Um método de correção viscosa é aplicado na solução da equação potencial transônica de pequenas perturbações (TSD) no domínio da frequência. O objetivo é melhorar os resultados transônicos em que a interação choque/camada-limite é importante. A espessura de deslocamento da camada limite é estimada, a partir dos resultados da análise do escoamento invíscido, usando um método integral. A espessura de deslocamento é usada, então, para modificar a geometria das superfícies de sustentação e um novo resultado invíscido é obtido. Esse processo é repetido até que se atinja a convergência. No passado esse método foi aplicado, com bons resultados, na análise no domínio do tempo. No domínio da frequência os termos espaciais não lineares são preservados usando uma técnica de transformação conhecida como média harmônica. A principal razão para usar equação TSD ainda é o custo computacional, especialmente em se tratando de configurações completas de aeronaves. Um código de computador original é desenvolvido para análise bidimensional e um código de computador tridimensional existente é modificado para incluir a correção viscosa. A equação TSD é aproximada usando o método das diferenças finitas e resolvida usando sobre-relaxação sucessiva por linhas. Nos dois códigos é utilizada correção para vorticidade e variação de entropia. Os resultados têm boa correlação com dados experimentais publicados para a distribuição de pressão em regime transônico estacionário. / A viscous correction method is applied to the solution of the transonic small disturbance (TSD) potential equation in the frequency domain. The objective is to improve transonic results for which shock/boundary-layer interaction is important. Boundary-layer displacement thickness is calculated, with an integral method, using the results from an inviscid flow analysis. The calculated displacement thickness is then used to modify the lifting surface geometry and a new inviscid result is obtained. This process is repeated until convergence is achieved. In the past that method has been applied to time domain analysis with good results. In frequency domain the spatial nonlinear terms are preserved using a transformation technique known as harmonic averaging. The main reason for using the TSD equation still is computational cost, especially when dealing with complete aircraft configurations. An original computer code is developed for two-dimensional analysis and an existing three-dimensional computer code is extended to include the viscous correction. The transonic small disturbance potential equation is approximated using the finite difference method and solved through successive line over-relaxation. Both codes include correction for vorticity and variation in entropy. Results for several airfoil sections are obtained. The results compare well with published experimental data for steady transonic pressure distribution.

The study of non-Newtonian flow is presents itself as relevant in bioengineering field, specially for design of devices that conduct blood, as arterial bypass grafts. Improvements in reducing energy dissipation and blood cell damage caused by artificial flows can be achieved by using numerical simulation and optimization methods. Thus, the present work proposes the study of design channels for steady, incompressible non-Newtonian flow, by using Topology Optimization Method based on the density method. The fluid flow is modeled with the Navier-Stokes equations coupled with Carreau-Yasuda constitutive equation for the dynamic viscosity to take into account the effects of the non-Newtonian blood properties. The Topology Optimization Method distributes regions of solid and fluid, given a volume constraint, within a specified domain in order to obtain a geometry and layout that minimizes energy dissipation, shear stress and vorticity by using the material pseudo-density as design variable. To apply this method to fluidic systems design, a fictional porous media based on Darcy equation is introduced. The flow model is implemented in its discrete form by using the Finite Element Method through the OpenSource platform FEniCS, applied to automate the solution of mathematical models based on differential equations. The optimization problem is solved by using the library DOLFIN-adjoint and IPOpt optimizer. Optimized topologies of channels for blood flow, focusing in arterial bypass grafts, are presented to illustrate the proposed method. / O estudo de escoamento de fluidos não-Newtonianos apresenta-se relevante no campo de bioengenharia, em especial no projeto de dispositivos para condução de sangue, como bypass arterial. Melhorias na redução de dissipação de energia e no dano às células sanguíneas causados por fluxos artificiais podem ser obtidas através do uso de técnicas de simulação e otimização numéricas. Deste modo, este trabalho propõe o estudo do projeto de canais para escoamentos incompressíveis em regime permanente de fluidos não-Newtonianos através do Método de Otimização Topológica baseado no método de densidade. O escoamento é modelado com as equações de Navier-Stokes acopladas com a equação constitutiva de Carreau-Yasuda para a viscosidade dinâmica, para que sejam considerados os efeitos das propriedades não-Newtonianas do sangue. O Método de Otimização Topológica distribui regiões de sólido e fluido, dada uma restrição de volume, dentro de um domínio especificado de modo a obter uma geometria e configuração que minimize a dissipação de energia, tensão de cisalhamento e vorticidade, utilizando a pseudo-densidade do material como variável de projeto. Para aplicar este método a sistemas fluidos, um meio poroso fictício, baseado na equação de Darcy, é introduzido. O modelo de escoamento é implementado em sua forma discreta utilizando o Método de Elementos Finitos através da plataforma OpenSource FEniCS, aplicada para automatizar a solução dos modelos matemáticos baseados em equações diferenciais, e o problema de otimização é resolvido utilizando a biblioteca DOLFIN-adjoint e otimizador IPOpt. Topologias otimizadas de canais para fluxo de sangue, com foco em bypass arterial, são apresentadas para ilustrar o método proposto.

Monitoring of emulsion properties is important in many applications, like in foods and pharmaceutical products, or in emulsion polymerization processes, since aged and broken emulsions perform worse and may affect product quality. In machining processes, special types of emulsions called metalworking fluids (MWF) are widely used, because of its combined characteristics of cooling and lubrication, increasing the productivity, enabling the use of higher cutting speeds, decreasing the amount of power consumed and increasing tool life. Even though emulsion quality monitoring is a key issue in manufacturing processes, traditional methods are far from accurate and generally fail in providing the tools for determining the optimal useful life of these emulsions, with high impact in costs. The present study is dedicated to the application of a spectroscopic sensor to monitor MWF emulsion destabilization, which is related to changes in its droplet size distribution. Rapeseed oil emulsions, artificially aged MWF and MWF in machining application were evaluated, using optical measurements and multivariate calibration by neural networks, for developing a new method for emulsion destabilization monitoring. The technique has shown good accuracy in rebuilding the droplet size distribution of emulsions for monomodal and bimodal distributions and different proportions of each droplet population, from the spectroscopic measurements, indicating the viability of this method for monitoring such emulsions. This study is part of a joint project between the University of São Paulo and the University of Bremen, within the BRAGECRIM program (Brazilian German Cooperative Research Initiative in Manufacturing) and is financially supported by FAPESP, CAPES, FINEP and CNPq (Brazil), and DFG (Germany). / Sem resumo em português.

Uma das dificuldades relacionadas com a exploração de petróleo é o transporte de óleo pesado, que devido a sua alta viscosidade, acarreta em uma elevada perda de carga no sistema. Para proporcionar economia de energia aplica-se o método do Core Annular Flow (CAF) onde é utilizado um escoamento anular bifásico em que a água escoa na periferia da tubulação para redução do gasto energético. O presente trabalho visou compreender e reproduzir este fenômeno, desenvolvendo simulações em CFD através do pacote comercial ANSYS FLUENT considerando o escoamento 3D, turbulento, isotérmico e incompressível para casos estacionários e transientes. A interface entre a água e o óleo foi adequadamente reproduzida em diferentes geometrias como tubo reto e com curva. O método LES para simulação de grandes escalas provou ser o melhor método de turbulência dentre os testados, como k-epsilon e modelo de tensores de Reynolds, de forma com que a interface fosse representada corretamente. O modelo para sistema multifásico adotado foi o Volume de Fluido (VOF), comparado com o comportamento experimental e com dados da literatura. Os fenômenos de swirl observados experimentalmente também foram reproduzidos de forma satisfatória. / One of the difficulties related to oil exploration is the transportation of heavy oil, which due to its high viscosity, causes a high pressure drop in the system. In order to provide energy savings, the Core Annular Flow (CAF) method applies where a two-phase annular flow occurs in which water flows at the periphery adjacent to the pipe to reduce energy expenditure. The present work aimed to understand and reproduce this phenomenon, developing CFD simulations through the commercial package ANSYS FLUENT considering flow as 3D, turbulent, isothermal and incompressible for stationary and transient cases. The interface between water and oil has been properly reproduced in different geometries such as straight pipe and pipe with a curve. The LES method for large scale simulation proved to be the best turbulence method among the tested, such as k-epsilon and Reynolds stress model, so that the interface was correctly represented. The model for the multiphase system adopted was the Volume of Fluid (VOF), compared to the experimental behavior and with data from the literature. The experimentally observed swirl phenomena were also reproduced satisfactorily.

Submitted by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2015-02-25T18:48:01Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22974 bytes, checksum: 99c771d9f0b9c46790009b9874d49253 (MD5) Dissertacao_EstudosIsotopicosZonas.pdf: 3577467 bytes, checksum: ceb7632af67c8a3b5664f57bf77a59a5 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva (arosa@ufpa.br) on 2015-02-26T14:28:17Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22974 bytes, checksum: 99c771d9f0b9c46790009b9874d49253 (MD5) Dissertacao_EstudosIsotopicosZonas.pdf: 3577467 bytes, checksum: ceb7632af67c8a3b5664f57bf77a59a5 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-02-26T14:28:17Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22974 bytes, checksum: 99c771d9f0b9c46790009b9874d49253 (MD5) Dissertacao_EstudosIsotopicosZonas.pdf: 3577467 bytes, checksum: ceb7632af67c8a3b5664f57bf77a59a5 (MD5) Previous issue date: 2013 / UFPA - Universidade Federal do Pará / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / INCT/GEOCIAM - Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Geociências da Amazônia / O depósito cupro-aurífero Visconde está localizado na Província Mineral de Carajás, a cerca de 15 km a leste do depósito congênere de classe mundial Sossego. Encontra-se em uma zona de cisalhamento de direção WNW-ESE, que marca o contato das rochas metavulcanossedimentares da Bacia Carajás com o embasamento. Nessa zona ocorrem outros depósitos hidrotermais cupro-auríferos com características similares (Alvo 118, Cristalino, Jatobá, Bacaba, Bacuri, Castanha), que têm sido enquadrados na classe IOCG (Iron Oxide Copper-Gold), embora muitas dúvidas ainda existam quanto a sua gênese, principalmente no que diz respeito à idade da mineralização e fontes dos fluidos, ligantes e metais. O depósito Visconde está hospedado em rochas arqueanas variavelmente cisalhadas e alteradas hidrotermalmente, as principais sendo metavulcânicas félsicas (2968 ± 15 Ma), o Granito Serra Dourada (2860 ± 22 Ma) e gabros/dioritos. Elas registram diversos tipos de alteração hidrotermal com forte controle estrutural, destacando-se as alterações sódica (albita + escapolita) e sódico-cálcica (albita + actinolita ± turmalina ± quartzo ± magnetita ± escapolita), mais precoces, que promoveram a substituição ubíqua de minerais primários das rochas e a disseminação de calcopirita, pirita, molibdenita e pentlandita. Dados isotópicos de oxigênio e hidrogênio de minerais representativos desses tipos de alteração mostram que os fluidos hidrotermais foram quentes (410 – 355°C) e ricos em 18O (δ18OH2O= +4,2 a 9,4‰). Sobreveio a alteração potássica, caracterizada pela intensa biotitização das rochas, a qual ocorreu concomitantemente ao desenvolvimento de foliação milonítica, notavelmente desenhada pela orientação de palhetas de biotita, que precipitaram de fluidos com assinatura isotópica de oxigênio similar à dos estágios anteriores (δ18OH2O entre +4,8 e +7,2‰, a 355°C). Microclina e alanita são outras fases características desse estágio, além da calcopirita precipitada nos planos da foliação. A temperaturas mais baixas (230 ± 11°C), fluidos empobrecidos em 18O (δ18OH2O = -1,3 a +3,7‰) geraram associações de minerais cálcico-magnesianos (albita + epidoto + clorita ± calcita ± actinolita) que são contemporâneas à mineralização. Valores de δ18DH2O e δOH2O indicam que os fluidos hidrotermais foram inicialmente formados por águas metamórficas e formacionais, a que se misturou alguma água de fonte magmática. Nos estágios tardios, houve considerável influxo de águas superficiais. Diluição e queda da temperatura provocaram a precipitação de abundantes sulfetos (calcopirita ± bornita ± calcocita ± digenita), os quais se concentraram principalmente em brechas tectônicas - os principais corpos de minério - que chegam a conter até cerca de 60% de sulfetos. Veios constituídos por minerais sódico-cálcicos também apresentam comumente sulfetos. A associação de minerais de minério e ganga indica uma assinatura de Cu-Au- Fe-Ni-ETRL-B-P para a mineralização. Os valores de δ34S (-1,2 a +3,4‰) de sulfetos sugerem enxofre de origem magmática (proveniente da exsolução de magmas ou da dissolução de sulfetos das rochas ígneas pré-existentes) e precipitação em condições levemente oxidantes. Datação do minério por lixiviação e dissolução total de Pb em calcopirita forneceu idades de 2736 ± 100 Ma e 2729 ± 150 Ma, que indicam ser a mineralização neoarqueana e, a despeito dos altos erros, permite descartar um evento mineralizador paleoproterozoico. A idade de 2746 ± 7 Ma (MSDW=4,9; evaporação de Pb em zircão), obtida em um corpo granítico não mineralizado (correlacionado à Suíte Planalto) que ocorre na área do depósito, foi interpretada como a idade mínima da mineralização. Assim, a formação do depósito Visconde teria relação com o evento transpressivo ocorrido entre 2,76 e 2,74 Ga, reponsável pela inversão da Bacia Carajás e pela geração de magmatismo granítico nos domínios Carajás e de Transição. Esse evento teria desencadeado reações de devolatilização em rochas do Supergrupo Itacaiúnas, ou mesmo, provocado a expulsão de fluidos conatos salinos aprisionados em seus intertícios. Esses fluidos teriam migrado pelas zonas de cisalhamento e reagido com as rochas (da bacia e do embasamento) pelas quais se movimentaram durante a fase dúctil. As concentrações subeconômicas do depósito Visconde devem ser resultado da ausência de grandes estruturas que teriam favorecido maior influxo de fluidos superficiais, tal como ocorreu na formação dos depósitos Sossego e Alvo 118. / The Cu-AuVisconde deposit is located in the Carajás Mineral Province, northern Brazil, about 15 km east of the world-class Sossego deposit. It lies within a regional WNW–ESE-striking shear zone that marks the contact between the ~2.76 Ga metavolcano-sedimentary rocks of the Carajás Basin and the basement units. Other Cu- Au deposits with similar characteristics (Bacaba, Castanha, Alvo 118, Cristalino, Jatobá) occur along this shear zone. They have been included in the IOCG class, although much controversy exists regarding their genesis, particularly with respect to the mineralization age and source of fluids, ligands and metals. TheVisconde deposit is hosted by Archean rocks, mainly felsic metavolcanic rocks (2968 ± 15 Ma), the Serra Dourada granite (2860 ± 22 Ma), and gabbro/diorites. These rocks are variably sheared and reveal various types of hydrothermal alteration with strong structural control. The earliest types are the sodic (albite-scapolite) and sodic-calcic alterations (albiteactinolite ± tourmaline ± quartz ± magnetite ± scapolite ± epidote), which promoted ubiquitous replacement of the rock primary minerals and precipitaton of disseminated chalcopyrite, pyrite, molybdenite and pentlandite. Oxygen isotope data of representative minerals from these stages show that the hydrothermal fluids were hot (410 – 355°C) and 18O-rich (δ18OH2O = +4.2 to +9.4‰). The following potassic stage is characterized by intense biotitization of the rocks, which developed concomitantly a mylonitic foliation highlighted by the remarkable orientation of biotite flakes. This mica precipitated from fluids with similar oxygen isotope signature to that of the previous stages (δ18OH2O = +4.8 to +7.2‰, at 355°C). Microcline and allanite are other typical minerals of this stage, in addition to chalcopyrite that deposited along the foliation planes. At lower temperatures (230 ± 11°C), 18O-depleted fluids (δ18OH2O = -1.3 to +3.7‰) generated a calcic-magnesian mineral assemblage (albite + epidote + chlorite ± actinolite ± calcite) present mostly in veins and contemporaneous with the main mineralization. The δ18OH2O and δDH2O data indicate that the hydrothermal fluids were initially formed by metamorphic and formation waters, possibly with some contribution of magmatic water. At later stages, there was a considerable influx of surface water. The resulting fluid dilution and cooling might have accounted for the abundant precipitation of sulphides (chalcopyrite ± bornite ± chalcocite ± digenite) mainly in tectonic breccias, whose matrix contains up to 60% sulphides. These breccias represent the most important ore bodies, although sulphides also occur in veins together with sodic-calcic minerals. The mineral associations assign a Cu-Au-Fe-Ni-ETRL-B-P signature to the ore. The sulphur isotope composition (δ34SCDT= -1.2 to 3.4‰) is compatible with a magmatic source for sulphur, which could have been either exsolved from a crystallizing granitic magma or dissolved from sulphides originally present in preexisting igneous rocks. Additionally, it indicates relatively reducing conditions for the fluid. Dating of chalcopyrite by Pb leaching and total dissolution techniques yielded ages of 2736 ± 100 Ma and 2729 ± 150 Ma. Despite the large errors, they point to a Neoarchean age for the mineralization and preclude a Paleoproterozoic mineralizing event. The age of 2746 ± 7 Ma (MSDW = 4.9; Pb evaporation on zircon), obtained for a non-mineralized granitic intrusion present in the deposit area and correlated to the Planalto Suite, was considered as the minimum age for the mineralization. Thus, the Visconde deposit genesis could be related to the 2.76-2.74 Ga transpressive tectonothermal event that was responsible for the inversion of the Carajás basin and generation of granitic magmatism in the Carajás and Transition domains. Such an event should have triggered devolatilazion reactions in the Itacaiunas Supergroup rocks, producing metamorphic fluids or even driving off water trapped in the pores of the basin rocks. These fluids migrated along regional shear zones and reacted with both the basin and basement rocks through which they moved during the ductile regime. The subeconomic concentrations of the Visconde deposit might be the result of the absence of prominent structures that would otherwise favor a greater influx of fluids, as it seems to have been the case in the Sossego and Alvo 118 deposits.

Orientador: José Geraldo Trani Brandão / Banca: Francisco José Grandinetti / Banca: Fernando de Azevedo Silva / Banca: Viktor A. Pastoukhov / Banca: César Alves da Silva Leandro / Resumo: O objetivo deste trabalho é estudar a oscilação do molde na produção de tarugos por lingotamento contínuo e a sua consequência na qualidade do produto final, através de modelamento matemático. A oscilação do molde origina um defeito superficial conhecido como marca de oscilação. O modelo da formação das marcas considera três partes: térmica, mecânica dos fluidos e mecânicos dos sólidos. São consideradas as fases sólida e pastosa, até certa fração sólida, como resistentes aos esforços advindos da oscilação, e que o raio do menisco é não estacionário. Verifica-se que o aumento do curso de oscilação do molde aumenta a profundidade das marcas de oscilação, o aumento da frequência de oscilação tem comportamento ascendente até um ponto máximo, seguido de descendente, enquanto o aumento da velocidade de lingotamento aumenta a profundidade das marcas, desde que a frequência e curso sejam mantidos constantes. O estripamento negativo aparenta ser função de todas as demais variáveis de processo. / Abstract: This work aims to study the mold oscillation in continuous casted billets and its consequence on the final product quality throw mathematical modeling. The mold oscillation causes a surface defect known as oscillation marks. The model of oscillation marks formation is divided in three parts: thermal, fluid mechanics and mechanics of solids. Two phases, solid and mushy steel above to a certain solid fraction are considered as having mechanical strength, and the meniscus radius is non stationary. It appears that the increasing in stroke increases the depth of the oscillation marks, increasing the oscillation frequency is upward behavior up to a maximum point, followed by descending, while increasing the casting speed increases the depth of oscillation marks, if frequency and stroke is kept constant. The negative strip time appears to be a function of all other process variables. / Doutor

El documento digital no refiere un asesor / Publicación a texto completo no autorizada por el autor / En vista de los acontecimientos ocurridos por el niño costero, ocasionando fuertes lluvias, huaicos, etc., sobre todo en la cuenca del río Rímac, Chillón y Lurín, y las consecuencias que puede causar este fenómeno climático “el niño costero”, se ha previsto la necesidad de proteger la ribera; en especial la ribera de un tramo de la cuenca del río Lurín. Con el fin, que las comunidades, asentamientos humanos, o agrupaciones agropecuarias queden protegidas tras las fuertes avenidas que han socavado a lo largo de los márgenes del río Lurín. Para este proyecto, se calcula el caudal máximo de diseño para diferentes periodos de retorno. Realiza un estudio que involucre el modelamiento hidráulico que será de referencia para la estructura de protección que se quiera diseñar, ya que en dichas zonas también, existen estructuras diversas, como la bocatoma de Lurín, lecho de secado, que corresponde a SEDAPAL, zonas agropecuarias, ganado, etc. El enfoque que se lleva a cabo en este estudio, tiene que ver con el cálculo y análisis de caudales máximos de diseño para varios periodos de retorno, que pueden ser utilizados para distintas estructuras de protección. Se recurre a varios métodos, entre ellos las distribuciones teóricas y el método empírico de Creager y el método de Fuller. También se halla el ajuste de datos de la muestra de caudales para un mayor análisis. / Trabajo de suficiencia profesional

El documento digital no refiere un asesor / Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Realiza el estudio hidrológico de un embalse para poder así cuantificar la disponibilidad de recurso hídrico de su cuenca aportante y el valor del caudal de diseño del vertedero en un contexto de avenida máxima para diferentes periodos de retorno. Para tal fin, el estudio se realiza en la provincia de Acobamba, Huancavelica con un enfoque de abastecimiento poblacional y agrícola. Obteniéndose que la cuenca Pacchamolino dispone de recurso hídrico en los meses de avenida (octubre- abril), adecuado para poder realizar el almacenamiento, resultando que el volumen de regulación de la presa es de 0.851 millones de metros cúbicos (MMC), y el caudal de diseño del vertedero es 95.8 m3/s para un periodo de retorno de 1000 años. / Trabajo de suficiencia profesional

El documento digital no refiere un asesor / Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Diseña un sistema automático de protección ante posibles incendios, respetando estándares internacionales, tomando en cuenta que las fajas en su mayoría son de gran longitud, la demanda de agua para evitar un incendio sería enorme, por ello se ha dimensionado tratando de reducir esta demanda. Se plantea para este caso un sistema automatizado que pueda apagar el motor de la faja, ya que ante un evento si no se apaga el motor el fuego se extendería por toda la faja. Con este sistema; el fuego se localizaría en un área específica y sin movimiento, porque el fuego tiende a expandirse con el movimiento. La longitud de diseño será desde el momento que se identifique el fuego hasta que el motor se detenga, un panel inteligente enviará una señal para que el motor se detenga alarmando el sistema, sin embargo el motor seguirá girando por inercia hasta que se detenga, por ello esta distancia (desde el evento hasta que se apague el motor) será la distancia de diseño, sin embargo por seguridad se apertura 3 válvulas, la del área del evento, una anterior y otra posterior, esto debido a que si existiera un evento en el límite de los sistemas debido a la inercia el fuego avanzaría al siguiente sistema, por ello se define la apertura de los tres sistemas dimensionados correctamente. / Trabajo de suficiencia profesional

El documento digital no refiere un asesor / Publicación a texto completo no autorizada por el autor / El presente trabajo “Diseño hidráulico para una bomba contra incendio de un almacén de productos eléctricos” trata de determinar la presión y caudal necesarios que debe proporcionar la bomba de un sistema contra incendio para un almacén. Para ello se desarrolla el cálculo hidráulico de las áreas que demanden más potencia de bombeo y así determinar cuál es el área más crítica, para finalmente seleccionar la bomba apropiada con sus características y costos. / Trabajo de suficiencia profesional