Tesis por compendio / [ES] Todos los pronósticos indican que en los próximos años va a existir un aumento importante de población, que conllevará un crecimiento en la demanda de recursos hídricos y energéticos. Este hecho, junto a la necesidad de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero para hacer frente al cambio climático, ponen de relevancia la importancia de optimizar cualquier proceso relacionado con el nexo agua y energía. Los sistemas de distribución de agua a presión son demandantes de energía, y un claro ejemplo de este nexo, ya que es imprescindible aportar energía al fluido para llevarlo desde la fuente de captación hasta los puntos de consumo. La fase del transporte de agua es una de las que mayor energía consume, representando habitualmente un importante porcentaje de los costes totales del servicio, por lo que parece oportuno hacer una revisión en profundidad de las necesidades energéticas del transporte de agua a presión. En este trabajo se presenta un protocolo de actuación con diferentes etapas a abordar para disminuir el consumo energético en el transporte de agua a presión. Una ruta que permita reducir de manera general el consumo de energía de la instalación, garantizando en todo momento el suministro bajo los estándares de calidad establecidos. La optimización energética de los sistemas de transporte de agua a presión debe comenzar en la fase de diseño. La concepción de las redes debe tener en cuenta el consumo energético que ésta tendrá en su fase de funcionamiento, aspectos fundamentales para ello son la selección de la fuente de suministro, la sectorización de los sistemas, y, en definitiva, el layout propuesto. En la fase de operación, el análisis energético a realizar dependerá de la cantidad y calidad de los datos de la instalación. Un primer diagnóstico permite detectar si existe la necesidad de realizar un análisis más específico que detalle la energía consumida por el sistema. Este diagnóstico se puede llevar a cabo con pocos datos. Si el resultado del diagnóstico indica que existe un margen de mejora considerable, será necesario realizar la auditoría de la red, para lo cual es esencial contar con su correspondiente modelo matemático, y por tanto con datos mucho más precisos. La auditoría de la red permite conocer en detalle cómo se distribuye la energía en el sistema, qué cantidad de energía es aprovechada por los usuarios, y cuanta se pierde por el camino. Lo idóneo sería inyectar únicamente la energía mínima requerida por los usuarios, pero esto es imposible de alcanzar, ya que existen diferentes ineficiencias desde la fuente de suministro hasta los puntos de consumo. Estas pérdidas se dividen en estructurales y operacionales. Las pérdidas estructurales están vinculadas a los desniveles del sistema, de ahí que a la energía relacionada con estas pérdidas se le denomine energía topográfica. Mientras que las pérdidas operacionales están vinculadas a la gestión de la red: energía embebida en fugas, pérdidas energéticas en las estaciones de bombeo, fricción en tuberías, energía de exceso y cualquier otro tipo de pérdida energética vinculada a la gestión del sistema. Para mejorar la eficiencia del sistema se debe realizar un análisis en profundidad de las pérdidas estructurales y operacionales de la red. El análisis de las pérdidas estructurales permitirá decidir si es aconsejable acometer actuaciones de mejora relacionadas con la energía topográfica. En tal caso, se evaluará la posibilidad de modificar el layout del sistema, recuperar parte de la energía topográfica o disiparla con válvulas reductoras de presión. El análisis de las pérdidas energéticas operacionales vendrá definido por los niveles de referencia alcanzables de las mismas. Lo ideal sería que no existiese ningún tipo de pérdida, pero esto es imposible en un sistema real, por lo que para cada pérdida energética operacional se calcula un nivel de referencia a alcanzar basado en criterios económicos y de gestión. Comparando estos niveles de referencia, con las pérdidas de energía reales existentes, se puede evaluar y calificar el estado energético de la red desde el punto de vista operacional. A partir de esta calificación se estudiarán las acciones de mejora operacionales a llevar a cabo. Una vez analizadas y evaluadas las acciones de mejora correspondientes a las pérdidas estructurales y operacionales, se realizará una calificación final del sistema que permite caracterizarlo energéticamente. En definitiva, el protocolo propuesto es el eje central de esta tesis y las aportaciones que se presentan facilitan su comprensión y seguimiento. / [EN] Pressurized water distribution systems are a clear example of water and energy nexus. It is essential to provide energy to the fluid to transport it from the catchments to the points of consumption. The water transport phase is one of the phases that consume more energy, and usually represents a significant percentage of the total costs of the service. Therefore, it seems appropriate to make an in-depth revision of the energy needs this phase. This work presents an action protocol with different stages to be tackled in order to reduce energy consumption in pressurised water transport. It allows a general reduction of the energy consumption in water networks, guaranteeing at any time the supply under the established quality standards. The optimisation of energy in pressurised water transport systems must begin in the design phase. Therefore, the design of the networks must consider the energy consumption that it will have in its operation phase. Fundamental decisions in this phase are the selection of the supply source, the sectorization of the systems, and, in short, the proposed layout. In the operation phase, the energy analysis to be carried out will depend on the quantity and quality of the data available from the system. A first diagnosis allows us to detect if there is a need to perform a more specific analysis that details the energy consumed by the system. If the result of the diagnosis indicates that there is considerable room for improvement, it will be necessary to conduct a network audit, for which it is essential to have a corresponding mathematical model, and therefore much more precise data. The network audit allows us to know in detail how the energy is distributed in the system. Ideally, only the minimum energy required by users should be injected. However, this is unfeasible, as there are different inefficiencies from the source of supply to the consumption points. These losses are divided into structural and operational. Structural losses are linked to the topography of the system. Hence, the energy related to these losses is called topographic energy. Operational losses are linked to the management of the network: energy embedded in leaks, energy losses in pumping stations, friction in pipes, excess energy and any other type of energy loss linked to the management of the system. To improve the efficiency of the system, an in-depth analysis of structural and operational losses in the network must be carried out. The analysis of the structural losses will allow to decide whether it is advisable to undertake improvement actions related to topographic energy. In this case, the possibility of modifying the layout of the system, recovering part of the topographic energy or dissipating it with pressure reducing valves will be evaluated. The analysis of operational energy losses will be defined by the target of loses established. Ideally, there should be no losses at all, but this is impossible in a real system. Hence, for each type of operational energy loss, it is calculated a reference level to be reached, based on economic and management criteria. By comparing these reference levels with the actual existing energy losses, the energy status of the network can be evaluated and qualified from an operational point of view. Based on this qualification, improvement actions can be drawn. Once the improvement actions corresponding to the structural and operational losses have been analysed, the system will be given a complete qualification that will characterise its global energy behaviour. To sum up, the proposed protocol is the central axis of this thesis and the contributions presented facilitate its comprehension. / [CA] Tots els pronòstics indiquen que en els pròxims anys existirà un augment important de població, que comportarà un creixement en la demanda de recursos hídrics i energètics. Aquest fet, al costat de la necessitat de reduir les emissions de gasos d'efecte d'hivernacle per a fer front al canvi climàtic, posen de rellevància la importància d'optimitzar qualsevol procés relacionat amb el nexe aigua i energia. Els sistemes de distribució d'aigua a pressió són demandants d'energia, i un clar exemple d'aquest nexe, ja que és imprescindible aportar energia al fluid per a portar-lo des de la font de captació fins als punts de consum. La fase del transport d'aigua és una de les quals major energia consumeix, representant habitualment un important percentatge dels costos totals del servei. Per la qual cosa, sembla oportú fer una revisió en profunditat de les necessitats energètiques del transport d'aigua a pressió. En aquest treball es presenta un protocol d'actuació amb diferents etapes a abordar per a disminuir el consum energètic en el transport d'aigua a pressió. Una ruta que permeta reduir de manera general el consum d'energia de la instal·lació, garantint en tot moment el subministrament sota els estàndards de qualitat establits. L'optimització energètica dels sistemes de transport d'aigua a pressió ha de començar en la fase de disseny. La concepció de les xarxes ha de tindre en compte el consum energètic que aquesta tindrà en la seua fase de funcionament. Aspectes fonamentals per a això són la selecció de la font de subministrament, la sectorització dels sistemes, i, en definitiva, el layout proposat. En la fase d'operació, l'anàlisi energètic a realitzar dependrà de la quantitat i qualitat de les dades de la instal·lació. Un primer diagnòstic permet detectar si existeix la necessitat de realitzar una anàlisi més específic que detalle l'energia consumida pel sistema. Aquest diagnòstic es pot dur a terme amb poques dades. Si el resultat del diagnòstic indica que existeix un marge de millora considerable, serà necessari realitzar l'auditoria de la xarxa, per a això és essencial comptar amb el seu corresponent model matemàtic, i per tant amb dades molt més precises. L'auditoria de la xarxa permet conéixer detalladament com es distribueix l'energia en el sistema, quina quantitat d'energia és aprofitada pels usuaris, i quanta es perd pel camí. L'idoni seria injectar únicament l'energia mínima requerida pels usuaris, però això és impossible d'aconseguir, ja que existeixen diferents ineficiències des de la font de subministrament fins als punts de consum. Aquestes pèrdues es divideixen en estructurals i operacionals. Les pèrdues estructurals estan vinculades als desnivells del sistema, per aquest motiu a l'energia relacionada amb aquestes pèrdues se l’anomena energia topogràfica. Mentre que les pèrdues operacionals estan vinculades a la gestió de la xarxa: energia embeguda en fuites, pèrdues energètiques en les estacions de bombeig, fricció en canonades, energia d'excés i qualsevol altre tipus de pèrdua energètica vinculada a la gestió del sistema. Per a millorar l'eficiència del sistema s'ha de realitzar una anàlisi en profunditat de les pèrdues estructurals i operacionals de la xarxa. L'anàlisi de les pèrdues estructurals permetrà decidir si és aconsellable escometre actuacions de millora relacionades amb l'energia topogràfica. En tal cas, s'avaluarà la possibilitat de modificar el layout del sistema, recuperar part de l'energia topogràfica o dissiparla amb vàlvules reductores de pressió. L'anàlisi de les pèrdues energètiques operacionals vindrà definit pels nivells de referència assolibles d'aquestes. L'ideal seria que no existira cap mena de pèrdua, però això és impossible en un sistema real. Per la qual cosa, per a cada pèrdua energètica operacional es calcula un nivell de referència a aconseguir basat en criteris econòmics i de gestió. Comparant aquests nivells de referència, amb les pèrdues d'energia reals existents, es pot avaluar i qualificar l'estat energètic de la xarxa des del punt de vista operacional. A partir d'aquesta qualificació s'estudiaran les accions de millora operacionals a dur a terme. Una vegada analitzades i avaluades les accions de millora corresponents a les pèrdues estructurals i operacionals, es realitzarà una qualificació final del sistema que permet caracteritzar-lo energèticament. En definitiva, el protocol proposat és l'eix central d'aquesta tesi i les aportacions que es presenten faciliten la seua comprensió i seguiment. / Del Teso March, R. (2020). Ecodiseño y ecogestión de redes de distribución de agua a presión [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/153135 / Compendio

[ES] La sectorización de las redes ha demostrado ser una metodología estratégica en la reducción de los volúmenes incontrolados fugados, considerado uno de los principales problemas a los que tienen que enfrentarse diariamente los gestores de los sistemas de distribución de agua. Su principal objetivo es facilitar la monitorización de las redes, dividiéndolas en subsistemas, sobre los que se puede realizar un mejor y más fácil control de las anomalías en el consumo y presión. Uno de los inconvenientes que presenta esta técnica recae en su diseño. No existe una solución única, sino que atiende a diversos criterios para realizarlo. De manera generalizada, este diseño se basa en la experiencia del propio diseñador, siguiendo criterios puramente prácticos y con procesos manuales de prueba y error, cuyo grado de dificultad está vinculado al tamaño y complejidad de la propia red. Esta tesis plantea una metodología sistemática para el diseño de la sectorización de una red de distribución de agua, según criterios energéticos, con el fin de facilitar la delimitación de cada uno de los sectores de la red. Como resultado, se obtiene una organización de la red en sectores buscando una optimización energética de la misma, de tal modo que posteriores técnicas de mejora, como es el caso de la gestión de presiones, se vean favorecidas. La sectorización ha resultado ser una técnica eficaz en la búsqueda de fugas. Sin embargo, como supone una pérdida de capacidad hidráulica y una merma en la calidad del agua, esta tesis se cuestiona el planteamiento de una técnica no intrusiva alternativa que logre los mismos resultados. Así, se propone el desarrollo de una metodología que localice las fugas centrada en la interdependencia de todos los elementos y en el empleo de sensores de caudal y presión. El trabajo pone de manifiesto que es posible sectorizar la red de tal manera que se consigan mayores beneficios para la misma. Ahora bien, también es posible el empleo de otras técnicas que no requieran el cierre de tuberías pero que desprendan soluciones similares. El empleo de una técnica u otra dependerá de cada caso, de los objetivos establecidos y de la política de trabajo de cada gestor. / [CA] La sectorització de les xarxes ha demostrat ser una metodologia estratègica en la reducció dels volums incontrolats perduts, considerat un dels principals problemes als quals han d'enfrontar-se diàriament els gestors dels sistemes de distribució d'aigua. El seu principal objectiu és facilitar la monitorització de les xarxes, dividint-les en subsistemes, sobre els quals es pot realitzar un millor i més fàcil control de les anomalies en el consum i pressió. Un dels inconvenients que presenta aquesta tècnica recau en el seu disseny. No existeix una solució única, sinó que atén diversos criteris per a realitzar-ho. De manera generalitzada, aquest disseny es basa en l'experiència del propi dissenyador, seguint criteris purament pràctics i amb processos manuals de prova i error, el grau de dificultat del qual està vinculat a la grandària i complexitat de la pròpia xarxa. Aquesta tesi planteja una metodologia sistemàtica per al disseny de la sectorització d'una xarxa de distribució d'aigua, segons criteris energètics, amb la finalitat de facilitar la delimitació de cadascun dels sectors de la xarxa. Com a resultat, s'obté una organització de la xarxa en sectors buscant una optimització energètica d'aquesta, de tal manera que posteriors tècniques de millora, com és el cas de la gestió de pressions, es vegen afavorides. La sectorització ha resultat ser una tècnica eficaç en la cerca de fuites d'aigua. No obstant això, com suposa una pèrdua de capacitat hidràulica i una disminució en la qualitat de l'aigua, aquesta tesi es qüestiona el plantejament d'una tècnica no intrusiva alternativa que aconseguisca els mateixos resultats. Així, es proposa el desenvolupament d'una metodologia que localitze les fuites d'aigua centrada en la interdependència de tots els elements i en l'ús de sensors de cabal i pressió. El treball posa de manifest que és possible sectoritzar la xarxa de tal manera que s'aconseguisquen majors beneficis per a aquesta. Ara bé, també és possible l'ús d'altres tècniques que no requerisquen el tancament de canonades però que desprenguen solucions similars. L'ús d'una tècnica o una altra dependrà de cada cas, dels objectius establits i de la política de treball de cada gestor. / [EN] The sectorization of networks has proven to be a strategic methodology in the reduction of uncontrolled leakage volumes, considered one of the main problems that water distribution system managers must face on a daily basis. Its main objective is to facilitate the monitoring of the networks, dividing them into subsystems, on which a better and easier control of anomalies in consumption and pressure can be performed. One of the drawbacks of this technique lies in its design. There is no single solution, but it is based on different criteria. In general, this design is based on the designer's own experience, following purely practical criteria and with manual trial and error processes, whose degree of difficulty is linked to the size and complexity of the network itself. This thesis proposes a systematic methodology for the design of the sectorization of a water distribution network, according to energy criteria, in order to facilitate the delimitation of each of the sectors of the network. As a result, an organization of the network in sectors is obtained, looking for an energetic optimization of the same, in such a way that later improvement techniques, such as pressure management, are favoured. Sectorization has proven to be an effective technique in the search for leaks. However, as it implies a loss of hydraulic capacity and a decrease in water quality, this thesis questions the approach of an alternative non-intrusive technique that achieves the same results. Thus, it is proposed the development of a methodology to locate the leaks focused on the interdependence of all the elements and the use of flow and pressure sensors. The present work shows that it is possible to sectorize the network in such a way as to achieve greater benefits for the network. However, it is also possible to use other techniques that do not require pipe closure but provide similar solutions. The use of one technique or another will depend on each case, on the established objectives and on the working policy of each manager. / Salguero Barceló, FJ. (2021). La sectorización basada en criterios energéticos como herramienta para la gestión hídrica de redes de distribución de agua [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/178235

[EN] The urban water cycle, from source to its return to the natural environment, consumes energy. Each stage of the cycle (collection, treatment, transportation, distribution, use, treatment and discharge into the natural environment) has a specific need for energy (kWh / m3). This value depends on the circumstances of each case: the availability and quality of raw water, topography, etc. This thesis is particularly concerned with one of these stages, the transport of pressurized water, essential in any water supply system, whether urban or irrigation. This type of transport (as an alternative to natural, free surface) not only preserves better water quality. It also allows the rationalization of its use, making possible to meet the growing water demand by the population. However, the energy used to move the pressurized water is remarkable, hence the importance of developing strategies to minimize it. This scenario demands to be much more efficient in the use of both water and energy, as according to the current trend, the population will keep growing and the resources decreasing. It is crucial, therefore, to minimize the negative impacts of transporting pressurized water which requires the study and improvement of the efficiency of these systems from a global perspective. The growing concern about the current situation has led to numerous studies on the reduction of both energy and water consumption in distribution systems. Most of them have been aimed at improving specific parts of these systems, such as increasing efficiency of pumping stations, decreasing the friction in pipes, reducing leakage or energy recovery. This paper tries to be a guide and compendium of these previous studies, grouping them into a protocol for analysing and improving the system from a general perspective. Therefore it is proposed a process for improving the efficiency that can be standardized and become a methodology to be applied for any water supply utility. This method is applicable to any system, regardless of its use (irrigation or urban) and their topography (flat or irregular networks). The process is divided into four stages: diagnosis, analysis of the system (audits), evaluation of the possible actions and decision-making (cost-benefit analysis). The starting point is the diagnosis which establishes benchmarks for the energy efficiency evaluation. In this stage is defined a realistic minimum energy consumption taking into account the particularities of each system, such as available raw water sources, service standards required, topographical features and network configuration. Comparing the actual consumption with the minimum required by the same system, it can be estimated the margin of improvement. Once made the diagnosis, a depth study is required for the water and energy flows. Different tools have been developed throughout this work that perform both the water and energy audit. These audits provide with a precise view of the major inefficiencies in the system. In order to reduce them, it has been established a set of actions. To do so, it has been conducted an analysis and review of the several structural and operational measures that can contribute to the improvement of the energy efficiency in the transport of pressurized water. / [ES] El ciclo urbano del agua, desde la fuente hasta su retorno al medio natural, consume energía. Cada etapa del ciclo (captación, tratamiento, transporte, distribución, utilización, depuración y vertido al medio natural) tiene una necesidad específica de energía (kWh/m3). Este valor depende de las circunstancias de cada caso: de la disponibilidad y calidad del agua en origen, de la topografía del terreno, etc. Esta tesis se ocupa particularmente de una de esas etapas, del transporte de agua a presión, fundamental en cualquier suministro de agua, bien sea urbano o de riego. Este tipo de transporte (como alternativa al natural, en lámina libre) no sólo preserva mejor la calidad del agua. También posibilita la racionalización de su uso, lo que permite satisfacer la creciente exigencia de demanda de agua por parte de la población. Sin embargo, la energía utilizada para mover el agua a presión, es notable, de ahí la importancia de desarrollar estrategias que permitan minimizarla. El presente escenario exige ser mucho más eficientes en el uso de estos dos bienes: agua y energía, si tal como indica la tendencia actual, la población sigue creciendo y los recursos disponibles menguando. Es crucial, por tanto, minimizar los impactos negativos del transporte de agua a presión, lo que requiere el estudio y la mejora de la eficiencia de estos sistemas, desde una perspectiva global. La creciente preocupación por la situación actual ha propiciado numerosos estudios sobre la reducción tanto del consumo de energía como de agua en los sistemas de distribución. La mayoría de ellos orientados a mejorar partes concretas de estos sistemas, como el aumento de eficiencia de los grupos de presión, la disminución de fricción en las tuberías, la reducción de fugas o la recuperación de energía. El presente trabajo trata de ser una guía y compendio de estos estudios precedentes, agrupándolos dentro de un protocolo de actuación que permita analizar y mejorar el sistema desde una óptica general. Se propone, por tanto, un proceso de mejora de la eficiencia que pueda ser estandarizado y convertirse en una metodología a seguir por cualquier suministro de agua. Un procedimiento que sea aplicable a todo sistema, independientemente de su uso (riego o urbano) y sea cuál sea su topografía (redes planas o muy irregulares). Este proceso se divide en cuatro etapas: diagnóstico, análisis del sistema (auditorías), evaluación de acciones, y toma de decisiones (análisis coste-beneficio). El punto de partida es el diagnóstico. Éste establece referencias para la evaluación de la eficiencia energética, mediante la definición de consumos mínimos realistas de energía que tengan en cuenta las particularidades de cada sistema, tales como fuentes de agua disponibles, estándares de servicio requeridos, características topográficas y configuración de la red. Comparando el consumo actual con el mínimo requerido por ese mismo sistema, puede estimarse el margen de mejora existente. Realizado el diagnóstico, se requiere un estudio en profundidad de los flujos de agua y de energía. Se han desarrollado a lo largo del presente trabajo herramientas que permiten realizar tanto la auditoría hídrica como la energética. Éstas aportarán una visión precisa de las principales ineficiencias del sistema. Con el objetivo de minimizarlas, se ha establecido un catálogo de acciones que permite reducirlas. Para ello, se ha realizado un análisis y revisión de las diferentes medidas estructurales y operacionales que pueden contribuir a mejorar la eficiencia energética en el transporte de agua a presión. / [CA] El cicle urbà de l'aigua, des de la font fins al seu retorn al medi natural, consumeix energia. Cada etapa del cicle (captació, tractament, transport, distribució, utilització, depuració i abocament al medi natural) té una necessitat específica d'energia (kWh/m3). Aquest valor depén de les circumstàncies de cada cas: de la disponibilitat i qualitat de l'aigua en origen, de la topografia del terreny, etc. Aquesta tesi s'ocupa particularment d'una d'eixes etapes, del transport d'aigua a pressió, fonamental en qualsevol subministrament d'aigua, bé siga urbà o de reg. Aquest tipus de transport (com a alternativa al natural, en làmina lliure) no sols preserva millor la qualitat de l'aigua. També possibilita la racionalització del seu ús, la qual cosa permet satisfer la creixent exigència de demanda d'aigua per part de la població. No obstant això, l'energia utilitzada per a moure l'aigua a pressió, és notable, d'ací la importància de desenvolupar estratègies que permeten minimitzar-la. El present escenari exigeix ser molt més eficients en l'ús d'estos dos béns: aigua i energia, si tal com indica la tendència actual, la població continua creixent i els recursos disponibles minvant. És crucial, per tant, minimitzar els impactes negatius del transport d'aigua a pressió, la qual cosa requereix l'estudi i la millora de l'eficiència d'aquests sistemes, des d'una perspectiva global. La creixent preocupació per la situació actual ha propiciat nombrosos estudis sobre la reducció tant del consum d'energia com d'aigua en els sistemes de distribució. La majoria d'ells orientats a millorar parts concretes d'aquests sistemes, com l'augment d'eficiència dels grups de pressió, la disminució de fricció en les canonades, la reducció de fugues o la recuperació d'energia. El present treball tracta de ser una guia i compendi d'aquests estudis precedents, agrupant-los dins d'un protocol d'actuació que permeta analitzar i millorar el sistema des d'una òptica general. Es proposa, per tant, un procés de millora de l'eficiència que puga ser estandarditzat i convertir-se en una metodologia que es puga seguir per qualsevol subministrament d'aigua. Un procediment que siga aplicable a tots els sistemes, independentment del seu ús (reg o urbà) i siga quina siga la seua topografia (xarxes planes o molt irregulars). Aquest procés es divideix en quatre etapes: diagnòstic, anàlisi del sistema (auditories), avaluació d'accions, i presa de decisions (anàlisi cost-benefici). El punt de partida és el diagnòstic. Aquest estableix referències per a l'avaluació de l'eficiència energètica, per mitjà de la definició de consums mínims realistes d'energia que tinguen en compte les particularitats de cada sistema, com ara fonts d'aigua disponibles, estàndards de servici requerits, característiques topogràfiques i configuració de la xarxa. Comparant el consum actual amb el mínim requerit per eixe mateix sistema, pot estimar-se el marge de millora existent. Realitzat el diagnòstic, es requereix un estudi en profunditat dels fluxos d'aigua i d'energia. S'han desenvolupat al llarg del present treball ferramentes que permeten realitzar tant l'auditoria hídrica com l'energètica. Aquestes aportaran una visió precisa de les principals ineficiències del sistema. Amb l'objectiu de minimitzar-les, s'ha establit un catàleg d'accions que permet reduir-les. Per a això, s'ha realitzat una anàlisi i revisió de les diferents mesures estructurals i operacionals que poden contribuir a millorar l'eficiència energètica en el transport d'aigua a pressió. / Gómez Sellés, E. (2016). Caracterización y mejora de la eficiencia energética del transporte de agua a presión [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/72637

[pt] Este trabalho apresenta uma nova formulação implícita e totalmente acoplada para o problema de escoamentos tridimensionais com corpos rígidos suspensos. Esta é a principal contribuição deste trabalho. A formulação foi implementada em C mais mais e testada para o problema de sedimentação de uma partícula esférica. Os resultados indicam comportamento físico plausível apesar de serem limitados por inacurácia de malha. O programa resolve numericamente as Equações de Navier-Stokes acopladas com as Equações da Dinâmica de Corpo Rígido usando o Método de Elementos Finitos. O acoplamento entre os domínios fluido e sólido é feito pela Técnica do Domínio Fictício, que evita a geração de malha a cada passo de tempo. O escoamento tridimensional sem partículas também é estudado neste trabalho e é a base para a formulação do escoamento com partículas. / [en] This work presents a novel implicit and fully coupled formulation for the problem of 3D flows with suspended rigid bodies. This is the main contribution of the work. The formulation was implemented in C plus plus and tested for the sedimentation problem of one spherical particle. The results indicate plausible physical behavior in spite of being limited by mesh accuracy. The software solves numerically the Navier-Stokes Equations coupled with Rigid Body Dynamics Equations using the Finite Elements Method. The coupling between fluid and solid domains is done by means of the Fictitious Domain Technique, which avoids mesh generation for every time step. The 3D flow of non particulate flow is also studied in this work and is the basis for the particulate flow formulation.

Tesis por compendio / [ES] El consumo energético de una estación de bombeo (EB) representa el mayor consumo de energía de un sistema de de distribución de agua. Adicionalmente, otros problemas como el cambio climático, el estrés hídrico y emisión de gases de efecto invernadero conducen a la necesidad de optimizar este tipo de instalaciones, tanto en su diseño como en su operación. La presente tesis doctoral consta de tres etapas de desarrollo. La primera etapa desarrolla una metodología de optimización de la operación de EB. La segunda etapa desarrolla un método de diseño de estaciones de bombeo considerando aspectos técnicos y económicos basados en el método AHP (Analytic Hierarchy Process, del Ingles). Finalmente, la tercera etapa es una mejora de la segunda añadiendo aspectos ambientales y consideración de variabilidad de la demanda. Una de las principales contribuciones es el desarrollo de una metodología para la optimización del funcionamiento de una EB. Esta metodología se basa en el uso de la curva de consigna y una operación combinando bombas de velocidad fija (BVF) y bombas de velocidad variable (BVV). El objetivo de este método es determinar el número óptimo de BVF y BVV en para cualquier caudal minimizando el consumo energético total de la EB. Esta metodología corrige la eficiencia de BVV determinada por las leyes de semejanza e incluye una formulación matemática de la eficiencia del variador de frecuencia. El diseño convencional de EB se basa la minimización del coste del ciclo de vida (CCV); suma de costes de inversión, operación y mantenimiento. La segunda etapa de la tesis, desarrolla un método integral de diseño de EB considerando aspectos técnicos y económicos aplicando el método AHP. La metodología propuesta consta de tres fases. La primera fase está relacionada la definición de los datos requeridos de la EB y permite definir los modelos factibles para la red. La segunda fase está relacionada con la definición de las posibles soluciones y su evaluación con los criterios técnicos y económicos. La tercera fase está relacionada con el cálculo del frente de Pareto del conjunto de soluciones obtenidas y la aplicación del método AHP. La metodología desarrollada en la segunda etapa de la tesis presenta cuatro limitaciones. La primera es no considerar los criterios medioambientales en el diseño de la EB. La segunda es no considerar la optimización del funcionamiento de una EB definido en la primera etapa. LA tercera está relacionada con la escala utilizada en el método AHP. La cuarta es la consideración de un único patrón de consumo en la estación de bombeo. Por ello, en la tercera etapa de la tesis se desarrolla una nueva propuesta de metodología de diseño de EB que pretende solventar estos problemas. Este nuevo método considera criterios medioambientales como el MEI, las emisiones de efecto invernadero o la eficiencia del método de regulación en la EB. El método incluye también una propuesta de modificación de la escala tradicional de valoración clásica del AHP. Las metodologías propuestas se han validado de forma comparativa con dos redes de distribución de agua (redes CAT y TF). Sobre ambas redes se compararon tanto los diferentes métodos propuestos como su comparativa con un planteamiento clásico del problema de diseño de una EB. En resumen, el la tesis recoge una metodología estandarizada para el diseño de cualquier tipo de EB (para agua potable, para riego etc.) considerando la configuración de bombeo más adecuada, haciendo uso de una variabilidad de la demanda, y considerando diferentes tipos de criterios (técnicos, económicos y ambientales) a través de un análisis multi criterio de toma de decisiones. / [CA] El consum energètic d'una estació de bombament (EB) representa el consum d'energia més gran d'un sistema de distribució d'aigua. Addicionalment, altres problemes com el canvi climàtic, l'estrès hídric i l'emissió de gasos d'efecte hivernacle condueixen a la necessitat d'optimitzar aquest tipus d'instal¿lacions, tant pel que fa al disseny com a l'operació. Aquesta tesi doctoral consta de tres etapes de desenvolupament. La primera etapa desenvolupa una metodologia d"optimització de l"operació d"EB. La segona etapa desenvolupa un mètode de disseny d'estacions de bombament considerant aspectes tècnics i econòmics basats en el mètode AHP (Analytic Hierarchy Process, de l'Angles). Finalment, la tercera etapa és una millora de la segona afegint-hi aspectes ambientals i consideració de variabilitat de la demanda. Una de les contribucions principals és el desenvolupament d'una metodologia per optimitzar el funcionament d'una EB. Aquesta metodologia es basa en lús de la corba de consigna i una operació combinant bombes de velocitat fixa (BVF) i bombes de velocitat variable (BVV). L'objectiu d'aquest mètode és determinar el nombre òptim de BVF i BVV en qualsevol cabal minimitzant el consum energètic total de l'EB. Aquesta metodologia corregeix l"eficiència de BVV determinada per les lleis de semblança i inclou una formulació matemàtica de l"eficiència del variador de freqüència. El disseny convencional dEB es basa la minimització del cost del cicle de vida (CCV); suma de costos dinversió, operació i manteniment. La segona etapa de la tesi desenvolupa un mètode integral de disseny d'EB considerant aspectes tècnics i econòmics aplicant el mètode AHP. La metodologia proposada consta de tres fases. La primera fase està relacionada amb la definició de les dades requerides de l'EB i permet definir els models factibles per a la xarxa. La segona fase està relacionada amb la definició de les possibles solucions i la seva avaluació amb criteris tècnics i econòmics. La tercera fase està relacionada amb el càlcul del front de Pareto del conjunt de solucions obtingudes i laplicació del mètode AHP. La metodologia desenvolupada a la segona etapa de la tesi presenta quatre limitacions. La primera és no considerar els criteris mediambientals en el disseny de lEB. La segona és no considerar l'optimització del funcionament d'una EB definit a la primera etapa. La tercera està relacionada amb l'escala utilitzada al mètode AHP. La quarta és la consideració d'un únic patró de consum a l'estació de bombament. Per això, a la tercera etapa de la tesi es desenvolupa una nova proposta de metodologia de disseny d'EB que pretén resoldre aquests problemes. Aquest nou mètode considera criteris mediambientals com el MEI, les emissions amb efecte d'hivernacle o l'eficiència del mètode de regulació a l'EB. El mètode també inclou una proposta de modificació de l'escala tradicional de valoració clàssica de l'AHP. Les metodologies proposades han estat validades de manera comparativa amb dues xarxes de distribució d'aigua (xarxes CAT i TF). Sobre les dues xarxes es van comparar tant els diferents mètodes proposats com la comparativa amb un plantejament clàssic del problema de disseny d'una EB. En resum, la tesi recull una metodologia estandarditzada per al disseny de qualsevol tipus d'EB (per a aigua potable, per a reg etc.) considerant la configuració de bombament més adequada, fent ús d'una variabilitat de la demanda, i considerant diferents tipus de criteris (tècnics, econòmics i ambientals) mitjançant una anàlisi multicriteri de presa de decisions. / [EN] Energy consumption of a pumping station (PS) represents the largest energy consumption of a water distribution system. Additionally, other problems such as climate change, water stress and greenhouse gas emissions lead to the need to optimize this type of facilities, both in their design and operation. This doctoral thesis consists of three stages of development. The first stage develops a methodology to optimize the operation of the PS. The second stage develops a pumping station design method considering technical and economic aspects based on the AHP (Analytic Hierarchy Process) method. Finally, the third stage is an improvement of the second stage by adding environmental aspects and demand variability consideration. One of the main contributions is the development of a methodology for the optimization of the operation of a PS. This methodology is based on the use of the set point curve and an operation combining fixed speed pumps (FSP) and variable speed pumps (VSP). The objective of this method is to determine the optimum number of FSP and VSP at any given flow rate while minimizing the total energy consumption of the PS. This methodology corrects the VSP efficiency determined by the similarity laws and includes a mathematical formulation of the variable frequency drive efficiency. Conventional PS design is based on the minimization of the life cycle cost (LCC); the sum of investment, operation and maintenance costs. The second stage of the thesis develops an integral method of PS design considering technical and economic aspects by applying the AHP method. The proposed methodology consists of three phases. The first phase one is related to the definition of the required data of the PS and allows defining the feasible models for the network. The second is related to the definition of the possible solutions and their evaluation with technical and economic criteria. The third phase is related to the calculation of the Pareto front of the set of solutions obtained and the application of the AHP method. The methodology developed in the second stage of the thesis has four limitations. The first one is not considering environmental criteria in the design of the PS. The second is not considering the optimization of the operation of a PS defined in the first stage of the thesis. The third is related to the scale used in the AHP method. The fourth is the consideration of a single consumption pattern in the pumping station. Therefore, in the third stage of the thesis, a new proposed methodology for the PS design is developed to solve these problems. This new method considers environmental criteria such as MEI, greenhouse emissions or the efficiency of the PS control method. The method also includes a proposed modification of the traditional AHP classical rating scale. The proposed methodologies have been comparatively validated with two water distribution networks (CAT and TF networks). For both networks, both the different proposed methods and their comparison with a classical approach to the design problem of a PS were compared. In summary, the thesis presents a standardized methodology for the design of any type of PS (for drinking water, irrigation, etc.) considering the most appropriate pumping configuration, making use of demand variability, and considering different types of criteria (technical, economic and environmental) through a multi-criteria decision making analysis. / Briceño León, CX. (2023). Contributions to the design of pumping stations in water distribution networks considering technical, economic and environmental aspects [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/193080 / Compendio

[ES] El Reino de Arabia Saudí está experimentando un importante crecimiento económico, industrial, comercial y demográfico. Este crecimiento, a su vez, provoca un aumento de la demanda de agua en la región. Además del crecimiento demográfico, también la industrialización y la modernización han ejercido una presión cada vez mayor sobre las infraestructuras hídricas del país. Urge aumentar la disponibilidad de agua para satisfacer la demanda prevista y mantener la seguridad y fiabilidad de los sistemas hídricos. Por lo tanto, es imperativo encontrar soluciones que mejoren la eficiencia del sistema hídrico del país. Un elemento clave en este esfuerzo es comprender y clasificar cómo se consume el agua con sus microcomponentes dentro de varios segmentos. La tesis recopila conocimientos precisos sobre las pautas y tendencias del consumo municipal de agua para comprender mejor los patrones de consumo y los comportamientos de los consumidores, así como desarrollar estimaciones e hipótesis preliminares. De este modo, se impulsará el modelo de demanda de agua municipal en el país para que sea capaz de hacer frente a diferentes escenarios y limitaciones. El desarrollo del modelo municipal de demanda de agua ha mostrado la necesidad de disponer de datos estadísticos y de facturación del agua fiables. Éstos constituyen el punto de partida de la previsión y deben estar disponibles con una resolución suficientemente alta. El modelo aquí presentado proporciona un marco para que nuevos desarrollos futuros. Los resultados del análisis también determinarán los factores y categorías utilizados en el modelo. El modelo se centra en la demanda de agua no residencial. No obstante, se incluyen previsiones separadas para la categoría residencial a fin de permitir la extrapolación de los resultados y el análisis top-down para un enfoque más preciso de las previsiones y, también, para una mejor comprensión general de los comportamientos de consumo de agua de la población. / [CA] El Regne de l'Aràbia Saudita està experimentant un important creixement econòmic, industrial, comercial i demogràfic. Aquest creixement, al seu torn, provoca un augment de la demanda d'aigua a la regió. A més del creixement demogràfic, també la industrialització i la modernització han exercit una pressió cada vegada major sobre les infraestructures hídriques del país. Urgeix augmentar la disponibilitat d'aigua per a satisfer la demanda prevista i mantindre la seguretat i fiabilitat dels sistemes hídrics. Per tant, és imperatiu trobar solucions que milloren l'eficiència del sistema hídric del país. Un element clau en aquest esforç és comprendre i classificar com es consumeix l'aigua amb els seus microcomponents dins de diversos segments. La tesi recopila coneixements precisos sobre les pautes i tendències del consum municipal d'aigua per a comprendre millor els patrons de consum i els comportaments dels consumidors, així com desenvolupar estimacions i hipòtesis preliminars. D'aquesta manera, s'impulsarà el model de demanda d'aigua municipal al país perquè siga capaç de fer front a diferents escenaris i limitacions. El desenvolupament del model municipal de demanda d'aigua ha mostrat la necessitat de disposar de dades estadístiques i de facturació de l'aigua fiables. Aquests constitueixen el punt de partida de la previsió i han d'estar disponibles amb una resolució prou alta. El model ací presentat proporciona un marc perquè nous desenvolupaments futurs. Els resultats de l'anàlisi també determinaran els factors i categories utilitzats en el model. El model se centra en la demanda d'aigua no residencial. No obstant això, s'inclouen previsions separades per a la categoria residencial a fi de permetre l'extrapolació dels resultats i l'anàlisi *top-*down per a un enfocament més precís de les previsions i, també, per a una millor comprensió general dels comportaments de consum d'aigua de la població. / [EN] The Kingdom of Saudi Arabia is undergoing substantial economic, industrial, commercial, and population growth. This growth, in turn, leads to increased water demand in the region. In addition to population growth, industrialization and modernization have placed increasing pressure on KSA's water infrastructure. There is an urgent need to increase the water capacity to meet the projected demand and maintain the water systems' security and reliability. Therefore, it is imperative to find solutions that improve the efficiency of the Kingdom's water system. A key element in this effort is understanding and classifying how water is consumed with its micro-components within various segments. The thesis aims to collect precise knowledge about municipal water consumption patterns and trends to understand water consumption patterns and consumer behaviours better and develop preliminary estimates and assumptions. This will drive the municipal water demand model in KSA to be capable of dealing with different scenarios and constraints. The development of the municipal water demand model highlighted the need for reliable statistical and water billing data. These form the starting point of the forecast and need to be available at a high enough resolution. The model provides a framework for the required data to be built on further. The analysis results will also determine the drivers and categories used in the model. The model focuses on the non-Residential water demand. Still, separate forecasts are included for the residential category to enable the extrapolation of the results and downward analysis for a more accurate and cost-effective bottom-up approach to forecasting and an overall better understanding of the population's water consumption behaviours. / Alhudaithi, M. (2023). A Sectorial Analysis of Municipal Water Consumption and Management in Saudi Arabia [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/201553

Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-04-07T16:17:44Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_AnaliseVelocidadeCritica.pdf: 2097878 bytes, checksum: 2379c01cbe0eb00a0164f0ad3cb23583 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva (arosa@ufpa.br) on 2014-06-16T14:57:50Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_AnaliseVelocidadeCritica.pdf: 2097878 bytes, checksum: 2379c01cbe0eb00a0164f0ad3cb23583 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-16T14:57:50Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_AnaliseVelocidadeCritica.pdf: 2097878 bytes, checksum: 2379c01cbe0eb00a0164f0ad3cb23583 (MD5) Previous issue date: 2009 / A indústria mineral representa um grande estimulador da economia do estado, e como destaque nessa indústria podemos mencionar o setor do beneficiamento de Caulim. As soluções dos problemas relacionados a essa atividade mostram-se como uma oportunidade rara de interação universidade-indústria, além de ser um campo fértil para o desenvolvimento científico. Um ponto importante a ser estudado trata do escoamento da suspensão de caulim em dutos e equipamentos relacionados; problemas como incrustação e calculo da perda de carga não foram ainda resolvidos de forma definitiva pela indústria. Nesse contexto o presente trabalho se dispõe a desenvolver uma metodologia para o cálculo dos parâmetros de escoamento principalmente da velocidade mínima necessária para que as partículas em suspensão não depositem no interior dos dutos. Assim o objetivo macro desta dissertação reside em analisar através da implementação de metodologia, o cálculo da velocidade de deposição durante o escoamento de polpas de caulim com diferentes frações mássicas (% em peso de sólidos) no interior de dutos circulares; a partir do estudo reológico de amostras obtidas no seu processo de beneficiamento; propiciando assim, subsídio teórico aos técnicos e Engenheiros que desejam dimensionar um sistema de bombeamento aplicado a polpas de caulim; minimizando seus problemas de sub e superdimensionamento, que acarreta a deposição do material, causando danos à produção e meio ambiente, visto que se fará necessário à abertura da tubulação para remoção dos depósitos oriundos da baixa velocidade. / The mineral industry represents a great economy state stimulator, and we can have as that industry highlights the kaolin beneficiation sector. The problem solutions related to that activity is a great opportunity to interact university and industry, besides that it’s a very fertile area to scientific development. A important point to be studied is the kaolin slurry flow inside pipelines and related equipments; problems as incrustation and pipeline pressure drop calculations weren’t still definitely resolved by the industry. In this context the present work consists in develop a methodology to calculate the flow parameters principally the necessary minimum velocity for the suspended particles do not deposit into the pipe. So the main purpose of this dissertation is to analyze, through the methodology implementation, the deposition velocity calculation during the slurry kaolin flow with different mass fraction (% in solid weight) into circular pipelines; from rheological studies done with samples taken from the beneficiation process; there by providing knowledge to the technicians and engineers that desire to design a slurry kaolin pump system; minimizing their problems with sub or super dimensioning, causing material deposition what represents production and environment hazardous whereas it will be necessary to open the pipeline to remove the material deposited due to the low flow velocity.

Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-04-14T12:43:55Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_ModelagemHidrodinamicaEstudo.pdf: 3404083 bytes, checksum: 2ed3f463c04be3675d2d60b9c6501dca (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva (arosa@ufpa.br) on 2014-06-15T23:35:45Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_ModelagemHidrodinamicaEstudo.pdf: 3404083 bytes, checksum: 2ed3f463c04be3675d2d60b9c6501dca (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-15T23:35:45Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_ModelagemHidrodinamicaEstudo.pdf: 3404083 bytes, checksum: 2ed3f463c04be3675d2d60b9c6501dca (MD5) Previous issue date: 2010 / SEDECT/PA - Secretaria de Estado de Desenvolvimento, Ciência e Tecnologia / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / As condições naturais dos recursos hídricos podem ser modificadas com o uso insustentável dos mesmos. Por exemplo, em Belém, capital do Estado do Pará, o lago Água Preta, apresenta uma história de degradação que põe em risco o abastecimento de água potável em Belém. Nesse contexto, a principal contribuição do presente trabalho, é a realização de um estudo sobre a modelagem hidrodinâmica e a morfologia do lago Água Preta. Tal estudo foi efetuado a partir de duas fontes de dados. A primeira é um mapa topobatimétrico de 1975, que faz parte dos arquivos da COSANPA. A segunda foi uma batimetria realizada com um ADCP em 2009. A modelagem iniciase com a elaboração dos modelos de elevação de terreno de 1975 e 2009, também utilizados para o estudo morfológico do lago. Para a utilização do modelo hidrodinâmico, são necessários os modelos de elevação de terreno supracitados; o modelo de rugosidade do relevo subaquático do lago, para o cálculo do coeficiente de Manning; e as condições de contorno. As simulações hidrodinâmicas de velocidade e profundidades foram realizadas utilizando o modelo de Saint-Venant do tipo águas rasas. No caso das profundidades, as mesmas foram comparadas com dados disponíveis na literatura, a fim de validá-las. Os resultados das simulações hidrodinâmicas, ou seja, profundidades e velocidades, associadas ao estudo morfológico, são peças chave na análise dos padrões de escoamento e de tendências de assoreamento do lago. / The natural conditions of water resources can be modified with the unsustainable use of them. For example, in Belém, capital of Pará State, Água Preta Lake has a history of degradation jeopardize the drinking water supply in Belém. Thus, the main contribution of this work is to develop a study on modeling hydrodynamic and morphological study of Água Preta Lake. Such study is carrid out through two data sources. The first is a bathymetric chart to date from 1975. This chart is avaliable in the archives of COSANPA. The second was performed with an ADCP and the dates from 2009. The modeling began with the development of models of terrain elevation to date from 1975 and 2009, also used for the morphological study of the lake. To assemble the hydrodynamic model were needed bathymetrics data, substrates data for the friction model of the underwater relief of the lake to calculate the coefficient of Manning; and boundary conditions. The hydrodynamic simulations, depths and velocities, are performed using the model of Saint-Venant shallow water. The simulated depths were compared to data available in the literature. The simulated depths and velocities and the morphological study were used to analysis water flow pattern and sedimentation trends in the lake.

Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-04-14T14:57:27Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_SimulacaoNumericaGaseificacao.pdf: 4962204 bytes, checksum: 21a209b22d4e652f31a0b88032efe670 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva (arosa@ufpa.br) on 2014-06-23T12:52:10Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_SimulacaoNumericaGaseificacao.pdf: 4962204 bytes, checksum: 21a209b22d4e652f31a0b88032efe670 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-23T12:52:10Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_SimulacaoNumericaGaseificacao.pdf: 4962204 bytes, checksum: 21a209b22d4e652f31a0b88032efe670 (MD5) Previous issue date: 2011 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O objetivo deste trabalho foi avaliar a potencialidade das sementes de açaí rejeitadas após beneficiamento em Belém – Pará, a fim de ser usada como fonte de biomassa para a produção de energia por gaseificação. Resultados da análise elementar obtidas no LABCAT – UNB em base seca foram obtidas com percentuais de Carbono, 46,06 %, Hidrogênio 6,01 % Oxigênio 43,37 %, Nitrogênio 4,33 % e Enxofre 0,08%. Tais valores entre outros parâmetros obtidos em estudo experimental realizados por Santos 2011 e Cruz, 2010, foram utilizados para realizar uma simulação numérica do processo de gaseificação por meio de um código FORTRAN zero dimensional desenvolvido especificamente para esta finalidade. Variações da influência da razão de equivalência e teor de umidade nas concentrações de CO, H2 e CH4 foram comparados a resultados experimentais. Um modelo transiente unidimensional também foi analisado. Utilizando a aplicação de um mecanismo de pirólise de dois passos onde o alcatrão primário (ou oxigenados) são inicialmente formados e então craqueados em alcatrão secundário (ou hidrocarbonetos) e outros gases combustíveis. Assim se revela a complexidade dos processos físicos e químicos que ocorrem no reator pelo uso do balanço de energia e massa e com informações das taxas de reação das reções químicas e os processos de transporte físicos. O modelo computacional é capaz de prever o perfil da composição de gases, temperatura, alcatrão primário e secundário ao longo do eixo longitudinal do gaseificador. Foram obtidos resultados para simulações realizadas nos dois modelos e posteriormente analisado tal comportamento em comparação ao resultado experimental obtidos por Santos (2011). / The objective of this study was to evaluate the potential of açaí seeds rejected after processing in Belém - Pará, in order to be used as a source of biomass for energy production by gasification. Elemental analysis results obtained in LABCAT - UNB on a dry basis were obtained with percentages of Carbon, 46.06% Hydrogen, 6.01%, Oxygen, 43.37% , Nitrogen 4.33%and Sulfur 0.08%. These values and other parameters obtained in an experimental study carried out by the studies of Santos (2011) and Cruz (2010), were used to perform a numerical simulation of the gasification process by means of a zero dimensional FORTRAN code developed specifically for this purpose. Variations of the influence of equivalence ratio and moisture content in the concentrations of CO, H2 and CH4 were compared with experimental results. A transient one-dimensional model developed by Hla (2004) was also analyzed. Using the application of a mechanism of two steps pyrolysis where the primary tar (or oxygenated) are initially formed and then cracked into secondary tar (or oil) and other combustible gases. Thus is revealed the complexity of physical and chemical processes that occur in the reactor by the use of energy and mass balance information and rates of chemical reaction of the recommendations and the physical transport processes. The computer model can predict the profile of the gas composition, temperature, primary and secondary tar along the longitudinal axis of the gasifier. Data results have been obtained from both models and after the phenomena behaviour was analyzed in comparison with the experimental data obtained by Santos (2011).

Submitted by Cássio da Cruz Nogueira (cassionogueirakk@gmail.com) on 2017-02-03T12:20:33Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_AnaliseConveccaoNatural.pdf: 26941899 bytes, checksum: 02f47b0646b3328e88a1809d1c6299db (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-02-07T16:41:02Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_AnaliseConveccaoNatural.pdf: 26941899 bytes, checksum: 02f47b0646b3328e88a1809d1c6299db (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-07T16:41:02Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_AnaliseConveccaoNatural.pdf: 26941899 bytes, checksum: 02f47b0646b3328e88a1809d1c6299db (MD5) Previous issue date: 2016-04-15 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Fazendo uso da equação de Darcy e suas correções de Brinkman e Forchheimer foi avaliada a convecção natural em cavidades parcialmente preenchidas com meio poroso, utilizando para isso a técnica da Transformada Integral Generalizada – GITT. No primeiro momento foi analisado o problema do escoamento unidimensional em canal parcialmente preenchido com meio poroso, sem o efeito da convecção natural de forma a entender a metodologia de solução da técnica para problemas com interfaces fluido/poro. Foi usada a equação conhecida como Darcy-Brinkman-Forchheimer para descrever o perfil de velocidade no canal, utilizando-se da Técnica da Transformada Integral Generalizada – GITT para resolver o problema proposto. Na segunda etapa do trabalho utilizou-se da GITT para estudar o problema da convecção natural térmica em cavidade retangular parcialmente preenchida com meio poroso, com paredes laterais diferencialmente aquecidas, utilizando a formulação matemática de Darcy-Brinkman- Forchheimer modificada para descrever o escoamento no meio poroso e no meio fluido, através do uso de um parâmetro binário que ao encontrar-se no meio fluido transforma a equação de Darcy-Brinkman-Forchheimer na equação de Navier-Stokes. A equação da conservação da energia foi utilizada para descrever o perfil de temperatura na cavidade, sendo possível avaliar a influência dos diversos parâmetros que caracterizam esse tipo de problema, como por exemplo, a influência da permeabilidade da camada porosa vii sobre o escoamento global e a transferência de calor global. Por fim foi realizado o estudo da convecção natural termosolutal em uma cavidade retangular parcialmente preenchida com meio poroso, que de forma resumida é a convecção natural derivada dos efeitos térmicos e de massa concorrentes entre si na formação do fluxo, foi utilizada a formulação de Darcy-Brinkman modificada para descrever o escoamento em toda a cavidade, que como já mencionado anteriormente assume a forma da equação de Navier-Stokes quando avaliada em meio totalmente fluido. A equação da conservação da energia foi utilizada para descrever o perfil de temperatura na cavidade e a equação da conservação das espécies foi utilizada para descrever o perfil de concentração. O estudo avalia também a eficiência da GITT em resolver sistemas de equações acopladas, com alto grau de não-linearidade envolvendo interface fluido/poro, foi usada a formulação Darcy-Brinkman-Forchheimer para descrever o perfil de velocidade no canal. / A numerical study is performed to analyze the natural convection in a vertical rectangular enclosure that is partially filled with a porous medium, by the Generalized Integral Transform Technique (GITT). The first studies concerning flow transient in a channel partially filled with porous medium without the effect of natural convection in order to understand the technical solution or problems with interfaces. Two different formulations were studied: the two-domain approach and the single-domain approach. Subsequently a numerical study is performed to analyze the steady-state thermal natural convection fluid flow and heat transfer in a vertical rectangular enclosure that is partially filled with a porous medium. The flow is modeled using the Brinkman- Forchheimer extended Darcy and energy conservation equation was used to predict the heat transfer. The mathematical description of the problem is based on a one-domain formulation of the conservation equations. Finally it carried out the study of double diffusive natural convection, also nominated thermosolutal natural convection in partially porous enclosures. The validity of the so-called one-domain approach used in this case compared to existing results in the literature. A particular class of problems dealing with thermal and double diffusive natural convection mechanisms in partially porous enclosures is presented, and it is shown that this configuration exhibits specific features in terms of the heat and mass transfer characteristics.