A motivação deste trabalho vem da necessidade de agilizar, de maneira segura, o processo dos cálculos neutrônicos e termo-hidráulicos durante a realização da mudança de configuração do reator nuclear de pesquisas IEA-R1. A metodologia de cálculo existente envolve a execução de vários programas computacionais e códigos nucleares nas áreas de física de reatores e termo-hidráulica. Para tanto, foi elaborado uma plataforma de gerenciamento que conjuga os cálculos dos programas já consagrados (\"Two Db\", \"Leopard\", \"Citation\", \"Dens\" e \"Cobra\") numa única ferramenta computacional. A principal contribuição deste trabalho é a concepção de uma interface que simplificará a rotina de cálculos executados no reator IEA-R1, tendo um aspecto didático e uma aparência mais amigável e moderna. / The motivation for this work comes from the need for the process of neutronic and termo-hidraulic calculation to becomes faster, in a safe way, during the configuration change of the research nuclear reactor IEA-R1. The current calculation methodology requires the execution of several softwares and nuclear codes in the areas of Reactor Physics and Thermo-Hidraulic. Therefore, a software was elaborated, which will combines the calculation mentioned in a single computational tool. The main contribution of this work is the creation of an interface that makes the IEA-R1 research reactor executed calculation routine simpler, having didactic aspect e a more friendly and modern appearance.

Neste trabalho foi realizado uma comparação entre três tipos de alvos (UAl2-Al, U-Ni cilíndrico e U-Ni placa) para a produção de 99Mo por fissão do 235U. Para isso foram desenvolvidas análises neutrônicas e termo-hidráulicas. Também foram realizados experimentos para se validar as metodologias de cálculo termo-hidráulica e neutrônica utilizadas neste trabalho. Para os cálculos neutrônicos foram utilizados os programas NJOY99.0, AMPX-II e HAMMERTECHNION, para geração das seções de choque, e os programas SCALE 6.0 e CITATION para os cálculos tridimensionais dos núcleos, queima do combustível e produção de 99Mo. Para os cálculos termo-hidráulicos foram utilizados os programas MTRCRIEAR1 e ANSYS CFX para calcular as variáveis térmicas e hidráulicas dos dispositivos de irradiação e compará-las a limites e critérios de projeto estabelecidos. Primeiro foram realizadas análises neutrônicas e termo-hidráulicas para o reator IEA-R1 com os alvos de UAl2-Al (10 miniplacas). As análises demonstraram que a atividade total obtida para o 99Mo nas miniplacas não atende à demanda dos hospitais brasileiros (450 Ci/semana) e que nenhum limite de projeto termo-hidráulico é ultrapassado. Em seguida foram realizados os mesmos cálculos para os três tipos de alvo no Reator Multipropósito Brasileiro (RMB). As análises neutrônicas demonstraram que os três alvos podem atender à demanda dos hospitais brasileiros. As análises termo-hidráulicos demonstram que será necessário uma velocidade mínima no dispositivo de irradiação de 7 m/s para o UAl2, de 8 m/s para o alvo de U-Ni cilíndrico e de 9 m/s para o alvo de U-Ni placa para que nenhum limite de projeto seja ultrapassado. Foram realizados experimentos em uma bancada de aferição de vazão para se validar a metodologia de cálculo termo-hidráulico. Os experimentos realizados para se validar os cálculos neutrônicos foram feitos no reator IPEN/MB-01. Todos os experimentos foram simulados com as metodologias acima descritas e os resultados comparados entre si. Os resultados das simulações apresentaram boa concordância com os resultados experimentais. / In this work neutronic and thermal-hydraulic analyses were made to compare three types of targets (UAl2-Al, U-Ni cylindrical and U-Ni plate) used for the production of 99Mo by fission of 235U. Some experiments were conducted to validate the neutronic and thermal-hydraulics methodologies used in this work. For the neutronic calculations the computational programs NJOY99.0, AMPX-II and HAMMERTECHNION were used to generate the cross sections. SCALE 6.0 and CITATION computational programs were used for three-dimensional calculations of the reactor cores, fuel burning and the production of 99Mo. The computational programs MTRCR-IEAR1 and ANSYS CFX were used to calculate the thermal and hydraulic parameters of the irradiation devices and for comparing them to limits and design criteria. First were performed neutronic and thermal-hydraulic analyzes for the reactor IEA-R1 with the targets of UAl2-Al (10 miniplates). Analyses have shown that the total activity obtained for 99Mo on the miniplates does not meet the demand of Brazilian hospitals (450 Ci/week) and that no limit of thermo-hydraulic design is overtaken. Next, the same calculations were performed for the three target types in Multipurpose Brazilian Reactor (MBR). The neutronic analyzes demonstrated that the three targets meet the demand of Brazilian hospitals. The thermal hydraulic analysis shows that a minimum speed of 7 m/s for the target UAl2-Al, 8 m/s for the cylindrical target U-Ni and 9 m/s for the target U-Ni plate will be necessary in the irradiation device to not exceed the design limits. Were performed experiments using a test bench for validate the methodologies for the thermal-hydraulic calculation. The experiments performed to validate the neutronic calculations were made in the reactor IPEN/MB-01. All experiments were simulated with the methodologies described above and the results compared. The simulations results showed good agreement with experimental results.

Nos projetos de irrigação deseja-se que a água seja aplicada de maneira uniforme. Em áreas com topografia irregular, muitas vezes é necessário utilizar emissores regulados para se atingir tal objetivo. Porém, esses emissores apresentam custo maior de aquisição. Como alternativa, pode-se utilizar os microtubos, sendo esses tubos de polietileno com diâmetro interno pequeno, normalmente variando entre 0,5 a 1,5 mm. Os microtubos permitem variar seu comprimento a fim de se compensar variações de pressão ao longo da linha lateral. Assim, teoricamente, pode-se obter 100% de uniformidade na vazão dos emissores. Para isso é necessário a realização de um projeto criterioso, levando em consideração os parâmetros construtivos e de operação desse emissor. Contudo, não se tem uma equação genérica para o regime laminar de escoamento que atenda a gama de diâmetros encontrados e que levem em consideração todas as variáveis intervenientes, sendo muitas vezes aplicado interpolações para se obter os coeficientes de ajustes da equação. Assim, o objetivo deste trabalho foi utilizar análise dimensional para se obter uma equação genérica a fim de se facilitar o dimensionamento de sistemas de irrigação com esse tipo de emissor, operando no regime laminar de escoamento. O experimento consistiu em obter a relação vazão versus carga de pressão versus comprimento para uma série de microtubos, sendo testados três diâmetros internos (0,796, 0,869 e 1,108 mm), nove comprimentos (0,3 a 1,5 m) e dez cargas de pressão (0,5 a 9,5 m.c.a.). Para dedução da equação com análise dimensional, usou-se pressão, diâmetro interno, comprimento do microtubo, velocidade de escoamento, viscosidade dinâmica e massa específica como variáveis. A equação obtida teve desempenho melhor que as demais equações testadas, apresentando erros relativos de 3,50, 3,25 e 4,65% na estimativa da carga de pressão, vazão e comprimento do microtubo, respectivamente. / In irrigation projects it is desired that water be applied evenly. In areas with irregular topography, it is often necessary to use regulated emitters to achieve this goal. However, these issuers have a higher acquisition cost. Alternatively, the microtubes may be used, these polyethylene tubes having small internal diameter, usually ranging from 0.5 to 1.5 mm. The microtubes allow their length to be varied in order to compensate for pressure variations along the lateral line. Thus, theoretically, one can obtain 100% uniformity in the flow of the emitters. For this it is necessary to carry out a criterious project, taking into consideration the construction and operating parameters of this emitter. However, there is no general equation for the laminar flow regime that meets the range of diameters found and that considers all intervening variables, and interpolations are often applied to obtain the coefficients of adjustment of the equation. Thus, the objective of this work was to use dimensional analysis to obtain a generic equation in order to facilitate the design of irrigation systems with this type of emitter, operating in the laminar flow regime. The experiment consisted in obtaining the flow versus pressure versus length ratio for a series of microtubes, three internal diameters (0.796, 0.869 and 1.108 mm), nine lengths (0.3 to 1.5 m) and ten loads of pressure (0.5 to 9.5 mca). For the deduction of the equation with dimensional analysis, pressure, internal diameter, microtube length, flow velocity, dynamic viscosity and specific mass were used as variables. The obtained equation had better performance than the other equations tested, presenting relative errors of 3.50, 3.25 and 4.65% in the estimation of pressure load, flow rate and length of the microtube, respectively.

Em um mercado de comércio internacional cada vez mais competitivo existe a necessidade de a infraestrutura do sistema portuário brasileiro modernizar-se, tornando-se mais eficiente do ponto de vista operacional e com capacidade para receber navios de maior porte. Neste cenário, as técnicas de projeto de espaços náuticos precisam ser revistas, utilizando-se de ferramentas mais sofisticadas que permitam otimizar os dimensionamentos sem deixar de lado as questões da eficiência e, principalmente, da segurança operacional. O presente trabalho apresenta uma abordagem experimental para análise do projeto das dimensões de canais de acesso e bacias portuárias, fundamentada no desenvolvimento de um simulador de manobras de navios em modelo físico de escala reduzida, denominado Simulador Analógico de Manobras SIAMA 2014. Além disso, é proposto um sistema completo para avaliação das condições de manobrabilidade de espaços náuticos portuários, desde a calibração da ferramenta de simulação, até a verificação de cenários complexos e situações de emergência. O SIAMA 2014 e o sistema desenvolvido foram aplicados em um estudo de caso, que contou com a participação de práticos e autoridades portuárias na realização de simulações de manobras para verificação das condições de atracação no novo berço do Terminal Portuário Marítimo de Ponta da Madeira, em São Luís do Maranhão. Os resultados deste estudo foram apresentados e discutidos, de forma a mostrar a importância da utilização de modelos físicos reduzidos na simulação de manobra de navios. / In an increasingly competitive international trading market there is a need for modernizing the infrastructure of the Brazilian port system, becoming more efficient from an operational point of view and with ability to handle larger vessels. In this scenario, the port approach channels design techniques need to be reviewed, using more sophisticated tools to improve the design without forgetting important questions such as efficiency and, especially, operational safety. This paper presents an experimental approach to evaluate the design of the dimensions of port channels and manoeuvring areas, based on the development of a shiphandling simulator for physical scale models, called Analogic Manouevring Simulator SIAMA 2014. Besides, it is proposed a complete system to evaluate the manoeuvring conditions of port approach channels, since calibration of the simulation tool to check complex scenarios and emergency situations. The SIAMA 2014 and the system developed were applied in a case study, in which pilots and port authorities performed manoeuvring simulations to verify the shiphandling conditions in the new berth of the Maritime Port of Ponta da Madeira in São Luis, Maranhão. The results of this study were presented and discussed in order to show the importance of using physical models in simulation of ship manoeuvering.

Há tempo que engenheiros vêm procurando amenizar os problemas relacionados aos bueiros. Não só nos escritórios de engenharia, na fase de projetos e cálculos, como também no assentamento final, procurando manter o sistema hidráulico dos bueiros funcionando corretamente. A maioria dos problemas encontrados está associada a mal dimensionamento dos bueiros, dimensionamento insuficiente, ou má avaliação das vazões a serem escoadas. O presente trabalho de pesquisa analisa o escoamento dos bueiros nas obras rodoviárias e ferroviárias de forma a viabilizar seu bom funcionamento. Para tanto, dos nove (9) tipos de escoamentos identificados na atualidade, foram estudados e discutidos dois (2) deles: Escoamento com entrada livre e Escoamento com entrada afogada, ambos com controle na entrada do bueiro. A seção do bueiro escolhida foi a circular, uma vez que a bibliografia específica para este tipo de seção é menos abundante. O desenvolvimento do trabalho foi feito através de modelação matemática buscando-se encontrar o ponto de transição entre os dois (2) tipos de escoamento. Através dos resultados foi possível uma análise mais detalhada, com sugestão de critérios para projetos de bueiros. / There is a long time that engineers has been trying to reduce problems related to culverts. Not only in the engineering offices, in the stage of projects and calculations, as well in the final putting down the culverts, trying to keep the hydraulic system of culverts working well. Most of problems encountered related to culverts are due to weak design conditions, insufficient design condition or bad review of discharges to be flow. This research aims to analyze the culverts flow in roads and rails projects in order to produce a smooth functioning. Therefore, from nine types of flow recently identified there were studied and discussed two of them: Flow with free entry and flow with submerged entry, both cases with inlet control. The cross section of the culvert chosen was the circular, once that the specific literature for this kind of section is less widespread. The work development was done by mathematical modeling where the objective was to find the transition point between these two types of flow. From the results it was possible to develop a detailed analysis and to propose a culvert design criteria.

Os vertedores são estruturas hidráulicas construídas para controlar o nível d’água do reservatório, permitindo a passagem das vazões escoadas com a máxima eficiência possível sem provocar problemas à estrutura. Para atingir este objetivo, as condições de aproximação do escoamento à estrutura e a forma geométrica do perfil vertente são muito importantes. O controle da soleira por comportas provoca uma mudança significativa nas condições de escoamento sobre o perfil vertente. O posicionamento e a forma da comporta tem forte influência no comportamento do coeficiente de vazão e nas pressões sobre a soleira. A formação de vórtice é um fenômeno indesejável que pode ocorrer quando a operação da comporta é parcial, prejudicando a capacidade de vazão e provocando vibrações na estrutura. Este trabalho apresenta uma abordagem teórica sobre o assunto vertedor de superfície e escoamento sob comportas, apresentando resultados de diferentes estudos para melhor compreensão do funcionamento do vertedor. / Spillways are hydraulic structures constructed to control the water level of the reservoir, allowing the overflows with the maximum possible efficiency without provoking problems to the structure. The approach flow pattern to the structure and the geometric form of the spillway profile are basic importance. The control of the spillway by the floodgates modifies the draining conditions. The positioning and the form of the gate have strong influence in the behavior of the discharge coefficient and the pressures on the surface profile. A vortex formation is an undesirable phenomenon that it can occur when the operation of the floodgate is partial, reducing the discharge coefficient and produce vibrations in structure. This work presents a theoretical approach about flow over spillway and under of the partial opening of the floodgate, presenting results of different studies for better understanding the function of the spillway.

Publicación a texto completo no autorizada por el autor. / Realiza el cálculo de la pérdidas ocasionadas a lo largo de todo el recorrido del fluido por las tomas (rejillas, compuertas, canales, tubería forzada, conductos) y por los diferentes accesorios de accionamiento y control que se puede encontrar en la central hidroeléctrica Cañón del Pato perteneciente a la empresa Duke Energy Peru como por ejemplo: codos, reducciones, válvulas mariposas, conexiones en T, etc. Para ello utilizó la metodología aplicando las ecuaciones de DARCY - WEISSBACH para el cálculo de las pérdidas, la ecuación de NIKURADSE para el cálculo del factor de fricción, la ecuación general de potencia en turbinas hidráulicas y también las ecuaciones de las pérdidas locales para cada tipo de accesorios y sus respectivos factores de fricción. / Trabajo de suficiencia profesional

A modelagem matemática do escoamento em duas dimensões é uma ferramenta importante para a pesquisa hidráulica e o desenvolvimento de projetos. Nesta dissertação é apresentado um estudo da hidrodinâmica bidimensional através de modelos matemáticos, sendo inicialmente introduzidas as equações básicas da mecânica dos fluídos que regem o movimento em duas direções. Em seguida são discutidas alguns modelos apresentados pela bibliografia, de onde podem ser obtidas valiosas informações sobre a técnica de modelação. Após a apresentação do método das diferenças finitas, um modelo matemático implícito é proposto para a aplicação em estudos bidimensionais onde é necessário o cálculo detalhado do campo de velocidades, evitando-se as restrições devido a estabilidade e acuracidade do método de diferenças. Como conclusão, são apresentados alguns exemplos de aplicação e comparações dos resultados com outros modelos. / Numerical modelling of two-dimensional flow is very important as a tool for hydraulic research and design. This work starts with a review of basic fluid mechanics equations of the wave motion in two-directions. Then some aspects of models proposed by several authors are discussed. The Finite Diference method is presented and na implicit model is proposed for aplication in detailed studies. The stability and acuraccy are investigated to recognize the range of model aplication. Some practical examples and comparisons are shown to test model capabilities.

Rejeitos de mineração com muita freqüência são dispostos na forma de lama. A capacidade de estocagem das lagoas onde são depositados depende de suas dimensões e formas de operação, mas também das características físicas, compressibilidade e condutividade hidráulica da lama. No presente trabalho estudam-se as características de consolidação de uma lama argilosa resultante da mineração de areia, por meio do ensaio de consolidação hidráulica (HCT) e modela-se o enchimento de uma lagoa de disposição desse rejeito, empregando a teoria de grandes deformações e mediante o software CONDES. Realizaram-se ensaios de caracterização e HCT com amostras coletadas das lagoas 2, 11 e vertedouro da Mineração Jundu Ltda. em Descalvado, São Paulo. Estes parâmetros foram necessários para as análises de simulação numérica do processo de enchimento da Lagoa 11. Os resultados dos ensaios HCT mostraram um conjunto consistente de propriedades constitutivas do material, também se verificou a importância de alcançar a condição estável nas leituras da diferença de pressão entre o topo e a base do corpo de prova, assim obter uma menor variabilidade dos resultados. A simulação de enchimento se mostrou consistente, onde se obteve a evolução do processo de consolidação em diferentes etapas do lançamento da lama. Observou-se uma concordância dos resultados obtidos na simulação de enchimento. Segundo as análises observou-se que a altura dos rejeitos após um período de dois anos é da ordem de 1.57 m. / Mining waste is frequently disposed of in the form of mud. The storage capacity of a collection reservoir of mining waste depends on its dimensions and on its operational processes, which are based on the physical characteristics of the mud and its compressibility and hydraulic conductivity. This research focuses on the study of the consolidation characteristics of a clayey mud resultant from the process of sand mining. Such characteristics were studied through Hydraulic Consolidation Tests (HCT) and by modeling the waste reservoir filling process using large deformation theory and the CONDES software. Characterization and hydraulic consolidation tests were performed on samples obtained from Reservoirs 2 and 11 and from the Jundu Mine spillway at Descalvado City in the state of São Paulo, Brazil. The characterization parameters obtained were employed in performing numerical analysis of the filling process of waste reservoir 11. HCT test results show the acceptable set of constitutive properties of the analyzed material. During the testing procedures, variability of test results were minimized by obtaining stabilized pressure difference readings between the top and bottom leads of the specimen. Modeling was conducted for instantaneous and progressive filling and both methods yielded the same results. It was observed a predictable parity between the results obtained from instantaneous and progressive filling simulations. The final height after consolidation was measured at approximately two years for both instantaneous and progressive methods of filling. From the analysis, the two-year level was measured at 1.57 meter.

Este trabalho foi realizado no Laboratório de Hidráulica do Departamento de Engenharia Rural da ESALQ/USP, com o objetivo de modelar, otimizar e avaliar um carneiro hidráulico. Para isso foi desenvolvido um modelo teórico, validado no laboratório através da construção de uma eletroválvula comandada eletronicamente por computador. Através da filmagem do jato de água e utilizando método das coordenadas determinou-se a velocidade do jato de água da tubulação de alimentação do carneiro, para três alturas de alimentação e três comprimentos diferentes. Posteriormente foi construído o carneiro hidráulico em PVC, sendo utilizada a eletroválvula como válvula de escape e, por meio de um microprocessador, obtive-se diferentes tempos para o fechamento da válvula, variando entre 0,2 s e 1,6 s. Foram testados dois materiais como tubulação de alimentação, PVC 25mm de diâmetro nominal e aço galvanizado 19,05 mm de diâmetro nominal para três comprimentos e alturas de alimentação. A máxima vazão de recalque obtida foi de 224 L/h, sendo a pressão de recalque de 54 kPa, sendo a tubulação de alimentação PVC, e a altura de alimentação de 2,23 m, para um tempo de pulso da eletroválvula de 0,2 s. O maior rendimento obtido foi 62 % sendo a tubulação de alimentação de PVC, para um tempo de pulso de 0,2 s com uma pressão de 74 kPa e vazão de recalque de 112 L/h. / This work was developed in the Hydraulics Laboratory of the Department of Rural Engineering at ESALQ/USP., with the goal of modeling, optimize and to evaluate a hydraulic ram. For that was developed a theoretical model, validated in the laboratory through the construction of an electronic valve commanded by a computer. Through the filming of water jet and using method of the coordinates tot determined the speed of water jet of the alimentation piping of the ram for three different heights and lengths. It afterwards was built the hydraulic ram in PVC, being used an electronic valve as pulse valve, and by means of the microprocessor Basic Step, was obtained different times to the shutdown of the valve, varying between 0,2 s and 1,6 s. Were tried two material as alimentation piping, PVC 25mm nominal diameter and galvanized steel 19,05 mm nominal diameter for three alimentation lengths. The flow maxim obtained was 224 L/h, being the pressure of emphasizes of 54 kPa, having as alimentation piping PVC, and the height of alimentation of 2,23 m for, for a time of .shutdown of electronic valve of 0,2 s. The biggest obtained revenue was 62%, being the alimentation piping of PVC, for a time of shutdown of 0,2 s with a pressure 74 kPa and a flow of 112 L/h.