Este trabalho teve por finalidade simular a hidrodinâmica da Plataforma Continental Interna do Estado de São Paulo (PCISP) e da Plataforma Continental Média do Estado de São Paulo (PCMSP) no período de verão, em resposta às forçantes do gradiente de densidade, do vento climatológico e das marés, através da implementação do modelo numérico hidrodinâmico tridimensional Regional Ocean Modeling System (ROMS). Os experimentos realizados mostraram que os efeitos da distribuição de densidade sobre o comportamento geral da circulação na PCISP e PCMSP são secundários quando comparados à circulação induzida pela tensão de cisalhamento do vento. Os resultados apontam que na PCISP e na PCMSP a componente de velocidade paralela à costa é dominada por forçantes de frequência subinercial, como o vento climatológico e o gradiente de densidade, enquanto que a componente normal, na direção normal à costa, é fortemente influenciada pela forçante de maré. / The aim of this study was simulate the hydrodynamic of the Inner Continental Shelf of the State of São Paulo (PCISP) and of the Mid Continental Shelf of the State of São Paulo (PCMSP) during summer, in response to the density gradient forcing, to the climatological wind shear stress forcing and to the tide forcing, applying the tridimensional hydrodynamic numeric model Regional Ocean Modeling System (ROMS). The experiments performed showed the effects of the density distribution over the general circulation behavior in the PCISP and PCMSP are secondary compared with the induced climatological wind shear stress circulation. The results indicate that in the PCISP and in the PCMSP the component velocity parallel to the coast is dominated by subinertial frequencies forcing, as the climatological wind and the density gradient, while the component velocity perpendicular to the coast is strongly influenced by the tide forcing.

De maneira geral, o mercado náutico brasileiro ainda é muito restrito, principalmente o de pequenas embarcações. Nos últimos anos, porém, devido a uma maior exposição na mídia dos bons resultados internacionais de velejadores e exploradores brasileiros, a vela tem se popularizado. Esta dissertação descreve o projeto de um veleiro de pequeno porte para esporte/lazer fabricado em polietileno linear de média densidade (PEMD) pelo método da rotomoldagem. Este método tem se difundido rapidamente no exterior para a fabricação de equipamentos náuticos de pequeno porte, como veleiros e caiaques, proporcionando redução de custos e vantagens ambientais relacionadas ao processo de construção. A embarcação projetada é voltada para uma tripulação de duas pessoas adultas (ou um adulto e duas crianças) e foi dimensionada para um fácil transporte, possibilitando carregá-la sobre o bagageiro de um automóvel. O foco deste trabalho está no projeto naval. Desta forma, foram percorridas todas as etapas pertinentes de um projeto de veleiro, desde o projeto do casco, passando pelo projeto do plano vélico, projeto dos apêndices (bolina e leme), análise estrutural do casco em elementos finitos e verificação de desempenho comparativo com um veleiro bem conhecido no ramo da vela. Destaca-se o projeto do plano vélico, no qual, de forma otimizada, se obteve um conjunto de velas (mestra e buja) de bom desempenho, sem, contudo, comprometer a estabilidade do veleiro. Uma análise econômica preliminar indicou a possibilidade de se fabricar o veleiro rotomoldado com custo reduzido, abaixo do preço de mercado de veleiros do mesmo porte disponíveis no mercado nacional. Complementarmente, verificou-se também a possibilidade de se utilizar material reciclado na construção da embarcação, o que, além de ser uma alternativa para diminuir custos, proporciona benefícios ambientais ao minimizar sobras de produção. / In a general way, the Brazilian nautical market is still very restricted, specially the one of small dinghies. In the last years, however, mainly due to a greater exposure on the media based on good international results of Brazilian sailors and explorers, sailing has being popularized. This Msc. Thesis describes the design of a small sail dinghy, for sport or leisure use, made with medium density linear polyethylene using the method of rotomolding. This method has been spreading rapidly worldwide as a process of fabrication of small nautical crafts like sailboats and kayaks, since it results in cost reductions and environmental gains related to the construction process. The designed sailboat is directed for a crew of two adults (or an adult and two children), and was dimensioned for an easy transport, even on the top of a car. This work is focused on the development of the naval design. Therefore, it goes through all the design steps of a sailboat, starting with the design of the hull, and then going through the design of the sails, appendices (rudder and dagger board), hull structural analysis by Finite Elements Method (FEM) and verification of performance of the sailboat in comparison with a well known sailing dinghy. It should be highlighted, also, the sails designing process, which, in an optimized way, generated a set of sails (main and jib) of good performance, without, however, jeopardizing the stability of the sailboat. Through a preliminary economical analysis, it was verified that it is possible to produce a rotomolded sailboat with reduced cost, even below the market prices of national sailboats of this size. As a complement, the possibility of employing recycled material in the construction of the boat has been studied. Besides being an alternative to diminish costs, it can bring environmental benefits, as it minimizes production scraps.

Este trabalho apresenta as avaliações de desempenho, das demandas operacionais e dos fatores intervenientes no aumento da escala da unidade piloto do Reator anaeróbio Horizontal de Leito Fixo (RAHLF) no tratamento de esgoto sanitário após passagem por peneira com malha de 1 mm, durante dois anos de operação. O reator dispunha de volume total de 237,5 1, construídos com tubos comerciais de PVC de 14,5 cm de diâmetro (D), dispostos em cinco módulos horizontais em série de 2,88 m, perfazendo um comprimento total de (L) de 14,4 m e relação de total de L/D de 100. O suporte de imobilização de biomassa, espuma de poliuretano em matrizes cúbicas de 1 cm de aresta, mostrou-se adequado ao desenvolvimento do biofilme. Em partida, sem inoculação prévia, ocorreu a sua consolidação a partir de 70 dias, com predominância de morfologia semelhante a Methanosaeta sp. em relação a da Methanosarcina. Em torno de 90 dias com afluente de 350 mg/l de DQO, observe-se a melhor qualidade do efluente, com valor de 100 mg/l de DQO. Em longa operação ocorreu queda de rendimento e menor reprodutibilidade das previsões do projeto, atribuída aos constantes entupimentos e ineficácia das operações de limpeza, com o comprometimento de volume reacional verificados por estudos de hidrodinâmica. Da investigação das origens dos equipamentos observou-se tratar mais de um efeito local e qualitativamente relacionado à biomassa retida que propriamente quantitativo e extensivo ao longo de todo reator, com produção continuada de polímeros extracelulares, promovendo um efeito sinérgico com os predominantes organismos filamentosos e com os sólidos particulados retidos no leito. Diante das potencialidades desta configuração de reator apontam-se alternativas de mitigação dos entupimentos e o direcionamento dos estudos necessários para novo aumento de escala para o tratamento de esgoto sanitário. / This work evaluated the performance, the operational demands and the intervenient factors in the scale-up of the horizontal flow anaerobic immobilized biomass (HAIB) reactor pilot unit, treating domestic sewage previously screened. The operation was monitored for two years. The five- module (2.88 m length each) reactor volume was 237.5 liters and it was built with commercial PVC pipes of 14.5 cm of diameter (D), resulting in a total length (L) of 14.4 m and in a total ratio L/D of approximately 100. The immobilization support, cubic matrices of polyurethane foam (1 cm edge), showed to be suitable for the anaerobic biofilm development. During the start-up, without previous inoculation, the biofilm seemed to be consolidated after 70 days, and Methanosaeta sp. morphology predominated, in detriment of Methanosarcina. With an affluent of 350 mg COD/L, the best reactor performance was observed in about 90 days of operation (100 mg COD/L in the effluent). However, with the continuous operation, its performance decreased and the project predictions did not seem to fit anymore. These facts were probably due to the frequent cloggings ant the inefficiency of the backwashing procedures, leading to a decreasing of the operational volume. The origin of the clogging seemed to be related to the extracellular polymer production, linked to a synergic effect with the filamentous organisms and the particulate solids in the bed. Despite these operational problems, there were found alternatives to mitigate the clogging, and studies about a new scale-up methodology, in order to treat domestic sewage, were strongly recommended.

O Plasma de Quarks e Glúons é um novo estado da matéria criado brevemente em colisões nucleares de alta energia no RHIC (acelerador localizado no Brookhaven National Laboratory) e no LHC (acelerador do CERN, na Suíça). Para pesquisar suas propriedades e estado inicial, várias análises e métodos são usados. Neste mestrado, foi pesquisada a recém proposta Análise em Componentes Principais para multiplicidade e fluxo anisotrópico. É discutida sua sensibilidade ao tamanho das inomogeneidades no estado inicial bem como (de maneira indireta) ao tipo de condições iniciais e energia da colisão. Foi feita também uma comparação com dados experimentais recém obtidos pela colaboração CMS do LHC. O resultado talvez mais promissor é a diferença qualitativa entre dados de flutuações de multiplicidade e resultados de simulações hidrodinâmicas com certas condições iniciais. / The Quark Gluon Plasma is a new state of matter created briefly in high energy nuclear collisions at RHIC (accelerator located at Brookhaven National Laboratory) and at LHC (accelerator at CERN, Switzerland). To research its properties and initial state, many analysis and methods are used. In this master, the recently proposed Principal Component Analysis was studied for multiplicity and anisotropic flow. Its sensitivity to the size of inhomogeneities in the initial state as well as (indirectly) to the kind of initial conditions and collision energy is discussed. Also, a comparison was done with experimental data recently obtained by the CMS collaboration from LHC. Maybe, the most promising result is the qualitative difference between data from multiplicity fluctuations and results from hydrodynamic simulations with different initial conditions.

O conhecimento da distribuição de temperatura e velocidade no núcleo de um reator é necessária para a verificação dos limites do projeto estrutural, a análise de segurança, o desempenho do combustível, etc. O presente trabalho consiste no desenvolvimento do programa ATHELCORE, o qual representa uma expansão do modelo físico utilizado no programa ATHEL, para a análise termohidráulica do núcleo completo de reatores do tipo LMFBR, considerando a transferência de calor entre feixes. O tempo de execução do programa e a memória requeridos são reduzidos quando comparados a programas similares, tais como o COBRA-WC e o COMMIX, fornecendo uma descrição detalhada do campo de velocidade e temperatura. Os resultados obtidos do programa, em relação aos dados experimentais, são considerados satisfatórios.

O escoamento laminar incompressível do fluido de um mancal hidrodinâmico, escoamento este regido pelas equações de Navier-Stokes, foi analisado aplicando-se o método dos elementos finitos associado a formulação variacional de Galerkin. O elemento adotado para a discretização da parte geométrica do problema foi um paralelepípedo, com 20 nós. Após a discretização das equações de Navier-Stokes e sua conveniente expressão em termos de funções de forma, o sistema de equações a ser resolvido passou por uma adaptação necessária para solucionar as oscilações de pressão que comprometiam a convergência. Esta adaptação consistiu na introdução de uma equação de Poisson para pressão, a ser resolvida conjuntamente às demais equações. Sua adoção trouxe estabilidade e convergência ao programa FluidFlow, escrito paralelamente às etapas acima mencionadas. Quanto às simulações, primeiramente foram simulados escoamentos de Couette e Poiseuille (ambos em coordenadas retangulares), dada a similaridade entre estes e o escoamento de um mancal no qual o raio adotado foi considerado infinito. Posteriormente uma seção de um mancal hidrodinâmico foi simulada, com diferentes malhas e condições de contorno. Os resultados obtidos foram satisfatórios e validaram os procedimentos por nós adotados.

O escoamento de um fluido ao redor de corpos rombudos configura-se em um dos principais problemas da mecânica dos fluidos. As investigações deste fenômeno são baseadas em técnicas analíticas, numéricas e experimentais. Cada abordagem apresenta suas vantagens e desvantagens, sendo impossível a plena caracterização do escoamento através de uma única técnica para a maioria das geometrias de corpo e condições de escoamento. É neste contexto que se insere esta tese, que compreende um estudo fundamental sobre a dinâmica de formação e desprendimento de vórtices baseado em técnicas experimentais. Primeiramente, realiza-se um estudo de estabilidade hidrodinâmica do escoamento em torno de cilindro circular via modelo de Ginzburg-Landau. Os resultados experimentais deste estudo serviram para validar simulações numéricas e a principal técnica experimental utilizada foi a Velocimetria por Imagem de Partículas (PIV). A decomposição de campos de velocidade em série de Fourier permite verificar a hierarquia sugerida pela solução assintótica da bifurcação de Hopf. Além disso, os resultados também indicam quando a tridimensionalidade passa a ser importante no escoamento. A tridimensionalidade do escoamento está intimamente ligada ao fenômeno de vibração induzida por vórtices (VIV), que exerce efeitos danosos em uma grande quantidade de estruturas sujeitas a escoamentos fluidos. Com o objetivo de suprimir as VIV, realizou-se um estudo paramétrico do supressor do tipo strakes helicoidal, que é bastante empregado na indústria offshore. Verificou-se que os strakes modificam as características tridimensionais da esteira de um cilindro. Apesar da eficiência dos strakes na supressão de VIV, eles possuem algumas limitações inerentes às características hidrodinâmicas do escoamento. Sendo assim, apresenta-se uma técnica que reduz as tridimensionalidades de modo a tornar o escoamento bidimensional, com a possibilidade de controle ativo de malha fechada. O método de controle de camada limite por superfícies móveis (CCLSM) suprime VIV e diminui o arrasto atrasando a separação da camada limite do cilindro através da injeção de quantidade de movimento angular pelos cilindros de controle rotativos. / The fluid flow around bluff bodies is one of the main problems in fluid mechanics. The investigations of this phenomenon are based on analytical, numerical and experimental techniques. Each technique presents advantages and disadvantages, being impossible the comprehensive characterization of the flow though only one technique for the majority of body geometries and flow conditions. Within this context, the present thesis is proposed, which comprehends a fundamental study about the vortex shedding dynamics based on experimental techniques. Firstly, a hydrodynamic stability study of the flow around a circular cylinder is performed using the Ginzburg-Landau model. The experimental results of this study allowed the validation of numerical simulations and the main experimental technique employed was the Particle Image Velocimetry (PIV). The Fourier series decomposition of velocity fields permits to verify the hierarch suggested by the asymptotic solution of the Hopf bifurcation. Additionally, the results also indicate when the three-dimensionalities become important in the flow. The flow three-dimensionality is closely associated to the vortex-induced vibration (VIV) phenomenon, which exerts damaging effects on a great quantity of structures subjected to fluid flows. In order to suppress VIV, it was realized a parametric investigation of the helical strakes, that are commonly employed in the offshore industry. One verifies that the strakes modify the three-dimensional characteristics of the cylinder wake. Despite of the strake efficiency regarding the VIV suppression, the strakes have some limitations that are inherent to the flow hydrodynamic features. Consequently, it is presented a technique that reduces the three-dimensionalities in order to create a two-dimensional flow, with the possibility of closed-loop active control. The moving surface boundary-layer control (MSBC) suppresses VIV and reduces the drag delaying the cylinder boundary-layer separation through the injection of angular momentum by the rotational control cylinders.

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A calibração do modelo foi realizada através de uma regressão linear entre as vazões medidas e simuladas para ambos, resultando em uma correlação de 0,99. A validação foi realizada para um ponto do rio Tocantins com velocidades medidas via ADCP. As velocidades medidas são comparáveis às velocidades simuladas pelo modelo. Assim, foi gerada uma curva de potência entre as vazões medidas e as velocidades simuladas para o ponto que teve suas velocidades validadas, obtendo-se uma correlação de 0,96. Essa mesma curva foi utilizada para estimativas de velocidade, calculando-se a densidade energética e definindo-se a velocidade de projeto para UHEs Tucuruí igual a 2,35 m/s e Bariri 2,25 m/s. Com a velocidade de projeto definida, foram selecionados 10 pontos UHE Tucuruí 1 ponto UHE Bariri para a implantação das turbinas hidrocinéticas. As velocidades desses pontos foram determinadas com o mesmo método usado para a validação das velocidades. Os pontos foram selecionados com base no canal do reservatório de jusante Tucuruí e no final da bacia de dissipação Bariri , o qual possui as maiores profundidades e velocidades sendo convenientes para uma maior geração de energia. Considerando a profundidade do rios e a tecnologia disponível para a sua fabricação, definiu-se para o estudo de grande porte o diâmetro do rotor em 10 m e para o de médio porte 2,1 m. Com a velocidade de projeto definida, o projeto do rotor foi realizado pela metodologia BEM (Blade Element Momentum), permitindo a definição de uma curva de potência instalada da turbina em função da velocidade do rio. Em termos de energia gerada as 10 turbinas podem gerar 2,04 GWh/ano. Esses números demonstram o real potencial do aproveitamento da energia remanescente de usinas hidrelétricas. / The maximization of the performance of hydropower projects by taking advantage of the remaining energy downstream of dams via the installation of hydrokinetic turbines is feasible. In this context, two case studies of the hydroelectric power plants are presented, one of large Tucuruí in the Tocatins river, Amazonia, and another of medium size Bariri in the Tietê river, in the Southeast of Brazil.In central hydrokinetic projects, the design of the rotor diameter and velocity of the water are fundamental and depend on the depth and velocity of the river, respectively. Thus, the Saint-Venant model has been applied to these areas of studies. The calibration of the model was performed by linear regression of the measured and simulated flow rates for both, resulting in a correlation of 0.99. Validation was performed for a point on the Tocantins river using velocities measured with an acoustic Doppler current profiler (ADCP). The measured velocities are comparable to the velocities simulated by the model. Thus, a power curve was generated for the measured flow rates and the simulated velocities for the point at which the velocities were validated, thus obtaining a correlation of 0.96. This same curve was used for estimates of velocity, calculation of the energy density, and defining a design velocity for Tucuruí HPP equal to 2.35 m/s and Bariri 2.25 m/s. After the design was velocity defined, 10 points were selected Tucuruí and 1 point Bariri for the location of hydrokinetic turbines. The velocities of these points were determined with the same method used for the validation of the velocities. The points were selected based on the channel downstream of the reservoir and at the end of the Bariri dissipation basin, with the largest depth and velocity, which are characteristics favorable for greater power generation. Considering the rivers depth and available manufacturing technology, the rotor diameter was defined for the large study in 10 m and for the medium 2.1 m. After the design velocity was defined, the rotor design was implemented using the blade element method (BEM Blade Element Momentum), allowing for the definition of an installed power curve of the turbine as a function of the river velocity. In terms of generated energy, the 10 turbines can generate 2.04 GWh/year. These numbers demonstrate the potential for utilizing the remaining energy of hydroelectric plants.

A economia mundial é fortemente dependente da disponibilidade de óleo, no entanto as reservas de óleo leve, mais atrativas ao mercado, tendem nos próximos anos ao esgotamento, trazendo à luz as reservas de óleo pesado para atender as demandas do mercado. No entanto, os processos associados ao transporte e processamento desses óleos viscosos consomem muita energia, impondo um grande desafio para a indústria do petróleo. Nesse contexto, se transportar óleos viscosos com água através de um escoamento bifásico em padrão Core Annular Flow (CAF) é muito promissor. Nessa prática, uma película anular de água envolve o núcleo que contém o óleo, minimizando o contato entre este e a parede do duto e reduzindo as perdas de energia por atrito. Visou o presente estudo mapear os padrões de escoamento de óleo pesado com água em dutos horizontais e verticais, mensurar os fatores de redução de potência e do diferencial de pressão associados à um trecho reto e à uma válvula de gaveta aberta e determinar o holdup para avaliar a eficiência do CAF. Para atingir esses objetivos, uma unidade de bancada foi construída, consistindo de tanques de armazenamento e de separação da mistura. Interligando os tanques, foram dispostos dutos transparentes com 27 mm de diâmetro interno e 8 m de extensão, contendo duas seções horizontais e uma vertical para análise e diversos acessórios hidráulicos. O óleo utilizado possuía viscosidade de 3200 cP a 22 °C e densidade de 945 kg/m3 . Os resultados experimentais demonstraram haver diversas configurações de fluxo segundo o posicionamento do duto, e que a diferença de densidade dos fluidos descentraliza o óleo nos escoamentos horizontais. Além disso, o trecho vertical intercalado entre os trechos horizontais se comportou como um retificador de fluxo, melhorando os índices do CAF. Foi determinado um fator de redução de perda de pressão máximo de 250 vezes para o trecho reto e de 12 vezes para a válvula de gaveta. O fator global máximo de redução de potência foi mensurado em 2,2 vezes. Concluiu-se que, para um trecho reto, o projeto de instalações hidráulicas para o escoamento bifásico deve considerar 15 % a mais de perda de carga em relação ao escoamento de água pura. Já para a válvula de gaveta, esse fator deve ser de 700 %. / The world economy is strongly dependent on the availability of oil, however, light oil reserves, more market-oriented, tend to deplete in coming years, bringing to light the heavy oil reserves to meet the demands of the market. However, the processes associated with the transportation and production of these viscous oils consume a lot of energy and pose a great challenge for the oil industry. In this context, transporting viscous oils through a liquid-liquid two-phase oil-water flow in a core annular pattern (CAF) is very promising. In this method, an annular water film surrounds the oil-containing core, minimizing its contact with the pipe wall and reducing energy losses by friction. The aim of the present work was to map the flow patterns of a biphasic oil-water flow in horizontal and vertical pipes, to evaluate the overall energy savings provided by the CAF technique, to measure the pressure gradient reduction factor along the pipe and in a gate valve and to determine the holdup as a way of assessing the energy efficiency of the biphasic oil-water flow transport. To achieve these goals, an experimental facility was built and it consisted of cargo and separation tanks. Connecting these tanks, approximately 8 m of 27mm-ID clear transparent PVC pipes, two horizontal and one vertical sections and various hydraulic fittings. It was used in the tests lubricating oil with 3200 cP and 945 kg/m3 at 22°C and distilled water. The experimental results showed that there are several flow configurations according to the pipe positioning, and that the oil and the water density difference decentralizes the oil core in horizontal flows. In addition, the vertical section placed between the two horizontal ones behaved like a flow rectifier, improving the core annular flow energy savings basis. An average pressure gradient reduction factor of 250 times in a straight pipe and of 12 times in a gate valve was determined. The maximum overall power reduction factor was measured as being 2.2 times. It was concluded that the design of a hydraulic installation to transport heavy oil with water in a core annular pattern should consider a pressure drop increase by a factor of 15 % in a straight pipe and by a factor of 700 % in a gate valve based on the monophasic water transport at similar flow rates.

Este trabalho teve por finalidade simular a hidrodinâmica da Plataforma Continental Interna do Estado de São Paulo (PCISP) e da Plataforma Continental Média do Estado de São Paulo (PCMSP) no período de verão, em resposta às forçantes do gradiente de densidade, do vento climatológico e das marés, através da implementação do modelo numérico hidrodinâmico tridimensional Regional Ocean Modeling System (ROMS). Os experimentos realizados mostraram que os efeitos da distribuição de densidade sobre o comportamento geral da circulação na PCISP e PCMSP são secundários quando comparados à circulação induzida pela tensão de cisalhamento do vento. Os resultados apontam que na PCISP e na PCMSP a componente de velocidade paralela à costa é dominada por forçantes de frequência subinercial, como o vento climatológico e o gradiente de densidade, enquanto que a componente normal, na direção normal à costa, é fortemente influenciada pela forçante de maré. / The aim of this study was simulate the hydrodynamic of the Inner Continental Shelf of the State of São Paulo (PCISP) and of the Mid Continental Shelf of the State of São Paulo (PCMSP) during summer, in response to the density gradient forcing, to the climatological wind shear stress forcing and to the tide forcing, applying the tridimensional hydrodynamic numeric model Regional Ocean Modeling System (ROMS). The experiments performed showed the effects of the density distribution over the general circulation behavior in the PCISP and PCMSP are secondary compared with the induced climatological wind shear stress circulation. The results indicate that in the PCISP and in the PCMSP the component velocity parallel to the coast is dominated by subinertial frequencies forcing, as the climatological wind and the density gradient, while the component velocity perpendicular to the coast is strongly influenced by the tide forcing.