Orientador: Leonardo Goldstein Junior / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-03T16:15:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Reis_Emersondos_D.pdf: 6688906 bytes, checksum: caaf00f56924878990e55925f4a1f55a (MD5) Previous issue date: 2003 / Doutorado

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:08:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Felipe Carvalho da Silva.pdf: 4181457 bytes, checksum: 8aef395272a667525a72d34c5ffb865f (MD5) Previous issue date: 2012-07-25 / With recent discoveries by the oil industry related to the reserves in Brazilian pre-salt, flow measurement technology is being re-evaluated in view of the large CO2 concentrations found in these reserves. A technology that has accuracy levels similar to those obtained with flow meters currently used and also measures independent characteristics to the composition and thermodynamic properties of gases is optical flow measurement velocimetry (OFM). The present work is related to experimental study, comparison of the speed readings from Pitot tube flow meters and optical velocimetry. This experimental study consists of qualifying and quantifying the velocity profiles among the possible configurations of flow in the wind tunnel, proposing methodology using flow conditioners and damping of the readings obtained with the Pitot tube, and analysis of readings taken with the optical sensor to evaluate the device installation effects in the results. The results indicate that transit-time optical flow meters for medium to high speed levels, could provide readcohesive flow even in a misalignment of up to ± 5 °, although it appears in the installation manual of the manufacturer guarantees of results meter when a misalignment of at most up to ±2º. Regarding the optical sensor intrusive effect in the readings simultaneous with the Pitot tube, it is perceived, in general, from approximately Re> 2,05x105, the intrusive effect of this influence is suppressed by other effects. Finally, for a proper flow study through Pitometry in order to make the comparison with the optical flow metering and achieve satisfactory results with the Pitot tube, the use of specific devices of flow conditioning and damping of the measured values had to be made / Com as recentes descobertas da indústria petrolífera brasileira, relacionadas às reservas no pré-sal, a tecnologia de medição de vazão está sendo reavaliada, tendo em vista as grandes concentrações de CO2 encontradas nessas reservas. A tecnologia de medição de vazão por velocimetria óptica (OFM) possui níveis de precisão semelhantes aos obtidos com os medidores de vazão utilizados atualmente. Essa tecnologia possui as características de independência com relação à composição química e às propriedades termodinâmicas dos gases. O presente trabalho se dedica ao estudo experimental de comparação das leituras de velocidade entre tubo de Pitot e medidor de vazão por velocimetria óptica. Para isso foi efetuada qualificação e quantificação dos perfis de velocidades em escoamento no túnel de vento, propondo metodologia de uso de retificadores de fluxo e amortecimento das leituras obtidas com o tubo de Pitot, e análises de leituras realizadas com o sensor óptico visando avaliar os efeitos de instalação do dispositivo nos resultados obtidos. Os resultados indicam que medidores de vazão ópticos por tempo de trânsito, para níveis médios e altos de velocidade, podem fornecer a leitura esperada da vazão mesmo estando num desalinhamento de ±5º, apesar de constar no manual de instalação do fabricante garantia destes resultados do medidor quando num desalinhamento de, no máximo, até ±2º. Com relação ao efeito intrusivo do sensor óptico nas leituras simultâneas com o tubo de Pitot, percebe-se, em geral, que a partir de aproximadamente Re> 2,05x105, o efeito intrusivo desta influência foi suprimido por outros efeitos. Por fim, para uma devida caracterização do escoamento por meio de pitometria, a fim de efetuar a comparação com a medição Laser, e alcançar satisfatórios resultados com o tubo de Pitot, foi necessário fazer uso de dispositivos específicos como retificadores de fluxo e de amortecimento (damping) dos valores medidos

FundaÃÃo de Amparo à Pesquisa do Estado do Cearà / A premissa pelo uso racional da Ãgua tem demandado informaÃÃes em escalas de espaÃo e tempo cada vez menores. Neste estudo investiga-se a sensibilidade da simulaÃÃo climÃtica de um downscaling dinÃmico de precipitaÃÃo (1971-2000) acoplado a um modelo chuva-vazÃo e sua aplicaÃÃo na operaÃÃo de um reservatÃrio hÃdrico na regiÃo semi-Ãrida do Estado do CearÃ. Foi dada uma Ãnfase a escala intrasazonal (abaixo de um mÃs) em anos de contrastess climÃticos classificados como de La NiÃa, El NiÃo e Normais ocorridos no Oceano PacÃfico Tropical. Foram usados o modelo de circulaÃÃo geral da atmosfera ECHAM4.5, e o modelo regional, denominado de Modelo Regional Espectral (MRE), versÃo 97, do National Centers for Atmospheric Prediction- NCEP. O MRE foi aninhado aos dados simulados pelo ECHAM4.5 tendo como condiÃÃo de contorno a Temperatura da SuperfÃcie do Mar observada no perÃodo de janeiro a junho de 1971-2000. Para a estimativa de vazÃo foi usado o modelo SMAP. Entre os principais resultados citam-se: apÃs a correÃÃo pela tÃcnica das Probability Density Functions (PDFs), os dados simulados pelo MRE, conseguiram capturar melhor a variabilidade diÃria da precipitaÃÃo no posto fluviomÃtrico de Iguatu, mÃdia entre 01 de janeiro e 30 de junho. A explicaÃÃo da variÃncia antes da correÃÃo foi de menos de 5%, passando a em torno de 40% apÃs as correÃÃes pelas PDFs. As simulaÃÃes de vazÃo, analisadas pela explicaÃÃo da variÃncia, coeficiente de correlaÃÃo ao quadrado, mostraram que hà um ganho de explicaÃÃo desta variÃncia de duas ou mais vezes, quando se compara esta explicaÃÃo em relaÃÃo à precipitaÃÃo. Este ganho foi observado tanto para perÃodos diÃrios, pentadais e quinzenais e para todo o perÃodo (1971-2000). Mais de 70% do sinal das anomalias pentadais de vazÃo foram bem simulados. SimulaÃÃes de volume de um reservatÃrio hipotÃtico (com as caracterÃsticas do AÃude OrÃs), com volume inicial V0=0,25k (capacidade mÃxima - 1940 hm3), 0,50k e 0,75k, mostraram que hà potencial do uso dessa informaÃÃo de precipitaÃÃo em cascata com o modelo chuva-vazÃo, em particular para os anos classificados como Normais. A explicaÃÃo da variÃncia entre os volumes simulados e observados diÃrios, para os meses de janeiro a junho, para estes anos Normais tiveram resultados mais expressivos. Esta ficou torno ou mais de 80%. Em sÃntese, os resultados evidenciaram o potencial de uso da simulaÃÃo acoplada da modelagem dinÃmica atmosfÃrica com a modelagem hidrolÃgica associada à operaÃÃo do reservatÃrio. / The premiss for the rational use of water has demanded information on smaller space and time scales. This study investigates the sensitivity of climate simulation of a dynamic downscaling of precipitation (1971-2000) coupled to a rain-flow model and its application to the operation of a water reservoir in the semi-arid region of Cearà State. Emphasis was given to intra seasonal scale (smaller than a month) in years of climatic contrasts classified with La NiÃa, El NiÃo and Normals (averaged) in the Tropical Pacific Ocean. We used atmospheric general circulation model ECHAM4.5, and the Regional Spectral Model (RMS), version 97 of National Center for Atmospheric Prediction-NCEP. The RSM was nested with data simulated by ECHAM4.5, taking as boundary condition the sea surface temperature observed in the period January to June 1971-2000. For estimating streamflow we rate used the SMAP model. Results show that after the technique of Probability Density Functions (PDFs) correction, the simulation by RSM, best captured daily variability of precipitation at fluviometric post of Iguatu, average, from 01 January to 30 June. The explaned variance before the correction was less than 5%, rising to around 40% after the correction by PDFs. The simulations of streamflow, analyzed by the explaned variance, square of correlation coefficient, shows that there is a two or more gain of explaned this variance, as compared with explanation to streamflow in relation to rainfall. This gain is observed for all periods (daily and accumulated five and fifteen days), and for the entire period (1971-2000). More than 70% pentads anomalies of stramflow were well simulated. Simulations of volume of a hypothetical reservoir (with the characteristics of the OrÃs Dam) with initial volum V0 = 0.25k ( maxim capacity - 1940 hm3), 0.50k and 0.75k, showed that there is the potential use of that cascade information of precipitation with rain-flow model, in particular for averaged years classified. The explanation of the variance between simulated and observed daily volumes for the months of January to June, for these years Normal results was more expressive. This was about 80%. In summary, the results showed the potential for use of coupled simulation model between atmospheric modeling water associated with the reservoir operation.

Os impactos causados por precipitações em áreas urbanas indicam a necessidade da abordagem de medidas para gerenciamento da drenagem urbana, de modo a evitar prejuízos originados dos escoamentos superficiais, como as inundações. A drenagem urbana brasileira é considerada defasada, visto que o conceito da canalização prevalece sobre a reservação e a infiltração, priorizando o rápido escoamento ao invés do descarte controlado dos volumes reservados. A cidade de Curitiba-PR conta com o Decreto Municipal Número 176/2007, responsável pelos critérios para implantação dos mecanismos de contenção de cheias. Porém, as diretrizes de projeto estabelecidas não garantem eficiência mínima para os reservatórios de contenção, visto que a mesma pode variar em função da sua área de base, lâmina de água e diâmetro do orifício regulador de vazão. Nesta pesquisa é proposto um método de dimensionamento, estabelecendo critérios que relacionam as áreas impermeabilizadas dos lotes aos parâmetros de dimensionamento dos reservatórios, garantindo a função desta medida de controle. Considerando que os reservatórios devem proporcionar à dada área impermeabilizada retornar à sua condição de pré-urbanização em termos de vazões de contribuição, estima-se o valor necessário para a redução de vazão de pico em 70,24%, obtido da relação entre os coeficientes de escoamento superficial em ambas as condições de impermeabilização. A partir de simulações de propagação de vazão com o Método de Pulz em áreas impermeabilizadas genéricas em intervalos constantes adotados para o estudo, são obtidos gráficos das características geométricas dos reservatórios em função da vazão de contribuição que cada área genérica recebe. A partir da análise comportamental dos mesmos são propostas equações de dimensionamento para os parâmetros de volume, área de base, altura da lâmina de água e diâmetro do orifício regulador de vazão, relacionando-os às áreas impermeabilizadas presentes, de modo que seja garantida a eficiência mínima necessária. Ao comparar os resultados obtidos com o previsto na legislação municipal, além da possibilidade de melhoria na eficiência dos reservatórios com a utilização de outros parâmetros de dimensionamento, há condição de redução de 24,14% do volume em relação ao cálculo atual. / The impacts caused by rainfall in urban areas indicate the need to approach measures for managing urban drainage, in order to avoid losses arising from runoff, such as floods. Brazilian urban drainage is considered outdated, because the concept of channeling is more used than the reservation and infiltration, prioritizing fast flowing instead of controlled disposal of reserved volumes. The city of CuritibaPR has a Municipal Decree Number 176/2007, responsible for the criteria for implementation of flood containment mechanisms. However, the established design guidelines do not guarantee minimum performance for flood detention tanks, since it may vary depending on their base area, water depth and flow regulator’s orifice diameter. In this research is proposed a sizing method, establishing criteria that relate waterproofed areas of the lots to the tank design parameters, ensuring the function of this control measure. Considering that tanks must provide the given waterproofed area return to its condition before urbanization in contributing flows, determine the value of the required peak flow reduction in 70,24%, obtained from the relation between the coefficients of runoff in both waterproofing conditions. From flow propagation simulations with Pulz Method in generic waterproofed areas at constant intervals adopted for the research, graphs of the geometric characteristics of the reservoirs are obtained as a function of the contribution flow that each generic area receives. From the behavioral analysis, sizing equations are proposed for the parameters of volume, base area, water depth and flow regulator’s orifice diameter, relating them to the present waterproofed areas and ensuring the required efficiency. When comparing the results obtained with the provisions of municipal legislation, in addition to the possibility of improving the efficiency of the reservoirs using other sizing parameters, it points to the possibility of reducing the calculated volume of 24,14% in relation to the current calculation.

Este estudo desenvolve uma técnica para caracterizar o escoamento bifásico, utilizando sensores de deformação baseados em redes de Bragg em fibras ópticas. Esses sensores apresentam características relevantes, a pequena dimensão e a possibilidade de medição com precisão em um grande número de parâmetros em condições diversas. A unidade sensora é constituída por uma rede de Bragg em fibra óptica posicionada transversalmente em relação ao escoamento e fixado nas paredes do tubo. A pressão hidrodinâmica aplicada pelo escoamento de líquido ou pelo escoamento de líquido e gás induz deformação na fibra óptica, a qual pode ser detectada pela rede de Bragg. Como a pressão aplicada está diretamente relacionada com a vazão mássica, é possível estabelecer uma relação usando o deslocamento do comprimento de onda da ressonância da rede de Bragg para determinar a vazão mássica quando a velocidade de escoamento é bem conhecida. No escoamento bifásico, há uma alteração significativa na força aplicada na fibra óptica, a qual contabiliza as densidades distintas das referidas substâncias. Logo, a deformação da fibra óptica e a correspondente mudança de comprimento de onda de rede de Bragg serão muito diferentes quando no escoamento houver uma bolha de ar ou um pistão de líquido, permitindo, assim a sua detecção à medida que o escoamento flui através do tubo. Devido a sua capacidade de multiplexação e versatilidade, o uso de sensores de redes de Bragg em fibra óptica mostrou ser particularmente adequado para esta aplicação. Uma ferramenta de detecção de 18 sensores quase distribuídos uniformemente ao longo do tubo foi desenvolvida tornando possível a caracterização do escoamento, bem como o acompanhamento das bolhas de ar ao longo de uma grande parte do escoamento. Os ensaios foram realizados em uma planta piloto de escoamento bifásico gás-líquido, onde diversas condições operacionais foram geradas e analisadas. A técnica desenvolvida foi validada através de comparações com modelos termodinâmicos empíricos disponíveis na literatura e também com o sensor wire-mesh, apresentando boa concordância com os valores de referência. O estudo viabiliza a construção futura de sensores para serem empregados na obtenção de parâmetros importantes nos modelos de escoamento multifásico, abrindo muitas oportunidades para ferramentas de medição de laboratório e aplicações de campo. / This study developed a technique to characterize the two phase flow using optical fiber Bragg grating strain sensors. These sensors have features such as small size, flexibility, allowing to accurately measure a number of parameters under adverse conditions. The sensor unit consists of optical fiber Bragg grating positioned transversely to the flow and fixed in the pipe walls. The hydrodynamic pressure applied by the liquid or air/liquid flow to the optical fiber induces deformation that can be detected by the optical fiber Bragg grating. Given that the applied pressure is directly related to the mass flow it is possible to establish a relationship using the grating resonance wavelength shift to determine the mass flow when the flow velocity is well known. For two phase flows of air and liquid there is a significant change in the force applied to fiber that is accounted for the very distinct densities of these substances. As a consequence the optical fiber deformation and the correspondent grating wavelength shift as function of the flow will be very different for an air bubble or a liquid slug allowing their detection as they flow through the pipe. Due to its versatility and multiplexing capabilities optical fiber Bragg gratings are particularly suitable for this application. The experiments were performed in a pilot plant using air-water two-phase flows, in which various operating conditions were generated and analyzed. A quasi-distributed sensing tool with 18 sensors evenly spread along the pipe is developed and characterized making possible the characterization of the flow as well as the tracking of the bubbles over a large section of the test bed. The technique developed was validated through comparisons with available empirical mechanical models and also with the wire- mesh sensor, showing good agreement with the reference values. The study allows for the future construction of sensors that can be used to assist empirical models of multiphase flows, and open up plenty of opportunities to both laboratory measurement tools as well as field applications.

Este estudo desenvolve uma técnica para caracterizar o escoamento bifásico, utilizando sensores de deformação baseados em redes de Bragg em fibras ópticas. Esses sensores apresentam características relevantes, a pequena dimensão e a possibilidade de medição com precisão em um grande número de parâmetros em condições diversas. A unidade sensora é constituída por uma rede de Bragg em fibra óptica posicionada transversalmente em relação ao escoamento e fixado nas paredes do tubo. A pressão hidrodinâmica aplicada pelo escoamento de líquido ou pelo escoamento de líquido e gás induz deformação na fibra óptica, a qual pode ser detectada pela rede de Bragg. Como a pressão aplicada está diretamente relacionada com a vazão mássica, é possível estabelecer uma relação usando o deslocamento do comprimento de onda da ressonância da rede de Bragg para determinar a vazão mássica quando a velocidade de escoamento é bem conhecida. No escoamento bifásico, há uma alteração significativa na força aplicada na fibra óptica, a qual contabiliza as densidades distintas das referidas substâncias. Logo, a deformação da fibra óptica e a correspondente mudança de comprimento de onda de rede de Bragg serão muito diferentes quando no escoamento houver uma bolha de ar ou um pistão de líquido, permitindo, assim a sua detecção à medida que o escoamento flui através do tubo. Devido a sua capacidade de multiplexação e versatilidade, o uso de sensores de redes de Bragg em fibra óptica mostrou ser particularmente adequado para esta aplicação. Uma ferramenta de detecção de 18 sensores quase distribuídos uniformemente ao longo do tubo foi desenvolvida tornando possível a caracterização do escoamento, bem como o acompanhamento das bolhas de ar ao longo de uma grande parte do escoamento. Os ensaios foram realizados em uma planta piloto de escoamento bifásico gás-líquido, onde diversas condições operacionais foram geradas e analisadas. A técnica desenvolvida foi validada através de comparações com modelos termodinâmicos empíricos disponíveis na literatura e também com o sensor wire-mesh, apresentando boa concordância com os valores de referência. O estudo viabiliza a construção futura de sensores para serem empregados na obtenção de parâmetros importantes nos modelos de escoamento multifásico, abrindo muitas oportunidades para ferramentas de medição de laboratório e aplicações de campo. / This study developed a technique to characterize the two phase flow using optical fiber Bragg grating strain sensors. These sensors have features such as small size, flexibility, allowing to accurately measure a number of parameters under adverse conditions. The sensor unit consists of optical fiber Bragg grating positioned transversely to the flow and fixed in the pipe walls. The hydrodynamic pressure applied by the liquid or air/liquid flow to the optical fiber induces deformation that can be detected by the optical fiber Bragg grating. Given that the applied pressure is directly related to the mass flow it is possible to establish a relationship using the grating resonance wavelength shift to determine the mass flow when the flow velocity is well known. For two phase flows of air and liquid there is a significant change in the force applied to fiber that is accounted for the very distinct densities of these substances. As a consequence the optical fiber deformation and the correspondent grating wavelength shift as function of the flow will be very different for an air bubble or a liquid slug allowing their detection as they flow through the pipe. Due to its versatility and multiplexing capabilities optical fiber Bragg gratings are particularly suitable for this application. The experiments were performed in a pilot plant using air-water two-phase flows, in which various operating conditions were generated and analyzed. A quasi-distributed sensing tool with 18 sensors evenly spread along the pipe is developed and characterized making possible the characterization of the flow as well as the tracking of the bubbles over a large section of the test bed. The technique developed was validated through comparisons with available empirical mechanical models and also with the wire- mesh sensor, showing good agreement with the reference values. The study allows for the future construction of sensors that can be used to assist empirical models of multiphase flows, and open up plenty of opportunities to both laboratory measurement tools as well as field applications.

Orientador: Ana Ines Borri Genovez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-06T04:58:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Martim_AndreLuisSoteroSalustiano_M.pdf: 5209979 bytes, checksum: cd531521e2ae52a28d5dcfc9952e9dd2 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Martim, André Luís Sotero Salustiano. Avaliação do Desempenho de um Medidor de Vazão Eletromagnético em Situações Práticas Reais de Instalação. Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo, Universidade Estadual de Campinas, 2005. 182 páginas. Dissertação. A busca do melhor aproveitamento dos recursos hídricos é uma característica permanente nas políticas atuais, e o gerenciamento de recursos hídricos implica no equacionamento entre a vazão disponível e a vazão de demanda, ou seja, na medição de vazão. A partir de 2004 os usuários de recursos hídricos são obrigados a declarar os volumes de água captados, é a declaração anual de uso de recursos hídricos. A qualidade da vazão medida depende das técnicas de medição, e um dos principais fatores intervenientes é a condição de instalação do medidor. A avaliação de um medidor eletromagnético de vazão em condições práticas de instalação foi desenvolvida experimentalmente neste trabalho. O medidor de vazão eletromagnético utilizado foi instalado em quatro situações diferentes e os valores de vazão obtidos foram comparados com os de dois medidores instalados adequadamente, um medidor Venturi e um medidor Ultra-sônico. Os ensaios foram desenvolvidos em uma bancada no Laboratório de Hidráulica e Mecânica dos Fluidos da Faculdade de Engenharia Civil da Unicamp. Para a configuração com o medidor eletromagnético instalado à jusante de uma curva 900 de raio curto, o desvio máximo foi de 0,742% com uma incerteza de 0,27%. Para a configuração com o medidor eletromagnético instalado à jusante de duas curvas 900 de raio curto, o desvio máximo foi de 0,447% com uma incerteza de 0,74%. Para a configuração com o medidor eletromagnético instalado à jusante de uma válvula de gaveta, com 50% de abertura, o desvio máximo foi de -2,046% e uma incerteza de 0,50%. Os resultados obtidos mostram claramente que a condição de instalação do medidor frente às singularidades da tubulação afetam sua performance. Os valores de desvio de indicação podem ser considerados baixos ou altos, dependendo da exatidão exigida do medidor dentro do sistema / Abstract: Martim, André Luís Sotero Salustiano. Evaluation of the performance of an electromagnetic flowmeter in real practical situations of installation. Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo, Universidade Estadual de Campinas, 2005. The search of the best utilization of the water resources is a permanent characteristic in the current politics, and the management of water resources implies in the balance equally between the available flow and the flow of demand, or either, in the flow measurement. From 2004 the users of water resources are obliged to declare the caught volumes of water, is the annual declaration of use of water resources. The quality of the measured flow depends on the measurement techniques, and one of the main intervening factors is the condition of installation of the flowmeter. The evaluation of an electromagnetic flowmeter in practical conditions of installation was developed experimentally in this work. The electromagnetic flowmeter was installed in four different situations and the gotten values of flow measurement had been compared with the ones of two flowmeters installed adequately, an Venturi fi owmete r and an Ultrasonic flowmeter. The evaluation had been developed in a work-bench in the Laboratory of Hidraulical and Mechanic of fluid of the College of Civil Engineering of the Unicamp. For the configuration with the electromagnetic flowmeter installed downstream of a 90° elbow of short ray, the maximum deviation was of 0,742% with a 0,27% uncertainty. For the configuration with the electromagnetic flowmeter installed downstream of a two 90° elbow of short ray, the maximum deviation was of 0,447% with a 0,74% uncertainty. For the configuration with the installed electromagnetic flowmeter downstream a drawer valve, with 50% of opening, the maximum deviation was of a -2,046% and uncertainty of 0,50%. The gotten results show clearly that the condition of installation of the flowmeter front to the singularity of the tubing affects its performance. The values of deviation indication can be considered low or high, depending on the demanded accuracy of the flowmeter inside of the system / Mestrado / Recursos Hidricos / Mestre em Engenharia Civil