No contexto da necessidade de atracação de embarcações de maior porte em terminais portuários brasileiros, tanto privativos como públicos, considerando um aumento das exportações, intervenções de engenharia que possam significar ganhos nas dimensões das máximas embarcações permitidas podem representar substanciosos benefícios econômicos. Assim, este trabalho apresenta uma abordagem do conceito de Fundo Náutico, definido como profundidade até a qual as embarcações podem navegar sem que haja efeitos adversos na manobrabilidade das embarcações e danos no casco do navio, cujo objetivo é aumentar o calado máximo de embarcações em espaços náuticos cujo fundo apresente camadas de lama fluida. Devido às suas características reológicas, a lama fluida, de modo geral, permite que as embarcações naveguem com reduzida ou até negativa folga sob a quilha, respeitando-se o conceito estabelecido pelo Fundo Náutico. Exposta a importância sobre este conceito e suas peculiaridades relacionadas às características da lama fluida, como características reológicas e métodos para sua determinação, discutem-se as variações na espessura da camada de lama fluida e as variáveis ambientais que as condicionam, a partir de análise de levantamentos batimétricos de dupla frequência, dados densimétricos e aplicação de modelagem numérica, para a região da bacia de evolução do Complexo Portuário de Itajaí. Para esta região, observaram-se camadas de lama fluida entre 0,5 e 2,5 m, sendo que os resultados obtidos na modelagem indicam que esta variabilidade está associada ao regime de descarga sólida do rio Itajaí-açu. Além disto, a partir de uma análise comparativa entre os dados batimétricos e densimétricos, foi possível estabelecer que o fundo náutico na região pode estar associado a um valor de massa específica entre 1150 e 1200 kg/m³. / Considering the demand for mooring larger ships at Brazilian port terminals, both private and public, in a scenario of growing exports, engineering interventions that can provide improvements in the vessel\'s maximum allowed dimensions can represent significant profits. Hence, this work presents an approach of Nautical Bottom, defined as the maximum depth in which ships can navigate without significant adverse effects in ship control and maneuverability without physical damage, with the goal of raising the maximum ship draft allowed in nautical spaces with fluid mud beds. Due to its rheological properties, fluid mud, in general, allows for vessels navigate with low or negative under keel clearance, respecting the established Nautical Bottom concepts. Once highlighted the importance of these concepts, this study presents an analysis about fluid mud and Nautical Bottom concept analysis at Itajaí Port Complex (Santa Catarina, Brazil), one of the most important port areas in Brazil. This analysis was based on bathymetric surveys, density measurements and numerical modeling. In addition, fluid mud layer thickness at port areas can possibly vary according to hydrodynamics and sedimentologic variations. Fluid mud layer thickness varies from 0.5 to 2.5 meters at Itajai Port Complex turning basin. From numerical modeling results, it is possible to establish that the thickness variations of fluid mud layers are associated with fluvial sediment transport rates. Also, from the comparison between low frequencies bathymetric surveys and specific density measurements, it was possible to conclude that the reference specific density at the interest area is about 1150-1200 kg/m³, being very similar to reference densities adopted worldwide.

\"Chovia desde o dia 16, aumentando a intensidade das chuvas a partir das 18 horas do dia 17. As primeiras barreiras começaram a ceder nas primeiras horas da manhã do dia 18 e, às 13 horas, mobilizou-se a totalidade da avalanche\" - (CRUZ, 1974). A descrição do cenário catastrófico no Município de Caraguatatuba, no mês de Março de 1967, que resultou em um dos maiores desastres naturais ocorridos no Brasil (*), fomenta a discussão sobre as probabilidades de ocorrência de eventos pluviométricos e/ou elevações do nível do mar nas Zonas Costeiras. Diante dessa realidade, surgiu essa Dissertação, que abordou aspectos hidrológicos, hidráulicos marítimos e, estatísticos, baseados em dados pretéritos de pluviômetros e marégrafos da região do Litoral Norte do Estado de São Paulo. Foram obtidos resultados práticos para futuros projetos de macro-drenagem, obras fluviais e marítimas, que associam a probabilidade de ocorrência conjugada de determinadas chuvas, com correspondentes elevações dos níveis de maré. Também foram realizados estudos da evolução desses eventos conjugados, ao longo de sessenta anos. - (*) De acordo com informações de Cruz (1974), 436 mortes foram registradas oficialmente, 400 casas destruídas, 3.000 desabrigados numa população total de 15.000 habitantes. Foram formados depósitos de 4 m a 5 m de altura no Rio Santo Antônio com blocos entre 30 t e 100 t. / \"It was raining since March 16th, increasing the intensity of the rainfall at 6:00 pm on March 17th. The first slopes started to sag in the first hours of March 18th, at 1:00 pm, occurred all the debris-flow\" - (translated from CRUZ, 1974). The catastrophic scenario of the city of Caraguatatuba, in March of 1967, previously described, resulted from one of the most serious natural disasters in Brazil. It fosters discussions about probabilities of rainfall events and /or rise in the sea level in coastal areas. Hence, this research is a consequence of this reality, which approached hydrological, hydraulic and statistical areas, based on past data of rainfall stations and tidal stations in the region of the North Coastal Zone of the State of São Paulo (Brazil). Practical results were used for future designs of macro- drainage, fluvial and maritime projects, that associate the probability of occurrence of certain types of rainfall coupled with their corresponding increase in tidal levels. There were also evaluated studies of the evolution of these events combined over sixty years.

Com a urbanização crescente nas cidades e o aumento do escoamento superficial tornou-se necessário a implantação de reservatórios de controle de cheias, também conhecidos como \"piscinões\", capaz de reter os volumes excedentes e amortecer a vazão de pico do sistema de drenagem. A maior dificuldade na implantação deste sistema está na falta de disponibilidade de espaço físico. A associação das estruturas hidráulicas componentes dos reservatórios de controle de cheias como estruturas de controle, descarregadores de fundo e dissipadores de energia contribuem para um melhor desempenho de todo o sistema diante da ocorrência de um evento de cheia. A pesquisa realiza uma análise do estudo das principais estruturas hidráulicas utilizadas nos reservatórios de controle de cheias, assim como os critérios de projeto e dimensionamento. O estudo de caso desenvolvido no reservatório Aricanduva V em São Paulo propõe uma verificação do dimensionamento da estrutura de engolimento composta por um vertedor de soleira lateral e uma retro-análise do comportamento do conjunto vertedouro-reservatório-bacia de dissipação a partir de eventos de chuva observados. / With the increasing urbanization in the cities and the increase of the superficial draining the implantation of reservoirs of control of full became necessary, also known as \"piscinões\", capable to hold back the exceeding volumes and to cushion the outflow of peak of the draining system. The biggest difficulty in the implantation of this system is in the lack of availability of physical space. The association of the component hydraulic structures of the reservoirs of control of full as: of control spendthrift and, structures unloaders deep of energy contribute all for one better performance of the system ahead of the occurrence of an event of full. The research carries through a analysis of the main used hydraulic structures in the reservoirs of control of full, as well as the sizing and project criteria. The study of case developed in the reservoir Aricanduva V at São Paulo it considers a verification of the sizing of the composed structure of side weir and an backward-analysis of the hydraulic behavior of joint spillway-reservoir-basin of waste from the observed rain\'s events.

A Área Portuária do Maranhão, situada na costa ocidental da Ilha de São Luís, na Baía de São Marcos, constitui-se no segundo maior complexo portuário da América Latina e um dos maiores do mundo em termos de movimentação de carga. Esta área portuária abrange o Complexo Portuário de Ponta da Madeira, da CVRD - Companhia Vale do Rio Doce S. A., o Porto de Itaqui, da EMAP - Empresa Maranhense de Administração Portuária e o Porto da ALUMAR, da Alcoa, Alcan, BHPBilliton e Abalco. A caracterização da hidrosedimentologia do Canal de Acesso do Complexo Portuário do Maranhão foi conduzida a partir da compilação e análise dos dados de correntes existentes e da aplicação de modelagem computacional. A caracterização das conformações de fundo foi efetuada a partir da análise de mais de 20 anos de sondagens batimétricas nas áreas de interesse do Canal de Acesso. Com a caracterização da área pretende-se fornecer subsídios à Engenharia Portuária, possibilitando o planejamento de sondagens batimétricas e dragagens de manutenção do Canal. Este trabalho também contempla uma metodologia para fornecimento de previsão de campos de corrente, a partir dos resultados das simulações hidrodinâmicas, e o fornecimento de previsão da evolução e migração das conformações de fundo. A evolução das isóbatas na Área IV mostra que as formações de ondas de areia não evidenciam significativa mudança de posição com o tempo. Em compensação, a Área I, apresenta conformações de fundo com irregularidade da forma de onda, evidenciando que existe uma maior migração destas. O modelo de transporte de sedimentos indicou pequeno transporte resultante nas Áreas IV, III e II, que explica a reduzida migração dessas ondas quando comparadas com a Área I. A determinação das ondas críticas para cada Área constitui-se instrumento na operação portuária, permitindo redução da área hidrografada para definir a tomada de decisão quanto à nova dragagem. / The Maranhão Harbour Area is the second biggest harbour Complex of Latin America and one of biggest of the world in cargo handling is located at the western coast of São Luís Island in São Marcos Bay, this harbour area is composed by the Complex of Ponta da Madeira of CVRD - Companhia Vale do Rio Doce S. A., the Itaqui Harbour, of EMAP - Empresa Maranhense de Administração Portuária and the Alumar Harbour, of Alcoa, Alcan, BHPBilliton and Abalco. The hydrossedimentological characterization of the Access Channel of Maranhão Harbour Area was achieved from current data review and analysis for numerical modeling application. The bottom sand waves description was made from more than 20 years bathymetrical surveys in the interest Areas of the Access Channel. The purpose of this characterization was to improve Harbour Engineering activities, the planning and scheduling of depth surveys campaigns and dredging maintenance. This thesis also provides an approach to get current patterns predictions from the results of the hydrodynamical simulation, and for the prediction of the evolution and the migration of sand waves. The Area IV bottom evolution shows that the sand waves have not significative temporal position shifting. Otherwise, in Area I bed forms have more irregular pattern, showing major wave migration. The sediment transport model pointed to a small sediment transport rate in Area IV, III and II, explaining the smaller migration pattern of these waves when compared with Area I. The critical wave definition in each Area can be an harbour operation tool, reducing the surveyed area needed to take a new dredging maintenance decision.

Neste trabalho, propõe-se um estudo para verificação do impacto da redução na concentração de urânio nas placas laterais dos elementos combustíveis do reator IEA-R1, nas análises neutrônica e termo-hidráulica. Ao se desenvolver o referido trabalho, reproduziu-se estudo conduzido anteriormente pelo IPEN-CNEN/SP, simulando a queima de elementos combustíveis, cujas placas laterais apresentam densidade de urânio reduzida para 50, 60 e 70% em relação às demais placas do elemento combustível. Tal estudo inicia-se com a análise neutrônica, cujo primeiro passo é o cálculo das seções de choque dos materiais presentes no núcleo a partir de suas concentrações iniciais, com a utilização do código computacional HAMMER; o segundo passo é o cálculo dos fluxos de nêutrons dos grupos rápido e térmico e das densidades de potência nos elementos combustíveis estudados em modelagem do núcleo feita no código computacional CITATION, que utiliza os dados gerados pelo HAMMER. Terminada a análise neutrônica e definidos os elementos combustíveis mais críticos com maior densidade de potência, executa-se a análise termo-hidráulica, que utiliza o modelo termo-hidráulico MCTR-IEA-R1, o qual é baseado no pacote comercial EES. A densidade de potência gerada pelo CITATION é utilizada como dado de entrada da análise termo-hidráulica nas equações de balanço de energia do modelo para o cálculo das temperaturas nos pontos de interesse. Neste trabalho, é feita a comparação da operação do reator com três diferentes densidades de urânio nas placas laterais. Concluiu-se que a redução da densidade de urânio contribui para que a temperatura da superfície do revestimento não ultrapasse o limite estabelecido como condição de operação do reator; não há impacto significativo na queima final dos elementos combustíveis, nem na reatividade do reator IEA-R1. A redução de urânio nas placas laterais dos elementos combustíveis do reator IEA-R1 mostrou ser uma opção viável para evitar problemas de corrosão devido a altas temperaturas. / This master thesis presents a study to verify the impact of the uranium concentration reduction in the side plates of the reactor IEA-R1 fuel elements on the neutronic and thermal-hydraulic analyses. To develop such study, a previous IPEN-CNEN/SP research was reproduced by simulating the fuel elements burn-up, with side plate uranium density reduced to 50, 60 and 70% of the standard fuel element plates. This research begins with the neutronic analysis using the computer code HAMMER and the first step consists in the calculation of the cross section of all materials presented at the reactor core, with their initial concentration; the second step consists in the calculation of the fast and thermal neutron group fluxes and power densities for fuel elements using the computer code CITATION. HAMMER output data is used as input data. Once the neutronic analysis is finished and the most critical fuel elements with highest power density have been defined, the thermal-hydraulics analysis begins. This analysis uses MCTR-IEA-R1 thermal-hydraulics model, which equations are solved by commercial code EES. Thermal-hydraulics analysis input is the power density data calculated by CITATION: it is considered the highest power density on each fuel element, where there is a higher energy release and, consequently, higher temperatures. This data is used on energy balance equations to calculate temperatures on critical fuel element regions. Reactor operation comparison for three different uranium densities on fuel side plates is presented. Uranium density reduction contributes to the cladding surface temperature to remain below the established limit, as reactor operation safety requirement and it does not affect significantly fuel element final burn-up nor reactor reactivity. The reduction of uranium in the side plates of the fuel elements of the IEA-R1 showed to be a viable option to avoid corrosion problems due to high temperatures.

Os projetos de irrigação são convencionalmente dimensionados para operar com potência constante, garantindo-se, assim, um desempenho aceitável a campo. Contudo, existem sistemas de bombeamento que não atendem a esse requisito diretamente, como nos casos da energia fotovoltaica e da eólica. Nesses casos, inclui-se algum componente no sistema para regulação da pressão, como reservatórios, emissores regulados e/ou válvulas reguladoras. Apesar de solucionar o problema, pode haver encarecimento do projeto. Em alternativa aos emissores regulados, podem ser utilizados emissores do tipo microtubo. Estes, além de mais baratos, permitem variar seu comprimento a fim de se compensar a diferença de pressão ao longo da linha lateral. Assim, teoricamente, tem-se 100% de uniformidade na vazão dos emissores. Ainda, pode-se variar a pressão na entrada da linha lateral, dentro de certo limite, sem comprometer a uniformidade mínima de aplicação de água dos emissores. Isso permitiria o acoplamento direto do sistema de irrigação com o sistema de bombeamento, em sistemas com potência variável, sem a necessidade de algum mecanismo de interface entre os dois. Portanto, o objetivo deste trabalho foi desenvolver uma metodologia e um aplicativo para o dimensionamento de linhas laterais de sistemas de microirrigação com emissores do tipo microtubo, em que fosse obtido o intervalo de pressão recomendado para operação da mesma. O aplicativo foi desenvolvido em linguagem de programação PHP, para disponibilização aos interessados. O dimensionamento da linha lateral ocorreu em duas etapas: a primeira para se obter os comprimentos dos emissores; e a segunda para se obter os limites de pressão para temperaturas de 10 a 35 °C, respeitando uma variação de vazão de 7%. Após o desenvolvimento do aplicativo, foi instalada uma linha lateral com 250 emissores, com vazão de 1 L h-1 por emissor, e espaçamento de 10 cm. A avaliação do conjunto foi realizada coletando-se a vazão de 51 emissores para três pressões: a máxima (84,43 kPa), a mínima (16,32 kPa) e a ótima (39,00 kPa), sendo esta a que fornecia a menor variação de vazão. As uniformidades de distribuição do menor quartil obtidas para a pressão mínima, ótima e máxima, respectivamente, foram de 95,25, 97,80 e 97,83%; e os coeficientes de uniformidade estatísticos 96,79, 98,37 e 98,37%. Ambos os índices, portanto, podem ser classificados como excelentes. Dessa forma, pode-se concluir que aplicativo desenvolvido foi capaz de fornecer tanto os comprimentos dos microtubos, quanto os intervalos de pressão para operação da linha lateral, para a variação de vazão admitida. / Irrigation projects are conventionally designed to operate at constant power, and thus guarantee an acceptable field performance. However, there are pumping systems that do not directly satisfy such requirement, as photovoltaic, and wind energy. For these cases, some components are add to the system to regulate pressure, such as tanks with constant level, regulated emitters, or regulating valves. Despite of the solution of the problem, the project can be enhanced. As an alternative to regulated emitters, microtubes may be used, which are less expensive and allow varying its length in order to compensate the pressure difference along the lateral line. Hence, theoretically, it provides 100% of emitting uniform flow. Furthermore, the inlet pressure of the line can be varied, within certain limits, without compromising the minimal application uniformity. This would permit direct coupling of the irrigation system to the pumping system, for those with variable power, without needing some mechanisms to interface the two systems. Therefore, the purpose of this study was to develop a methodology and a software for the design laterals with microtube emitters of microirrigation systems, from where the intervals of pressure to operate the system can be obtained. The software was developed in the PHP programming language in order to share it with the users. Laterals were designed in two steps: first to obtain the lengths of the emitters, and second to obtain the pressure limits at temperatures from 10 to 35 ° C, regarding to flow variation of 7%. After developing the software, a lateral line with 250 emitters with flow rate of 1 L h-1, and 10-cm spaced. Evaluations of the arrangement were carried out collecting flow of 51 emitters at three pressures: the maximum (84.43 kPa), minimum (16.32 kPa), and the optimal (39.00 kPa), which provided the lower flow variation. The uniformity of distribution of the lower quartile obtained for the lowest, optimal, and greatest pressure were, respectively, 95.25, 97.80 and 97.83%; and the statistical uniformity coefficients were 96.79, 98.37 and 98.37%. Both indices of uniformity may be then rated as excellent. Therefore, it can be concluded that the software was capable of providing both length of microtubes, and intervals of pressure to operate the lateral line, within the admitted flow variation.

A Área Portuária do Maranhão constitui-se no segundo maior complexo portuário da América Latina e um dos maiores do mundo em termos de movimentação de carga, com mais de 85 milhões de toneladas movimentadas em 2006, isto é mais de 15% da movimentação portuária anual do país. Tendo em vista a grande quantidade de informações disponíveis da região de estudo, o principal objetivo deste trabalho é caracterizar amplamente a circulação de correntes de maré e o transporte de sedimentos associado na área portuária do Maranhão através de modelação numérica com utilização do software MIKE 21 - módulos HD e ST. Os resultados obtidos no modelo hidrodinâmico permitiram verificar a eficiência do modelo em representar as características recirculatórias na área do PDM. De forma similar, o modelo de transporte de areia representou com fidelidade a evolução dos fundos e as taxas de sedimentação da área de estudo. Por fim, ressalta-se a importância de um trabalho como este em âmbito nacional, posto que é singular o acompanhamento detalhado da implantação de um grande complexo portuário, contribuindo para a redução do empirismo adotado nos projetos e operações portuárias. / Maranhão Harbour Area is the second biggest port complex in cargo handling of Latin America and one of the greatest of the world, with more than 85 million tons loading rate in 2006, which is more than 15% of the annual cargo handling of the country. Considering the great amount of available information of the study region, the main purpose of this work is to describe the tidal currents circulation and corresponding sediment transport in the Maranhão Harbour Area through numerical model applying the software MIKE 21 - HD and ST. The hydrodynamic model results permitted to check the accuracy of the model in reproducing the currents recirculation patterns in the area of PDM. The model of the sand transport reproduced with accuracy the bottom evolution and sedimentation rates. At last, it is important to emphasize this research in the national context, because is unique such continuous detailed Harbour Complex project improvement, contributing to reduce the simple empirical project and operation procedure.

Esta tese teve como objetivo o desenvolvimento de um Laboratório Virtual de Aprendizagem (LVA) - Hidrolândia e a avaliação do seu impacto em termos de aprendizagem, aplicado em disciplinas de mecânica dos fluidos e hidráulica, na graduação de cursos de Engenharia, no Instituto de Pesquisas Hidráulicas – IPH, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS, onde existe laboratório experimental em escala em hidráulica. A pesquisa foi realizada através do uso do LVA, especialmente desenvolvido para as disciplinas de graduação em cursos de Engenharia. Um total de 414 alunos, pertencentes a três cursos de Engenharia, participaram da pesquisa, sendo esta desenvolvida no período de 2012/2 a 2015/1. O Hidrolândia permite a simulação de vários processos referentes a três práticas laboratoriais da disciplina: velocidade em canal, aferição de Venturi e esvaziamento de reservatório. A estrutura do LVA e a abordagem pedagógica adotada permitiram a interação dos alunos com diversos componentes do ensaio, alterando fatores e variáveis do laboratório virtual, viabilizando a repetição do experimento com novos parâmetros e a análise dos resultados imediatamente. Após o uso do LVA, os alunos responderam a um questionário, o qual permitiu uma avaliação qualitativa do uso do referido recurso tecnológico virtual, além de uma avaliação teórica de conhecimentos. Duas turmas foram mantidas como controle, não tendo realizado o LVA; porém, tendo realizado o teste teórico para posterior análise em relação aos alunos que realizaram o LVA. A base teórica que dá alicerce para este trabalho é a da aprendizagem significativa (meaningful learning), dentro de uma perspectiva construtivista, abordagem proposta principalmente por David Jonassen. A análise dos resultados estatísticos mostrou que houve uma grande aceitação do uso do LVA, manifestado pelos alunos no questionário de avaliação e um significativo ganho no processo de aprendizagem, na comparação das notas finais e dos testes de conhecimento. A nota média no teste de conhecimentos dos alunos que utilizaram o LVA foi significativamente superior aos que não o utilizaram. Foi estatisticamente comprovado que o perfil de conceitos dos alunos que utilizaram o laboratório virtual é diferente do perfil dos que não o utilizaram e, em função dos percentuais maiores em conceitos "A" e "B", a diferença é no sentido de aumentar o desempenho daqueles que o utilizaram. Assim sendo, a principal contribuição desta tese é o desenvolvimento do LVA Hidrolândia e uma metodologia para sua utilização que, comprovadamente, geram maiores ganhos de aprendizagem na área de mecânica dos fluidos e hidráulica, o desenvolvimento das simplificações das equações da mecânica dos fluidos, gerando os algoritmos utilizados nas simulações do LVA, o desenvolvimento do mundo virtual do laboratório físico real no IPH, bem como sua implementação em Action Script, que pode servir de referência para implementação de outros mundos virtuais; portanto, cumprindo com os objetivos propostos. / This thesis aimed to the development of a Virtual Learning Lab (AVL) - Hidrolândia, and the evaluation of its impact in terms of learning, applied in mechanical of fluids and hydraulics disciplines, in undergraduate engineering courses at the Hydraulic Research Institute - IPH, in at Federal University of Rio Grande do Sul - UFRGS, where there is experimental and real laboratory in hydraulics. The survey was conducted through the use of LVA specially developed for undergraduate courses in Engineering courses. A total of 414 students from three engineering courses, participated in the survey, which was carried out from 2012/2 to 2015/1. The Hidrolândia allows the simulation of various processes relating to three laboratory discipline practices: channel speed, Venturi gauging and tank emptying. The structure of the LVA and the pedagogical approach adopted allowed the interaction of students with various components of the test by changing factors and variables of virtual lab, making possible to repeat the experiment with new parameters and analyzing the results immediately. After using the LVA, the students answered a questionnaire, which allowed a qualitative evaluation of the use of that virtual technological resource, as well as a theoretical evaluation of knowledge. Two groups were kept as a control and had not made the LVA, but having done the theoretical test for further analysis regarding students who performed the LVA. The theoretical basis that gives foundation for this work is the significant learning (meaningful learning) within a constructivist perspective, approach proposed mainly by David Jonassen. The analysis of the statistical results showed that there was wide acceptance of the use of LVA, shown by students in the assessment questionnaire and a significant gain in the learning process, the comparison of endnotes and knowledge tests. The average score in the test of knowledge of the students who used the LVAH was significantly higher than those who did not use. It has been statistically proven that the profile concepts of students who used the virtual lab was different from the profile of those who did not use and, due to higher percentages in concepts "A" and "B", with increased performance those who used it. Therefore, the main contribution of this thesis is the development of LVA Hidrolândia and a methodology for its use that was proven to generate greater learning gains in the mechanical area of fluids and hydraulics, the development of the simplifications of the fluid mechanics equations, generating the algorithms used in the LVA simulations, the development of the virtual world to the physical laboratory at IPH and its implementation in Action Script, which can serve as a reference for the implementation of other virtual worlds; thus complying with the proposed objectives.

<div>Gerotor units are widely used in low-pressure (up to 30 bar) </div><div>fluid power applications, injection and lubrication systems, due to their compact package and low cost. Their performance in terms of volumetric efficiency, flow pulsations, internal pressure peaks or localized cavitation depends on many parameters, such as the rotors profiles and the manufacturing tolerances. In this work, a multi-domain simulation approach for the numerical analysis of the performance of Gerotor units is proposed. The model can be used for analysis and virtual prototyping of units considering the actual geometry of the rotors, their geometrical tolerances and the properties of the working fluid and materials.</div><div><br></div><div><div>The approach is based on the coupling of different models: a numerical geometric model evaluating the instantaneous volumes and flow areas inside the unit; a lumped parameter fluid dynamic model describing the displacing process of the tooth space volumes; and a mechanical model evaluating the internal micro-motions of the rotors axes according to their tolerances. In this way, the model determines the actual loading of the rotors, considering also the actual location of the points of contact. Advanced 2D CFD models for the analysis of lubricated interfaces have been developed to study the axial and the radial gaps. This approach allows an accurate prediction of the power losses and radial micro-motion of the rotors taking into account fluidstructure interaction effects. A line contact model is used to describe the contact interface using an elastohydrodynamic approach and non-Newtonian fluid behavior for the prediction of the friction between the rotors.</div></div><div><br></div><div><div>Specic experiments were performed by connecting the pump outlet to a variable loading orifice and by measuring the delivered flow, pressure ripple and required torque under dfferent operating conditions of speed and outlet pressure. These experiments allowed a detailed model validation through the comparisons with simulation data in terms of signicant steady-state as well as transient pressure, flow and torque features. After the model validation, gaps compensation solutions to minimize the volumetric losses are developed and studied showing the potential improvements on the performances of a prototype unit by reaching up to 55% volumetric effciency at high pressure (pmax > 100bar).</div><div><br></div><div>The approach used in the current work along with its proven accuracy through experiments can be considered a valuable tool when studying the impact of real-life technological clearances and gears geometry on the fluid-dynamic performance of the pump.</div></div>

Distillation systems consist of one or more distillation columns, in which a mixture is separated into higher-value products, and a heat exchanger network (HEN) that recovers and reuses heat within the system. For example, crude oil distillation systems comprise crude oil distillation units (CDU), in which crude oil is distilled into products for downstream processing, a HEN and a furnace. Heat-integrated distillation systems present complex interactions between the distillation columns and HEN. These interactions, together with the many degrees of freedom and process constraints, make it challenging to retrofit or modify the operating conditions of existing distillation processes to accommodate changes in process operating conditions. Retrofit designs aim to re-use existing equipment when process objectives change, for example to increase throughput, improve product quality, or reduce energy consumption or environmental impact. To achieve these retrofit objectives, operational, structural and/or flowsheet modifications to the overall system (distillation columns and HEN) may be considered, subject to specifications and system constraints. This work proposes an optimisation-based approach to retrofit design for the capacity expansion of heat-integrated distillation systems, with a particular focus on crude oil distillation systems. Existing retrofit approaches found in the open research literature consider operational optimisation, replacing column internals, adding preflash or prefractionation units and HEN retrofit to increase the capacity of existing systems. Constraints considered usually relate to the distillation column hydraulic limits, product quality specifications and heat exchanger performance (e.g. minimum temperature approach and, pressure drop). However, no existing methodologies consider these possible modifications simultaneously; thus, beneficial interactions between flowsheet modifications, operational changes, heat integration and equipment modifications may be missed. In this work, retrofit design solutions for crude oil distillation are developed using a stochastic optimisation framework implemented in MATLAB to optimise the system operating parameters and to propose flowsheet, column and HEN modifications. Within the framework, the optimiser can propose addition of a preflash unit, modifications to the CDU internals and changes to its operating conditions; the separation system is then simulated using Aspen HYSYS (via the MATLAB interface) and the hydraulic performance of the column is analysed using published hydraulic correlations. The optimiser also proposes modifications to the HEN (i.e. installed heat transfer area, HEN structure and operating conditions), which is then simulated to evaluate heating and cooling utility demand. Either simulated annealing and global search optimisation algorithms are applied to identify the optimal design and operating conditions that meet the production requirements and product specifications. Industrially relevant case studies demonstrate the effectiveness and benefits of using the proposed retrofit approach. The case studies illustrate that combined structural and operational modifications can be effectively and systematically identified to debottleneck an existing crude oil distillation system with a relatively short payback time, while simultaneously reducing energy consumption per barrel of crude oil processed.