineares e acopladas, são resolvidas através de um processo iterativo similiar ao método das aproximações sucessivas. Em cada ciclo deste procedimento, a pressão, os componentes da velocidade, a correção da pressão e todas as demais variáveis dependentes são resolvidas de uma forma seqüencial. Problemas testes foram realizados, apresentando bons resultados. / [en] A general numerical method for the prediction of convenctive heat and mass transfer Process has been studied. The method has been designed to handle irregularshaped Domains and work with highly non-uniform grids. The formulation is based on Primitive variables. Considerable importance has been attached to the interpretation of the formulation in terms of physically meaningful qualities like fluxes, forces, and sources. In problems in discretized into three-node triangular elements. In all other problems, the domain is first discretized into six-node triangular macroelements, then each mecroelement is divided into four thrree-node triangular subelements. No restrictions are placed on either the shape or the dize of these elements.Following this domain triangulation, each node solved determines the forms of the interpolation fuctions for the dependent variables. In conduction-type problems,all interpolation functions for the interpolated linearly in each- three-node element. In problems involving fluid flow, however, special interpolation functions are used in each three node element,for all dependent variables expect pressure. These interpolation functions are exponencial in the direction of an element-averaged velocity vector and linear in a direction normal to it, they respond to an element Peclet number, reducing to a completely linear form when it approaches zero. In the formulation of the method, appropriate conservation laws are imposed on the polygonal control volumes associated with the nodes. The resulting sets of integral conservation equations are then aproximated by algenbraic equations, using the interpolation functions discussed above. These algebraic equations, which are non-linear and coupled, in general, are solved by an iterative procedure similar to the method of sucessive approximations. In each cycle of this procedure, the pressure, the velocity components, and all other Dependent variables are solved for in a sequencial manner. Test problems have been solved, and the results are very encouraging.

[pt] O objetivo deste trabalho é apresentar as formulações variações para o problema de análise limite e o desenvolvimento do processo de resolução, que envolve o método dos elementos finitos e as técnicas de programação matemática. As formulações variacionais são apresentadas em três versões: estática, cinemática e mista. Estas formulações são derivadas a partir da proposição das relações constitutivas na forma de pseudo-potenciais conjugados. Esses princípios são discretizados através do método dos elementos finitos. São propostos dois algoritmos iterativos de programação matemática para a solução do problema. Os algoritmos podem ser aplicados tanto para o comportamento plástico descrito por funções de escoamento lineares como não lineares. Nas aplicações numéricas são analisados corpos em estado plano de tensão, deformação e com simetria de revolução. / [en] The aim of this work is to present variational formulations for the limit analysis problem and solution procedures using the finite element method and mathematical programming techniques. The variational formulations are presented in three versions: static, kinematical and mixed. These formulations are derived from the proposition of the constitutive relationship in the form of conjugate pseudopotencials. Finite element discretizations are proposed for each of the three continuous problems. Two iterative mathematical programming algorithms are prosed to solve the problem. These algorithms can be applied to the plastic behavior described by a set of linear or non-linear yield functions. Limit analysis in plane strain, plane stress and axissymetric solids are considered in the numerical examples.

[pt] Esta dissertação estuda o comportamento dinâmico não linear de colunas de perfuração de poços de petróleo. A coluna de perfuração é uma estrutura longa, flexível e esbelta, responsável pela perfuração propriamente dita. Seus elementos e funções são apresentados e uma análise numérica é realizada posteriormente. Foi desenvolvido um programa utilizando o software MATLAB (marca registrada) para simulação numérica do comportamento dinâmico das colunas pelo método dos elementos finitos que utiliza a formulação corotacional para implementação da não linearidade geométrica. A discretização da estrutura utiliza um elemento de viga com seis graus de liberdade por nó aplicando a formulação de viga de Euler-Bernoulli. Para solução do sistema de equações não lineares resultante utiliza-se o método de Newton-Raphson. Além disso, o método de Newmark é utilizado para integração no tempo das equações de movimento do problema. Um modelo com molas lineares é proposto para representar o contato entre a parede do poço e a coluna. A metodologia proposta e as funcionalidades do programa desenvolvido são avaliadas e seus resultados são comparados com algumas soluções analíticas ou numéricas de exemplos disponíveis na literatura. Esses resultados conferem confiabilidade na análise de problemas de coluna de perfuração, que apresentam as séries temporais de deslocamentos e esforços em toda a coluna e os modos de flambagem gerados. Os resultados obtidos demonstram que a coluna é muito sensível a qualquer mudança de condição de contorno, o que corrobora com a complexidade do problema. Assim, o trabalho fornece uma base razoável para desenvolvimentos posteriores, que permitam a análise de toda a coluna de perfuração acoplada. / [en] This work studies the nonlinear dynamic behavior of oil well drillstring, which is a long slender flexible structure responsible for the drilling. Its elements and functions are presented, and numerical analyses are performed later. The work develops a computational code using the software MATLAB (trademark) for the numerical simulation of the column s dynamic behavior using the finite element method. The corotational formulation is used for the implementation of geometric nonlinearity. The structure s discretization uses a beam element with six degrees of freedom per node and employs the Euler-Bernoulli s beam formulation. The Newton-Raphson method is responsible for solving the nonlinear system of equations. In addition, the solution procedure uses the Newmark s method for the time integration of the problem s movement equations. A linear setup spring model is proposed to represent the contact between the borehole wall and the column. The proposed methodology and computational code capabilities are evaluated by comparing some results to analytical or numerical results of examples available in the literature. These results give reliability to analyze drillstring problems, which present the displacements and forces time series of the whole column and the buckling modes generated. The results show that the column is very sensitive to any boundary condition changing, which corroborates the complexity of the problem. Hence, the work proposes a reasonable basis for further developments, allowing the entire coupled drillstring analysis.