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Amazonian floodplain hydrodynamics: characterization and local modeling with in situ and remotely sensed data

Pinel, Sebastien Stefan Laurent 27 September 2017 (has links)
Submitted by Inácio de Oliveira Lima Neto (inacio.neto@inpa.gov.br) on 2018-10-05T14:51:22Z No. of bitstreams: 2 SebastienStefanLaurentPinel.pdf: 65099613 bytes, checksum: b3fe9e89c782f21ffbe55615efc5e1e3 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-05T14:51:22Z (GMT). No. of bitstreams: 2 SebastienStefanLaurentPinel.pdf: 65099613 bytes, checksum: b3fe9e89c782f21ffbe55615efc5e1e3 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-09-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Sem resumo. / Sem resumo.
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Previsão climática sazonal do regime térmico e hidrodinâmico de reservatório / Seasonal climate prediction of thermal and hydrodynamic regime of reservoir

Lemos, Wictor Edney Dajtenko 04 May 2015 (has links)
LEMOS, W. E. D. Previsão climática sazonal do regime térmico e hidrodinâmico de reservatório. 2015. 165 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil: Recursos Hídricos) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-06-26T13:02:00Z No. of bitstreams: 1 2015_tese_wedlemos.pdf: 7434270 bytes, checksum: 65d8e9d30c43d50d658d0e9f5e3db691 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-07-22T16:21:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_tese_wedlemos.pdf: 7434270 bytes, checksum: 65d8e9d30c43d50d658d0e9f5e3db691 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-22T16:21:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_tese_wedlemos.pdf: 7434270 bytes, checksum: 65d8e9d30c43d50d658d0e9f5e3db691 (MD5) Previous issue date: 2015-05-04 / The dynamics of water quality related processes in reservoirs is a function of its morphology, the action of meteorological variables and defluências inflows and, to a greater extent. Predict the hydrodynamic behavior of reservoirs and the impact of changes or variability in weather forcing is essential to the management of water quality and was the main objective of this thesis. Therefore, we used climate models, hydrological, hydrodynamic and energy balance in cascade. The behavior of the resulting hydrodynamic modeling showed results in line with tropical reservoirs, representing the daily patterns of movement and the formation of thermal stratification in modeled reservoir. The main hydrodynamic seasonal variations could be modeled, albeit with a high level of uncertainty. Monitoring on a Miranda Pereira reservoir that provided a means to begin the modeling and integrated monitoring cycle was performed. The dynamic downscaling technique to obtain the meteorological variables of regionalized forecast was presented, showing some application possibilities of the results of climate models in hydrodynamic modeling of reservoirs, essential in modeling of water quality. The results showed the possibility of calibration and validation of the hydrodynamic model CE-QUAL-W2 using atmospheric reanalysis data, application of climate prediction techniques in assessing and predicting the hydrodynamic patterns of tanks and the need for a monitoring system as Subsidiary information relevant to modeling, to improve existing systems and increase the level of knowledge about the dynamics of reservoirs located in the semiarid / A dinâmica dos processos relacionados à qualidade da água em reservatórios é função da sua morfologia, da ação das variáveis meteorológicas e das afluências e defluências, em maior grau. Prever o comportamento hidrodinâmico de reservatórios e o impacto causado por mudanças ou variabilidades na forçante meteorológica é essencial ao gerenciamento da qualidade da água e foi o objetivo principal desta tese. Para tanto foram utilizados modelos climáticos, hidrológicos, hidrodinâmicos e de balanço de energia, em cascata. O comportamento da hidrodinâmica resultante da modelagem mostrou resultados consonantes com reservatórios de regiões tropicais, representando os padrões diários de circulação e a formação de estratificações térmicas no reservatório modelado. As principais variações hidrodinâmicas sazonais puderam ser modeladas, ainda que com um alto índice de incerteza. Foi realizado um monitoramento no reservatório Pereira de Miranda que forneceu meios para dar início ao ciclo de modelagem e monitoramento integrado. Foi apresentada a técnica de downscaling dinâmico para a obtenção das variáveis meteorológicas de previsão regionalizadas, demostrando algumas possibilidades de aplicação dos resultados dos modelos climáticos na modelagem hidrodinâmica de reservatórios, indispensável na modelagem da qualidade da água. Os resultados mostraram a possibilidade de calibração e validação do modelo hidrodinâmico CE-QUAL-W2 com o uso de dados de reanálise atmosférica, aplicação de técnicas de previsão climática na avaliação e previsão dos padrões hidrodinâmicos de reservatórios e a necessidade de um sistema de monitoramento como subsidiário de informações relevantes à modelagem, no sentido de melhorar os sistemas existentes e aumentar o nível de conhecimento sobre a dinâmica de reservatórios localizados no semiárido
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Modelagem matemática da circulação, transporte e dispersão de nutrientes e plâncton no arquipélago de São Pedro e São Paulo

CINTRA, Marcio Machado 31 January 2010 (has links)
Made available in DSpace on 2014-06-12T23:00:16Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo420_1.pdf: 6479558 bytes, checksum: 134acb2f270e3b053cacdf81c693fd47 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2010 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O presente trabalho focou na investigação de processos físicos atuantes no Arquipélago de São Pedro e São Paulo (ASPSP), localizado em (0°55'06''N and 29°20'48''W), que podem ser responsáveis pela alta produtividade da vida pelágica e bentônica encontrada nessa região. O modelo Regional Ocean Modeling System (ROMS) foi utilizado para simulação hidrodinâmica (interanual, 2003-2005). Para as análises biogeoquímicas, o modelo NPZD foi acoplado ao ROMS para simular a distribuição de nutrientes e plâncton no ASPSP. A fim de avaliar a capacidade de retenção de larvas no arquipélago, também foi utilizado o modelo ICHTHYOP (simulação Lagrangeana), importando o campo hidrodinâmico das simulações com o modelo ROMS. Os resultados numéricos da estrutura termohalina e nitrato foram comparados com os dados do Programa REVIZEE-NE, relativos às campanhas oceanográficas NE-II (verão austral) e NE-III (outono austral). A estrutura termohalina obtida numericamente reproduziu satisfatoriamente a posição da termoclina (60-80m de profundidade) e a posição da haloclina (mais rasa na primavera-verão, mais profunda no outono-inverno). As comparações das concentrações de nitrato reproduziram bem os baixos níveis superficiais com a nitraclina posicionada em ~50m. Os valores abaixo da nitraclina foram discordantes para a maioria das estações avaliadas. As comparações de Clorofila-a foram feitas com os resultados do programa JOPS II e mostraram que os valores numéricos estiveram abaixo dos observados em cerca de 0,2 mg.m-3, com a zona de máxima produção posicionada em torno dos 60-80m de profundidade. A avaliação do transporte de larvas no ASPSP indicou que nos meses de verão austral, quando as correntes superficiais se encontram mais fracas, o ASPSP tem maior capacidade de retenção larval do que durante os meses de inverno austral, quando há a intensificação das correntes superficiais. Como resultado da interação da Subcorrente Equatorial-ASPSP foi observado uma zona de intensa enstrofia a leste das ilhas. Nessa região foi verificada a presença de vórtices acompanhados da diminuição das velocidades zonais. Os vórtices gerados apresentaram diâmetros médios de 1 a 2 km. Perturbações na termoclina também foram verificadas nessa região, associadas à intensificação do transporte vertical induzido pelos vórtices (w = 2,5x10-3 m.s-1). Os resultados sugerem que a região do ASPSP apresenta um xiv processo discreto, porém constante, de enriquecimento na base da camada eufótica (~ 100m de profundidade), contribuindo para a existência da grande variedade de vida marinha encontrada em toda essa região
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Modelagem e identificação de parâmetros hidrodinâmicos de um veículo robótico submarino. / Modelling and Identification of hydrodynamic parameters of an underwater robotic vehicle.

Julca Avila, Juan Pablo 17 October 2008 (has links)
Esta tese apresenta um procedimento de identificação experimental de coeficientes hidrodinâmicos de veículos submarinos não tripulados. Apresenta-se o desenvolvimento de uma plataforma experimental para pesquisas em dinâmica, controle e navegação de veículos submarinos. A plataforma experimental inclui: 1) um veículo submarino não tripulado semi-autônomo do tipo estrutura-aberta chamado de LAURS, 2) um sistema multissensorial e multipropulsores para o controle de movimento, e 3) software e arquitetura de controle para a aquisição de dados dos sensores e o controle de movimento. A fim de deduzir as equações do movimento dinâmico do LAURS, apresenta-se a formulação geral das equações hidrodinâmicas não lineares de um veículo submarino com seis graus de liberdade. A partir destas equações gerais acopladas, são deduzidos modelos mais simples para um grau de liberdade (movimento unidirecional) e três graus de liberdade (movimento planar) do veículo. O método de estimação de parâmetros utilizado neste trabalho não requer medidas de aceleração e é baseado na aplicação da técnica dos mínimos quadrados à forma integral das equações dinâmicas do sistema. O procedimento de identificação proposto é baseado na informação dos sensores embarcados. Primeiramente, os coeficientes de arrasto são obtidos a partir de testes de velocidade constante e depois, fixando os coeficientes de arrasto do modelo matemático com estes valores obtidos, são identificados a inércia virtual e os coeficientes de acoplamento a partir de testes de velocidade variável. Nos testes de velocidade variável são aplicadas entradas de força do tipo senoidal. Apresentam-se os valores dos coeficientes hidrodinâmicos para os movimentos de avanço, deriva, arfagem, guinada e caturro do veículo, os quais foram obtidos usando o procedimento de identificação proposto. O desempenho dos modelos dinâmicos identificados é quantitativamente comparado ao movimento do veículo observado experimentalmente. Para o caso dos testes de velocidade constante em avanço e arfagem, foi feita uma comparação dos valores dos coeficientes obtidos usando a abordagem de identificação de sistemas com os dados obtidos a partir dos ensaios de reboque em tanque de provas. Os resultados obtidos validam o procedimento de identificação proposto. Além disso, são apresentados os resultados experimentais obtidos a partir de manobras do tipo zig-zag e é feita uma discussão da identificabilidade de coeficientes de modelos acoplados. Conclui-se que o procedimento de identificação proposto é eficaz na obtenção de valores reais (consistentes com a concepção física do veículo) para os coeficientes hidrodinâmicos de veículos submarinos. A fim de modelar a força hidrodinâmica que atua no veículo em avanço com movimento oscilatório e amplitudes menores do que um comprimento característico, são apresentados os resultados dos ensaios de oscilação forçada usando um mecanismo de movimento planar (MMP). Apresentam-se os valores dos coeficientes de arrasto e de inércia obtidos a partir dos ensaios em avanço no MMP para diferentes números de Keulegan-Carpenter. Os resultados mostram que os coeficientes de arrasto e de inércia para a faixa de velocidades de 0,1 até 0,8m/s dependem fortemente do número de Keulegan-Carpenter e não do número de Reynolds. A partir destes resultados, conclui-se que a amplitude da oscilação do veículo é o principal fator que causa a variação dos coeficientes hidrodinâmicos e não a velocidade do veículo. / In this work, a procedure for experimental identification of hydrodynamic coefficients of unmanned underwater vehicles is presented. At first, the development of a testbed for research on dynamics, control, and navigation of underwater vehicles is presented. This experimental platform includes: 1) a open-frame semi-autonomous unmanned underwater vehicle named LAURS, 2) a multi-sensorial and multi-thruster system for motion control, and 3) software and control architecture for sensor data logging and motion control. In order to derive the LAURS dynamic motion equations, the general formulation of the nonlinear hydrodynamic equations of motion of an underwater vehicle with six degree of freedom is initially presented. From these general coupled equations, simpler formulations with one (unidirectional movement) and three degrees of freedom (planar movement) are derived. The parameter estimation method does not require acceleration measurements and is based on the application of the least squares technique to the integral form of the system dynamic equations. The identification procedure is based on on-board sensor data. First the drag coefficients are obtained from constant velocity tests and afterwards, fixing the drag coefficients in the mathematical model with the obtained values, virtual inertia and coupling coefficients of the vehicle are identified from variable velocity tests. In the tests of variable velocity, sinusoidal force inputs are applied. Values of hydrodynamic coefficients for surge, sway, heave, yaw, and pitch motions are estimated using the proposed identification procedure. Performance of the identified dynamic models is quantitatively compared to the experimentally observed vehicle motion. In the case of constant velocity tests, for the surge and heave motions, comparisons of the hydrodynamic drag coefficient values obtained using the system identification method with data obtained from towing tank tests are presented. Obtained results corroborate for the feasibility of the proposed identification method. Moreover, experimental results obtained from zig-zag maneuvers are presented and the identifiability of coupled dynamic models is discussed. It is possible to conclude that using the proposed method actual hydrodynamic parameters might be estimated. In order to model the hydrodynamic force that acts on the vehicle, in surge motion, with oscillatory movements and with amplitudes that are smaller than or equal to the characteristic length of the LAURS, results of forced oscillation tests in a planar motion mechanism (PMM) are presented. The drag and inertia coefficient values obtained from surge motion tests in the PMM for different Keulegan-Carpenter numbers are presented and discussed. Results illustrates that drag and inertia coefficients, when the vehicle velocity is in the range of 0,1 and 0,8m/s, do not strongly depend on the Reynolds number, however, they are strongly dependent on the Keulegan-Carpenter number. In this context, we can conclude that the oscillation amplitude is the main factor that causes the variation of hydrodynamic coefficients and not the vehicle velocity.
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Avaliação da hidrodinâmica e da poluição no Canal de Piaçaguera, no Estuário de Santos-São VIcente (SP), a partir de informações ambientais e modelagem numérica / Evaluation of hydrodynamics and pollution at Piaçaguera Channel, on the Firth of Santos - São Vicente (SP), from numerical modeling and environmental information.

Parreira, Caroline Nunes 11 April 2012 (has links)
Localizados na interface entre a terra e o mar, sistemas estuarinos estão propensos a grandes influências de substâncias que são introduzidas por diversas fontes, incluindo rios, deposição atmosférica, efluentes e escoamento de água superficial. Estas áreas, em geral, possuem um forte gradiente de concentração de substâncias químicas, onde essas são transformadas, retidas ou eliminadas. O Canal de Piaçaguera está inserido no Sistema Estuarino de Santos e São Vicente (SESS), localizado na Bacia Hidrográfica da Baixada Santista, situada na região Região Metropolitana da Baixada Santista (RMBS), que compreende os municípios de Cubatão, Santos, São Vicente, Guarujá e Praia Grande. No SESS foram implantadas, na década de 50, diversas indústrias de base (siderurgia, petroquímica e de fertilizantes), que assim como o Porto de Santos, maior da América Latina, detém alto potencial poluidor, o que fez desse estuário um grande receptor de resíduos tóxicos e efluentes líquidos contaminados. A região do Canal de Piaçaguera, área considerada mais crítica em termos de poluição desse estuário, recebe efluentes de diversas indústrias e tem como outras importantes fontes poluidoras as atividades de dragagem, deposição atmosférica, águas provenientes de drenagem superficial, esgotos clandestinos e o Porto de Santos. O presente trabalho buscou ampliar o conhecimento da poluição das águas superficiais do Canal de Piaçaguera e verificar a influência da hidrodinâmica na contaminação dessa área e em outras áreas do estuário. Primeiramente foi realizada uma avaliação dos dados de qualidade das águas superficiais da Companhia Ambiental do Estado de São Paulo (Cetesb) medidos em pontos dos rios Mogi, Piaçaguera e Cubatão, os quais despejam suas águas no canal, dos anos de 2000 a 2010. Para estimar as concentrações e área atingidas foram realizadas simulações da dispersão de poluentes em pontos dentro e fora do canal, a partir da modelagem numérica acoplada, de hidrodinâmica e dispersão. O diagnóstico de qualidade da água indica comprometimento da qualidade ambiental dos corpos dágua estudados, visto que apresentam teores acentuados de poluentes diversos e de fontes difusas, destacando-se as industriais e dos terminais portuários. O rio Piaçaguera contribuiu com o maior número de poluentes e mais elevada concentração deles. A modelagem demonstrou que o Canal de Piaçaguera apresenta circulação com energia bem menor que outras áreas do estuário, sendo notório o menor espalhamento de poluentes nessa área, de modo que a baixa velocidade das correntes no Canal é associada a menor dispersão de partículas. Considerando o lançamento contínuo de poluentes e fatores agravantes como, baixa hidrodinâmica, a bioacumulação e resuspensão dos sedimentos contaminados, é evidente que essa área necessita de maior controle e rigidez na disposição dos materiais com alto potencial poluidor. / Located at the interface between land and sea, estuarine systems are prone to large influences of substances that are introduced by various sources, including rivers, atmospheric deposition, wastewater and surface water runoff. These areas generally have a strong concentration gradient of chemicals where these are transformed, retained or eliminated. The Piaçaguera\'s channel is inserted at the estuarine system of Santos and São Vicente (SESS), located in the Santos Basin, located in the metropolitan area of Santos (RMBS), which includes the cities of Cubatao, Santos, Sao Vicente, Guaruja and Praia Grande. At the SESS were implanted, in the 1950s, several basic industries (steel, petrochemicals and fertilizers), that as the Port of Santos, Latin America\'s largest, has high pollution potential as well as the Port of Santos, what made this a great receiver estuary of toxic waste and contaminated wastewater. The region Piaçagueras channel, an area considered most critical in terms of pollution of the estuary receives effluents from various industries and its other major pollution sources of dredging activities, atmospheric deposition, water from surface drainage, underground running down and the Port of Santos . This study aimed to expand knowledge of the pollution of surface waters of the Channel Piaçaguera and the influence of hydrodynamics on the contamination of the area. We first carried out an evaluation of the data quality of surface waters of the State Environmental Company of São Paulo (Cetesb) at the points measured in the river Mogi, Piaçaguera and Cubatão, which discharge their waters into the canal, of the years 2000 to 2010. To estimate the concentrations and area affected were carried out simulations of pollutant dispersion in points inside and outside the channel from the coupled numerical modeling of hydrodynamics and dispersion. The diagnosis of water quality indicates impairment of environmental quality of the water bodies studied, since they exhibit high values concentration of various pollutants and diffuse sources, especially the industrial and port terminals. The river Piaçaguera contributed the largest number of pollutants and the higher their concentration theirs. The modeling demonstrated that the Piaçagueras channel has circulation with far less energy than other areas of the estuary, being remarkable the lowest spread of pollutants in this area, so that the low kinetic energy of currents in the channel is associated with a lower dispersion of particles. Considering the continuous discharge of pollutants and aggravating factors such as low hydrodynamics, bioaccumulation and resuspension of contaminated sediments, it is clear that this area needs greater rigidity in the control and disposal of materials with high pollution potential.
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Sistema de previsão de enchentes: integração de modelos de previsão de chuva, simulação hidrológica e hidrodinâmica

ALVES, Fellipe Henrique Borba 24 February 2017 (has links)
Submitted by Pedro Barros (pedro.silvabarros@ufpe.br) on 2018-08-28T22:10:21Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Fellipe Henrique Borba Alves.pdf: 14338383 bytes, checksum: 8f642c7124b0b97eb6b6d04da6fc748b (MD5) / Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-09-06T22:01:53Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Fellipe Henrique Borba Alves.pdf: 14338383 bytes, checksum: 8f642c7124b0b97eb6b6d04da6fc748b (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-06T22:01:53Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Fellipe Henrique Borba Alves.pdf: 14338383 bytes, checksum: 8f642c7124b0b97eb6b6d04da6fc748b (MD5) Previous issue date: 2017-02-24 / A Região Nordeste do Brasil é comumente associada às secas prolongadas. No entanto, áreas específicas estão susceptíveis à ocorrência de chuvas intensas, onde podem ser geradas enchentes catastróficas. Nesse contexto, para a bacia do rio Una, em Pernambuco, foi desenvolvido um modelo de previsão de enchentes, capaz de integrar informações de previsão de chuva, modelagem hidrológica e modelagem hidrodinâmica. Neste trabalho buscou-se analisar dados dos modelos de previsão de chuva ETA 40 Km e APAC 9 Km, avaliar a distribuição da vazão gerada através de modelo hidrológico HEC-HMS e testar novos coeficientes de calibração, simular no modelo hidrodinâmico HEC-RAS o efeito da construção de barragens nas cidades de Palmares, Água Preta e Barreiros para o maior evento de chuva já registrado, ocorrido em 2010. Os resultados encontrados indicaram relevante diferença quantitativa e posicional nos dados dos modelos de previsão. O modelo hidrológico HEC-HMS teve melhorias na distribuição de vazão ao longo da bacia e na estabilidade global das vazões geradas. O modelo hidrodinâmico demonstrou redução significativa na vazão de pico a montante das áreas urbanas de Palmares, Água Preta e Barreiros, respectivamente. No entanto, mesmo com redução expressiva de vazão, as inundações nesses municípios ainda podem ocorrer caso eventos semelhantes ao de 2010 venham a acontecer. / Northeast Brazil is commonly associated with prolonged drought effects. However, in specific areas are likely to occur from intense rainfall events, where such events generate catastrophic flooding. In this context, an Advanced Flood Forecasting Model was developed for an Una river basin in Pernambuco, capable of integrating information on rainfall forecasting, hydrological modeling and hydrodynamic modeling. The objective of this work is to analyze the data of the ETA 40 km and APAC 9 km rain forecast models, to evaluate a flow distribution generated through a HEC-HMS hydrological model and to test new calibration coefficients, to simulate in hydrodynamic model HEC-RAS the effect of flood control dams and generate a flood spot in the cities of Palmares, Água Preta and Barreiros, considering the largest rainfall event ever recorded in 2010. The results indicated the quantitative difference and the data of the forecast models, the HEC-HMS hydrological model had improvements in the flow distribution along the basin and in the overall stability of the flows generated, the hydrodynamic model demonstrated a reduction in the upstream peak flow of the urban areas of Palmares, Água Preta and Barreiros, respectively. However, even with expressive flow reduction, such as floods in municipalities can still occur if events similar to the year 2010 occur again.
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Modelagem e identificação de parâmetros hidrodinâmicos de um veículo robótico submarino. / Modelling and Identification of hydrodynamic parameters of an underwater robotic vehicle.

Juan Pablo Julca Avila 17 October 2008 (has links)
Esta tese apresenta um procedimento de identificação experimental de coeficientes hidrodinâmicos de veículos submarinos não tripulados. Apresenta-se o desenvolvimento de uma plataforma experimental para pesquisas em dinâmica, controle e navegação de veículos submarinos. A plataforma experimental inclui: 1) um veículo submarino não tripulado semi-autônomo do tipo estrutura-aberta chamado de LAURS, 2) um sistema multissensorial e multipropulsores para o controle de movimento, e 3) software e arquitetura de controle para a aquisição de dados dos sensores e o controle de movimento. A fim de deduzir as equações do movimento dinâmico do LAURS, apresenta-se a formulação geral das equações hidrodinâmicas não lineares de um veículo submarino com seis graus de liberdade. A partir destas equações gerais acopladas, são deduzidos modelos mais simples para um grau de liberdade (movimento unidirecional) e três graus de liberdade (movimento planar) do veículo. O método de estimação de parâmetros utilizado neste trabalho não requer medidas de aceleração e é baseado na aplicação da técnica dos mínimos quadrados à forma integral das equações dinâmicas do sistema. O procedimento de identificação proposto é baseado na informação dos sensores embarcados. Primeiramente, os coeficientes de arrasto são obtidos a partir de testes de velocidade constante e depois, fixando os coeficientes de arrasto do modelo matemático com estes valores obtidos, são identificados a inércia virtual e os coeficientes de acoplamento a partir de testes de velocidade variável. Nos testes de velocidade variável são aplicadas entradas de força do tipo senoidal. Apresentam-se os valores dos coeficientes hidrodinâmicos para os movimentos de avanço, deriva, arfagem, guinada e caturro do veículo, os quais foram obtidos usando o procedimento de identificação proposto. O desempenho dos modelos dinâmicos identificados é quantitativamente comparado ao movimento do veículo observado experimentalmente. Para o caso dos testes de velocidade constante em avanço e arfagem, foi feita uma comparação dos valores dos coeficientes obtidos usando a abordagem de identificação de sistemas com os dados obtidos a partir dos ensaios de reboque em tanque de provas. Os resultados obtidos validam o procedimento de identificação proposto. Além disso, são apresentados os resultados experimentais obtidos a partir de manobras do tipo zig-zag e é feita uma discussão da identificabilidade de coeficientes de modelos acoplados. Conclui-se que o procedimento de identificação proposto é eficaz na obtenção de valores reais (consistentes com a concepção física do veículo) para os coeficientes hidrodinâmicos de veículos submarinos. A fim de modelar a força hidrodinâmica que atua no veículo em avanço com movimento oscilatório e amplitudes menores do que um comprimento característico, são apresentados os resultados dos ensaios de oscilação forçada usando um mecanismo de movimento planar (MMP). Apresentam-se os valores dos coeficientes de arrasto e de inércia obtidos a partir dos ensaios em avanço no MMP para diferentes números de Keulegan-Carpenter. Os resultados mostram que os coeficientes de arrasto e de inércia para a faixa de velocidades de 0,1 até 0,8m/s dependem fortemente do número de Keulegan-Carpenter e não do número de Reynolds. A partir destes resultados, conclui-se que a amplitude da oscilação do veículo é o principal fator que causa a variação dos coeficientes hidrodinâmicos e não a velocidade do veículo. / In this work, a procedure for experimental identification of hydrodynamic coefficients of unmanned underwater vehicles is presented. At first, the development of a testbed for research on dynamics, control, and navigation of underwater vehicles is presented. This experimental platform includes: 1) a open-frame semi-autonomous unmanned underwater vehicle named LAURS, 2) a multi-sensorial and multi-thruster system for motion control, and 3) software and control architecture for sensor data logging and motion control. In order to derive the LAURS dynamic motion equations, the general formulation of the nonlinear hydrodynamic equations of motion of an underwater vehicle with six degree of freedom is initially presented. From these general coupled equations, simpler formulations with one (unidirectional movement) and three degrees of freedom (planar movement) are derived. The parameter estimation method does not require acceleration measurements and is based on the application of the least squares technique to the integral form of the system dynamic equations. The identification procedure is based on on-board sensor data. First the drag coefficients are obtained from constant velocity tests and afterwards, fixing the drag coefficients in the mathematical model with the obtained values, virtual inertia and coupling coefficients of the vehicle are identified from variable velocity tests. In the tests of variable velocity, sinusoidal force inputs are applied. Values of hydrodynamic coefficients for surge, sway, heave, yaw, and pitch motions are estimated using the proposed identification procedure. Performance of the identified dynamic models is quantitatively compared to the experimentally observed vehicle motion. In the case of constant velocity tests, for the surge and heave motions, comparisons of the hydrodynamic drag coefficient values obtained using the system identification method with data obtained from towing tank tests are presented. Obtained results corroborate for the feasibility of the proposed identification method. Moreover, experimental results obtained from zig-zag maneuvers are presented and the identifiability of coupled dynamic models is discussed. It is possible to conclude that using the proposed method actual hydrodynamic parameters might be estimated. In order to model the hydrodynamic force that acts on the vehicle, in surge motion, with oscillatory movements and with amplitudes that are smaller than or equal to the characteristic length of the LAURS, results of forced oscillation tests in a planar motion mechanism (PMM) are presented. The drag and inertia coefficient values obtained from surge motion tests in the PMM for different Keulegan-Carpenter numbers are presented and discussed. Results illustrates that drag and inertia coefficients, when the vehicle velocity is in the range of 0,1 and 0,8m/s, do not strongly depend on the Reynolds number, however, they are strongly dependent on the Keulegan-Carpenter number. In this context, we can conclude that the oscillation amplitude is the main factor that causes the variation of hydrodynamic coefficients and not the vehicle velocity.
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Avaliação da hidrodinâmica e da poluição no Canal de Piaçaguera, no Estuário de Santos-São VIcente (SP), a partir de informações ambientais e modelagem numérica / Evaluation of hydrodynamics and pollution at Piaçaguera Channel, on the Firth of Santos - São Vicente (SP), from numerical modeling and environmental information.

Caroline Nunes Parreira 11 April 2012 (has links)
Localizados na interface entre a terra e o mar, sistemas estuarinos estão propensos a grandes influências de substâncias que são introduzidas por diversas fontes, incluindo rios, deposição atmosférica, efluentes e escoamento de água superficial. Estas áreas, em geral, possuem um forte gradiente de concentração de substâncias químicas, onde essas são transformadas, retidas ou eliminadas. O Canal de Piaçaguera está inserido no Sistema Estuarino de Santos e São Vicente (SESS), localizado na Bacia Hidrográfica da Baixada Santista, situada na região Região Metropolitana da Baixada Santista (RMBS), que compreende os municípios de Cubatão, Santos, São Vicente, Guarujá e Praia Grande. No SESS foram implantadas, na década de 50, diversas indústrias de base (siderurgia, petroquímica e de fertilizantes), que assim como o Porto de Santos, maior da América Latina, detém alto potencial poluidor, o que fez desse estuário um grande receptor de resíduos tóxicos e efluentes líquidos contaminados. A região do Canal de Piaçaguera, área considerada mais crítica em termos de poluição desse estuário, recebe efluentes de diversas indústrias e tem como outras importantes fontes poluidoras as atividades de dragagem, deposição atmosférica, águas provenientes de drenagem superficial, esgotos clandestinos e o Porto de Santos. O presente trabalho buscou ampliar o conhecimento da poluição das águas superficiais do Canal de Piaçaguera e verificar a influência da hidrodinâmica na contaminação dessa área e em outras áreas do estuário. Primeiramente foi realizada uma avaliação dos dados de qualidade das águas superficiais da Companhia Ambiental do Estado de São Paulo (Cetesb) medidos em pontos dos rios Mogi, Piaçaguera e Cubatão, os quais despejam suas águas no canal, dos anos de 2000 a 2010. Para estimar as concentrações e área atingidas foram realizadas simulações da dispersão de poluentes em pontos dentro e fora do canal, a partir da modelagem numérica acoplada, de hidrodinâmica e dispersão. O diagnóstico de qualidade da água indica comprometimento da qualidade ambiental dos corpos dágua estudados, visto que apresentam teores acentuados de poluentes diversos e de fontes difusas, destacando-se as industriais e dos terminais portuários. O rio Piaçaguera contribuiu com o maior número de poluentes e mais elevada concentração deles. A modelagem demonstrou que o Canal de Piaçaguera apresenta circulação com energia bem menor que outras áreas do estuário, sendo notório o menor espalhamento de poluentes nessa área, de modo que a baixa velocidade das correntes no Canal é associada a menor dispersão de partículas. Considerando o lançamento contínuo de poluentes e fatores agravantes como, baixa hidrodinâmica, a bioacumulação e resuspensão dos sedimentos contaminados, é evidente que essa área necessita de maior controle e rigidez na disposição dos materiais com alto potencial poluidor. / Located at the interface between land and sea, estuarine systems are prone to large influences of substances that are introduced by various sources, including rivers, atmospheric deposition, wastewater and surface water runoff. These areas generally have a strong concentration gradient of chemicals where these are transformed, retained or eliminated. The Piaçaguera\'s channel is inserted at the estuarine system of Santos and São Vicente (SESS), located in the Santos Basin, located in the metropolitan area of Santos (RMBS), which includes the cities of Cubatao, Santos, Sao Vicente, Guaruja and Praia Grande. At the SESS were implanted, in the 1950s, several basic industries (steel, petrochemicals and fertilizers), that as the Port of Santos, Latin America\'s largest, has high pollution potential as well as the Port of Santos, what made this a great receiver estuary of toxic waste and contaminated wastewater. The region Piaçagueras channel, an area considered most critical in terms of pollution of the estuary receives effluents from various industries and its other major pollution sources of dredging activities, atmospheric deposition, water from surface drainage, underground running down and the Port of Santos . This study aimed to expand knowledge of the pollution of surface waters of the Channel Piaçaguera and the influence of hydrodynamics on the contamination of the area. We first carried out an evaluation of the data quality of surface waters of the State Environmental Company of São Paulo (Cetesb) at the points measured in the river Mogi, Piaçaguera and Cubatão, which discharge their waters into the canal, of the years 2000 to 2010. To estimate the concentrations and area affected were carried out simulations of pollutant dispersion in points inside and outside the channel from the coupled numerical modeling of hydrodynamics and dispersion. The diagnosis of water quality indicates impairment of environmental quality of the water bodies studied, since they exhibit high values concentration of various pollutants and diffuse sources, especially the industrial and port terminals. The river Piaçaguera contributed the largest number of pollutants and the higher their concentration theirs. The modeling demonstrated that the Piaçagueras channel has circulation with far less energy than other areas of the estuary, being remarkable the lowest spread of pollutants in this area, so that the low kinetic energy of currents in the channel is associated with a lower dispersion of particles. Considering the continuous discharge of pollutants and aggravating factors such as low hydrodynamics, bioaccumulation and resuspension of contaminated sediments, it is clear that this area needs greater rigidity in the control and disposal of materials with high pollution potential.
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Modelagem hidrodinâmica unidimensional da passagem de onda de cheia em um córrego urbano considerando escoamento transcrítico / One-dimensional hydrodynamic modeling of flood wave passage in an urban stream considering transcritical flow

Negrão, Anne Caroline 09 October 2015 (has links)
A compreensão, monitoramento e simulação da dinâmica da rede de drenagem de um centro urbano, inclusive os rios, podem auxiliar a análise de risco e o desenvolvimento e correção de projetos de rede de drenagem urbana. Entretanto, a simulação de rios urbanos é um grande desafio, devido a rápida variação das condições de escoamento (nível d\'água e velocidade) durante a passagem de onda de cheia, trazendo dificuldades tanto no monitoramento como na modelagem. Por se tratar de escoamentos não permanentes com significativo efeito de histerese da relação nível-vazão, torna-se necessária a utilização de modelos hidrodinâmicos. Além disso, a possível ocorrência de escoamento transcrítico aumenta a complexidade de representação do problema. Neste trabalho, um modelo hidrodinâmico capaz de resolver escoamentos transcríticos foi desenvolvido com o objetivo de simular eventos de passagem de onda de cheia em rios urbanos. O modelo, implementado na linguagem Fortran, foi baseado nas equações unidimensionais completas de Saint-Venant e utiliza o esquema de resolução de Preissmann adaptado por um redutor dos termos de inércia. Isso permitiu a resolução de escoamentos transcríticos, conforme comprovado em problemas teóricos padrões. Na aplicação prática do modelo, eventos de onda de cheia foram monitorados em um trecho do canal do córrego do Gregório na cidade de São Carlos, São Paulo, e simulações foram realizadas considerando apenas dados de níveis. Os resultados obtidos foram satisfatórios (Eficiência de Nash-Sutcliffe acima de 0,7) e permitiram a utilização das vazões estimadas para a proposição de uma curva-chave para o córrego. A metodologia aplicada neste trabalho se mostrou promissora para a definição de curva-chave de rios urbanos que apresentam dificuldades de medição de vazão. / The recognition, monitoring and simulation of the drainage system\'s dynamics of an urban center, including rivers, can assist in the risk assessment and the development and correction of urban drainage network projects. However, the simulation of urban rivers is a great challenge, due to the rapid variation of the flow conditions (water level and velocity) during the passing of flood waves, and poses difficulties for their monitoring and modeling. The use of a hydrodynamic model becomes necessary, as the flow is unsteady and produces a hysteresis effect of stage-discharge relation. Furthermore, the possible occurrence of transcritical flow increases the complexity of the problem representation even more. This manuscript addresses the development of a hydrodynamic model that solves transcritical flows and simulates flood wave events in urban rivers. The model, implemented in the Fortran programming language, was based on the one-dimensional complete equations of Saint Venant and uses the Preissmann scheme of resolution adapted by a reduction factor of the inertial terms. Such features enabled the resolution of transcritical flows, as evidenced in standard theoretical problems. In a practical application of the model, flood wave events were monitored in the Gregório creek in São Carlos, São Paulo, and simulations were performed only with level data. The results were satisfactory (Nash-Sutcliffe efficiency above 0.7) and enabled the use of the flows estimated for the proposal of a rating curve for the creek. The methodology applied has shown promising for the definition of a rating curve for urban rivers of difficult flow measurements.
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Modelagem hidrodinâmica unidimensional da passagem de onda de cheia em um córrego urbano considerando escoamento transcrítico / One-dimensional hydrodynamic modeling of flood wave passage in an urban stream considering transcritical flow

Anne Caroline Negrão 09 October 2015 (has links)
A compreensão, monitoramento e simulação da dinâmica da rede de drenagem de um centro urbano, inclusive os rios, podem auxiliar a análise de risco e o desenvolvimento e correção de projetos de rede de drenagem urbana. Entretanto, a simulação de rios urbanos é um grande desafio, devido a rápida variação das condições de escoamento (nível d\'água e velocidade) durante a passagem de onda de cheia, trazendo dificuldades tanto no monitoramento como na modelagem. Por se tratar de escoamentos não permanentes com significativo efeito de histerese da relação nível-vazão, torna-se necessária a utilização de modelos hidrodinâmicos. Além disso, a possível ocorrência de escoamento transcrítico aumenta a complexidade de representação do problema. Neste trabalho, um modelo hidrodinâmico capaz de resolver escoamentos transcríticos foi desenvolvido com o objetivo de simular eventos de passagem de onda de cheia em rios urbanos. O modelo, implementado na linguagem Fortran, foi baseado nas equações unidimensionais completas de Saint-Venant e utiliza o esquema de resolução de Preissmann adaptado por um redutor dos termos de inércia. Isso permitiu a resolução de escoamentos transcríticos, conforme comprovado em problemas teóricos padrões. Na aplicação prática do modelo, eventos de onda de cheia foram monitorados em um trecho do canal do córrego do Gregório na cidade de São Carlos, São Paulo, e simulações foram realizadas considerando apenas dados de níveis. Os resultados obtidos foram satisfatórios (Eficiência de Nash-Sutcliffe acima de 0,7) e permitiram a utilização das vazões estimadas para a proposição de uma curva-chave para o córrego. A metodologia aplicada neste trabalho se mostrou promissora para a definição de curva-chave de rios urbanos que apresentam dificuldades de medição de vazão. / The recognition, monitoring and simulation of the drainage system\'s dynamics of an urban center, including rivers, can assist in the risk assessment and the development and correction of urban drainage network projects. However, the simulation of urban rivers is a great challenge, due to the rapid variation of the flow conditions (water level and velocity) during the passing of flood waves, and poses difficulties for their monitoring and modeling. The use of a hydrodynamic model becomes necessary, as the flow is unsteady and produces a hysteresis effect of stage-discharge relation. Furthermore, the possible occurrence of transcritical flow increases the complexity of the problem representation even more. This manuscript addresses the development of a hydrodynamic model that solves transcritical flows and simulates flood wave events in urban rivers. The model, implemented in the Fortran programming language, was based on the one-dimensional complete equations of Saint Venant and uses the Preissmann scheme of resolution adapted by a reduction factor of the inertial terms. Such features enabled the resolution of transcritical flows, as evidenced in standard theoretical problems. In a practical application of the model, flood wave events were monitored in the Gregório creek in São Carlos, São Paulo, and simulations were performed only with level data. The results were satisfactory (Nash-Sutcliffe efficiency above 0.7) and enabled the use of the flows estimated for the proposal of a rating curve for the creek. The methodology applied has shown promising for the definition of a rating curve for urban rivers of difficult flow measurements.

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