Submitted by maria angelica Varella (angelica@sibi.ufrj.br) on 2018-02-21T13:42:32Z No. of bitstreams: 1 157900.pdf: 1900108 bytes, checksum: 649f2c233524cb146f7de8d0f907cae9 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-21T13:42:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 157900.pdf: 1900108 bytes, checksum: 649f2c233524cb146f7de8d0f907cae9 (MD5) Previous issue date: 1983-01 / CAPES - PICDT / A estocagem de energia via estratificação térmica de um líquido em um tanque, é um tema atual de pesquisa e desenvolvimento, visto sua grande aplicabilidade. Considerando um balanço de energia para o sistema de estocagem e proposto um modelo semi-empírico unidimensional e transiente descrevendo a história dos perfis de temperatura do líquido e da parede do vaso durante os períodos de operação e repouso. Os resultados teóricos são comparados com dados experimentais existentes, e estudado também a influência da relação altura/diâmetro do tanque sobre a eficiência da exergia. / Storage of energy using the thermal stratification of a liquid in a tank, is a present theme of research and deve lopment, because i ts enormous applicability; Considering the energy conservation equations, it is proposed a transient one-dimensional semi-empirical model to the storage system, describing the temperature profile history of.the liquid and the vessel wall, during the normal operating conditions (charging, discharging and static node). The theoretical results are compared to the existing experimental data. Also, the influence of the height to diameter ratio (H/D) of the vessel on the exergy efficiency is studied.

Submitted by maria angelica Varella (angelica@sibi.ufrj.br) on 2018-02-26T16:53:48Z No. of bitstreams: 1 154743.pdf: 1752246 bytes, checksum: 7bafe9693a0599b6a6b2760bd3eb46e9 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-26T16:53:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 154743.pdf: 1752246 bytes, checksum: 7bafe9693a0599b6a6b2760bd3eb46e9 (MD5) Previous issue date: 1980-12 / Apresenta o desenvolvimento de um modelo matemático bidimensional para avaliação do desempenho hidrodinâmico de quebra-mar flutuante rígido, de geometria uniforme, operando sob condições de mar regular. Na solução do modelo matemático é empregado o método de distribuição de fontes no contorno submerso do corpo. O trabalho desenvolvido permite determinar os principais parâmetros de interesse na análise do comportamento hidra dinâmico de dispositivos de atenuação de ondas. Assim, podem ser obtidos o coeficiente de transmissão ou a eficiência do quebra-mar flutuante, as cargas hidrodinâmicas atuantes no corpo e os movimentos do dispositivo. Os resultados obtidos para o coeficiente de transmissão e as amplitudes dos movimentos de um corpo de seção transversal retangular são comparadas com dados experimentais provenientes de testes com modelos reduzidos, tendo sido boa correspondência entre ambos observada Também são apresentados resultados teóricos para modelo de quebra-mar tipo catamaran e analisado o problema de frequências irregulares quando se emprega o método de distribuição de fontes. / Present two-dimensional mathematical model to study the performance of a rigid floating break water with uniform geometry and operating under regular wave conditions. To solve the hydrodynamic problem one distributes sources on the body contour and then formulates an integral equation which is solved numerically. Our goal is to obtain the most important parameters in the analysis of a wavebreaker, that are the transmission coefficient, the hydrodynamic loads and the motions of the body. The numerical results for the transmission coefficient and the motions of a body with retangular cross section were compared with available test data and they showed a good agreement. The numerical results for a catamaran cross section and the irregular frequency phenomenum are presented too.

Submitted by maria angelica Varella (angelica@sibi.ufrj.br) on 2018-03-07T14:08:08Z No. of bitstreams: 1 161226.pdf: 3282447 bytes, checksum: 74689f749d6d13c23561f78ee7c6aa4e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-07T14:08:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 161226.pdf: 3282447 bytes, checksum: 74689f749d6d13c23561f78ee7c6aa4e (MD5) Previous issue date: 1984-11 / CNPq / CAPES / Apresenta-se uma revisão crítica das principais teorias de geração aerodinâmica de som e de diversas modelações para os termos fonte. São comentadas as principais propriedades do escoamento e do campo acústico de um jato turbulento. Mostra-se que o modelo de ruido próprio e de cisalhamento necessita, para obedecer ã conservação de energia, de interferência entre os dois tipos de ruido. A importância da coerência na radiação sonora é discutida, sendo levantadas evidências em favor da hipótese contrária. São examinadas as correlações da pressão sonora no campo afastado, que são modeladas de forma concisa. Mostra-se que os resultados experimentais corroboram a hipótese de que a turbulência comporta-se, enquanto fonte acústica, como uma distribuição de quadripolos laterais. / A critical review of the principal theories of aerodynamical generation of sound and of some expansions for the source terms is presented. The principal properties of the flow and sound fields of a turbulent jet are commented. It is shown that, to obbey energy conservation, the shear noise/self noise model requires interference between the two types of terms to occur. The importance of source coherence in the sound field is discussed, and some evidences against this hypothesis are raised. Far field sound pressure correlations are examined and modelled in a very simple form. It is shown that experimental results agree with the hypothesis that turbulence, as anacoustic source, is equivalent to a distribution of lateral qui drupoles.

La calidad del agua para el consumo humano es uno de los temas vigentes por parte de los gestores de los sistemas de abastecimiento y de centros de investigación en el entorno de la hidráulica urbana. Este aspecto es abordado desde distintos puntos de vista, motivado por las consecuencias que implica el consumo de agua contaminada; por tratarse de la protección de la salud pública, es indispensable tener mayor conocimiento en todas las formas en las que es vulnerable el agua potable. Las redes de distribución de agua, como toda obra de ingeniería presentan una vida útil, en la mayoría de las poblaciones urbanas se tienen instalaciones que han cumplido con ella y como consecuencia de circunstancias adversas se pueden ir incrementando los problemas físicos en las conducciones con el paso del tiempo. Entre otros factores identificados en esta problemática se encuentra el fenómeno de la intrusión patógena. En este trabajo se analiza la intrusión como un evento relacionado directamente con las fugas de agua en las conducciones. Este tipo de intrusión se produce cuando las condiciones de presión son adversas en la instalación. Así pues, la situación de las fugas se considera un factor determinante en el rendimiento hidráulico de la red, y además puede representar un riesgo para la calidad del agua en el suministro y por ende para la salud pública. La metodología planteada se ha basado en reproducir los eventos adversos que generan intrusión. El interés de realizar estos trabajos es debido a que en la mayoría de las investigaciones se plantean que la cuantificación de los volúmenes de intrusión es un factor fundamental para el control en la gestión de este tipo de adversidades. En este sentido se realizaron modelos físicos y numéricos en CFD, creando escenarios presentes en las redes de distribución. Se ha realizado la representación física y numérica de las condiciones más adversas para la generación de la intrusión en este aspecto. De esta forma se abordaron los casos en donde los eventos pueden ser más agresivos con la calidad del agua. Finalmente, al tener las herramientas numéricas validadas se pueden reproducir escenarios puntuales donde la vulnerabilidad de la red este comprometida y con ello tener mayor conocimiento de las posibles situaciones que podrían darse durante eventos imprevistos o por cuestiones de gestión en la distribución debida al abastecimiento intermitente. / Mora Rodríguez, JDJ. (2011). Modelación de la intrusión patógena a través de fallos y su implicación en la red de distribución de agua [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/11239

Tesis por compendio / The demand for chicken meat consumption increases worldwide. Particularly, intensive breeding increases the need for a controlled environment, in order to maintain thermal comfort and productive efficiency. For this reason, the present thesis is an exploratory analysis of the environmental factors involved in animals comfort and in the use of Computational Fluid Dynamics (CFD) in farms. The Star CCM+ commercial code has been used for this purpose. This computational software has been used to represent the effect of the change of the constructive elements in tunnel type farms buldings, based on the parameters of comfort in climatic conditions considered as summer and winter. The proposed numerical modeling has been validated with experimental data for speed and temperature in a tunnel type ship with constant heat source. With the detailed information of the environmental factors involved in the productive and physiological behavior of the animal, values of comfort range were established for speed, temperature and temperature and speed indexes. To identify the microclimatic imbalances inside the farm, the computational fluid mechanics code analyzes the different characteristics of the building that can influence the solutions at the animal level, making an analysis on how the different authors have used these type of computational tools to validate their credibility. Knowing the diversity of farms analyzed with CFD, in the second chapter the model tunnel building is modeled, with different structural elements and heat flow of the animals in the soil. In this case, the velocity, temperature and temperature and velocity distribution are analyzed, showing the effect of the different locations of the fans and the distribution of windows at the animal level. With this previous analysis and characterization of the tunnel-type ship, a section of a private tunnel spacecraft, in the Laboratorio de Simulación Ambiental (ICTA), with two constant velocity flows, three heat sources and different window heights, Observing between the measured and the simulated an important degree of homogeneity of the speed and temperature results, based on the average quadratic errors when measured and modeled velocities and temperatures are compared. The virtual simulations with CFD are verified as close to reality, furthermore, theyallow to define ventilation strategies for different seasons of the year. / La demanda del consumo de carne de pollo incrementa a nivel mundial. Particularmente, en la crianza intensiva se incrementa la necesidad de tener un ambiente controlado para mantener el confort térmico y la eficiencia productiva. Por ello en la presente tesis se realiza un análisis exploratorio de los factores ambientales que intervienen en el confort de las aves y el uso de la Dinámica de Fluidos Computacional (CFD por sus siglas en inglés) en granjas. Se ha utilizado para ello el código comercial Star CCM+. Este análisis computacional se ha utilizado para representar el efecto del cambio de los elementos constructivos en naves tipo túnel sobre los parámetros de confort en condiciones climáticas consideradas como de verano e invierno. Se ha validado la modelación numérica propuesta con datos experimentales para la velocidad y temperatura en una nave tipo túnel con fuente de calor constante. Con la información detallada de los factores ambientales que intervienen en el comportamiento productivo y fisiológico del animal, se establecieron valores de rango de confort para la velocidad, temperatura e índices de temperatura y velocidad. Para identificar los desequilibrios microclimáticos dentro de la granja, el código de la mecánica de fluidos computacional analiza las diferentes características del edificio que pueden influir a nivel del animal, realizando un análisis sobre cómo los diferentes autores han utilizado este tipo de herramientas computacionales para validar su credibilidad. Conociendo la diversidad de granjas analizadas con CFD, en el segundo capítulo se modeliza la nave túnel con diferentes elementos estructurales y flujo de calor de los animales en el suelo. Se analiza en este caso la distribución de velocidad, temperatura e índice de temperatura y velocidad, observándose el efecto que tiene a nivel del animal la diferente ubicación de los ventiladores y distribución de ventanas. Con este análisis previo y caracterización de la nave tipo túnel se valida en escala real una sección de una nave túnel particular, sita en el Laboratorio de Simulación Ambiental del ICTA, con dos flujos de velocidad constante, tres fuente de calor y distintas alturas de ventana, observándose entre lo medido y simulado un importante grado homogeneidad de los resultados de velocidad y temperatura, basándose en los errores cuadráticos medios cuando se comparan velocidades y temperaturas medidas y modeladas. Se comprueba así que las simulaciones virtuales con CFD se aproximan a la realidad y que permiten definir estrategias de ventilación para diferentes estaciones del año. / El consum de carn de pollastre s'incrementa a nivell mundial. Particularment, en la criança intensiva s'incrementa la necessitat de tenir un ambient controlat per mantenir el confort tèrmic i l'eficiència productiva. Per això en la present tesi es realitza una anàlisi exploratòria dels factors ambientals que intervenen en el confort de les aus i l'ús de la Dinàmica de Fluids Computacional (CFD per les seves sigles en anglès) en granges. S'ha utilitzat per a això el codi comercial Star CCM+. Aquesta anàlisi computacional s'ha utilitzat per representar l'efecte del canvi dels elements constructius en naus tipus túnel sobre els paràmetres de confort en condicions climàtiques considerades com d'estiu i hivern. S'ha validat la modelació numèrica proposta amb dades experimentals per a la velocitat i temperatura en una nau tipus túnel amb font de calor constant. Amb la informació detallada dels factors ambientals que intervenen en el comportament productiu i fisiològic de l'animal, es van establir valors de rang de confort per a la velocitat, temperatura i índexs de temperatura i velocitat. Per identificar els desequilibris microclimàtics dins de la granja, el codi de la mecànica de fluids computacional analitza les diferents característiques de l'edifici que poden influir a nivell de l'animal, realitzant una anàlisi sobre com els diferents autors han utilitzat aquest tipus d'eines computacionals per validar la seva credibilitat. Coneixent la diversitat de granges analitzades amb CFD, en el segon capítol es modelitza la nau túnel amb diferents elements estructurals i flux de calor dels animals a terra. S'analitza en aquest cas la distribució de velocitat, temperatura i índex de temperatura i velocitat, observant l'efecte que té a nivell de l'animal la diferent ubicació dels ventiladors i distribució de finestres. Amb aquesta anàlisi previ i caracterització de la nau tipus túnel es valida en escala real una secció d'una nau túnel particular, situada al Laboratori de Simulació Ambiental de l'ICTA, amb dos fluxos de velocitat constant, 3 font de calor i diferents altures de finestra, observant entre el mesurat i la simulacio un important grau d¿homogeneïtat dels resultats de velocitat i temperatura, basant-se en els errors quadràtics mitjans quan es comparen velocitats i temperatures mesures i modelades. Es comprova així que les simulacions virtuals amb CFD s'aproximen a la realitat i que permeten definir estratègies de ventilació per a diferents estacions de l'any. / Guerra Galdo, EH. (2017). Evaluación de alternativas en las instalaciones avícolas de pollos de carne para la mejora de las condiciones de confort de los animales [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/86144 / Compendio

Tesis por compendio / Through the last decades, building designers should deal with reliable design strategies to take advantage of natural resources in order to increase energy efficiency in buildings, as well as to promote sustainable development and add value to the society. This thesis proposes a reliable building design strategy to improve buildings energy efficiency by means of natural ventilation (NV) use. The strategy consists in evaluating the most suitable architectural solution in a particular case study taking into account environmental conditions and building surroundings in order to maximize NV use since the early building design stage. Computational fluid dynamics (CFD) techniques are used to conduct the research. This is a powerful design tool that permits buildings NV behaviour simulation prior to building construction. Therefore, the aim of the thesis is to provide a real case study building in which the NV design strategy is applied to show a reliable example and support building design decisions since the design stage. The design strategy is based on the use of a commercial numerical code that solves the fluid mechanic equations. The CFD software simulates the features that influence NV and predicts its behaviour in the different building configurations prior to building construction. This numerical technique allows, on the one hand, the visualization of air flow paths in buildings. On the other hand, many quantifiable parameters are calculated by the software. Through the analysis and comparison of those parameters, the best architectural solutions are chosen. With regards to all possible architectural decisions, the research is focused on the façade configuration selection and the building location. First of all, the NV design strategy feasibility is analysed in a particular region: the Mediterranean Valencian Coastal area (Spain). The region is characterized by the uniform conditions of the prevailing wind during the warm season. Then, a validated CFD simulation is used to analyse qualitatively and quantitatively the building surrounding influence on wind paths through and around buildings. The objective is to compare different façade opening positions and select the alternative that takes more profit of the NV resources available. Additionally, a general quantification of the ventilated façade contribution to buildings energy efficiency is presented under the frame of the façade configuration selection. Secondly, two simulations are conducted to analyse two different building locations. The assessment of surrounding buildings influence on building NV behaviour is done through validated CFD models. Some parameters and visualizations are proposed to be used in the quantitative and qualitative assessment of each solution respectively. Then, the best location alternative with regards to NV performance is selected. Finally, the research is concluded with the case study building full-scale construction. The indoor CFD simulation used from the beginning is then successfully validated. The NV building behaviour is also successfully verified. Additionally, contrasted performance indexes are used to evaluate indoor comfort conditions: draught risk (DR), predicted mean vote (PMV) and predicted percentage of dissatisfied people (PPD). The results show that comfort conditions can be reached more energy efficiently by means of NV use. Afterwards, it is verified how the comfortable indoor environment conditions are ensured and optimized by the NV use. Although the design strategy is applied to a particular building design, the design strategy potential is that it could be applied to all buildings. Consequently, major potential energy savings could be achieved. / Durante las últimas décadas los agentes involucrados en el diseño de edificios deben de utilizar estrategias fiables de diseño que les permitan aprovechar los recursos naturales del entorno con el objetivo de aumentar la eficiencia energética de los edificios así como promover el desarrollo sostenible y generar valor añadido para la sociedad. Esta tesis propone una estrategia de diseño fiable de edificios para mejorar su eficiencia energética mediante el uso de la ventilación natural (NV por sus siglas en inglés "natural ventilation"). La estrategia consiste en evaluar la solución arquitectónica más adecuada teniendo en cuenta las condiciones ambientales y el entorno de los edificios con el objetivo de maximizar el uso de la ventilación natural desde la fase inicial de su diseño. En esta tesis se aplica la estrategia de diseño a un caso de estudio real y particular. La estrategia de diseño se basa en el uso de un código numérico comercial que resuelve las ecuaciones de la mecánica de fluidos (CFD por sus siglas en inglés "computational fluid dynamics"). El software CFD simula las características que influyen en la ventilación natural y predice su comportamiento en los edificios antes de su construcción. Esta técnica numérica permite la visualización del flujo de aire en los edificios. Además, el software permite calcular parámetros que son analizados y comparados posteriormente para elegir la solución arquitectónica que suponga un mejor comportamiento de la ventilación natural. Con respecto a todas las decisiones arquitectónicas posibles, la investigación se centra en la selección de la ubicación del edificio y de la configuración de los huecos de su fachada. En primer lugar, se analiza la viabilidad de la estrategia de diseño en una región determinada: la zona costera Mediterránea de la Comunidad Valenciana. La región se caracteriza por las condiciones uniformes del viento predominante durante la estación cálida. A continuación, se utiliza una simulación de CFD validada para analizar cualitativamente y cuantitativamente la influencia de los edificios circundantes en los flujos del viento a través y alrededor de los edificios circundantes. El objetivo es comparar distintas posiciones de los huecos de la fachada para seleccionar la alternativa que mejor aproveche los recursos de ventilación natural disponibles. Además, se presenta en el marco de la selección de la configuración de la fachada una cuantificación general de la contribución de la fachada ventilada a la eficiencia energética de los edificios. En segundo lugar, se realizan dos simulaciones para analizar dos ubicaciones diferentes del edificio caso de estudio. La evaluación de la influencia de los edificios circundantes en el comportamiento de la ventilación natural del edificio caso de estudio se realiza mediante la utilización de modelos CFD validados. Se proponen distintos parámetros y visualizaciones para la evaluación cuantitativa y cualitativa de cada solución. A continuación se selecciona la mejor ubicación con respecto al comportamiento de la ventilación natural en el edificio caso de estudio. Finalmente, la investigación concluye con la construcción a escala real del edificio caso de estudio. Se valida con éxito la simulación CFD del interior del edificio utilizada desde la etapa de diseño. También se verifica con éxito el comportamiento de la ventilación natural del edificio. Además, se analizan las condiciones de confort interiores mediante la evaluación de los siguientes índices: riesgo de corrientes de aire (DR por sus siglas en inglés "draught risk"), voto promedio previsto (PMV por sus siglas en inglés "predicted mean vote") y el porcentaje previsto de personas insatisfechas (PPD por sus siglas en inglés "predicted percentage of dissatisfied people"). Los resultados muestran que el uso de la ventilación natural permite alcanzar, de manera más energéticamente eficiente, las / Durant les últimes dècades els agents involucrats en el disseny d'edificis utilitzen estratègies fiables de disseny que els permeten aprofitar els recursos naturals de l'entorn amb l'objectiu d'augmentar l'eficiència energètica dels edificis així com promoure el desenvolupament sostenible i generar valor afegit per la societat. Aquesta tesi proposa una estratègia fiable de disseny d'edificis per a millorar la seva eficiència energètica mitjançant l'ús de la ventilació natural (NV per les sigles en anglès "natural ventilation"). L'estratègia consisteix a avaluar la solució arquitectònica més adequada tenint en compte les condicions ambientals i l'entorn dels edificis amb l'objectiu de maximitzar l'ús de la ventilació natural des de la fase inicial del seu disseny. En aquesta tesi s'aplica l'estratègia de disseny a un cas d'estudi real i particular. L'estratègia de disseny es basa en l'ús d'un codi numèric comercial que resol les equacions de la mecànica de fluids (CFD per les sigles en anglès "computational fluid dynamics"). El programari CFD simula les característiques que influeixen en la ventilació natural i prediu el seu comportament en els edificis abans de la seva construcció. Aquesta tècnica numèrica permet la visualització del flux d'aire en els edificis. A més, el programari permet calcular paràmetres que són analitzats i comparats posteriorment per triar la solució arquitectònica que supose un millor comportament de la ventilació natural. Pel que fa a totes les decisions arquitectòniques possibles, la investigació es centra en la selecció de la ubicació de l'edifici i de la configuració de les obertures de la façana. En primer lloc, s'analitza la viabilitat de l'estratègia de disseny en una regió determinada: la zona costanera Mediterrània de la Comunitat Valenciana. La regió es caracteritza per les condicions uniformes del vent predominant durant l'estació càlida. A continuació, s'utilitza una simulació de CFD validada per analitzar qualitativament i quantitativament la influència dels edificis circumdants en els fluxos del vent a través i al voltant dels edificis circumdants. L'objectiu és comparar diferents posicions dels buits de la façana per seleccionar l'alternativa que millor aprofite els recursos de ventilació natural disponibles. A més, en el marc de la selecció de la configuració de la façana es presenta una quantificació general de la contribució de la façana ventilada a l'eficiència energètica dels edificis. En segon lloc, es realitzen dues simulacions per analitzar dues ubicacions diferents de l'edifici cas d'estudi. L'avaluació de la influència dels edificis circumdants en el comportament de la ventilació natural de l'edifici cas d'estudi es realitza mitjançant la utilització de models CFD validats. Es proposen diferents paràmetres i visualitzacions per a l'avaluació quantitativa i qualitativa de cada solució. A continuació es selecciona la millor ubicació pel que fa al comportament de la ventilació natural a l'edifici cas d'estudi. Finalment, la investigació conclou amb la construcció a escala real de l'edifici cas d'estudi. Es valida amb èxit la simulació CFD de l'interior de l'edifici utilitzada des de l'etapa de disseny. També es verifica amb èxit el comportament de la ventilació natural de l'edifici. A més, s'analitzen les condicions de confort interiors mitjançant l'avaluació dels següents índexs: risc de corrents d'aire (DR per les sigles en anglès "draught risk"), mitjana de vots previstos (PMV per les sigles en anglès "predicted mean vote") i el percentatge previst de persones insatisfetes (PPD per les sigles en anglès "predicted percentage of dissatisfied people"). Els resultats mostren que l'ús de la ventilació natural permet assolir, de manera més energèticament eficient, les condicions de confort. / Mora Pérez, M. (2017). Computational fluid dynamics (CFD) applied to buildings sustainable design: natural ventilation. Case study [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/86208 / Compendio

Tesis por compendio / [ES] El análisis de los fenómenos transitorios durante las operaciones de llenado en conducciones de agua ha sido estudiado de manera detallada comparado con las maniobras de vaciado. En este último se encontró que no existen modelos matemáticos capaces de predecir el fenómeno. Esta investigación inicia estudiando el fenómeno transitorio generado durante el vaciado en una tubería simple, como paso previo para entender el comportamiento de las variables hidráulicas y termodinámicas durante el vaciado de agua en conducciones presurizadas de perfil irregular. Los análisis son realizados considerando dos situaciones: (i) la situación No. 1 corresponde al caso donde no hay válvulas de aire instaladas o cuando éstas han fallado por problemas operacionales o de mantenimiento, que representa la condición más desfavorable con respecto a la depresión máxima alcanzada; y (ii) la situación No. 2 corresponde al caso en donde se han instalado válvulas de aire en los puntos más elevados de la conducción para dar fiabilidad mediante el aire introducido al sistema previniendo de esta manera la depresión máxima. En esta tesis doctoral se ha desarrollado un modelo matemático para predecir el comportamiento de las operaciones de vaciado. El modelo matemático es propuesto para las dos situaciones mencionadas anteriormente. La fase líquida (agua) es simulada con un modelo de columna rígida, en el cual se desprecia la elasticidad del agua y de la tubería debido a que la elasticidad del aire es mucho mayor que estas; y la interfaz aire-agua es modelada con un modelo de flujo pistón, el cual asume que la columna de agua es perpendicular a la dirección principal del flujo. La fase de aire es modelada usando tres ecuaciones: (a) un modelo politrópico basado en el comportamiento energético, que considera la expansión de las bolsas de aire; (b) la formulación de las válvulas de aire para cuantificar la magnitud del caudal de aire admitido; y (c) la ecuación de continuidad de la bolsa de aire. Un sistema ordinario de ecuaciones diferenciales es solucionado utilizando la herramienta de Simulink de Matlab. El modelo matemático es validado empleando bancos experimentales localizados en los laboratorios de hidráulica de la Universitat Politècnica de València (Valencia, España) y en el Instituto Superior Técnico de la Universidad de Lisboa (Lisboa, Portugal). Los resultados muestran que el modelo matemático predice adecuadamente los datos experimentales de las presiones de las bolsas de aire, las velocidades del agua y las longitudes de las columnas de agua. Finalmente, el modelo matemático es aplicado a un caso de estudio para mostrar su aplicabilidad a situaciones prácticas, con el fin de poder ser empleado por ingenieros para estudiar el fenómeno en conducciones reales y así tomar decisiones acerca de la planificación de esta operación. / [CA] L'anàlisi dels fenòmens transitoris durant les operacions d'ompliment en conduccions d'aigua ha sigut estudiat de manera detallada comparat amb les maniobres de buidatge. En este últim es va trobar que no hi ha models matemàtics capaços de predir el fenomen. Esta investigació inicia estudiant el fenomen transitori generat durant el buidatge en una canonada simple, com a pas previ per a entendre el comportament de les variables hidràuliques i termodinàmiques durant el buidatge d'aigua en conduccions pressuritzades de perfil irregular. Les anàlisis són realitzats considerant dos situacions: (i) la situació No. 1 correspon al cas on no hi ha vàlvules d'aire instal·lades o quan estes han fallat per problemes operacionals o de manteniment, que representa la condició més desfavorable respecte a la depressió màxima aconseguida; i (ii) la situació No. 2 correspon al cas on s'han instal·lat vàlvules d'aire en els punts més elevats de la conducció per a donar fiabilitat per mitjà de l'aire introduït al sistema prevenint d'esta manera la depressió màxima. En esta tesi doctoral s'ha desenrotllat un model matemàtic per a predir el comportament de les operacions de buidatge. El model matemàtic és proposat per a les dos situacions mencionades anteriorment. La fase líquida (aigua) és simulada amb un model de columna rígida, en el qual es desprecia l'elasticitat de l'aigua i de la canonada pel fet que l'elasticitat de l'aire és molt major que estes; i la interfície aire-aigua és modelada amb un model de flux pistó, el qual assumix que la columna d'aigua és perpendicular a la direcció principal del flux. La fase d'aire és modelada usant tres equacions: (a) un model politròpic basat en el comportament energètic, que considera l'expansió de les bosses d'aire; (b) la formulació de les vàlvules d'aire per a quantificar la magnitud del cabal d'aire admés; i (c) l'equació de continuïtat de la bossa d'aire. Un sistema ordinari d'equacions diferencials és solucionat utilitzant la ferramenta de Simulink de Matlab. El model matemàtic és validat emprant bancs experimentals localitzats en els laboratoris d'hidràulica de la Universitat Politècnica de València (València, Espanya) i en l'Institut Superior Tècnic de la Universitat de Lisboa (Lisboa, Portugal). Els resultats mostren que el model matemàtic prediu adequadament les dades experimentals de les pressions de les bosses d'aire, les velocitats de l'aigua i les longituds de les columnes d'aigua. Finalment, el model matemàtic és aplicat a un cas d'estudi per a mostrar la seua aplicabilitat a situacions pràctiques, a fi de poder ser empleat per enginyers per a estudiar el fenomen en conduccions reals i així prendre decisions sobre la planificació d'esta operació. / [EN] The analysis of transient phenomena during water filling operations in pipelines of irregular profiles has been studied much more compared to emptying maneuvers. In the literature, there is a lack of knowledge about mathematical models of emptying operations. This research starts with the analysis of a transient phenomenon during emptying maneuvers in single pipelines, which is a previous stage to understand the emptying operation in pipelines of irregular profiles. Analysis are conducted under two typical situations: (i) one corresponding to either the situation where there are no air valves installed or when they have failed due to operational and maintenance problems which represents the worse condition due to causing the lowest troughs of subatmospheric pressure, and (ii) the other one corresponding to the situation where air valves have been installed at the highest point of hydraulic installations to give reliability by admitting air into the pipelines for preventing troughs of subatmospheric pressure. Particularly, this research developed a mathematical model to predict the behavior of the emptying operations. The mathematical model is proposed for the two aforementioned situations. The liquid phase (water) is simulated using a rigid water column model (RWCM), which neglects the pipe and water elasticity given that the elasticity of the entrapped air pockets is much higher than the one from the pipe and the water. The air-water interface is simulated with a piston flow model assuming that the water column is perpendicular with the main direction of the flow. Gas phase is modeled using three formulations: (a) a polytropic model based on its energetic behavior, which considers an expansion of air pockets; (b) an air valve characterization to quantify the magnitude of admitted air flow; and (c) a continuity equation of the air. An ordinary differential equations system is solved using the Simulink tool of Matlab. The proposed model has been validated using experimental facilities at the hydraulic laboratories of the Universitat Politècnica de València, Valencia, Spain, and the Instituto Superior Técnico, University of Lisbon, Lisbon, Portugal. The results show how the mathematical model adequately predicts the experimental data, including the pressure oscillation patterns, the water velocities, and the lengths of the water columns. Finally, the mathematical model is applied to a case study to show a practical application, which can be used for engineers to study the phenomenon in real pipelines to make decisions about performing of the emptying operation. / Coronado Hernández, ÓE. (2019). Transient phenomena during the emptying process of water in pressurized pipelines [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/120024 / Compendio

Tesis por compendio / [ES] La rehabilitación de las redes de drenaje es uno de los procesos fundamentales que los administradores y responsables de la gestión de redes de drenaje deben implementar para adaptar las redes defectuosas a los efectos adversos del cambio climático y la urbanización. Las soluciones tradicionales pasan por la sustitución de tuberías o la instalación de tanques de tormenta (TT). En esta tesis, el escenario propuesto combina la sustitución de tuberías y la instalación de TT para la rehabilitación de redes de drenaje. Los resultados de varias simulaciones en varias redes mostraron que el uso combinado de la sustitución de tuberías y la instalación de TT en la rehabilitación de redes de drenaje proporciona mejores resultados que la separación de los dos escenarios de rehabilitación. Tal metodología de rehabilitación necesita un tiempo de computación elevado para proporcionar soluciones aceptables que a menudo se encuentran atrapados en mínimos locales. El objetivo de esta tesis es proponer una metodología que permita obtener mejores resultados durante la rehabilitación de redes de drenaje considerando el uso combinado de la sustitución de tuberías y la instalación de TT. La metodología debe considerar la reducción del espacio de búsqueda (SSR). Cuatro opciones claves están combinadas para lograr reducir el espacio de búsqueda del problema. Estas opciones son: Reducir la cantidad de nudos en los que podrían instalarse los TT. Reducir el número de líneas en las que podría haber un cambio en el diámetro Reducir la discretización que se hace de la sección de cada uno de los TT. Reducir el número de diámetros candidatos en las tuberías. Una vez que se reduce el espacio de búsqueda, el algoritmo pseudo genético (APG) utilizado en esta tesis para la optimización mono-objetivo puede explorar más partes del espacio de búsqueda en menos tiempo. Lo que resulta es la obtención de mejores resultados. Por la optimización multiobjetivo, el NSGA-II utilizado puede proporcionar frentes de Pareto rápidamente para los diferentes escenarios considerados después del proceso de optimización. El objetivo general se dividió en objetivos específicos que se detallan a continuación: El primer objetivo específico consiste en formular un problema de optimización que verifique que la rehabilitación teniendo en cuenta la instalación de los TT y la sustitución de las tuberías proporciona mejores resultados que cualquiera de las dos estrategias implementadas por separado. Evaluar adecuadamente las funciones de costes utilizadas para formar las funciones objetivo constituye el segundo objetivo específico. Los diferentes costes considerados son: costes de sustitución de tuberías, costes de instalación de TT y costes de daños por inundación. El tercer objetivo específico es desarrollar un modelo de rehabilitación considerando la instalación de TT y la sustitución de tuberías, basado en APG y el Modelo SWMM. Los costes de inversiones y los costes de daños por inundaciones no se pueden sumar debido a sus tipos. Los costes de inversiones son reales mientras que los costes de daños por inundaciones son futuribles, dependen de la probabilidad de ocurrencia de la lluvia. Por lo tanto, el cuarto objetivo específico de esta tesis es proponer un algoritmo multiobjetivo evolucionario para la rehabilitación de redes de drenaje considerando la instalación de TT y la sustitución de tuberías. Para la optimización de un mono objetivo y multiobjetivo, el tiempo de cálculo es elevado. También las soluciones objetivas estaban atrapadas en mínimos locales. El quinto objetivo es proponer una metodología de reducción del espacio de búsqueda (SSR) para resolver este problema. El sexto objetivo específico consiste en llevar a cabo un análisis de sensibilidad para verificar los efectos del SSR en el resultado final del proceso de optimización. Por lo tanto, se seleccionaron diferentes tamaños de poblac / [CA] La rehabilitació de les xarxes de drenatge és un dels gestors de processos fonamentals i la necessitat responsable d'implementar per adaptar les xarxes defectuoses als efectes adversos del canvi climàtic i la urbanització. A la literatura, la installació de canonades o substitució de canonades són els dos escenaris presentats pels autors. En aquesta tesi, un tercer escenari proposa combinar la installació de canonades de substitució i tancs de tempesta (TT) per a la rehabilitació de xarxes de drenatge. Els resultats de diverses simulacions a diverses xarxes van mostrar que la combinació d'ús de canvis de substitució de canonades i TT a la rehabilitació de xarxes de drenatge proporciona millors resultats que la separació dels dos escenaris de rehabilitació. Desafortunadament, aquesta metodologia de rehabilitació requereix temps de càlcul elevat per proporcionar solucions acceptables que sovint es troben en mínim local. L'objectiu d'aquesta tesi és proposar una metodologia que permeti reduir el temps de càlcul i obtenir millors resultats durant la rehabilitació de la xarxa de drenatge considerant l'ús combinat de la instal·lació dels TT de substitució de canonades. L'estratègia adoptada combina, en una metodologia estructurada, quatre opcions clau per reduir l'espai de cerca del problema: Reduir el nombre de nodes en què podrien instal·lar-se els TT. Reduir el nombre de línies en què podria haver-hi un canvi de diàmetre Reduir la discretització que es fa de la secció de cadascun dels TT. Reduir la quantitat de diàmetres candidats à les canonades. Un cop reduït l'espai de cerca, l'algorisme pseudo-genètic (PGA) que s'utilitza en aquesta tesi per a l'optimització d'un únic objectiu (SO) pot explorar fàcilment l'espai de cerca en menys temps, resultant en obtenir millors resultats. Per a l'optimització del MO, la NSGA-II pot proporcionar fronts de Pareto ràpidament per als diferents escenaris considerats després del procés d'optimització. L'objectiu general es va a dividir en objectius específics detallats a continuació: El primer objectiu específic consisteix a formular un problema d'optimització que verifiqui que la rehabilitació considerant la instal·lació de TT i la seva substitució proporciona millors resultats que qualsevol de les dues estratègies implementades per separat. Valorar adequadament les funcions de cost que s'utilitzen per formar les funcions objectives, i constitueix el segon objectiu específic. Els diferents costes considerats són: Costes d'inversions i costes de danys a les inundacions. El tercer objectiu específic és desenvolupar un model de rehabilitació considerant la instal·lació de TT i la substitució de canonades, basant-se en el PGA i el model SWMM. Els costos d'inversions i els costos de danys per inundacions no es poden sumar a causa d'un tipus. Els costes d'inversions són reals mentre els costes d'anuncis per a les futures fonts del futur són dependents de la probabilitat d'obertura de la pluja. Per tant, el cos objectiu específic d'aquesta tesi és propiciar un algorisme multiobjetiu evolutiu per a la rehabilitació de la xarxa de navegació considerant la instal·lació de TT i la substitució de tuberies. Per a l'optimització d'un únic objectiu i multi-objectiu, el temps de càlcul s'eleva. També es va sospitar que les solucions objectives eren atrapades en els mínims locals. El cinquè objectiu és proposar una metodologia de la reducció de l'espai de cerca (SSR) per resoldre aquest problema El sisè objectiu específic consisteix a realitzar una anàlisi de sensibilitat per verificar els efectes de SSR sobre el resultat final del procés d'optimització. Per tant, es van seleccionar diferents grandàries de població i valors de criteris de parada i es van realitzar simulacions per a diferents configuracions. El setè objectiu específic d'aquesta tesi és proposar una nova metodologia de rehabilitació considerant la tècnica / [EN] Drainage networks rehabilitation is one of the fundamental process that managers and responsible need to implement to adapt defective networks to climate change and urbanization adverse effects. In the literature, pipes substitution or storm tanks (STs) installation are the two scenarios presented by authors. In this thesis, a third scenario proposed combine pipes substitution and STs installation for drainage networks rehabilitation. Results of several simulations on various networks showed that the combine use of pipes substitution and STs installation in drainage networks rehabilitation provides better results than separation of the two rehabilitation scenarios. Unfortunately, such rehabilitation methodologies are computationally time consumers. They need much time to provide acceptable solutions which are often caught up in local minima. The aim of this thesis is to propose a drainage networks rehabilitation methodology based on the combine use of pipes substitution and STs installation. The methodology considers search space reduction (SSR) technique. The adopted strategy combines in a structured methodology four key options aiming at reducing the search space (SS) of the problem: Reduce the number of nodes in which STs could potentially be installed. Reduce the number of lines in which there could potentially be a change in diameter Reduce the discretization that is made of the section of each of the STs. Reduce the number of candidate diameters in the pipes. Once the search space is reduced, the pseudo genetic algorithm (PGA) used in this thesis for single objective (SO) optimization can easily explore the search space in less time resulting in the obtention of better results. For the MO optimization, the NSGA-II can provide rapidly Pareto fronts for the different considered scenarios after the optimization process. The general objective was divided in specific objectives detailed as follow: The first specific objective consists of formulate an optimization problem that verifies that rehabilitation considering STs installation and pipes substitution provides better results than any of the two strategies implemented separately. Adequately assess the cost functions used to form the objective functions constitutes the second specific objective. The different costs considered are: Investments costs and flood damage costs. The third specific objective is to develop a rehabilitation model considering STs installation and pipes substitution, based on PGA and the Storm Water management Model. Investment costs and flood damage costs could not be summed due to their types. Investment costs are reals while, flood damage costs depend on the rainfall probability. So, the fourth specific objective of this thesis is to propose a MOEA for drainage networks rehabilitation considering STs installation and pipes substitution. For SO and Multi-objective (MO) optimization, the computation time is elevated. It was also suspected that the objective solutions were caught up in local minima. The fifth objective is to propose an SSR methodology to solve this issue The sixth specific objective consist of carry out a sensitivity analysis to verify the effects of the SSR on the final result of the optimization process. So, different population sizes and stop criteria values were selected and simulation for different configurations were performed. The seventh specific objective of this thesis is to propose a new rehabilitation methodology considering SSR technique for MO optimization. For each specific objective presented in this thesis, an application to a drainage network has been made and the obtained results were satisfactory. A simple network was used to apply the simple optimization methodology based on PGA algorithm A medium size network was used to apply the SO optimization, the MO optimization and the SSR methodology. Finally, a large and mesh network was used to apply the MO optimization methodology considering SSR. / Ngamalieu Nengoue, UA. (2019). URBAN DRAINAGE NETWORK REHABILITATION CONSIDERING STORM TANK INSTALLATION AND PIPE SUBSTITUTION [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/129869 / Compendio

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Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-18T21:49:17Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-09T04:33:03Z : No. of bitstreams: 1 171161.pdf: 52869014 bytes, checksum: fe3f0cb9d69340606f60583e2003afb8 (MD5) / Este trabalho trata da apresentação e o desenvolvimento de uma metodologia para o estudo de problemas com frentes livres existentes em processos em que há o enchimento de uma cavidade, como em processos de fundição ou injeção de plástico. Na primeira parte do texto são detalhados vários aspectos da aplicação do método de volumes finitos usando malhas de Voronoi para o mapeamento do domínio. Problemas clássicos da mecânica dos fluidos computacional são simulados usando esta metodologia. Problemas bi e tridimensionais são investigados. Na continuação do texto, uma metodologia para a captura de frente livre de escoamento é adaptada para o uso de malhas de Voronoi e investigado o enchimento de uma cavidade com fluidos newtonianos e não-newtonianos. Para esta última classe de fluidos foram realizadas comparações com os resultados obtidos utilizando-se um código computacional comercial.