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.

Submitted by MARCOS LEANDRO TEIXEIRA DE OLIVEIRA (marcosteixeira@ufv.br) on 2018-10-08T13:49:01Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2071299 bytes, checksum: 9306dbe47f09bf3c0d08ca921f76d943 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-08T13:49:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2071299 bytes, checksum: 9306dbe47f09bf3c0d08ca921f76d943 (MD5) Previous issue date: 2018-07-16 / O gás ozônio (O 3 ) se apresenta como um método alternativo ao uso de produtos químicos para o controle de insetos-praga de grãos armazenados. O objetivo deste estudo foi predizer os parâmetros que descrevem o escoamento livre e escoamento forçado do O 3 num leito fixo de grãos de arroz. Para a investigação utilizou-se a técnica de CFD (Computational Fluid Dynamics) afim de determinar a constante de decomposição, o coeficiente efetivo de difusão, a constante de reação e o coeficiente de transferência de massa do gás O 3 em grãos de arroz. No estudo do escoamento livre do gás ozônio, os grãos foram submetidos a um processo de fumigação na concentração de 2,2 mg L -1 de O 3 em um protótipo que foi uma adaptação da célula de diafragma. Dados de concentração do gás O 3 foram monitorados em um ponto sobre a camada de grãos, num intervalo de 10 min. Paralelo ao procedimento experimental, foi feita a modelagem em CFD do escoamento do gás O 3 . Os parâmetros de ajuste utilizados para alimentar o modelo em CFD foram a difusividade efetiva e a constante de decomposição do gás O 3 em grãos de arroz. No estudo do escoamento forçado do gás ozônio, os grãos de arroz foram submetidos a um tratamento com gás na concentração de 2,2 mg L -1 e vazão específica de 0,5 m 3 min -1 t -1 , em concentração letal para Sitophilus zeamais Mots. Uma massa de 4 kg de grãos foi tratada em um protótipo de PVC na forma de uma coluna cilíndrica. Para avaliar a mortalidade dos insetos, gaiolas (15,0 x 3,5 cm) contendo 100 g de arroz com casca e 50 insetos adultos de S. zeamais foram dispostas no topo da coluna de grãos. A concentração do gás O 3 foi monitorada em um ponto acima da camada de grãos, a cada 12 h. O escoamento forçado do gás também foi modelado em CFD. Os parâmetros utilizados para alimentar o modelo e promover o ajuste aos dados experimentais foram o coeficiente de transferência de massa e a constante de reação do gás ozônio com os grãos de arroz. Adicionalmente, por meio da modelagem ajustada, foi feita uma simulação da injeção de gás O 3 em um silo com capacidade estática de 76 toneladas de arroz. Os valores encontrados para os parâmetros que descrevem o escoamento livre do gás ozônio foram a constante de decomposição de 0,00167 s -1 e a difusividade efetiva 0,01 cm 2 s -1 . Para o escoamento forçado do gás ozônio na coluna de grãos de arroz verificou-se mortalidade de 100% dos insetos no sexto dia, quando a concentração do ar intergranular atingiu 0,1 mg L -1 . O coeficiente de transferência de massa foi de 0,5 m s -1 e a constante de reação foi de 0,45 s -1 . Na concentração de 0,3 mg L -1 é possível tratar 76 toneladas de grãos em um período de 9 dias. / The ozone gas (O 3 ) is an alternative to the use of chemicals when controlling pest-insects in stored grains. The objective of this study was to predict parameters that describe both natural and forced flows of ozone gas, through a fixed bed of rice grains. For this investigation, the CFD (Computational Fluid Dynamics) technique was applied to determine the decomposition rate constant, effective diffusion coefficient, reaction constant, and mass transfer coefficient of the ozone gas in rice grains. For the natural flow study, grains inside a prototype adapted from a diaphragm cell were fumigated with ozone at a concentration of 2.2 mg L -1 . Data on gas concentration were monitored at a spot above the grain layer every 10 minutes. Simultaneously to the experimental procedure, the CFD modeling of the gas flow was drawn, using the effective diffusivity and the decomposition rate constant of the ozone in rice grains as input parameters. For the forced flow study, 4 kg of rice grains were treated with ozone gas at a concentration of 2.2 mg L -1 , and specific flow rate of 0.5 m 3 min -1 t -1 , inside a cylindrical column prototype made of PVC. This concentration is lethal for Sitophilus zeamais Mots. To assess the mortality of these insects, cages with dimensions of 15.0 x 3.5 cm were used, each one containing 100 g of unhusked rice, and 50 adult insects placed on top of the grain column. The ozone gas concentration was monitored at a spot above the grain layer every 12 h. The forced gas flow was also modeled by CFD, using the mass transfer coefficient, and the reaction constant of ozone with the rice grains to feed in the model and adjust it to the experimental data. Additionally, through fitted modeling, a simulation of gas injection in a silo with a static capacity of 76 tons of rice was carried out. The resulting values obtained for the parameters describing the ozone gas natural flow were the decomposition rate constant of 0.00167 s -1 , and the effective diffusivity of 0.01 cm 2 s -1 . In the forced flow through the grain column, 100% of the insects died on the sixth day, when the concentration of ozone gas in the inter-grain air reached 0.1 mg L -1 . The value of the mass transfer coefficient was 0.5 m s -1 , and the reaction constant was 0,45 s -1 . At the concentration of 0.3 mg L -1 , it was observed that it is possible to treat 76 tons of rice grains in 9 days.

Orientador: Jose Luiz Boldrini / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-07-23T10:39:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RojasMedar_MariaDrina_D.pdf: 1133068 bytes, checksum: d84ec877405eed4dc5426546e18a1355 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Não informado / Abstract: Not informed / Doutorado / Doutor em Matemática

Orientador : Marko Antonio Rojas Medar / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-01T02:40:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Aguiar_Rogeriode_D.pdf: 1168503 bytes, checksum: 21b80e1a1039e6b6b4e9304baab2aace (MD5) Previous issue date: 2002 / Doutorado / Doutor em Matemática Aplicada

El sur de Chile, en particular la X región, cuenta con importantes actividades de salmonicultura y mitilicultura. Estas dos actividades, principalmente orientadas hacia la exportación, representan una parte importante de la economía de esta región, y de Chile entero. Por ser muy ligadas estas actividades al mar, es importante para los productores conocer la circulación oceanográfica en el área de los centros de cultivo. En efecto, esto permite conocer la circulación de los nutrientes necesarios al crecimiento de los salmones o mejillones, de las floraciones algales y de los viruses nefastos a los peces y mariscos (mareas rojas y virus ISA por ejemplo). También permite conocer con anticipación las floraciones a venir, con el fin de tomar medidas de precaución para desplazar salmones y mejillones a aguas sanas. La primera etapa necesaria a este pronóstico de floraciones es la modelación de la circulación oceanográfica. En este trabajo se busca primero realizar una modelación suficientemente precisa de la marea y de las corrientes de marea en la región del mar interior de Chiloé con el fin de proveer la modelación necesaria a los propósitos de explotación mencionados anteriormente. En segundo lugar, con el objetivo de afinar aún más la calidad de la modelación, se pretende asimilar datos de radares HF en esa modelación.\nPara la modelación, se ocupa el modelo hidrodinámico Télémac, que discretiza les ecuaciones de aguas someras (o de Saint-Venant) por elementos finitos. Se ocupa como condiciones de borde los armónicos de marea del atlas global TPXO7, y un tiempo de spin-up para que el modelo llegue al regimen estacionario. El dominio que cubre la modelación es la zona ubicada en latitud entre Puerto Montt y Puerto Chacabuco, y en longitud, entre la costa y el océano profundo afuera de Chiloé. La malla tiene resolución variable, que va de 10km mar afuera a 250m en el canal de Chacao. Se escogió estudiar solamente el proceso dominante que es la marea, así que el modelo no está forzado con datos meteorológicos o con los caudales de los ríos que desembocan en la zona.\nEn cuanto a asimilación, se utilizan datos de corriente radial superficial en el Canal de Chacao. Se usa una metodología de filtro de Kalman de conjuntos (EnKF) para asimilarlos. Para ello, se creó un conjunto haciendo variar el coeficiente de roce (también conocido como coeficiente de Chézy) sobre el fondo, y se buscó crear estructuras coherentes con las escalas de la batimetría. En el etapa de análisis, se ocupa el error (conocido) sobre las mediciones para generar un conjunto de mediciones. Esta etapa permite reducir la varianza del conjunto inicial. Se compararon los resultados entregados por la modelación en ausencia de asimilación con las observaciones de dos mareógrafos en Ancud y Puerto Montt, y se constató que se acercaban bien a las mediciones. Sin embargo, incertitudes sobre la batimetría entre otros impiden mejorar estos resultados aún más, sin recurrir a la asimilación de datos de corriente. Se pudo constatar que efectivemente, el EnKF permite al modelo acercarse más a las mediciones, lo cual es su objetivo principal. Pero otra conclusión interesante destaca. El coeficiente de roce medio después del análisis presenta una estructura coherente con la batimetría local: donde más irregular el fondo, y mayores los gradientes de batimetría, más roce, es decir, menor el coeficiente de roce. Sin embargo, quedan puntos en cuales la asimilación realizada se aleja de la teoría. En efecto, la teoría del EnKF prevé que la varianza de ensemble debe modelar el error entre el modelo y las observaciones, lo cual no es cierto en este trabajo. Además, una de las limitaciones principales de este método es el tiempo de cálculo que requiere: como hay que integrar cada miembro del ensemble, y que la malla que se ocupó tiene bastante puntos, esta etapa es muy larga. Esa limitación impidió hacer muchas pruebas con condiciones de marea distintas. Implementar exitósamente un modelo hidrodinámico y validarlo, como se hizo en este trabajo, es el primer paso para integrar después un modelo biológico, que es la etapa siguiente y crucial en el monitoreo y control de la producción de salmones y mejillones.

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Ingeniero Civil Matemático / Un problema con superficie libre es aquel cuya formulación matemática involucra superficies que deben ser encontradas como parte de la solución. Tales superficies se llaman superficies libres. El objetivo del presente Trabajo de Título es el estudio del flujo irrotacional de un fluido no viscoso e incompresible a superficie libre con gravedad. La dificultad se centra en la determinación de la superficie libre y en la no linealidad existente sobre ella. La presente memoria se divide en dos partes. En la Parte I se estudia el método de Sautreux. Para ello, en el Capítulo 3 se presenta el método de la hodógrafa. En el Capítulo 4 se obtiene rigurosamente el método de Sautreaux. En el Capítulo 5 se aplica este método a dos familias de funciones y se obtienen algunas soluciones explícitas. En la Parte II se utiliza la técnica de diferenciación con respecto al dominio en el caso del flujo a través de un obstáculo. En el capítulo 6 se entregan las definiciones y resultados básicos sobre espacios de funciones, dominios de frontera regular y el problema de Neumann. En el Capítulo 7 se estudia el problema sobre un obstáculo y se entregan algunos resultados de existencia de soluciones. En el Capítulo 8 se presenta el método de diferenciación con respecto al dominio y se aplica al problema del flujo sobre un obstáculo. Con esto, en el Capítulo 9, se obtiene el método de optimización adjunta y se muestran algunos resultados numéricos obtenidos por Van Brummelen.

Ingeniero Civil Mecánico / La creciente utilización de sistemas de generación de energía renovable ha provocado un aumento importante en la investigación y desarrollo de estas tecnologías. Particularmente, el campo de la generación mediante energía eólica es uno de los más importantes hoy en día. Un factor determinante en la capacidad de generación a través de energía eólica es la eficiencia de las turbinas. Es común en estas máquinas encontrar eficiencias en torno al 45\%, Entre los factores que determinan la eficiencia están los aspectos geométricos y aerodinámicos de la turbina, y la estela turbulenta generada por las palas y el rotor. Esta ultima en particular es determinante tanto en la eficiencia individual de aerogeneradores como en la eficiencia global en el caso de parcelas eólicas, debido a la interferencia entre distintas turbinas. Se sabe que la gran mayoría de las pérdidas de eficiencia de las turbinas eólicas se deben a turbulencias generadas por las palas del rotor, por lo que la minimización de estas es el objetivo principal de los diseñadores hoy en día. Estos aspectos motivaron este trabajo de título, en el cual estudiamos experimentalmente el funcionamiento de una turbina eólica al interior de un túnel de viento mediante anemometría de hilo caliente. Se diseñó y construyó un modelo a escala de un aerogenerador y se instaló dentro del túnel de viento del laboratorio LEAF-NL, de la Universidad de Chile Se midió la potencia de la turbina como función de la velocidad de flujo del túnel de viento en un rango de velocidades de flujo de entre 0.5 y 3 [m/s] (TSR o tip speed ratio de 1.1 a 5.3), lo que entrega como resultado la curva característica de los aerogeneradores (curva S). A través un sistema de posicionamiento motorizado en 2D se midió el campo de velocidades en distintos planos transversales de la estela. Para esto se utilizó un anemómetro de hilo caliente operado de manera síncrona con la posición angular instantánea del rotor de la turbina, con el objetivo de realizar una detección coherente de la velocidad en la estela con la posición angular del rotor. De esta manera se obtuvo el campo de velocidades medio y fluctuante asociado a la posición de las palas de aerogenerador. La medición sincronizada de los promedios temporales de velocidad permite identificar la influencia de cada de cada pala en la estela y además identificar la distribución de intensidad turbulenta. Finalmente se generaron mapas de velocidad en distintos planos de corte transversal a la estela, con lo que adicionalmente se logró evaluar la expansión de la estela y poder obtener un parámetro de razón de áreas, dicho parámetro permite calcular con éxito los coeficientes de potencia y empuje (Cp y Ct), los cuales coinciden con los valores reales medidos.

Doctor en Ciencias de la Ingeniería, Mención Fluidodinámica / El transporte hidráulico de partículas a altas concentraciones es una tecnología ampliamente utilizada en la industria para transportar diferentes tipos de materiales granulares mediante la mezcla con fluidos, agua en la mayoría de los casos. En el primer capítulo de esta tesis, vamos a discutir los aspectos más importantes de la dinámica de las suspensiones. En particular, vamos a explicar la física de las suspensiones diluidas, suspensiones semi-diluidas y suspensiones concentradas. Adicionalmente, una revisión de la sedimentación de partículas será mostrada. La sedimentación es un proceso por el cual las partículas sólidas se separan de un líquido, generalmente bajo la acción de fuerzas gravitacionales. La sedimentación es una de las técnicas más antiguas conocidas utilizadas en la industria para limpiar fluidos o, alternativamente, para recuperar partículas. En el segundo capítulo, vamos a mostrar los resultados de un trabajo numérico experimental de sedimentación de partículas ligeramente polidispersas. Una serie de simulaciones numéricas y experimentos de sedimentación se han realizado para comprender los factores que controlan el ángulo final de una capa de sedimento estática formada por partículas cuasi-monodispersas que sedimentan en un contenedor inclinado. El conjunto de experimentos incluye varias combinaciones de la viscosidad del fluido, ángulo del contenedor y concentración de sólidos. Una comparación entre los experimentos y un conjunto de simulaciones numéricas en dos dimensiones muestra que el mecanismo físico responsable de la disipación de energía en el sistema son las colisiones entre las partículas. Los resultados proporcionan nuevos conocimientos sobre el mecanismo que establece la morfología de la capa de sedimento formada por la sedimentación de las partículas en el fondo de un contenedor inclinado. El seguimiento de la interfaz entre los sólidos de la suspensión y la zona clara de fluido revela que el ángulo final adoptada por la capa de sedimento muestra fuertes dependencias de la concentración inicial de partículas y la inclinación del recipiente, pero no la viscosidad del fluido dentro de un rago de números de Reynolds de partículas pequeños. Se concluye que (1) la función de escondimiento juega un papel importante en el ángulo de la capa de sedimentos, (2) la relación entre el efecto de fricción y la pendiente puede ser explicado como una función casi lineal de la velocidad proyectada a lo largo del fondo del contenedor, y ( 3) antes de la finalización de la sedimentación hay una interacción entre partículas significativa a través del fluido que afecta a la organización de la capa final. Podemos expresar la pendiente del lecho de sedimentos como una funci|ón de dos números adimensionales, una versión del número inercial y la concentración de partículas. Los presentes experimentos confirman algunos resultados anteriores sobre el papel del fluido intersticial en los flujos a bajos número de Stokes de partículas. Por último, vamos a mostrar los resultados de un trabajo numérico. Aquí, hemos utilizado un modelo de mezcla continuo para resolver numéricamente las ecuaciones de momento y continuidad asociadas con la dinámica de sedimentación de mezclas de líquido y sólido altamente concentradas en un conducto inclinado abajos números de Reynolds. El conjunto de simulaciones numéricas incluye varias combinaciones de la viscosidad del fluido, ángulo de conducto y concentración de partículas. Esta investigación tiene como objetivo mostrar la fenomenología y dinámica asociada a la sedimentación de partículas monodispersas bajo diferentes condiciones físicas y la caracterización de la etapa final de la capa de sedimento en dos tipos de geometrías inclinadas, con y sin una sección horizontal. Usando argumentos de escala, una expresión matemática formada por tres grupos a dimensionales, incluyendo el número inercial, la concentración de partículas y la relación entre el número de sedimentación Grashof para el número de Reynolds se propone para explicar la altura de la capa de sedimento en la zona de cambio de pendiente de un conducto. Además, encontramos que la concentración inicial es una variable muy importante para saber bajo qué condición es el conducto podría obstruirse. Los principales resultados de esta tesis se presentaron como dos artículos científicos, el primero publicado en el Journal Physics of Fluids, y el segundo trabajo bajo revisión en el International Journal of Multiphase Flow. / Esta tesis ha sido parcialmente financiada por Conicyt Beca de Doctorado Nacional N° 21110766

Ingeniero Civil Matemático / En esta memoria se estudia el comportamiento asintótico de un problema elíptico singularmente perturbado que presenta diversos fenómenos de interés, entre los cuales destacan la formación de boundary layers y homogeneización. Este tipo de problemas aparece en el estudio de perturbaciones estocásticas pequeñas de sistemas Hamiltonianos, así como también en el contexto de fenómenos de transporte en fluídos sujetos a velocidades de advección de gran magnitud. Ambos tipos de problemas han sido estudiados anteriormente bajo distintas hipótesis estructurales, y en este trabajo se presentan nuevos resultados que permiten relacionar los distintos comportamientos exhibidos por el sistema. Por un lado, la aparición de boundary layers en este sistema ha sido estudiada en detalle en trabajos anteriores, habiéndose obtenido una descripción completa, si bien no menos compleja, en términos de la geometría del dominio y su relación con el término de advección, que es la fuente de la perturbación. En este trabajo se extienden los resultados mencionados a problemas no lineales, y se profundiza en la descripción de este fenómeno, particularmente en términos de la convergencia. Por otro lado, el orígen de la perturbación singular en sistemas Hamiltonianos ha sido explotado extensivamente mediante técnicas probabilísticas. Recientemente nuevos resultados han sido obtenidos mediante la introducción de técnicas de ecuaciones en derivadas parciales, las que han permitido establecer una caracterización explícita en términos de ecuaciones diferenciales ordinarias del fenómeno de homogeneización que exhibe este problema. Además de la introducción de no linealidad en el sistema, en este trabajo se presenta una descripción detallada de la relación que existe entre la homogeneización y la formación de boundary layers. Finalmente, se describe un problema de otra naturaleza, relacionado con la ecuación de Fisher no local. Este problema ha suscitado considerable interés recientemente debido a la complejidad y diversidad de comportamientos que exhibe, particularmente en cuanto se refiere a las propiedades de las ondas viajeras presentes en el sistema.