Orientador: Henry França Méier. / Co-orientador: Edelberto Luiz Reinehr. / Dissertação (mestrado) - Universidade Regional Blumenau, Centro de Ciências Tecnológicas, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química.

Orientador: Henry França Méier. / Co-orientador: Rodrigo Koerich Decker. / Dissertação (mestrado) - Universidade Regional Blumenau, Centro de Ciências Tecnológicas, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química.

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Neste trabalho desenvolvemos um algoritmo para a geração de malhas quadtree com o objetivo de utilizá-las na simulação de escoamento de fluidos, onde muitas vezes faz-se necessário o uso de malhas finas. A idéia central da geração das malhas quadtree está baseada na estrutura de árvore quaternária em que cada nodo possui quatro filhos. Assim uma estrutura de árvore está associada a uma malha que pode ter espaçamento uniforme ou refinamento em regiões específicas. Para evitar problemas de discretização, uma malha quadtree deve satisfazer um critério chamado de balanceamento e este é tratado de forma detalhada no desenvolvimento do trabalho. Podemos destacar também outro ponto importantíssimo na implementação de malhas quadtree, que é a busca de vizinhos dos nodos. Além disso apresentamos a discretização dos operadores em diferenças finitas, que é feita a partir do conhecimento dos vizinhos dos quadrantes da malha e de técnicas de interpolação. A ordem do método é verificada a partir de testes com a equação do calor, tanto para malhas uniformes quanto para malhas com níveis de refinamento diferenciados e concluímos, assim, que o método desenvolvido e apresentado é satisfatório. / In this work we developed an algorithm to generate meshes quadtree in order to use them to simulate uid ow, which often makes it necessary to use ne meshes. The central idea of the generation of quadtree meshes is based on the quaternary structure of the tree, where each node has four children, and thus a tree structure is associated with a mesh that can be evenly or locally re ned. To avoid problems of discretization, a quadtree mesh must satisfy a criterion called the balancing and this is addressed in detail in the development of this work. We also highlight another important point in the implementation of quadtree meshes, which is the search for neighboring nodes. Additionally, we present the nite di erences discretization of operators, which uses the knowledge of the mesh quadrant neighboors and interpolation techniques. The order of the method is checked by tests with the heat equation for both uniform meshes and for meshes with di erent levels of re nement and we conclude that method here presented is satisfactory.

Se estudian los frentes químicos debido a reacción-difusión descritos por la ecuación Kuramoto-Sivanshinsky en un fluido de Poiseuille en un tubo. Se estudian las diferentes soluciones del frente variando el ancho del tubo y la velocidad media del flujo. Además se analizan las transacciones del frente plano a uno impar, y luego entre frentes pares e impares variando la velocidad media del flujo. Finalmente se analiza la transición al caos y los efectos del flujo en la transición. / Tesis

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Se describe el análisis fluido-dinámico como una metodología para resolver diversos problemas relacionados a la mecánica de fluidos y obtener propiedades como perfiles de presión, velocidad, líneas de corriente y otros. Uno de los códigos más empleados utilizando volúmenes finitos es el Ansys-CFX. Se describe la caracterización de materiales como la determinación de las características de un material a partir del estudio de sus propiedades físicas, químicas y/o estructurales. Existen para ello distintas técnicas de caracterización, de acuerdo a la necesidad del material. Una vez conocidas las características del material puede establecerse la naturaleza del mismo, así como sus posibles aplicaciones. Uno de los métodos de caracterización más comunes en la Industria Oil & Gas es la caracterización por ensayos mecánicos y químicos, los cuales evalúan posteriormente la compatibilidad del material ensayado con las normas ASTM. La investigación realizada se divide en dos partes: el análisis fluido-dinámico en la válvula de tipo tapón mediante el método Ansys-CFX y la definición de una metodología de caracterización para la válvula de tipo tapón. Las válvulas tapón son usadas ampliamente en el transporte de hidrocarburos, principalmente en estaciones de superficie. Para el análisis fluido-dinámico se consideró información real de presión y caudal a través de la válvula tapón en dos escenarios, uno a máximo caudal y otro a mínimo caudal de transporte. Posteriormente se obtuvieron y evaluaron valores de presión y velocidad a través de la válvula. Para la segunda parte, los componentes de las válvulas se caracterizaron bajo ensayos de tracción, dureza, análisis químico y análisis metalográfico. De igual manera se realizaron ensayos de presión de cuerpo y cierre de alta y baja presión. Posteriormente se muestran los resultados obtenidos, los cuales son validados con las especificaciones técnicas de ASTM A 216 y la norma API 598. / Tesis

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Determina la evapotranspiración potencial (ETo) en las zonas alto andinas del Perú, para lo cual se ha considerado tomar tres puntos geográficos estratégicos de estas zonas, los mismos que considera representativos y se ha tomado como referencia para hacer los cálculos, a fin de determinar la demanda de agua para riego que cubra dicha evapotranspiración. Los puntos considerados son aquellos en que se tiene información meteorológica suficiente que permita hacer los cálculos respectivos, éstos son: Estación Hacienda Porcón en Cajamarca que representa la zona alto andina norte, Estación Huasahuasi en el Departamento de Junín que representa la zona alto andina centro y la estación Chivay en el Departamento de Arequipa, que representa la zona alto andina sur del Perú. El caudal requerido para una irrigación de un determinado cultivo está en función de la evapotranspiración, ésta a su vez depende del tipo de cultivo, el tipo de terreno y la ubicación geográfica; conociendo estos parámetros y el caudal de agua disponible, el proyectista o agricultor podrá determinar el tipo de cultivo y la extensión de terreno a cultivar. El sistema de riego utilizado en forma masiva en las zonas alto andinas es el riego por gravedad, que causa dos principales problemas: primero es poco eficiente y segundo, debido a que los terrenos alto andinos presentan moderadas y fuertes pendientes, este método de riego erosiona los terrenos y a la vez transporta los nutrientes hacia las partes bajas de los mismos. Por otro lado, para el riego por gravedad los pequeños caudales de manantes y pequeñas quebradas no son utilizados. Otro de los propósitos de este trabajo es proveer una herramienta que ayude a los proyectistas y/o agricultores a determinar, de una forma rápida, la posibilidad de implementar un sistema de riego por aspersión y de esta manera utilizar los pequeños caudales disponibles de manantes o quebradas y así aprovechar estos caudales que por lo general son desperdiciados. De igual modo utilizar los fuertes desniveles topográficos que presentan las zonas alto andinas, como energía potencial para operar los aspersores de riego. Finalmente, se presenta un proyecto típico como aplicación del presente estudio, el mismo que consiste en aprovechar el agua de un manantial (1.77 l/s) para irrigar dos parcelas de terreno que tienen un área acumulada de 2.5 ha. La captación y el área a irrigar se encuentran a fuerte desnivel, el que será aprovechado como energía potencial para operar los aspersores. / Trabajo de suficiencia profesional

Los sistemas de control de humos y fuego son instalaciones que sirven para poner en resguardo a las personas ante un incendio en las edificaciones, uno de los sistemas de control de humos y fuego es la presurización de escaleras, este sistema actúan inyectando aire a la montante de la escalera para tener una sobrepresión comparado con el interior del edificio; evitando el ingreso de humos y fuego a esta vía de evacuación, esta sobrepresión es calculada para evitar inconvenientes en la apertura de las puertas durante la evacuación del edificio. Los sistemas de presurización de escaleras fueron probados en experimentos realizados como es el caso del Hotel Plaza de Washington en 1989, validando su funcionabilidad en condiciones reales. La metodología de cálculo de estos sistemas están normados y estandarizados por entidades de prestigio como la ASHRAE y el NFPA, los cálculos para el diseño de sistemas de control de humo y fuego deben ser realizados por ingenieros experimentados en este tipo de sistemas, un mal cálculo pondría en riesgo la integridad de las personas que se encuentran en el edificio durante la emergencia. Los cálculos de este sistema inician con la estimación del caudal de ingreso de aire a la montante de la escalera que es una sumatoria de los caudales calculados para los casos cuando se tiene todas las puertas de emergencia cerradas, algunas puertas de emergencia abiertas hacia el edificio y la puerta abierta hacia el exterior; en el cálculo de la caída de presión del conducto de transporte de aire para la selección del ventilador se calcula teniendo en cuanta la presión de la montante de la escalera; para el funcionamiento adecuado del sistema de presurización de escaleras se instala un dámper barométrico con características calculados para mantener el caudal de aire y presión en rangos de diseño. / Trabajo de suficiencia profesional

A finalidade da presente dissertação é desenvolver uma teoria de suspensões coloidais com contraÍons multivalentes. O objetivo é calcular o perfil de densidáde dos contraÍons no modelo de cela de Wigner-Seitz esférica. Uma nova condição de contorno para a equação de Poisson- Boltzmann (PB) é deduzida; essa condição de contorno é justificada pelo fato de que em sistemas fortemente correlacionados, a maioria dos contraíons estão condensados nos coloides. Contraíons que estão longe das partículas coloidais vão estar em um regime disperso, no qual a equação de PB continua válida. Para obter a condição de contorno para a equação de PB, seguindo Shklovskii, consideramos o equilíbrio termodinâmico entre os contraíons condensados, que são modelados como um líquido fortemente correlacionado - o plasma de um componente -, e os contraíons no regime disperso. A densidade efetiva de contraíons na camada que envolve a partícula coloidal é obtida usando um procedimento do tipo "coarse graining". Um procedimento de comparação permite-nos conectar os dois regimes através da nova condição de contorno. O método é diferente do originalmente preconizado por Shklovskii, que usou o raio do contraíon para definir a concentração dos contraíons condensados. / The goal of the present dissertation is to develop a theory of colloidal suspensions with multivalent counterions. The objective is to calculate the counterion density profile within a spherical Wigner Seitz cell model. A new boundary condition for the Poisson-Boltzmann (PB) equation is derived. This boundary condition is justified by the fact that in a strongly correlated system, most of the counterions are condensed onto colloids. Counterions which are far from colloidal particles will be in a disperse regime in which the PB equation remains valid. To get the boundary condition for the PB equation, following Shklovskii, we consider the thermodynamic equilibrium between the condensed counterions, which are modeled as a strongly correlated fluid - the one component plasma - and the counterion in the disperse regime. The effective counterion density in the shealth surrounding the colloidal particle is obtained using a coarse graining procedure. A matching procedure allows us to connect the two regimes through the new boundary condition. The method is different from the one originally advacated by Shklovskii, who used the counterion radius to define the concentration of condensed counterions.

Neste trabalho desenvolvemos um algoritmo para a geração de malhas quadtree com o objetivo de utilizá-las na simulação de escoamento de fluidos, onde muitas vezes faz-se necessário o uso de malhas finas. A idéia central da geração das malhas quadtree está baseada na estrutura de árvore quaternária em que cada nodo possui quatro filhos. Assim uma estrutura de árvore está associada a uma malha que pode ter espaçamento uniforme ou refinamento em regiões específicas. Para evitar problemas de discretização, uma malha quadtree deve satisfazer um critério chamado de balanceamento e este é tratado de forma detalhada no desenvolvimento do trabalho. Podemos destacar também outro ponto importantíssimo na implementação de malhas quadtree, que é a busca de vizinhos dos nodos. Além disso apresentamos a discretização dos operadores em diferenças finitas, que é feita a partir do conhecimento dos vizinhos dos quadrantes da malha e de técnicas de interpolação. A ordem do método é verificada a partir de testes com a equação do calor, tanto para malhas uniformes quanto para malhas com níveis de refinamento diferenciados e concluímos, assim, que o método desenvolvido e apresentado é satisfatório. / In this work we developed an algorithm to generate meshes quadtree in order to use them to simulate uid ow, which often makes it necessary to use ne meshes. The central idea of the generation of quadtree meshes is based on the quaternary structure of the tree, where each node has four children, and thus a tree structure is associated with a mesh that can be evenly or locally re ned. To avoid problems of discretization, a quadtree mesh must satisfy a criterion called the balancing and this is addressed in detail in the development of this work. We also highlight another important point in the implementation of quadtree meshes, which is the search for neighboring nodes. Additionally, we present the nite di erences discretization of operators, which uses the knowledge of the mesh quadrant neighboors and interpolation techniques. The order of the method is checked by tests with the heat equation for both uniform meshes and for meshes with di erent levels of re nement and we conclude that method here presented is satisfactory.