Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2015. / Submitted by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2016-05-09T12:27:36Z No. of bitstreams: 1 2015_LuizEduardoNunesdeAlbuquerque.pdf: 4887034 bytes, checksum: 7664f14717f1e30ccfd5f374c5fcfdf1 (MD5) / Approved for entry into archive by Marília Freitas(marilia@bce.unb.br) on 2016-05-26T16:44:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_LuizEduardoNunesdeAlbuquerque.pdf: 4887034 bytes, checksum: 7664f14717f1e30ccfd5f374c5fcfdf1 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-26T16:44:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_LuizEduardoNunesdeAlbuquerque.pdf: 4887034 bytes, checksum: 7664f14717f1e30ccfd5f374c5fcfdf1 (MD5) / Esta dissertação apresenta a automatização de um dinamômetro hidráulico instalado na cabine de testes de motores de combustão interna do laboratório de máquinas térmicas da Universidade de Brasília. O dinamômetro é operado por meio de um controlador analógico que comanda o freio do equipamento pela variação da pressão interna gerada pelo vórtice da água no circuito hidráulico. A pressão interna, por sua vez, é controlada por uma válvula borboleta acoplada a um servo motor de corrente contínua comandado por um controlador PID analógico. O objetivo desse estudo é substituir esse sistema analógico por um sistema de controle digital. Para entender o funcionamento do dinamômetro levantou-se seu modelo usando a teoria unidimensional integrada e a modelagem do fluxo de vórtice simplificadas. A automatização do dinamômetro é implementada com microcomputador em um sistema supervisório SCADABR que se comunica com subsistemas de medição de torque e de rotação digitais, e um subsistema de controle do servo motor CC implementado com micro controlador Arduino. O controle do dinamômetro é implementado com um algoritmo de controle com ganho Proporcional Derivativo, sintonizado por meio do segundo método de Ziegler-Nichols. O novo sistema foi usado no ensaio de velocidade constante de um motor Diesel e os resultados, comparados com o sistema analógico, apresentaram respostas mais rápidas nos testes de altas e baixas rotações do motor. O sistema desenvolvido se mostrou robusto e versátil e permitirá a implementação de novos tipos de ensaios no dinamômetro. / This dissertation presents the automation of a hydraulic dynamometer installed in the internal combustion motor test cabin of the Thermal Machines laboratory of the University of Brasilia. The dynamometer is operated by an analog controller that commands its break by varying the internal pressure generated by the vortices of the water in the hydraulic circuit. The internal pressure is controlled by a butterfly valve coupled to a DC servomotor that is command by an analog PID controller. The objective of the study is to substitute the analog control system by a digital control system. To understand the nature of the dynamometer, its model was elaborated using the simplified uni-dimensional theory and the modeling of flux vortex. The automation is implemented with a SCADABR supervisory system in a microcomputer linked to a torque measurement subsystem, a velocity measurement subsystem and a DC servomotor controller implemented with an Arduino board. The control of the dynamometer is implemented with a proportional derivative PD gain algorithm that was tuned with Ziegler Nichols's second method. The new system was used in to implement the constant velocity test of a diesel motor and the results, compared with the analog system, showed faster responses in the low and high rotation tests of the motor. The developed system proved to be robust and versatile and will permit the implementation of other test strategies of the dynamometer.

Tese de mestrado. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 1998

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2016. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2016-05-06T15:32:03Z No. of bitstreams: 1 2016_LeticiaPereiraMorais.pdf: 19298878 bytes, checksum: fddf2600b46115974c21e30c2a18265b (MD5) / Approved for entry into archive by Marília Freitas(marilia@bce.unb.br) on 2016-05-28T11:37:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_LeticiaPereiraMorais.pdf: 19298878 bytes, checksum: fddf2600b46115974c21e30c2a18265b (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-28T11:37:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_LeticiaPereiraMorais.pdf: 19298878 bytes, checksum: fddf2600b46115974c21e30c2a18265b (MD5) / O Fraturamento Hirdáulico é uma técnica de estimulação de poços que recentemente tem sido muito utilizada para extração de gás de folhelho. O gás de folhelho se mostrou uma fonte alternativa de combustível fóssil para alguns países, como os Estados Unidos, minimizarem sua dependência de países exportadores de petróleo. No Fraturamento Hidráulico um fluido é injetado nas formações sob pressão e vazão controladas. O diferencial de pressão gerado pela injeção do fluido inicia uma fratura que se propaga pela rocha, facilitando a extração dos hidrocarbonetos nela presentes. A técnica é utilizada em reservatórios convencionais e não convencionais de hidrocarbonetos. No primeiro a técnica é aplicada com o objetivo de aumentar a produção do poço. Nos reservatórios não convencionais (gás de folhelho) ela é utilizada para possibilitar a extração do gás dessas reservas devido a sua baixíssima permeabilidade. O processo de fraturar a rocha a grandes profundidades dificulta o controle do tipo de fratura criada ou reativada, pois isso irá depender de uma série de fatores. O estudo da técnica é importante para se ter um maior controle durante a execução e evitar possíveis imprevistos e acidentes. Neste trabalho foi estudado o Fraturamento Hidráulico primeiramente utilizando a formulação do modelo PKN e, em seguida, utilizando análise numérica. Com a formulação do modelo PKN foi possível observar o padrão da fratura criada considerando os efeitos da poroelasticidade e o leak off: o comportamento dos parâmetros abertura da fratura (w), comprimento da fratura (L) e pressão (P) variando com o tempo. Para o estudo do fraturamento hidráulico por análise numérica foi necessário implementar em um código de elementos finitos uma formulação capaz de representar descontinuidades em uma malha contínua. Foi escolhido o Método dos Elementos Finitos Estendido (XFEM) que, após implementado, foi validado e se mostrou eficiente quando comparado com soluções analíticas existentes na literatura. Utilizando o código implementado foram realizadas análises de como a permeabilidade do meio e a permeabilidade da fratura influenciam no Fraturamento Hidráulico, sendo observado que mantendo as propriedades mecânicas constantes, as propriedades hidráulicas tem grande influência no processo de Fraturamento Hidráulico. _____________________________________________________________________________ ABSTRACT / Hydraulic Fracturing is a technique of stimulation of wells which recently has been widely used for shale gas extraction. The shale gas has proven to be an alternative source of fossil fuel to some countries, such as the United States, minimizing their dependence on oil exporting countries. In the hydraulic fracturing, a fluid is injected into the formation under controlled pressure and flow. The differential pressure generated by the injection of fluid initiates a fracture that will propagate into the rock, promoting the extraction of hydrocarbons present in it. The technique is used in conventional and unconventional reservoirs of hydrocarbons. In the first case, in conventional reservoirs, the technique is applied in order to increase the production of the well, while in unconventional reservoirs (shale gas) the technique is used to enable the extraction of the gas due to its very low permeability. The process of fracturing the rock at great depths involves the control over the type of fracture created or reactivated, as this will depend on a number of factors. The study of the technique is important for the improvement of the control over the execution and also to avoid possible contingencies and accidents. In this work, the Hydraulic Fracturing was studied using both a PKN model and numerical analysis. With the formulation of the PKN model, it was possible to observe the pattern of fractures created considering the effects of poroelasticity and leak off: the behavior of the fracture opening (w), the length of the fracture L) and the pressure of the fluid (P) varying with time. In order to study the hydraulic fracturing using numerical analysis, it was necessary to implement a formulation capable of representing discontinuities in a continuous mesh on a finite element code. The Extended Finite Element Method (XFEM) was chosen, implemented and validated. Comparisons between existing analytical solutions found in the literature and the XFEM used showed adequate results. Analyses of the implemented code were performed to identify how the permeability of the medium and the permeability of the fracture influence the hydraulic fracturing. It was observed that maintaining all of the mechanical properties constant, the hydraulic properties have a great impact on the hydraulic fracturing process.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2014. / Submitted by Ana Cristina Barbosa da Silva (annabds@hotmail.com) on 2014-11-05T16:17:38Z No. of bitstreams: 1 2014_JanainaTatto.pdf: 13873917 bytes, checksum: 41ffed5bfec93f80f3d280f4082782b2 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2014-11-05T18:38:45Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_JanainaTatto.pdf: 13873917 bytes, checksum: 41ffed5bfec93f80f3d280f4082782b2 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-11-05T18:38:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_JanainaTatto.pdf: 13873917 bytes, checksum: 41ffed5bfec93f80f3d280f4082782b2 (MD5) / As ondas podem causar danos severos às margens dos rios e ao longo da linha de costa devido à erosão. Este fenômeno pode ser observado mundialmente, podendo ser agravado devido as mudanças climáticas. Os geossintéticos podem ser utilizados para evitar ou minimizar o processo erosivo nas encostas provocados pelo impacto das ondas. Esta tese investigou e discutiu os resultados obtidos nos ensaios de laboratório para avaliar o comportamento dos sistemas filtrantes que consistiam em geotêxteis não tecidos ou um filtro granular. Para isso, um canal hidráulico de 6 m de comprimento; 1,5 m de altura e 1 m de largura, foi utilizado. As ondas eram geradas por um sistema gerador de ondas localizado em uma das extremidades do canal. Geotêxteis não tecidos e um filtro granular foram usados como filtros, colocados subjacentes a uma camada de enrocamento instalado no talude construído na extremidade oposta. Os geotêxteis utilizados tinham gramaturas entre 200 g/m2 e 600 g/m2. Foram empregados diferentes tipos de solos para a construção do talude de 1,2 m de altura. Os piezômetros foram instalados no interior do talude para avaliar a variação da poropressão durante os ensaios. Também foram medidas a turbidez da água do canal, a variação da massa específica do solo de interface com o filtro, a granulometria das partículas do solo passantes através do geotêxtil, bem como das partículas impregnadas no geotêxtil. Os resultados obtidos mostraram que a presença do filtro geotêxtil pode evitar o processo de erosão provocada pelo impacto das ondas. As poropressões obtidas foram satisfatórias no término dos ensaios, apresentando uma satisfatória capacidade de drenagem do filtro geotêxtil. As características da onda, o geotêxtil utilizado e a distribuição do tamanho das partículas do solo a ser protegido influenciaram a massa do material erodido, assim como a turbidez da água. Os resultados obtidos com os filtros geotêxteis foram satisfatórios em comparação com os obtidos com o filtro granular convencional. Mesmo sob condições severas de fluxo, o filtro geotêxtil foi capaz de reter as partículas do solo, sem colmatação. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / Waves can cause severe damages to slopes of river banks and along the coast line due to erosion. Examples of such erosion mechanisms can be found almost everywhere around the world and this problem has been aggravated in many countries by climate changes. Geosynthetics can be used to avoid or minimize erosion mechanisms in slopes caused by the shock of waves. This thesis investigated and discussed the results obtained in laboratory tests to evaluate the behaviour of filter systems consisting of nonwoven geotextiles and a granular filter. For the tests a channel 6 m long; 1,5 m high and 1 m wide was employed. A wave generator system at one of the channel ends produced the waves. Nonwoven geotextiles or a granular filter were used as filters under a rockfill layer installed on a slope of an embankment constructed at the other end of the channel. The geotextiles used had masses per unit area varying between 200 g/m2 and 600 g/m2. Different types of soils were employed to build the embankment, which was 1.2 m high. Piezometers were installed in the soil to assess the variation of pore pressures during the tests. Additional analysis comprised the evaluation of channel water turbidity, variation of soil void ratio at different locations close to the filter and measurement of the diameters of the soil particles that piped through the geotextile, as well as of those that were entrapped in the geotextile. The results obtained showed that the presence of a geotextile filter can avoid the erosive process caused by the shock of waves. The pore pressure showed satisfactory values at the end of the tests, showing good drainage capability of the geotextile layer. The characteristics of the wave, the geotextile material used and the grain size distribution of the soil to be protected influenced the mass of material eroded and consequently the turbidity of the water. The results obtained with the geotextile filters compared well with those with the conventional granular filter. Even under adverse conditions the geotextile filter was capable of retaining the soil particles without clogging.

Ingeniero Civil Mecánico / En la industria minera muchas veces se requiere transportar fluidos a través de grandes distancias, fluidos que tienen una fase líquida (generalmente agua) y una fase sólida. Los canales abiertos o canaletas son bastante utilizados para el transporte de relaves debido a su mayor facilidad para la inspección y mantención. Por este motivo, es importante estudiar el impacto que tienen las curvas en el transporte de relaves y como mejorar el diseño a través del estudio del comportamiento del fluido en éstas. En el presente trabajo se estudia el comportamiento del flujo en canaletas en presencia de curvas y el desgaste producido en ellas debido a las características abrasivas de los relaves, a través de un software CFD (Computational Fluid Dynamics). Para esto se comparan canaletas con distintos radios de curvatura, para analizar la influencia de este parámetro sobre la altura máxima de escurrimiento y la tasa de erosión producida en las paredes de la canaleta. Las simulaciones se llevan a cabo en tres etapas. En primer lugar se efectúa una simulación bifásica para obtener una solución fluidodinámica del problema. Luego a través de una inyección de partículas se puede apreciar la trayectoria de éstas. Finalmente se calcula a través de la simulación la tasa de desgaste producida en las paredes de la canaleta. El análisis de resultados se realiza para cada canaleta en particular, para posteriormente comparar los resultados entre ellas, analizando así las semejanzas o diferencias que existan entre cada uno de los casos. Finalmente se concluye sobre la influencia del radio de curvatura sobre las variables de interés y se plantean recomendaciones para trabajos futuros.

Ingeniera Civil Mecánica / En Chile la forma más utilizada de transporte de relaves en la minería del cobre es mediante tuberías o canaletas abiertas, aprovechando la topografía del lugar. Se cuenta también con cajones de distribución los que además de ayudar a disipar energía permiten distribuir el relave a distintas zonas, según los requerimientos del proceso. Con la escasez de agua en el norte del país la tendencia es a utilizar relaves de mayor concentración de sólidos, realizar esto podría producir problemas de desgaste y sedimentación, por lo que en esta memoria se estudiará como afecta el cambio de la concentración de sólidos en un cajón de distribución. El objetivo general de este trabajo es estudiar el comportamiento fluidodinámico de relaves de diferentes concentraciones en un cajón de distribución mediante un software CFD. Para cumplir el objetivo general, en primer lugar se dimensiona un cajón de manera analítica, como se haría en una empresa de ingeniería. Luego de esto, se modela la geometría utilizando el software Solid Edge, para posteriormente realizar una simulación del relave en el software Ansys Fluent. La simulación se realiza utilizando un modelo multifasico con dos fases continuas (agua y relave) sin partículas, donde la fase correspondiente al relave presenta una viscosidad y densidad como si tuviese una concentración de 45% de sólidos en peso (concentración utilizada para dimensionar el cajón). Contando ya con una solución coherente y habiendo hecho los cambios a la geometría necesarios para ello, se realizan simulaciones para concentraciones de sólidos de 35, 55 y 65% (en peso), manteniendo el caudal de sólidos fijo. Finalmente, utilizando un modelo de fase discreta, se inyecta un caudal de partículas a las soluciones generadas, lo que permite analizar las trayectorias de las partículas y la erosión que provocan. A través de los resultados obtenidos se observó que el cajón presenta un gran porcentaje de partículas con trayectoria incompleta, el cual aumenta con el incremento de la concentración. Se observó que para altas concentraciones se produce distribución dispar de caudales en las salidas. En cuanto al desgaste, se pudo ver que para bajas concentraciones la tasa de erosión es mayor en la base del cajón, mientras que para altas concentraciones la tasa de erosión es mayor en las paredes de la zona de recepción de relaves del cajón. En cuanto a la sedimentación, esta se incrementa en las descarga, pero disminuye en la zona de recepción con el incremento de Cp, mientras que para la entrada los efectos son menos desfavorables a Cp bajos, a pesar de que la zona de sedimentación incremente en esos Cp. A través de este estudio se concluye que la geometría del cajón, en sí, no es buena, por lo que se sugieren algunas modificaciones a esta.

A argila bentonítica é amplamente utilizada em transporte de sólidos produzidos durante perfuração de poços. Teve por objetivo estudar o escoamento de misturas bentonita-água e determinar suas propriedades reológicas e parâmetros hidráulicos úteis nos projetos de instalações de recalque de misturas sólido-líquido. Foi montado um circuito fechado de tubulações para estudar dados de perda de carga e perfis de velocidade. Realizaram-se ensaios com misturas bentonita-água sob varias concentrações, algumas transportando areia. Observaram-se que a reologia da mistura bentonita-água é melhor descrita pela formulação de Herschell-Bulkley para fluidos não-Newtonianos. O coeficiente de atrito para descrever a perda de carga da mistura bentonita-água observada em tubulações no laboratório coloca-se entre as previsões de Tomita (1959) e Szilas et al (1981). A variação da velocidade da mistura na seção transversal do tubo é melhor aproximada pela equação de Bogue-Metzner (1963). / The bentonite clay is extensively used in transport of solids produced during in water well drilling. This research is aimed at studying the flow of bentonite clay-water mixture through the determination of its rheological properties and its hydraulic parameters useful in the design of pumping installations. A closed pipeline circuit was set up in the laboratory to observe head-loss and velocity profiles. Flow experiments were conducted with bentonite-water mixtures at various concentrations, some transporting sand. It was observed that the rheology of bentonite-water mixture is described well by the Herschell-Bulkley formulation for non-Newtonian fluids. Friction factors for describing the head-loss of the mixtures observed experimentally in the pipelines lie between the prediction of Tomita (1959) and Szilas el al. (1981). The variation of mixture velocity in the cross-section of the pipes is aproximated closely by the Bogue-Metzner (1963) model.

Tese de mestrado. Automação, Instrumentação e Controlo. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (especialização em Construções Civis). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008