Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-12-05Bitstream added on 2014-06-13T19:09:38Z : No. of bitstreams: 1 filardi_m_me_ilha.pdf: 7008979 bytes, checksum: eba937cf230e2e2361031743f60bdbb2 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Orifício integral é um medidor de vazão industrial útil para as linhas de pequeno diâmetro (tipicamente até 38 mm), que permite um alinhamento muito preciso do conjunto. No presente trabalho, foram realizados vários experimentos utilizando orifícios integrais em tubos de PVC de 1⁄2 polegada, para verificar a influência da rugosidade do tubo, da excentricidade do furo e da geometria do orifício nas medições de vazão. Experimentos adicionais foram feitos para verificar influências de fabricação e a interferência da rugosidade do tubo sobre a operação do equipamento. Os coeficientes de descarga foram obtidos em função do número de Reynolds e, posteriormente, comparados entre si e com a literatura (fabricantes e normas). Os resultados mostraram que os orificios concêntricos com borda em canto vivo permitem operação em uma ampla faixa de Reynolds, além de apresentarem um processo de produção mais barato e uma boa precisão. Uma equação representativa do coeficiente de descarga foi proposta para este tipo de placa / Integral orifice is an industrial flowmeter useful for small diameter lines (typically up to 38 mm), which provides a very precise alignment. In the present work, experiments have been performed using integral orifices in 1⁄2 inch PVC pipes, in order to check the influence of the tube roughness, the eccentricity of the hole and orifice geometry in the flow measurements. Additional experiments have been carried out to verify the influence of the manufacturing process and the roughness in tubes on the equipment operation. Discharge coefficients have been obtained for the different orifices as a function of the Reynolds number. Results have been compared to each other and with data from the literature (manufacturers and standards). Results show that concentric plates with square edge permit operation in a wide Reynolds number range, allied a cheaper manufacturing process and a good accuracy. A representative equation for the discharge coefficient of such a plate has been determined

Bancos de tubos ou de barras são encontrados nas indústrias nucleares e de processos, constituindo-se nos dispositivos mais comumente utilizados no desenvolvimento de trocadores de calor. As tentativas de elevar as taxas de transferência de calor nos trocadores de calor não consideram, como uma prioridade do critério de projeto, os efeitos estruturais causados pelo escoamento turbulento de fluido através do banco de tubos, a menos que ocorram falhas. Com a redução da relação entre passo e diâmetro do banco de tubos (espaçamento relativo), para otimizar o processo de transferência de calor, surgirão cargas dinâmicas, que não estão associadas ao processo de desprendimento de vórtices, como nos bancos de tubos com grandes espaçamentos relativos. Enquanto as cargas estáticas parecem surgir, principalmente, devido à forte queda de pressão que ocorre nas fendas estreitas entre os tubos, em bancos de tubos com pequeno espaçamento relativo, as cargas dinâmicas, provenientes do campo de pressões flutuantes, têm um comportamento aleatório, sem qualquer freqüência característica. As flutuações de pressão resultam das flutuações de velocidade nas diversas posições do campo de escoamento. O propósito desta tese é investigar o comportamento das flutuações de pressão e de velocidade, e sua interdependência, em bancos de tubos com arranjos triangulares e quadrangulares e diversos espaçamentos relativos e, baseado nos resultados obtidos, contribuir para o desenvolvimento dos critérios de projeto destes equipamentos. A seção de testes é constituída por um canal retangular com 1370 mm de comprimento, 146 mm de altura e uma largura máxima (ajustável) de 193 mm. O fluido de trabalho é o ar, impulsionado por um ventilador centrífugo, passando por uma câmara de tranqüilização e um conjunto de grades e telas, antes de alcançar o banco de tubos segundo um ângulo de incidência de 90o e com um valor em torno de 2 % de intensidade da turbulência. Tanto os arranjos triangulares como os quadrangulares possuem relação entre passo e diâmetro P/D = 1,60 , 1,26 , 1,16 e 1,05 com números de Reynolds calculados com base no diâmetro dos tubos (32,1 mm para todas as geometrias) e na velocidade do escoamento nas fendas estreitas entre os tubos, desde Re = 4•104 até 7•104. As velocidades e as flutuações de velocidade foram medidas por um anemômetro de fio quente a temperatura constante, enquanto as flutuações de pressão foram medidas por um transdutor de pressão piezo-resistivo, montado no interior de um dos tubos do banco e conectado a tomadas de pressão por mangueiras plásticas. O tubo instrumentado com o transdutor de pressão nos bancos podia girar de forma que foram efetuadas medições a cada 10o. A sonda de fio quente podia ser movimentada para diversas posições entre dois tubos no banco, ao longo de uma linha na direção do escoamento. A aquisição de dados de flutuações de velocidade e de pressão foi efetuada simultaneamente, para permitir a obtenção de resultados de correlações cruzadas, por uma placa conversora analógico-digital controlada por um micro computador. Os resultados experimentais estão apresentados, na forma adimensional, em médias quadráticas, funções de densidade auto-espectral e funções de correlação cruzada. As médias quadráticas das flutuações de pressão indicam uma distribuição mais uniforme das cargas dinâmicas em torno dos tubos na medida em que a razão P/D é diminuída. O comportamento dos espectros de flutuações de velocidade mostram diferentes decaimentos para os arranjos triangulares e quadrangulares, com valores decrescentes na medida em que a razão P/D é reduzida. A análise dos resultados dos espectros de flutuações de pressão mostra exponentes de -1 e -10/3, sendo a extensão da faixa deste último, maior para as maiores razões P/D. Os picos correspondentes ao processo de desprendimento de vórtices aparecem somente no arranjo com a maior relação P/D. Reduzindo a razão P/D, observa-se um aumento na energia dos menores vórtices do escoamento turbulento, degenerando em turbulência de banda larga. Os coeficientes de correlação cruzada entre flutuações de velocidade e de pressão diminuem enquanto a razão P/D aumenta. A análise dos resultados experimentais permite a identificação dos principais aspectos do processo de excitação das vibrações induzidas pelo escoamento em bancos de tubos conduzindo a recomendações para o projeto destes equipamentos. / Banks of tubes or rods are found in the nuclear and process industries, being the most common device used in the development of heat exchangers. Attempts to increase heat exchange ratios in heat transfer equipments do not consider, as a priority of project criteria, structural effects caused by the turbulent fluid flow across the tube bank, unless failures occur. By reducing the aspect ratio (pitch-to-diameter ratio) of a tube bank, to improve the heat transfer process, dynamic loads will appear, which are not associated to vortex shedding, as in large aspect ratios tube banks. While static loads seem to appear mainly due to the strong pressure drop which occurs in the narrow gaps between the tubes, in small aspect ratio tube banks, dynamic loads, arising from the fluctuating pressure field, have a random behavior, without any characteristic frequency. Pressure fluctuations result from velocity fluctuations at several positions of the flow field. The purpose of this thesis is to investigate the behavior of pressure and velocity fluctuations, and their interdependence, in tube banks with triangular and square arrangements and several aspect ratios and, based on the obtained results, to contribute for the development of the design criteria of these devices. The test section is a 1370 mm long rectangular channel, with 146 mm height and a maximal (adjustable) width of 193 mm. Air is the working fluid, driven by a centrifugal blower, passed by a settling chamber and a set of honeycombs and screens, before reaching the tube bank at an incidence angle of 90o and about 2 % turbulence intensity. Both triangular and square arrangements have pitch-to-diameter ratios P/D = 1.60, 1.26, 1.16 and 1.05 with Reynolds numbers, calculated with the tube diameter (32.1 mm for all geometries) and the velocity of the flow in the narrow gap between the tubes from Re = 4•104 to 7•104. Velocity and velocity fluctuations were measured by a constant temperature hot wire anemometer, while pressure fluctuations were measured by a piezo-resistive pressure transducer mounted inside one of the tubes in the bank and connected to pressure taps by plastic tubes. The tube instrumented with the pressure transducer in the banks could be rotated, so that measurements at each 10o were performed. The hot wire probe could be moved to several positions between two tubes in the bank, along a line in the flow direction. Data acquisition of velocity and pressure fluctuations was performed simultaneously, to allow cross-correlations results, by an analog-to-digital converter board controlled by a personal computer. Experimental results are presented in form of dimensionless RMS values, autospectral density functions and cross-correlation functions. RMS values of pressure fluctuations indicate a more uniform distribution of dynamic loads around the tubes as the P/D ratio decrease. Behavior of the velocity fluctuation spectra show different decay for triangular and square arrays, with decreasing values as the P/D ratio is reduced. Analysis of the results of spectra of pressure fluctuations shows exponents of -1 and -10/3, being the extension range of the latter larger for the widest P/D ratios. Peaks corresponding to vortex shedding appear only at the bank with the largest P/D ratio. By reducing the P/D ratio an increase on the energy of the smallest eddies of the turbulent flow is observed, degenerating in to broad band turbulence. Cross-correlation coefficients between velocity and pressure fluctuations decrease as the P/D ratio is increased. Analysis of the experimental results allows the identification of the main features of the excitation process of flow induced vibrations in tube banks leading to recommendations for the design of these equipments.

Bancos de tubos ou de barras são encontrados nas indústrias nucleares e de processos, constituindo-se nos dispositivos mais comumente utilizados no desenvolvimento de trocadores de calor. As tentativas de elevar as taxas de transferência de calor nos trocadores de calor não consideram, como uma prioridade do critério de projeto, os efeitos estruturais causados pelo escoamento turbulento de fluido através do banco de tubos, a menos que ocorram falhas. Com a redução da relação entre passo e diâmetro do banco de tubos (espaçamento relativo), para otimizar o processo de transferência de calor, surgirão cargas dinâmicas, que não estão associadas ao processo de desprendimento de vórtices, como nos bancos de tubos com grandes espaçamentos relativos. Enquanto as cargas estáticas parecem surgir, principalmente, devido à forte queda de pressão que ocorre nas fendas estreitas entre os tubos, em bancos de tubos com pequeno espaçamento relativo, as cargas dinâmicas, provenientes do campo de pressões flutuantes, têm um comportamento aleatório, sem qualquer freqüência característica. As flutuações de pressão resultam das flutuações de velocidade nas diversas posições do campo de escoamento. O propósito desta tese é investigar o comportamento das flutuações de pressão e de velocidade, e sua interdependência, em bancos de tubos com arranjos triangulares e quadrangulares e diversos espaçamentos relativos e, baseado nos resultados obtidos, contribuir para o desenvolvimento dos critérios de projeto destes equipamentos. A seção de testes é constituída por um canal retangular com 1370 mm de comprimento, 146 mm de altura e uma largura máxima (ajustável) de 193 mm. O fluido de trabalho é o ar, impulsionado por um ventilador centrífugo, passando por uma câmara de tranqüilização e um conjunto de grades e telas, antes de alcançar o banco de tubos segundo um ângulo de incidência de 90o e com um valor em torno de 2 % de intensidade da turbulência. Tanto os arranjos triangulares como os quadrangulares possuem relação entre passo e diâmetro P/D = 1,60 , 1,26 , 1,16 e 1,05 com números de Reynolds calculados com base no diâmetro dos tubos (32,1 mm para todas as geometrias) e na velocidade do escoamento nas fendas estreitas entre os tubos, desde Re = 4•104 até 7•104. As velocidades e as flutuações de velocidade foram medidas por um anemômetro de fio quente a temperatura constante, enquanto as flutuações de pressão foram medidas por um transdutor de pressão piezo-resistivo, montado no interior de um dos tubos do banco e conectado a tomadas de pressão por mangueiras plásticas. O tubo instrumentado com o transdutor de pressão nos bancos podia girar de forma que foram efetuadas medições a cada 10o. A sonda de fio quente podia ser movimentada para diversas posições entre dois tubos no banco, ao longo de uma linha na direção do escoamento. A aquisição de dados de flutuações de velocidade e de pressão foi efetuada simultaneamente, para permitir a obtenção de resultados de correlações cruzadas, por uma placa conversora analógico-digital controlada por um micro computador. Os resultados experimentais estão apresentados, na forma adimensional, em médias quadráticas, funções de densidade auto-espectral e funções de correlação cruzada. As médias quadráticas das flutuações de pressão indicam uma distribuição mais uniforme das cargas dinâmicas em torno dos tubos na medida em que a razão P/D é diminuída. O comportamento dos espectros de flutuações de velocidade mostram diferentes decaimentos para os arranjos triangulares e quadrangulares, com valores decrescentes na medida em que a razão P/D é reduzida. A análise dos resultados dos espectros de flutuações de pressão mostra exponentes de -1 e -10/3, sendo a extensão da faixa deste último, maior para as maiores razões P/D. Os picos correspondentes ao processo de desprendimento de vórtices aparecem somente no arranjo com a maior relação P/D. Reduzindo a razão P/D, observa-se um aumento na energia dos menores vórtices do escoamento turbulento, degenerando em turbulência de banda larga. Os coeficientes de correlação cruzada entre flutuações de velocidade e de pressão diminuem enquanto a razão P/D aumenta. A análise dos resultados experimentais permite a identificação dos principais aspectos do processo de excitação das vibrações induzidas pelo escoamento em bancos de tubos conduzindo a recomendações para o projeto destes equipamentos. / Banks of tubes or rods are found in the nuclear and process industries, being the most common device used in the development of heat exchangers. Attempts to increase heat exchange ratios in heat transfer equipments do not consider, as a priority of project criteria, structural effects caused by the turbulent fluid flow across the tube bank, unless failures occur. By reducing the aspect ratio (pitch-to-diameter ratio) of a tube bank, to improve the heat transfer process, dynamic loads will appear, which are not associated to vortex shedding, as in large aspect ratios tube banks. While static loads seem to appear mainly due to the strong pressure drop which occurs in the narrow gaps between the tubes, in small aspect ratio tube banks, dynamic loads, arising from the fluctuating pressure field, have a random behavior, without any characteristic frequency. Pressure fluctuations result from velocity fluctuations at several positions of the flow field. The purpose of this thesis is to investigate the behavior of pressure and velocity fluctuations, and their interdependence, in tube banks with triangular and square arrangements and several aspect ratios and, based on the obtained results, to contribute for the development of the design criteria of these devices. The test section is a 1370 mm long rectangular channel, with 146 mm height and a maximal (adjustable) width of 193 mm. Air is the working fluid, driven by a centrifugal blower, passed by a settling chamber and a set of honeycombs and screens, before reaching the tube bank at an incidence angle of 90o and about 2 % turbulence intensity. Both triangular and square arrangements have pitch-to-diameter ratios P/D = 1.60, 1.26, 1.16 and 1.05 with Reynolds numbers, calculated with the tube diameter (32.1 mm for all geometries) and the velocity of the flow in the narrow gap between the tubes from Re = 4•104 to 7•104. Velocity and velocity fluctuations were measured by a constant temperature hot wire anemometer, while pressure fluctuations were measured by a piezo-resistive pressure transducer mounted inside one of the tubes in the bank and connected to pressure taps by plastic tubes. The tube instrumented with the pressure transducer in the banks could be rotated, so that measurements at each 10o were performed. The hot wire probe could be moved to several positions between two tubes in the bank, along a line in the flow direction. Data acquisition of velocity and pressure fluctuations was performed simultaneously, to allow cross-correlations results, by an analog-to-digital converter board controlled by a personal computer. Experimental results are presented in form of dimensionless RMS values, autospectral density functions and cross-correlation functions. RMS values of pressure fluctuations indicate a more uniform distribution of dynamic loads around the tubes as the P/D ratio decrease. Behavior of the velocity fluctuation spectra show different decay for triangular and square arrays, with decreasing values as the P/D ratio is reduced. Analysis of the results of spectra of pressure fluctuations shows exponents of -1 and -10/3, being the extension range of the latter larger for the widest P/D ratios. Peaks corresponding to vortex shedding appear only at the bank with the largest P/D ratio. By reducing the P/D ratio an increase on the energy of the smallest eddies of the turbulent flow is observed, degenerating in to broad band turbulence. Cross-correlation coefficients between velocity and pressure fluctuations decrease as the P/D ratio is increased. Analysis of the experimental results allows the identification of the main features of the excitation process of flow induced vibrations in tube banks leading to recommendations for the design of these equipments.

Los modelos utilizados en el diseño de redes hidráulicas pueden ser muy variados, en función del objetivo que se pretende abordar. Este trabajo se centra fundamentalmente en el dimensionado hidráulico de redes de distribución de agua, de modo que se cumplan una serie de requerimientos de servicio, entre los que se incluyen condiciones mínimas de presión, velocidad, etc. Una de las complejidades del diseño de redes de distribución de agua (RDA) radica en la elección de los diámetros como variables de decisión; puesto que en este caso las restricciones son funciones implícitas de estos mismos diámetros, el espacio de soluciones se convierte en no convexo y la función objetivo en multimodal. En este punto, los métodos tradicionales basados en técnicas matemáticas quedan limitados a la localización de mínimos locales de la función objetivo, que depende del punto de inicio del proceso de convergencia. Numerosos investigadores han diseñado aplicaciones en lo que a métodos de diseño de redes de agua se refiere, planteando los costes de la red como la función objetivo a optimizar. La aplicación de técnicas evolutivas de optimización permite la búsqueda de soluciones más allá de estos mínimos locales, lo que amplía en muchas ocasiones el campo de búsqueda, y por tanto, la capacidad de obtener buenas soluciones. Este tipo de técnicas son muy versátiles, por lo que tienen multitud de posibles aplicaciones, siendo el diseño óptimo de redes de agua una de ellas. El carácter aleatorio de los algoritmos evolutivos provoca que no exista la certeza absoluta de explorar el espacio completo de soluciones. No obstante, las distintas técnicas evolutivas son capaces de obtener un conjunto de buenas soluciones que mejoran de modo progresivo. En términos generales, el modelo de optimización desarrollado para todas estas técnicas incluye una función objetivo cuyo valor trata de minimizarse. En este sentido, la mayoría de las metodologías que trata esta tesis han sido ya aplicadas con ciert / Mora Meliá, D. (2012). Diseño de redes de distribución de agua mediante algoritmos evolutivos. Análisis de eficiencia [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/16803 / Palancia

[ES] El diseño acertado de las redes presurizadas de riego constituye la fase preliminar de una buena gestión de estos sistemas. La posibilidad de que, en ciertas condiciones, sea ventajoso el diseño de estas redes para su explotación mediante riego a turnos motiva este trabajo. El factor económico juega un papel fundamental en el diseño de las redes de presurizadas de riego en general y en particular en la concepción de aquellas pensadas para operar a turnos que es el campo de aplicación que nos atañe, en el que se han encontrado muy pocas investigaciones precedentes. La primera etapa del trabajo desarrollado ha consistido en la formulación e implementación completa de un Algoritmo Híbrido (AG-PNL) para el diseño óptimo de redes de riego a presión operando a turnos con topología dada, para lo cual se ensambla un algoritmo evolutivo, Algoritmo Genético (AG), y un algoritmo determinístico, basado en Programación No Lineal (PNL). Este Algoritmo Híbrido permite asignar los turnos a los hidrantes y los diámetros a las conducciones, de manera que el costo del diseño resultante sea mínimo. El problema de diseño económico de la red se formula en términos de una función objetivo que minimice los costos asociados a la red de conducciones para una asignación de turnos dada, satisfaciendo las restricciones y las leyes físicas que gobiernan el funcionamiento del sistema. La función objetivo se evalúa por un método explícito como el Algoritmo de Programación No Lineal de Gradiente Reducido Generalizado (GRG). Las otras variables que el Algoritmo Híbrido determina son las asignaciones de turnos a cada hidrante que conduce al mínimo costo de la red. Para ello se recurre al uso de un Algoritmo Genético donde la función objetivo que evalúa el fitness de la población es precisamente el costo mínimo de la red, calculado mediante el algoritmo PNL-GRG asociado a cada individuo en el espacio de asignaciones de turnos. En la segunda parte se validan los resultados de diseño del AG-PNL con otros métodos alternativos de diseño óptimo en un conjunto de 9 Casos de Estudio, extraídos de proyectos reales con una amplia diversidad de condiciones operativas, topográficas, y dimensión. Paralelamente se analiza la capacidad de las redes diseñadas para poder encajar cambios posteriores en la asignación de turnos, caracterizando esta flexibilidad con un nuevo indicador, IFCT. Este análisis también se realiza considerando diseños alternativos de las mismas redes para operar a la demanda, con la precaución de adoptar parámetros y condiciones de diseño que hagan significativa la comparación. Los resultados de diseño de las redes de riego a presión operando a turnos mediante el AG-PNL una vez que se normalizan conducen a redes con un costo menor en hasta 10.3 % que el método alternativo "clásico" más eficiente considerado, método en donde los turnos se definen de formas heurística. A la vez estas redes gozan de un mayor IFCT en hasta 8.5 %. Se observó una elevada variabilidad de las diferencias de costos entre diseños a la demanda y a turnos en cada Caso de Estudio, con unos ahorros en el diseño a turnos respecto a la demanda situados entre el 4.5% y el 48%. Se ha señalado una posible aplicación adicional del indicador de flexibilidad (IFCT) como criterio de ayuda a la decisión sobre la conveniencia de selección de un diseño a turnos o la demanda. / [CAT] El disseny encertat de les xarxes pressuritzades de reg constitueix la fase preliminar d'una bona gestió d'aquests sistemes. La possibilitat que, en certes condicions, sigui avantatjós el disseny d'aquestes xarxes per a la seva explotació mitjançant reg a torns motiva aquest treball. El factor econòmic juga un paper fonamental en el disseny de les xarxes de pressuritzades de reg en general i en particular en la concepció d'aquelles pensades per operar a torns que és el camp d'aplicació que ens pertoca, en el qual s'han trobat molt poques investigacions precedents. La primera etapa del treball desenvolupat ha consistit en la formulació i implementació completa d'un Algorisme Híbrid (AG-PNL) per al disseny òptim de xarxes de reg a pressió operant a torns amb topologia donada, per a això s'acobla un algoritme evolutiu, Algorisme genètic (AG), i un algoritme determinístic, basat en Programació No Lineal (PNL). Aquest Algorisme Híbrid permet assignar els torns als hidrants i els diàmetres a les conduccions, de manera que el cost del disseny resultant sigui mínim. El problema de disseny econòmic de la xarxa es formula en termes d'una funció objectiu que minimitzi els costos associats a la xarxa de conduccions per a una assignació de torns donada, satisfent les restriccions i les lleis físiques que governen el funcionament del sistema. La funció objectiu s'avalua per un mètode explícit com el Algorisme de Programació No Lineal de Gradient Reduït Generalitzat (GRG). Les altres variables que l'Algorisme Híbrid determina són les assignacions de torns a cada hidrant que condueix al mínim cost de la xarxa. Per a això es recorre a l'ús d'un Algorisme Genètic on la funció objectiu que avalua el fitness de la població és precisament el cost mínim de la xarxa, calculat mitjançant l'algoritme PNL-GRG associat a cada individu en l'espai d'assignacions de torns. A la segona part es validen els resultats de disseny de l'AG-PNL amb altres mètodes alternatius de disseny òptim en un conjunt de 9 Casos d'Estudi, extrets de projectes reals amb una àmplia diversitat de condicions operatives, topogràfiques, i dimensió. Paral·lelament s'analitza la capacitat de les xarxes dissenyades per a poder encaixar canvis posteriors en l'assignació de torns, caracteritzant aquesta flexibilitat amb un nou indicador, IFCT. Aquesta anàlisi també es realitza considerant dissenys alternatius de les mateixes xarxes per operar a la demanda, amb la precaució d'adoptar paràmetres i condicions de disseny que facin significativa la comparació. Els resultats de disseny de les xarxes de reg a pressió operant a torns mitjançant el AG-PNL una vegada que es normalitzen condueixen a xarxes amb un cost menor en fins 10.3% que el mètode alternatiu "clàssic" més eficient considerat, mètode on els torns es defineixen de formes heurística. Alhora aquestes xarxes gaudeixen d'un major IFCT en fins a 8.5%. Es va observar una elevada variabilitat de les diferències de costos entre dissenys a la demanda i als torns en cada cas d'estudi, amb uns estalvis en el disseny a torns que fa a la demanda situats entre el 4.5% i el 48%. S'ha assenyalat una possible aplicació addicional de l'indicador de flexibilitat (IFCT) com a criteri d'ajuda a la decisió sobre la conveniència de selecció d'un disseny a torns o la demanda. / [EN] The successful design of pressurized irrigation networks is the preliminary phase of good management of these systems. The possibility that, in certain conditions, it is advantageous to design these networks for exploitation through turn-based irrigation motivates this work. The economic factor plays a fundamental role in the design of networks of pressurized irrigation in general and in particular in the conception of those designed to operate in shifts that is the field of application that concerns us, in which they have found very few previous investigations. The first stage of the work developed has been the formulation and complete implementation of a Hybrid Algorithm (GA-NLP) for the optimal design of irrigation networks under pressure operating with given topology, for which an evolutionary algorithm is assembled, Genetic Algorithm (GA), and a deterministic algorithm, based on Nonlinear Programming (NLP). This Hybrid Algorithm allows you to assign the hydrant shifts and the diameters to the pipes, so that the resulting design cost is minimal. The problem of economic design of the network is formulated in terms of an objective function that minimizes the costs associated with the network of pipelines for a given shift assignment, satisfying the restrictions and physical laws that govern the operation of the system. The objective function is evaluated by an explicit method such as the Generalized Reduced Gradient Nonlinear Programming Algorithm (GRG). The other variables that the Hybrid Algorithm determines are the shift assignments to each hydrant that leads to the minimum cost of the network. For this, the use of a Genetic Algorithm is used, where the objective function that evaluates the fitness of the population is precisely the minimum cost of the network, calculated by means of the NLP-GRG algorithm associated to each individual in the space of shift assignments. In the second part the GA-NLP design results are validated with other alternative optimal design methods in a set of 9 Case Studies, extracted from real projects with a wide diversity of operational, topographic, and dimension conditions. At the same time, the capacity of the networks designed to fit later changes in the allocation of shifts is analyzed, characterizing this flexibility with a new indicator, IFCT. This analysis is also done considering alternative designs of the same networks to operate on demand, with the precaution of adopting parameters and design conditions that make the comparison meaningful. The design results of pressure irrigation networks operating in turn using GA-NLP once they are normalized lead to networks with a lower cost in up to 10.3% than the more efficient "classic" alternative method considered, a method where shifts are defined in heuristic ways. At the same time, these networks enjoy a higher IFCT in up to 8.5%. We observed a high variability of the cost differences between designs to the demand and to shifts in each Case Study, with savings in the design in turns with respect to the demand located between 4.5% and 48%. A possible additional application of the flexibility indicator (IFCT) has been pointed out as a criterion to help decide on the convenience of selecting a shift design or demand. / Lapo Pauta, CM. (2019). DISEÑO ÓPTIMO DE REDES DE RIEGO A PRESIÓN PARA SU EXPLOTACIÓN A TURNOS [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/130210 / TESIS

[pt] A mecânica dos meios contínuos tem atraído um grande interesse nos últimos tempos, o que é demonstrado pela numerosa publicação a respeito, em que autores como A.C Eringen C. Truesdell, L.I Sedov, Green- Zerna tratam da teoria em geral e desenvolvem tópicos particulares. A complexidade do campo de estudo cria uma grande dificuldade de formulação. O presente trabalho desenvolve uma notação intrínseca consiste, em que as relações das variáveis descrevendo o espaço e o tempo são de caracterização clara, permitindo produzir uma formulação clara, permitindo produzir uma formulação geral da teoria da Mecânica do Contínuo. O estudo é feito de maneira geral, admitindo deformações finitas, e os resultados obtidos são simplificados por aproximações. No primeiro capítulo estudamos a geometria da deformação, que recebe uma interpretação geométrica, e obtemos os invariantes que necessitaremos no desenvolvimento das relações constitutivas. Estudamos, relacionamentos deformações e deslocamento, taxa de deformação e velocidades, e terminaremos com as equações da compatibilidade. O capitulo dois estuda os princípios físicos obedecidos por um conjunto em movimento, permitindo obter de equações para formulação dos problemas. No capitulo três desenvolvemos um modelo geral de meio elástico e particularizamos os resultados até chegarmos à elasticidade clássica, enquanto que, no capitulo quatro as equações são aplicadas para descrição do movimento dos fluidos e idéias e viscosas. Finalizamos nosso trabalho com duas aplicações, uma no campo da elasticidade e outra no da mecânica dos fluidos. / [en] Mechanics of continua has atracted a gat interest in our time, which is proved by numerous publications on the matter, on whitch autors like A more than C. Eurigen, C. Trueesdell, L. I. Sedov, Green –Zenna treat the theory in general and develop particular topics. The complexity of this fiels of study creates a great difficulty of formulation. The present work develops a consistent intrinsic notation, on which the relations of variables describing space and time are of clear characterization allowing to produc a general formulation of the theory of continuum Mechanics. This study is done a general manner, admitting finite deformations beig the results obtained simplified by approximations. In the first chapter we study the geometry of deformation, whitch receiveis a geometrical interpratation, and we obtain the invariants wich be needed for developing the constittutive relations. We study kinematics of the motion, relate deformations and velocities and finish with the compatibility equations. Chapter two studies physical principles followed by a continum inmotion, allowing us to obtain a system of equations that is enough to problems formulation. In chapter three we develop a general model of elastic media and particularize the results as far as to reach the classical elasticity, where as, in chapter four, general equations are applied to describe the motion of ideak and viscous fluids. We finish our work with two applications, one in the field of Elasticity and the other in Fluid Mechanics.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:50:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vitor.pdf: 5712854 bytes, checksum: b3b56770c9a5e06888ee08b2683bc9e8 (MD5) Previous issue date: 2011-07-01 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnologico / O movimento da água em solos não saturados (zona vadosa) pode ser descrito pela equação de Richards, obtida pela combinação da equação de conservação de massa e da lei de Darcy-Buckingham. Usualmente essa equação é representada sob três formas básicas: h - baseada na carga de pressão, θ - baseada na umidade volumétrica e mista - baseada na combinação das duas variáveis. Essas equações são matematicamente equivalentes; porém, em geral, suas aproximações numéricas podem levar a resultados bastante diferentes. Neste trabalho foram validados e comparados modelos numéricos, implementados em um código computacional na linguagem C, para a aproximação da equação de Richards, nas suas três formas, em uma dimensão. Para isso, empregou-se o método de diferenças finitas centrado no espaço e atrasado no tempo. Visando melhorar a conservação de massa dos modelos utilizados e o tempo de execução do programa, principalmente em problemas que apresentam mudanças bruscas nas condições de contorno e/ou camadas estratificadas, foram também implementadas três estratégias para a escolha do passo de tempo, assim como técnicas para aproximar as não-linearidades nos pontos intermediários da malha computacional e naqueles situados nas interfaces das camadas. A validação dos modelos acima se deu através da comparação das soluções aproximadas com a solução semi-analítica de Philip e a totalmente analítica de Srivastava e Yeh para colunas de solos homogêneas e estratificadas. A partir de dados disponíveis na literatura avaliou-se também a precisão e a eficiência das metodologias estudadas nas: i) aproximações da condutividade e da capacidade hidráulica e ii) na aplicação das estratégias de passo de tempo, quanto à precisão dos resultados simulados, à conservação de massa e ao tempo de execução do programa. De acordo com o desempenho das metodologias analisadas foram apontadas as melhores opções para a solução de cada problema, indicando-se assim alternativas na implementação de modelos numéricos para o escoamento da água na zona vadosa.

Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-04-07T14:42:27Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_AnaliseExperimentalVelocidade.pdf: 1919066 bytes, checksum: 0d5dd1e1237b2c18e98eb98a366fe46e (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva (arosa@ufpa.br) on 2014-06-15T23:46:45Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_AnaliseExperimentalVelocidade.pdf: 1919066 bytes, checksum: 0d5dd1e1237b2c18e98eb98a366fe46e (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-15T23:46:45Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_AnaliseExperimentalVelocidade.pdf: 1919066 bytes, checksum: 0d5dd1e1237b2c18e98eb98a366fe46e (MD5) Previous issue date: 2006 / A velocidade de transporte é um dos mais importantes parâmetros no transporte pneumático de sólidos. O êxito no transporte de materiais particulados depende da predição ou da determinação da velocidade mínima de transporte. Uma velocidade acima daquela necessária ao transporte estável das partículas sólidas conduz a um grande consumo de energia devido ao aumento na perda de pressão do sistema, degradação dos sólidos e abrasão dos sólidos e da tubulação. Já uma velocidade abaixo desse valor limite certamente resultará na deposição das partículas sólidas para o fundo da tubulação e conseqüentemente o entupimento desta. Neste trabalho, uma técnica para medir a velocidade mínima de captura de partículas sólidas em uma tubulação na direção horizontal em um sistema de Transporte Pneumático é desenvolvida. Ela baseia-se em observações visuais do comportamento das partículas ao ocorrer a captura, em medidas da velocidade de operação do gás e da massa das partículas capturadas. É realizada ainda a análise qualitativa de alguns parâmetros que influenciam na velocidade de captura das partículas, permitindo uma maior compreensão dos fenômenos envolvidos. / The transport velocity is one of the most important parameters in the pneumatic transport of solids. The success of the particulates materials conveying depends on the prediction or the determination of the minimum velocity of transport. The velocity above of that necessary to the steady transport of solid particles leads to a great energy consumption due to an increased pressure drop of the system, solids degradation and abrasion of solids and of the tube. On the other hand, a velocity below of this boundary-value certainly will result on the deposition of solid particles for bottom of the tube and its consequently blockage. In this work, a technique to measure the minimum pickup velocity of solid particles in horizontal pneumatic conveying has been developed. It is based on visual observation of the particles behavior when occurring the capture, on measures of the velocity of operation of the gas and the mass of captured particles. The qualitative analysis of some parameters is made still that influence in the pickup velocity of particles, allowing a bigger understanding of the involved phenomena.

Submitted by Nathalya Silva (nathyjf033@gmail.com) on 2017-04-24T20:07:11Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_AnaliseExperimentalNumerica.pdf: 6987325 bytes, checksum: 645c8d49c79a3a61cbac9adfd10bded9 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-04-26T14:19:15Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_AnaliseExperimentalNumerica.pdf: 6987325 bytes, checksum: 645c8d49c79a3a61cbac9adfd10bded9 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-26T14:19:15Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_AnaliseExperimentalNumerica.pdf: 6987325 bytes, checksum: 645c8d49c79a3a61cbac9adfd10bded9 (MD5) Previous issue date: 2012-03 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / FAPESPA - Fundação Amazônia de Amparo a Estudos e Pesquisas / Os leitos fluidizados gás-sólido possuem grande importância na indústria de processamento, em função de apresentar um bom efeito de mistura entre as fases, além de altas taxas de transferência de calor e massa, necessitando para isso baixo consumo de energia. Alguns exemplos típicos de aplicações industriais desse equipamento podem ser encontrados em processos que envolvem reações catalíticas, regeneração catalítica, ou ainda a combustão e gaseificação de carvão. O entendimento do comportamento fluidodinâmico deste equipamento é de fundamental importância para que o leito fluidizado possa ser adaptado a novas condições de uso. A literatura reporta diversos estudos com leito fluidizado, relatando variadas contribuições já incorporadas ao conhecimento da operação do mesmo. A ferramenta de CFD (Computational Fluid Dynamics) tem se mostrado uma boa alternativa para entendimento da operação deste equipamento. A utilização do modelo Euleriano granular multifásico juntamente com equações de conservação da massa, energia e movimento, para cada uma das fases presentes, tem gerado êxito quando aplicada a leitos fluidizados. De forma geral, este trabalho teve por objetivo estudar o comportamento do escoamento fluidodinâmico de esferas de vidro e alumina em um leito fluidizado convencional do tipo gás-sólido, variando os modelos de arraste de Gidaspow, Syamlal-O’Brien e Wen-Yu, bem como os modelos de turbulência K-e RSM. De forma mais específica, o trabalho buscou avaliar o comportamento fluidodinâmico das partículas no equipamento, através do monitoramento dos parâmetros fluidodinâmicos mais importantes, dentre os quais podemos destacar a velocidade de mínima fluidização do mesmo, a queda de pressão do equipamento na mínima fluidização, sua porosidade e a expansão do leito de partículas, também na mínima fluidização. Os testes experimentais foram comparados com simulações numéricas utilizando a ferramenta de CFD, onde se observou boa concordância dos resultados simulados frente aos resultados experimentais. / The gas-particle fluidized beds have great importance in the processing industry, due to have a good effect of mixing between the phases, and high rates of heat and mass transfer, requiring it to lower power consumption. Some typical examples of industrial applications of this equipment can be found in processes involving catalytic reactions, catalyst regeneration, or the combustion and coal of gasification. The understanding of the fluid dynamic behavior of this equipment is of fundamental importance for the fluidized bed can be adapted to new conditions. The literature reports several studies of fluidized bed, reporting varied contributions already incorporated the knowledge of the operation. The CFD (Computational Fluid Dynamics) tool has proved a good alternative for understanding the operation of this equipment. The use of multiphase granular Eulerian model together with the conservation equations of mass, energy and momentum for each of the phases present, has shown success when applied to fluidized beds. Overall, this work is to study the behavior of the fluid dynamic flow of glass beads and alumina in conventional fluidized bed type gas-solid, varying models Gidaspow, Syamlal-O’Brien and Wen-Yu, as well as Turbulence Models K-ε and RSM. More specifically, the work seeks to study the behavior of the fluid-dynamic equipment, by monitoring the most important fluid-dynamic parameters, among which we highlight the minimum fluidization velocity of the same, the pressure drop at minimum fluidization equipment, its porosity and expansion of the bed particles, also at minimum fluidization. Experimental tests were compared with numerical simulations using CFD (Computational Fluid Dynamics) tool, in which good agreement of the simulated results compared to experimental results.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T02:43:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 247343.pdf: 9675112 bytes, checksum: 4cf7c64c8a3a13255cc3dfe5bbd32fc0 (MD5) / Este trabalho busca a criação de um solver robusto para a solução de problemas de escoamento e transferência de calor. Afim de alcançar este objetivo o método Multigrid de Correções Aditivas (ACM) é estudado e implementado e, novas feições são sugeridas e testadas. De forma geral, o método ACM é usado para melhorar a taxa de convergência de métodos iterativos usando várias malhas e reduzindo todos os modos de freqüência de erro. Neste método a discretização é feita somente na malha fina, reduzindo assim, a complexidade e o custo computacional, bem como eliminando a possibilidade de inconsistência entre malhas. Além disso, o método ACM é bastante flexível, podendo ser aplicado a qualquer tipo de malha, estruturada ou não. Também não apresenta dificuldades no tratamento de problemas com coeficientes descontínuos, nem anisotrópicos, pois possibilita o uso da aglomeração adaptativa das células baseada nos coeficientes. A aglomeração adaptativa é um dos pontos mais importantes do trabalho, pois a forma como os volumes de controle são agrupados é um fator essencial para um melhor desempenho da técnica multigrid. Para exemplificar a robustez do método ACM, este foi testado em alguns problemas de condução de calor e de escoamento de fluidos cujas equações foram discretizadas usando o método de Volumes Finitos baseado em Elementos (EbFVM) em malhas não-estruturadas de quadriláteros. O EbFVM foi escolhido por unir as características desejadas dos métodos de Volumes Finitos, a discretização das equações através de balanços nos volumes de controle e conservação das propriedades no volume elementar, com as características desejadas dos métodos de Elementos Finitos, que são a utilização de um sistema de coordenadas locais e a independência entre os elementos. Outra questão a ser considerada é com relação ao procedimento para a solução do conjunto de equações. Optou-se pela utilização da forma acoplada, na qual todas as variáveis do problema aparecem implicitamente em todas as equações, tornando a solução mais estável e robusta em termos de convergência. Assim, o método ACM com aglomeração adaptativa é aplicado a um sistema de equações composto pelas equações da conservação da quantidade de movimento linear nas direções x e y e pela equação de conservação da massa. Este sistema é resolvido de forma acoplada, sendo as equações discretizadas pelo método EbFVM de forma a permitir a utilização de malhas não-estruturadas. The Additive Correction Multigrid Method (ACM) is analysed and new features regarding the agglomeration scheme are implemented. In general, the ACM method is used to improve the convergence rate of iterative solvers, as in the classical multigrid methods. The advantage of this method is that discretization is made only in the fine grid, reducing the complexity and the computational costs, as well as eliminating the possibility of inconsistency between grids, when values of the functions are interpolated. Moreover, ACM method is flexible and can be applied to any type of grid, structured or not. Also it does not present difficulties in the treatment of problems with discontinuous or anisotropic coefficients, since it allows the use of coefficient-based adaptive agglomeration of the cells. The analysis of the adaptive agglomeration procedures is one of the important parts of this work. The way control volumes are grouped is an essential factor to achieve high performance of multigrid techniques. To show its robustness, the ACM method was tested in several heat conduction and fluid flow problems for several agglomeration schemes. The equations are discretized using the Element-based Finite Volume Method (EbFVM) with unstructured quadrilaterals grids. The EbFVM puts togheter the good characteristics of the Finite Volume method, that is the discretazion of the equations using balances at control volumes preserving conservation at control volume level, with the good geometric characteristics of the Finite Element method, which uses a local coordinates system and allows the development of element-by-element algorithms. Another key question considered in this work was the coupled solution of the equations set in conjunction with the ACM method and several agglomeration schemes. The ACM method with adaptive agglomeration is applied to solve 2D diffusion and advection problems in 2D situations. The different agglomeration schemes are tested and compared, showing that the coefficient-based agglomeration is essential.