Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2018-07-04T13:18:57Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2363842 bytes, checksum: ffe6b451f8c38c8b552d6644c74539bd (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-04T13:18:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2363842 bytes, checksum: ffe6b451f8c38c8b552d6644c74539bd (MD5) Previous issue date: 2018-02-28 / Por sua magnitude, diversidade biológica e condições de preservação, a bacia Amazônica é um importante objeto de estudo para grupos de pesquisa ao redor de todo o mundo. No contexto hidrológico, a proximidade com que a população se desenvolveu em relação aos cursos de água, associada à ocorrência de eventos extremos cada vez mais frequentes, torna essencial o entendimento dos processos hidrológicos atuantes na região. Na planície Amazônica existem importantes fatores que regulam os processos hidrodinâmicos como as trocas de água entre os canais principais dos rios e as planícies de inundação e o efeito de remanso hidráulico variável que altera os padrões de velocidade do escoamento. A consideração de tais fatores é essencial tanto nos processos de modelagem hidrológica e hidrodinâmica quanto na geração de dados de vazão, imprescindíveis à calibração e validação dos modelos. Se por um lado modelos hidrodinâmicos complexos têm sido desenvolvidos a partir dessa abordagem, os dados de vazão utilizados ainda são obtidos a partir da metodologia tradicional da curva- chave, que desconsidera os fatores supracitados. O presente trabalho propôs a geração de uma série acurada de dados de vazão a partir da aplicação da Equação de Manning para a estação Manacapuru, localizada no trecho mais baixo do rio Solimões, onde o efeito de remanso hidráulico é evidente. Como uma das variáveis da equação, a declividade da linha de energia é considerada também nos cálculos, tendo sido realizada a sua estimativa a partir da diferença de nível entre a estação de Manacapuru e uma estação de apoio localizada 90 quilômetros a jusante, a estação de Careiro. A obtenção dos parâmetros da equação foi possível a partir de uma série de oito anos (2009-2016) de medições mensais de vazões no rio Solimões realizadas com equipamentos acústicos, complementando a série previamente disponibilizada pela Rede Hidrometeorológica Nacional, predominantemente obtida a partir da utilização de medidores convencionais de corrente. Com os parâmetros geométricos dos canais, área e raio hidráulico da seção transversal obtidos a partir de um levantamento batimétrico da seção, o desafio de aplicação da metodologia se torna a determinação do coeficiente de rugosidade de Manning de forma acurada. No presente trabalho, utilizou-se cada uma das medições de vazão para se obter indiretamente um coeficiente de rugosidade, estabelecendo-se, então, uma relação entre o coeficiente e o nível de água na seção. Os resultados indicaram que o coeficiente de rugosidade se relaciona de maneira decrescente com o nível de água na seção, tendendo a uma assíntota a partir de certo nível. Análises estatísticas apontaram, ainda, que a relação entre o coeficiente de rugosidade e o nível de água é significativamente afetada pelo método pelo qual procede-se à medição de vazão, sejam ele medidores convencionais de corrente ou equipamentos acústicos. Assim, fica evidente a importância de se avaliar o efeito de diferentes bases de dados utilizadas no estabelecimento da relação entre cota e vazão quando se objetiva obter uma série acurada de vazões. Análises de hidrogramas indicaram que a metodologia proposta é capaz de aprimorar expressivamente a série de dados de vazão gerada, principalmente para os picos de vazão, se comparada à metodologia tradicional de utilização da curva-chave em um regime como o de Manacapuru. No contexto da modelagem hidrológica, foi possível concluir que a utilização de uma série de dados de vazão de complexidade incompatível com os modelos hidrodinâmicos que se deseja avaliar pode levar a conclusões errôneas a respeito dos processos hidrodinâmicos atuantes e dos procedimentos necessários para a modelagem. Portanto, é essencial a disponibilização de séries de dados de vazão com acurácia compatível aos modelos hidrológicos e hidrodinâmicos que têm sido desenvolvidos, permitindo, assim, a utilização desses modelos para a previsão de enchentes e consequente minimização dos impactos desses eventos à população. / For their magnitude, biological diversity and conservation conditions, the Amazon basin is an important study object for several research groups around the world. In the hydrologic context, closeness between the development of communities and rivers, associated to the frequent extreme events in the basin, makes essential understanding the hydrological process. In Amazon plain, there are important factors that regulate hydrodynamic processes as water changes between the main channel of rivers and floodplains and the variable backwater that affects the velocity patterns of flow. Considering those factors is essential both for hydrological-hydrodynamic modeling and for the generation of streamflow data series, indispensable for model calibration and validation. Even if complete hydrodynamic models are being developed for the basin, available streamflow data series are still based on the traditional rating-curve methodology, disregarding the aforementioned factors. This work proposed the generation of an accurate streamflow data series for Manacapuru station, a station located in the lower Solimões River where the variable backwater effect is evident, based on the application of the Manning Equation to water level data series. As one of the equation parameters, energy slope is included in computations, being estimated by the difference between water level in Manacapuru and the Careiro station, located 90 kilometers downstream. Obtainment of equation parameters was possible based in a monthly discharge measurement series of 8 years (2009-2016) for Solimões River performed with acoustic equipment, which complemented the previous series available in the National Hydro-meteorological Network performed predominantly by conventional current meters. With geometric parameters area and hydraulic radius being calculated based in a bathymetric section profile, the task remains to determine Manning roughness coefficient. In this study, we calculated indirectly the roughness coefficient for each discharge measurement data, establishing, then, a relationship between the coefficient and the water level. Results indicated that roughness coefficient is related to the water level by a decreasing relationship, tending to an asymptote in certain level. Statistical analyses pointed, in addition, that relationship between roughness coefficient and water level is significantly affected by the method in which discharge measurement is performed, being by conventional current meters or acoustic equipment. Therefore, becomes evident the importance of evaluating the effect of different databases on establishing stage-discharge relationship, in order to obtain an accurate streamflow data series. Hydrograph analyses indicated that the proposed methodology is able to expressively enhance the generated data series in comparison with the traditional rating curve, mainly for maximum flow peaks. Moreover, it was concluded that using a discharge data series with an incompatible degree of complexity if compared to the analyzed models could lead to incorrect findings with regard to the modeling processes. Therefore, it was attested the importance of improving discharge data series, making then able to support the development of hydrological models with the compatible accuracy. Thus, enabling the models to be used for flood forecasting, and consequently minimizing the impacts of these extreme events on population.

Orientador: Marco Lúcio Bittencourt / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-18T00:20:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Salles_BrunoBarbosadeOliveiraFerreira_M.pdf: 1743784 bytes, checksum: 438a0b9981dbede83c23bbafd7f95964 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Este trabalho tem por objetivo desenvolver um algoritmo computacional para otimização de forma da superfície de mancais hidrodinâmicos. O algoritmo usa a teoria de lubrificação elastohidrodinâmica que leva em conta a deformação elástica do mancal devido à distribuição de pressão hidrodinâmica. Esta distribuição de pressão é calculada resolvendo-se a equação de Reynolds por meio do Método de Elementos Finitos (MEF). O MEF também foi usado para calcular a deformação radial do mancal. Uma metodologia de otimização foi então aplicada para obter um novo mancal com melhor desempenho, mudando-se apenas a geometria da superfície do mancal / Abstract: The aim of this work is to develop a computational algorithm for bearing surface shape optimization. The algorithm uses the elastohydrodynamic lubrication theory that takes into account the elastic bearing deformation due to the hydrodynamic pressure distribution. This pressure distribution is calculated by solving the Reynolds equation using the Finite Element Method (FEM). The FEM is also used to calculate the bearing radial deformation. An optimization methodology is applied to obtain a new bearing with better performance characteristics by changing only the geometry of the bearing surface / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

The hydrodynamics of the waters of a river that flow to the sea establishes important control in the volume and direction of the watercourse, among them the physical and chemical salinity that represents the measurement of the concentration of salts dissolved by the water body. This is because water reflects the environmental conditions of a river. The present study had as objective to evaluate the hydrodynamics of the mouth and its relations. The mouth of the São Francisco river is located between the states of Sergipe and Alagoas presents a fluviomarinha plain consisting of river and river basins and terraces, represents an area of extreme natural beauty and of economic relevance for local population and is aggregated in the geographic division of the low San Francisco. With the use of a boat leased in the municipality of Brejo Grande (SE) and with the aid of a digital GPS Garmin e-trex, the information of latitude and longitude in UTM was recorded to map the points of water collection. For the environmental modeling of the salinity and flow coefficients, the SiSbahia program was used. Sampling point identifications were carried out through measurements with HI9828 Multiparameter probe during the months of February, March, April, May, September, November, 2015 and March, 2017. The probe recorded salinity , Electrical conductivity, turbidity, dissolved oxygen, total solids, temperature and pH. For drinking water, water samples were collected in residences to verify pH, sodium and chlorides. Interviews were conducted to verify the perception of salinity with the residents of Brejo Grande / SE and Saramém. Then the quantitative and qualitative data were treated through statistical software and compared with CONAMA Resolution 357/2005 and Portaria MS 2914/2011. The results presented for the environmental modeling showed the action of the tide after the municipality of Penedo / AL, the salinity was recorded by the presence of the salt wedge reached 11 km of the mouth. The pH ranged from 6.80 to 9.47 and the maximum value occurred in February 2015. The values of dissolved oxygen in the evaluated area ranged from 4.68 to 9.27 ppm. Total dissolved solids ranged from 7.0 mg.L-1 to 7522 mg.L-1. The highest concentration of total dissolved solids occurred in the first month of November, dry period and with tidal regime of sizígia with elevation of the water level in 2.2m. The turbidity values recorded were between 2.9 NFU and 47.07 NFU. The values of electrical conductivity ranged from 10.00 (μS / cm-1) to 13130.00 (μS / cm-1). The mean salinity concentration ranged from 0.17 to 28.87 (‰), with the highest values being recorded in the municipality of Brejo Grande / SE and points 39, 40 and 43 located in Piaçabuçu in the state of Alagoas. The pH in drinking water between the municipalities of Brejo Grande / SE and the village Saramém presented average values within the limit established by the Ministry of Health Ordinance 2914/2011. In the evaluation of the parameter of sodium and chlorides the average values obtained in May of 2015 were between 1962.85 mg.L-1 and 2938.62 mg.L-1. In response to the semi-structured interviews the residents reported that the change in the taste of water was perceived during high tide. It was concluded that salinity concentrations were significant and signaled the performance of the tide period to increase the tidal period. Salinity is a worrying factor for directly compromising water uses and directly affecting biota in the region. The environmental education activity enabled the perception of the fishermen about the main types of environmental degradation that operate in the region investigated. / A hidrodinâmica das águas de um rio que correm para o mar passa a estabelecer importante controle no volume e direção do curso de água, dentre elas a salinidade propriedade físico-química que representa a medida da concentração de sais dissolvidos pela massa de água. Isto porque a água reflete as condições ambientais de um rio. O presente estudo teve como objetivo avaliar a hidrodinâmica da foz e suas relações. A foz do rio São Francisco está localizada entre os estados de Sergipe e Alagoas apresenta uma planície fluviomarinha constituída por várzeas e terraços fluviais e marinhos, representa uma área de extrema beleza natural e de relevância econômica para população local e está agregada na divisão geográfica do baixo São Francisco. Com uso de uma embarcação locada no município de Brejo Grande (SE) e com o auxílio de um GPS digital Garmin e-trex, realizou-se o registro das informações de latitude e longitude em UTM para mapear os pontos de coleta de água. Para modelagem ambiental da salinidade e das coorentes de vazão utilizou-se o programa SiSbahia. Para verificação da qualidade da água e dos processos degradadores foram realizadas identificações dos pontos de amostragem através de medidas com sonda Multiparâmetros HI9828 durante os meses de fevereiro, março, abril, maio, setembro, novembro de 2015 e março de 2017. A sonda registrou salinidade, condutividade elétrica, Turbidez, Oxigênio dissolvido, Sólidos Totais, temperatura e pH. Para água de consumo foram coletas das águas em residências para verificação de pH, sódio e cloretos. Realizou-se entrevistas para verificação da percepção da salinidade com os moradores da região de Brejo Grande/SE e Saramém. Em seguida os dados quantitativos e qualitativos foram tratados através de software estatísticos e comparados com as Resolução CONAMA 357/2005 e Portaria MS 2914/2011. Os resultados apresentados para a modelagem ambiental demonstrou a ação da maré após o município de Penedo/AL, a salinidade registrada pela presença da cunha salina foi percebida a 11 km da foz. O pH variou entre 6,80 a 9,47 sendo que o valor máximo ocorreu no mês de fevereiro de 2015. Os valores de Oxigênio dissolvido na área avaliada oscilaram entre 4,68 a 9,27 ppm. Os valores sólidos totais dissolvidos variaram entre 7,0 mg.L-1 a 7522 mg.L-1. A maior concentração de sólidos totais dissolvidos registrado ocorreu no ponto 1 mês de novembro período seco e com regime de maré de sizígia com elevação do nível de água em 2.2m. Os valores de turbidez registrados foram entre 2,9 NFU e 47,07 NFU. Os valores da Condutividade elétrica variaram entre 10,00 (μS/cm-1) a 13130,00 (μS/cm-1). A concentração média de salinidade variou entre 0,17 a 28,87(‰) sendo que os maiores valores foram registrados a margem do município de Brejo Grande/SE e os pontos 39, 40 e 43 situados sentido Piaçabuçu no estado de Alagoas. O pH na água de consumo entre os municípios de Brejo Grande/SE e o povoado Saramém apresentaram valores médios dentro do limite estabelecido pela Portaria do ministério da saúde 2914/2011. Na avaliação do parâmetro de sódio e cloretos os valores médios obtidos no mês de maio de 2015, apresentaram-se entre 1962,85 mg.L-1 e 2938,62 mg.L-1. Em resposta as entrevistas semiestruturada os moradores informaram que a alteração no sabor da água era percebida durante a maré alta. Conclui-se que as concentrações de salinidade foram significantes e sinalizaram a atuação do período da maré para o aumento da mesma. A salinidade é um fator preocupante por comprometer diretamente os usos da água e afetar diretamente a biota na região. A atividade de educação ambiental possibilitou a percepção dos pescadores sobre os principais tipos de degradação ambiental que atua na região investigada. / São Cristóvão, SE

Orientador: Celso Kazuyuki Morooka / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica e Instituto de Geociencias / Made available in DSpace on 2018-08-13T09:48:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tsukada_RaphaelIssamu_M.pdf: 4706299 bytes, checksum: b217ddb6687b4f89959018a445ff1dee (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O presente trabalho tem como objetivo principal caracterizar o comportamento dinâmico de risers em configuração catenária (SCR) sob os efeitos do fenômeno da vibração induzida por vórtices (VIV). Estes estudos foram realizados através de experimentos e simulações numéricas. O experimento foi realizado com modelo de SCR em escala reduzida em um tanque de provas sob várias condições simuladas do ambiente, variando a velocidade do carro dinamométrico, a amplitude dos movimentos impostos no topo do modelo, amplitudes e períodos de ondas. As simulações numéricas foram realizadas usando um modelo de VIV criado para a avaliação de risers rígidos verticais. Modificações para o modelo foram implementadas de forma a considerar a inclinação do riser em relação ao escoamento e os movimentos apresentados pela SCR. Os resultados experimentais e numéricos apresentaram algumas características de comportamento semelhantes aos dos risers utilizados para grandes lâminas da água, verificados por outros pesquisadores, tais como: os altos harmônicos da freqüência de desprendimento de vórtices e o comportamento misto de standing e travelling waves. Uma boa concordância foi observada comparação entre os resultados experimentais e numéricos. / Abstract: The primary objective of this work is to characterize the dynamic behavior of steel catenary risers (SCR) under the effects of the Vortex-Induced Vibration (VIV) phenomenon. This study was conducted applying both experimental and numerical approaches. A SCR model test was performed in a towing tank under several simulated environment condition combinations such as; varying the towing speed, riser top forced oscillation amplitudes and surface wave characteristics. Numerical simulations were computed using an empirical VIV model created for the evaluation of top tensioned vertical rigid risers. Modifications to the model were implemented to allow consideration for the inclination of the riser relative to the fluid flow and the movement of the SCR. The experimental e numerical results present some dynamic behavior characteristics similar to that of deep sea risers found by others researcher mainly high harmonics of the vortex shedding frequency and a mix of standing and traveling wave behavior. Results from the comparison of experimental and numerical results have shown a good agreement. / Mestrado / Explotação / Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo

Nesta dissertação calculamos o parâmetro de fluxo elíptico v2, em função da pseudorapidez η, do momento transversal pt e da centralidade da colisão. Encontramos que v2, em função de η, reproduz a forma característica dos dados experimentais, apresentando um máximo em η = 0 e diminuindo conforme |η| aumenta. Obtivemos, também, que v2, em função de pt, cresce de forma, aproximadamente, linear, não apresentando a saturação observada nos dados experimentais, para pt > 1.5GeV (quando usamos a fórmula de Cooper-Frye). Usando o mecanismo de emissão contínua, há uma considerável redução do fluxo elíptico, na região de pt grande. Entretanto, tal redução não caracteriza uma saturação. No caso de v2, em função da centralidade, os resultados mostram-se consistentes com os dados experimentais. Verificamos, também, que os efeitos de uma equação de estado com ponto crítico é pouco significativo para o fluxo elíptico. Por outro lado, encontramos uma forte dependência de v2 em relação ao tipo de condições iniciais adotado (condições iniciais médias ou condições iniciais flutuantes). Finalmente, propomos uma fórmula para cálculo de v2, a partir de quantidades que podem ser medidas experimentalmente. O resultado obtido com esta fórmula mostra-se consistente com v2 calculado de maneira teórica (em relação à direção do parâmetro de impacto). / In this work, we calculate the elliptic flow parameter v2, as a function of the pseudorapidity η, the transversal momentum pt and the centrality of the collision. We found that v2,as a function of η, reproduces the characteristic shape of the experimental data, with a maximum at η = 0 and decreasing as |η| increases. We aIso observed that v2, as a function of pt, linearly increases, therefore it doesn't show the saturation observed in experimental data, for pt > 1.5 GeV (when we use the Cooper-Frye prescription). Using the continuous emission mechanism, we observed a considerable reduction of the elliptical flow in the range of high pt. However, such a reduction doesn't characterize a saturation. In the case of v2, as a function of centrality, the results are consistent with the experimental data. We also verified that the effect of a equation of state with critical point is of little importance to the elliptical flow. On the other side, we found a strong dependence of v2 on the type of initial conditions used (average or fluctuating initials conditions). Finally, we propose a prescrition to calculate v2 from quantities which can be experimentally measured. The result obtained with this prescrition is consistent with the v2 theoretically computed (using the impact parameter direction).

A poluição sonora é um problema central de uma grande diversidade de aplicações industriais. Na engenharia, podemos citar diversos casos que geram ruído, como exemplos os trens, automóveis, rotores de helicópteros e o ruído aerodinâmico das aeronaves, o qual se divide em ruído gerado pelos motores a jato e a estruturas da aeronave. No presente momento o ruído dos motores aeronáuticos, principalmente os jatos, atingiu níveis de ruídos semelhantes às estruturas da aeronave, como por exemplo, eslates, flaps e trens de pouso. Desta forma, as autoridades de transporte aéreo estão exigindo também redução no ruído das estruturas. O presente trabalho apresenta a verificação das potencialidades e limitações do software CFD++, programa este adquirido pela EMBRAER e inserido como parte do projeto Aeronave Silenciosa, para assim poder compreender de uma melhor maneira o fenômeno da aeroacústica, e deste modo, poder contribuir para a redução do ruído externo das aeronaves. Para verificar as potencialidades e limitações do CFD++, foi proposto investigar o mecanismo de som do eslate. Tal fenômeno é devido ao deslocamento da camada limite no intradorso do eslate a partir de onde se desenvolve a camada de mistura, foco do presente trabalho. / Noise pollution is a central problem of a wide variety of industrial applications. In engineering, cite several cases that generate noise, as examples trains, automobiles, rotors of helicopters and the noise generated by aircraft, which is divided into noise generated by jet engines and airframe. At present the noise of aircraft engines, largely the jets reached noise levels similar structures, such as slat, flaps and landing gear. Thus, the air transport authorities are also demanding a reduction in noise of the structures of airframe. This report presents the verification of potentialities and limitations of CFD++, a program acquired by EMBRAER and inserted as part of the Silent Aircraft, so they can understand better how the phenomenon of aeroacoustics, and thus able to reduce contribute external noise from aircraft. To check the potentialities and limitations of CFD++, was proposed to investigate the mechanism of sound generated by the slat. This phenomenon is due to the displacement of the boundary layer on the lower surface of the slat from which the mixed layer develops. The mixing layer is the focus of this work.

O processo de admissão e exaustão exercem grande influência no desempenho de um motor a combustão interna. Vários têm sido os estudos para conhecimento e detalhamento do comportamento dos parâmetros que interferem nesses processos, nas últimas décadas. Este trabalho voltou-se principalmente para o ensaio experimental de um motor do ciclo Otto utilizando etanol como combustível, avaliando o desempenho deste motor utilizando três tipos distintos de comando de válvulas e dois coletores de admissão diferentes em sua geometria, além do uso da turbo - alimentação. Numa etapa complementar fez-se uma proposta inicial de simulação numérica do comportamento hidrodinâmico do escoamento na admissão, usando técnicas de CFD, através do software CFX. Os resultados experimentais permitiram apontar o melhor arranjo não só sob o ponto de vista de torque, potência e consumo específico, como também, o que apresentou menor índice de emissões para os gases CO, CO2, NOx, HC. Criou-se um farto banco de dados para subsidiar pesquisas em motores movidos a etanol, material escasso na bibliografia aberta. A simulação numérica apresentou concordância com alguns parâmetros medidos, mas merece ainda alguns ajustes no refinamento da malha, no tempo de simulação, e no número de ciclos ensaiados, para comprovação e maior confiabilidade nos resultados obtidos. / Intake and exhaust process exercise great influence in Internal Combustion Engine performance. The behaviour of parameters that interfere in this process have been studied in the last decades. The mainly goal of this work is to test experimentally a cycle Otto engine that use ethanol as fuel, evaluating its performance using three different types of the camshaft and two intake manifold of different geometry, besides the use of the turbocharger. In addition an initial proposal numeric simulation of the hydrodynamic flow behaviour in intake, using techniques of CFD with the software CFX was made. The experimental results allowed to aim the best arrangement of the torque, specific consumption and power and what presented lower index of emissions for the gases CO, CO2, NOx, HC. A full database was created to subsidize researches in engines powered ethanol. The numeric simulation presented agreement with some measured parameters, but it still deserves some fittings in the refinement of the mesh, in the time step of simulation and in the number of rehearsed cycles, for confirmation and larger reliability in the obtained results.

O objetivo deste projeto de mestrado é estudar o escoamento bidimensional ao redor de um cilindro isolado oscilando forçadamente e apoiado em base elástica através de simulações computacionais utilizando o Método de Elementos Espectrais. Este tópico suscita grande interesse no meio tecnológico, pois esta configuração aparece com bastante freqüência em estruturas marítimas, como os \"risers\" de produção e umbilicais de plataformas de exploração de petróleo, e também no meio acadêmico, uma vez que se trata do estudo de fenômenos complexos originados do escoamento ao redor de uma geometria simples: cilindro circular. A pesquisa tem seu principal enfoque na avaliação da utilização do método espectral de elementos finitos para solução do escoamento bidimensional no limite do regime de esteira laminar, Re < ou = 200 , ao redor de um cilindro oscilando forçadamente e apoiado em base elástica. As simulações do escoamento ao redor de um cilindro oscilando forçadamente são realizadas com duas amplitudes de oscilação do cilindro: 0.15D e 0.40D . Para cada amplitude são utilizadas dez freqüências de oscilação: 0.8 s f , 0.85 s f , 0.9 s f , 0.95 s f , 0.975 s f , 0.9875 s f , 1.025 s f , 1.05 s f , 1.075 s f e 1.1 s f ; onde D é o diâmetro do cilindro e s f é a freqüência de desprendimento de vórtices para cilindro fixo. O objetivo destas simulações é a tentativa de observação do fenômeno da mudança brusca do ângulo de fase entre a força transversal à direção da corrente e o deslocamento do cilindro, \"phase-jump\", obtendo, deste modo, uma base para comparação com trabalhos já existentes sobre o mesmo tema, avaliando o método numérico utilizado para o caso do escoamento ao redor de um cilindro oscilando. As simulações do escoamento ao redor de um cilindro apoiado em base elástica (livre para oscilar) foram feitas com apenas um grau de liberdade: a direção transversal ao escoamento incidente (eixo y no caso estudado). O resultado mais importante deste tipo de configuração, do ponto de vista prático (projetos de \"risers\", e outras estruturas cilíndricas), é a curva max A / D versus r V , isto, devido à dependência da vida útil destas estruturas à máxima amplitude de oscilação. Para reproduzir a curva max A / D versus r V , foram escolhidos os seguintes valores de velocidade reduzida: 1.0, 2.0, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 9.0, e 10.0. / The goal of this work is to study through numerical simulations using the Spectral Elements Method the two-dimensional the flow past a single circular cylinder that is either in simple harmonic cross-flow oscillation or elastically mounted. This is a very important topic for the technological environment because this configuration is identical to offshore structures, like risers of oil production platform and is also important to scientific environment due to the study of complex phenomena originated from the flow past a very simple geometry: a circular cylinder. The focus of this research is to evaluate the use of Spectral Element Method for solution of two-dimensional flow past a circular cylinder that is either in simple harmonic cross-flow oscillation or elastically mounted, at the laminar wake limit, Re < or = 200 . Two oscillation amplitudes were employed for the forced oscillations simulations: 0.15D e 0.40D . And, for each amplitude, were selected ten frequencies: 0.8 s f , 0.85 s f , 0.9 s f , 0.95 s f , 0.975 s f , 0.9875 s f , 1.025 s f , 1.05 s f , 1.075 s f e 1.1 s f ; where D is the cylinder diameter and s f is the vortex shedding frequency. The phase jump phenomenon, e.g., the fast change of phase angle, is observed and compared with existents works evaluating the Spectral Elements Method for forced oscillations cases. In the elastically mounted simulations the most important result, for the practical point of view (risers design), is the max A / D x r V curve, e.g., maximum amplitude versus velocity ratio, due to the relation of risers lifetime with maximum oscillation amplitude. To build the max A / D x r V curve were selected the follow values of velocity ratio: 1.0, 2.0, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 9.0, e 10.0.

A compreensão, monitoramento e simulação da dinâmica da rede de drenagem de um centro urbano, inclusive os rios, podem auxiliar a análise de risco e o desenvolvimento e correção de projetos de rede de drenagem urbana. Entretanto, a simulação de rios urbanos é um grande desafio, devido a rápida variação das condições de escoamento (nível d\'água e velocidade) durante a passagem de onda de cheia, trazendo dificuldades tanto no monitoramento como na modelagem. Por se tratar de escoamentos não permanentes com significativo efeito de histerese da relação nível-vazão, torna-se necessária a utilização de modelos hidrodinâmicos. Além disso, a possível ocorrência de escoamento transcrítico aumenta a complexidade de representação do problema. Neste trabalho, um modelo hidrodinâmico capaz de resolver escoamentos transcríticos foi desenvolvido com o objetivo de simular eventos de passagem de onda de cheia em rios urbanos. O modelo, implementado na linguagem Fortran, foi baseado nas equações unidimensionais completas de Saint-Venant e utiliza o esquema de resolução de Preissmann adaptado por um redutor dos termos de inércia. Isso permitiu a resolução de escoamentos transcríticos, conforme comprovado em problemas teóricos padrões. Na aplicação prática do modelo, eventos de onda de cheia foram monitorados em um trecho do canal do córrego do Gregório na cidade de São Carlos, São Paulo, e simulações foram realizadas considerando apenas dados de níveis. Os resultados obtidos foram satisfatórios (Eficiência de Nash-Sutcliffe acima de 0,7) e permitiram a utilização das vazões estimadas para a proposição de uma curva-chave para o córrego. A metodologia aplicada neste trabalho se mostrou promissora para a definição de curva-chave de rios urbanos que apresentam dificuldades de medição de vazão. / The recognition, monitoring and simulation of the drainage system\'s dynamics of an urban center, including rivers, can assist in the risk assessment and the development and correction of urban drainage network projects. However, the simulation of urban rivers is a great challenge, due to the rapid variation of the flow conditions (water level and velocity) during the passing of flood waves, and poses difficulties for their monitoring and modeling. The use of a hydrodynamic model becomes necessary, as the flow is unsteady and produces a hysteresis effect of stage-discharge relation. Furthermore, the possible occurrence of transcritical flow increases the complexity of the problem representation even more. This manuscript addresses the development of a hydrodynamic model that solves transcritical flows and simulates flood wave events in urban rivers. The model, implemented in the Fortran programming language, was based on the one-dimensional complete equations of Saint Venant and uses the Preissmann scheme of resolution adapted by a reduction factor of the inertial terms. Such features enabled the resolution of transcritical flows, as evidenced in standard theoretical problems. In a practical application of the model, flood wave events were monitored in the Gregório creek in São Carlos, São Paulo, and simulations were performed only with level data. The results were satisfactory (Nash-Sutcliffe efficiency above 0.7) and enabled the use of the flows estimated for the proposal of a rating curve for the creek. The methodology applied has shown promising for the definition of a rating curve for urban rivers of difficult flow measurements.

Orientadores: Celso Kazuyuki Morooka, Sergio Nascimento Bordalo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica e Instituto de Geociencias / Made available in DSpace on 2018-08-12T07:18:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Valdivia_PauloGuilger_M.pdf: 3149280 bytes, checksum: 67a3cd4d1474a0a93fd6072dff86c551 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Risers de produção são dutos com a função de transportar os fluidos do poço produtor de petróleo, no leito marinho, à unidade de produção na superfície do mar. O presente trabalho tem como objetivo principal caracterizar a resposta dinâmica de um riser em configuração de catenária sob influência do escoamento de hidrocarbonetos em seu interior. Observa-se da literatura que poucos trabalhos podem ser encontrados abordando a questão da influência do escoamento interno no comportamento estático e dinâmico desse sistema de riser. Com esta finalidade, foi projetado e elaborado um modelo reduzido de um riser rígido em catenária (SCR - Steel Catenary Riser) para ensaios em laboratório. Considerou-se como protótipo um SCR em operação em lâmina de água de 900 metros. Os valores de vazão de campo foram considerados no desenvolvimento, e testes foram conduzidos, produzindo escoamento bifásico água e ar, representando o escoamento bifásico de óleo e gás no interior de um riser. Além disso, um modelo numérico da literatura foi implementado, a fim de simular o carregamento gerado pelo escoamento interno no duto. Os resultados obtidos experimentalmente, em termos de amplitudes de deslocamentos, freqüências de resposta e forças, foram comparados com valores gerados para o modelo de riser através de simulação numérica. Os valores obtidos através de simulação numérica mostraram boa equivalência com o experimento, e os ensaios mais bem representados pela implementação foram aqueles nos quais ocorreu padrão bifásico golfadas. / Abstract: The pipe which transports fluids from the petroleum production well, on the seabed, up to the production unity, on the sea surface, is named riser. The main objective of this work is to characterize the dynamic response of a riser, hanging in catenary configuration, with the influence of the internal flow of hydrocarbons. It was observed from literature, that only a few works have the approach of considering the internal flow in the riser static and dynamic behavior. On this purpose, a laboratory-scale model was designed and assembled, based on the properties of a SCR (Steel Catenary Riser). The prototype which was considered operates in 900 meters water depth and its values of field flow rates were taken into account. Flow tests were conducted with two-phase water and air mixtures, representing oil and gas inside the riser. Moreover, a numerical model from literature was implemented in order to reproduce the loading generated by the internal flow. Results obtained experimentally, in terms of displacements amplitude, response frequencies and forces, were compared with values generated for the riser model through numerical simulation. The values obtained by numerical simulation showed good agreement with experimental results, and the cases that were best represented by implementation were those that the two-phase flow occurred in slug pattern. / Mestrado / Explotação / Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo