Using a modular approach, a vascularized tissue construct is created by embedding functional cells within submillimeter-sized collagen cylinders (modules) while the outside surfaces are seeded with endothelial cells (EC). The void spaces created by randomly packing modules into a container form EC-lined perfusion channels. Upon implantation, the tissues are remodeled by and integrated into the host and experience, to some degree, immune and inflammatory responses. This work utilized microfluidic techniques to study and model the tissue remodeling in vitro in the absence of the host response. When the construct’s tortuous perfusion channels were reproduced in poly(dimethylsiloxane) microfluidic devices and lined with EC, perfusion at higher flow rates reduced EC activation and maintained the desired quiescent EC phenotype. When applying these results to collagen constructs, higher flow rates were not achievable due to the weak mechanical properties of collagen. To increase the collagen’s mechanical strength, a semi-synthetic collagen/poloxamine-methacrylate hydrogel was examined but due to its heterogeneous surface composition, there was inadequate EC attachment and the material was deemed unsuitable for this application. Proceeding with lower flow rates, tissues assembled within microfluidic perfusion chambers from EC-seeded collagen modules showed that over the course of 24 hours, perfusion did not significantly increase activation but instead increased KLF2 expression, a transcription factor involved in the establishment of EC quiescence, and disrupted VE-cadherin bonds between adjacent EC. However, after 1 week of perfusion, the majority of EC were lost. To ameliorate this loss, mesenchymal stromal cells (MSC) were embedded within the modules in order to take advantage of their anti-apoptotic and immunomodulation effects. The MSC temporarily mitigated the loss of the EC but did not prevent it. They did, however, take on a phenotype similar to smooth muscle cells and migrated towards the EC. Perhaps this indicates that the combination of EC, MSC and perfusion drives the creation and assembly of pseudo vessels. Together, the microfluidic techniques used in this study to assemble and perfuse modular tissues revealed new insights into the remodeling process and exposed critical issues surrounding the adaptation of the EC to the combination of perfusion, remodeling and changing flow fields.

Investigations into the turbulent flows in uniform and nonuniform open channels by previous researchers have demonstrated the requirement and importance of understanding the turbulence structures and energy losses due to irregularity in non- uniform open channels. Responding to this requirement, the turbulent flow in one special non-uniform open channel has been studied both experimentally and numerically. This non-uniform open channel was designed so that its width and bed level vary while its cross-sectional area below the water surface keeps constant. An upstream uniforzn open channel is attached to the non-uniform open channel to establish fully developed turbulent flow conditions. A downstream uniform channel is also attached for control of water depth and downstream flow condition. The experimental study consisted of measurements of turbulent velocity field with a LDV (Laser Doppler Velocimetry) and measurements of boundary shear stress (BSS) with Roving Preston tubes in the experimental channel. Turbulent velocity components in the longitudinal and vertical directions were measured with the LDV in forward scattering mode and the laser beams were focused from the channel side wall into the water. Turbulent velocity components in the longitudinal and transverse directions were measured with the LDV in back scattering mode and the laser beams are focused from above the water surface into the water. Both the forward scattering mode measurements and the back scattering mode measurements were taken at two cross sections in the upstream uniform open-channel and at twelve cross sections in the nonuniform open channel. Obtained data include mean longitudinal velocity U, transverse velocity V, vertical velocity W, turbulence intensities u^2, v^2, w^2, and Reynolds shear stresses -uv and -uw. The chief results of these measurements are: 1) There is no separation of flow in the nonuniform open channel. 2) As flow passes from wider and shallower section to narrower and deeper section, it responds as though it experiences contraction in horizontal planes and expansion in vertical planes. The reverse occurs as flow passes from narrower and deeper section to wider and shallower section; 3) The secondary currents in the nonuniform open channel are combinations of the effects of pure contraction and expansion of channel boundaries and the effects of the vortex kind secondary currents; 4) Turbulence intensities in the non-uniform open channel show similar distribution patterns to that in the uniform open-channel but their magnitudes change due to the change of channel shape; 5) Negative values of the Reynolds shear stresses, -uw, appear at the free surface and may extend to a large depth below the free surface in the nonuniform open channel. Boundary shear stresses in the experimental channel were measured with Roving Preston tubes. The use of the Roving Preston tubes was preceded with calibrations of themselves in air pipe flow and calibrations of a special pressure transducer in air and in water. Delicate measurement procedures were designed for measurements of BSS in the nonuniform open channel. The BSS were measured at one cross section in the uniform open-channel and at twelve cross sections in the nonuniform open channel. The chief results of these measurements are: 1) The irregularity of the nonuniform open channel significantly affects the distribution of the BSS but the total shear force has little change; 2) The effect of the secondary currents on the BSS is very similar to the effect of secondary currents on the ESS in uniform open channel; 3) The irregularity in the non-uniform open channel does not cause extra energy loss since there is no flow separation. The numerical study made use of a FEM (finite element method) commercial package FIDAP to simulate the turbulent flows in the experimental channel. These simulations are carried out with Speziale's eddy-viscosity anisotropic k-E model, the standard k-E model, and the RNG model. With each model, simulations were undertaken for four consecutive uniform channels of 5 m length so that fully developed turbulent flow conditions were established before entering into the simulation of flow in the non- uniform channel. In all simulations the free surfaces were fixed. Simulation results include U, V, W, k, and E. For turbulent flow in the uniform channel, only Speziale's model is capable of predicting qualitatively correct secondary currents. For turbulent flow in the non-uniform open channel, all three models gave similar simulation results. The calculated distribution patterns of U and W are in agreement with measurements except near the free surface but differences exist in magnitude. None of the three models was capable of modelling the transverse velocity V in the nonuniform open channel correctly. Further simulations are necessary with movable free surface and better boundary condition for the energy dissipation rate s in order to achieve better agreement with the experimental values, especially near the free surface.

Les procédés de séparation membranaire, utilisés couramment dans de nombreux domaines industriels, comme l’agro-alimentaire, le traitement des eaux ou les biotechnologies, sont de plus en plus mis en œuvre dans le domaine des bioraffineries. L’ultrafiltration tangentielle, par exemple, montre un fort potentiel dans l’étape de séparation des matières premières comme les nanocristaux de cellulose pour les transformer en biomasse. Cependant, l’augmentation de la concentration en particules à la surface de la membrane limite ce procédé, entrainant la formation des phénomènes de polarisation de concentration et de colmatage, réduisant les performances de filtration. Ces travaux de thèse ont pour objectif d’améliorer la compréhension des mécanismes de formation de ces phénomènes. Deux méthodes de caractérisation couvrant les échelles nanométriques à micrométiques ont été mises au point, grâce au développement de cellules de filtration couplant l’ultrafiltration à la diffusion de rayons X aux petits angles d’une part, et à la micro vélocimétrie par images de particules d’autre part. Ces mesures effectuées in-situ lors de la filtration tangentielle de suspensions de nanocristaux de cellulose et d’argile de Laponite, ont permis de caractériser l’organisation structurale et le champ hydrodynamique au sein des couches de polarisation. La corrélation de ces résultats avec les lois de comportement rhéologique des suspensions ont permis d’accéder pour la première fois aux champs de contraintes dans les couches de polarisation de concentration et de colmatage lors du procédé. / Membrane separation processes commonly used in several industrial applications, like bio and agro industries, waste water and clean water treatments, are more and more exploited in biorefinery. As an example, cross-flow ultrafiltration process shows a high potential in separation protocol of raw feed components like cellulose nanocrystals to produce biomass. This process is limited by the increase of particles concentration at the membrane surface, which conducts to phenomena named concentration polarization and fouling, which decrease the filtration performance. The PhD work objective is to bring a better understanding of the mechanisms involved in the formation of these phenomena. Two characterization methods covering length scales from nanometer to micrometer have been developed thanks to new designed tangential ultrafiltration cells allowing to link the ultrafiltration process to small angle X rays scattering and to micro particle image velocimetry. These measurement performed in-situ during ultrafiltration of nanocrystal celluloses and Laponite clay suspensions have allowed characterizing the structural organization and the velocity field within the concentration polarization layers. The correlation of these results with the rheological behavior properties of the suspensions, have permitted to access for the first time to the stress field within the concentration polarization and fouling layer during the tangential ultrafiltration process.

Orientador: Geraldo de Freitas Maciel / Resumo: No contexto de Desastres "Naturais", as corridas de lama têm sido objeto de estudo devido ao seu poder erosivo e, muitas vezes, destrutivo, acarretando perdas materiais vultosas e ceifando vidas. Nestes escoamentos, quando em condições favoráveis de vazão, inclinação e reologia do fluido, podem surgir instabilidades que se propagam em forma de trem de ondas na superfície, denominadas roll waves. A literatura acerca do assunto trata, geralmente, dos critérios de geração, estabilidade, e determinação das características principais do fenômeno, como amplitude, comprimento e celeridade de onda. Nesta dissertação buscou-se estudar a tensão de cisalhamento no fundo na presença de roll waves, em duas vertentes: a primeira apresenta as roll waves em água limpa, baseando-se no trabalho clássico de Dressler (1949); a segunda, dando continuidade aos trabalhos do Grupo de Pesquisa de Reologia de Materiais Viscosos e Viscoplástcos (Grupo RMVP), focou no estudo de roll waves desenvolvendo-se em fluidos do tipo Herschel-Bulkley, em duas situações - canal de fundo impermeável e fundo com condição de permeabilidade, grande contribuição desta dissertação. Os modelos matemáticos foram desenvolvidos com base nas equações de águas rasas, cuja implementação numérica permitiu confrontar resultados experimentais e numéricos, que apresentaram boa aderência. Para o modelo com condição de permeabilidade no fundo, verificou-se a influência do fator de porosidade nas características das roll waves (ampli... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Mudflows have been the focus of studies because of their erosive ability and often destructive power, causing material losses and taking away lives. Under favorable conditions of discharge, slope, disturbance, and rheology, these flows can develop a specific type of instability that is propagated downstream as shock waves, called roll waves. Most of the roll waves literature provides information on generation criteria, stability, and information of amplitudes, wavelengths, and celerity. This works brings a study of bottom shear stress in pulsating flows (roll waves) in 2 parts. In the first part, we present roll waves in clean water, based on Dressler’s work. In the second part, we continue the works of research team about roll waves developing in Herschel-Bulkley fluid under 2 conditions: impermeable bottom and porous bed. The mathematical models developed were based on shallow water equations. The results of these models were compared to Fluent and experimental results, showing a good agreement. For the mathematical model with porous bed condition, we evaluated the effect of porosity factor in properties of roll waves, and we observed that the amplitude of the roll wave usually increases, whereas the length and the celerity decrease with the presence of this factor. Finally, considering an impermeable bottom, the bottom shear stress presented an increase of 12% to 27%, depending on nature (laminar-turbulent) and dynamics (Froude number) of flow. Taking in account a porous b... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Os mecanismos de transposição de peixes (MTP) são estruturas ou sistemas que possibilitam a migração da ictiofauna entre as partes de jusante/montante/jusante de uma barragem. As escadas para peixes representam um dos tipos de MTP mais conhecidos no mundo e apresentam diversas configurações geométricas. A escolha do tipo de escada deve atender às características natatórias dos peixes selecionados para transporem o obstáculo. Para algumas espécies, como o salmão, já se conhecem geometrias adequadas, entretanto, para a maioria das espécies isto não ocorre e muitos projetos têm demonstrado desempenho insatisfatório. No Brasil, encontra-se uma imensa diversidade de espécies de peixes, cujas características natatórias diferem em muito das apresentadas pelos salmonídeos. Este fato, associado à crescente exigência da implantação de MTP nos barramentos, através de leis estaduais ambientais, torna necessária a definição de estruturas adequadas à ictiofauna brasileira. A validação dos critérios de projeto passa, obrigatoriamente, por estudos que avaliem as características hidráulicas das estruturas propostas e a interação do fluxo com os padrões natatórios da ictiofauna. O número de pesquisas relacionadas ao funcionamento hidráulico de escadas para peixes vem crescendo, entretanto ainda são insuficientes, não existindo um consenso sobre os critérios, seja para sua caracterização completa, seja para definir sobre quais parâmetros devem ser considerados. Os padrões de turbulência do escoamento em escadas para peixes, cujas características supõem-se relacionarem-se com o grau de aceitação ou rejeição das espécies, são praticamente desconhecidos. Neste trabalho realizou-se a caracterização hidráulica através do estudo experimental, de três tipos de escadas para peixes: (1) com ranhura vertical; (2) com descarregador de superfície e (3) com orifício de fundo. As estruturas foram construídas nos laboratórios do Instituto de Pesquisas Hidráulicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul – IPH/UFRGS e no Laboratório Nacional de Engenharia Civil – LNEC – Portugal. As seguintes medições foram realizadas: velocidades em três direções, em diferentes planos dos tanques, com velocímetros acústicos Doppler (ADV) e níveis de água da superfície livre com pontas linimétricas e réguas graduadas. Para a estrutura com ranhura vertical ainda foram medidas as pressões médias e suas flutuações, junto ao fundo do canal, com transdutores piezoresistivos. Para cada uma das estruturas realizaram-se ensaios com três descargas. Além de definidas as características médias do escoamento, os dados de velocidades, que passaram por um processo de aplicação de filtros sem substituição, possibilitaram a avaliação de parâmetros de turbulência, entre eles a energia cinética da turbulência, a intensidade da turbulência e as tensões de Reynolds. No modelo da escada para peixes com ranhuras verticais verificou-se que os parâmetros hidráulicos estão de acordo com estruturas similares da bibliografia, entre eles, coeficiente de descarga, vazão adimensional e coeficiente de cisalhamento. Os campos de pressão junto ao fundo refletem o comportamento da superfície livre do escoamento. Através do mapeamento das velocidades dentro do tanque da escada do tipo ranhura vertical, foi possível caracterizar as duas zonas de recirculação e a região do jato principal. Os máximos valores médios de velocidade encontram-se na seção da ranhura, não excedendo 1,00 m/s (no modelo). Além disso, foi possível reconhecer as regiões de maior energia cinética da turbulência que apresentaram valores de até 1000 cm2/s2 na região do jato principal, as quais coincidem com as zonas de maiores tensões de Reynolds da ordem de até 30 N/m2. A partir das velocidades médias e em função das velocidades de nado dos peixes obtidos na literatura, foi possível a identificação de locais que atuam como “barreiras” ao deslocamento de determinada espécie. A avaliação qualitativa do comportamento da trajetória dos peixes dentro dos tanques mostrou-se de acordo com a definição destas “barreiras” hidráulicas e com a avaliação do comportamento dos campos de energia cinética da turbulência e das tensões de Reynolds. No modelo da escada do tipo descarregador de superfície observaram-se as máximas velocidades médias sobre o descarregador, com valores de até 1,73 m/s. Verifica-se que na maior parte do tanque as velocidades médias não ultrapassam 40% da velocidade potencial. Foram encontrados valores de energia cinética da turbulência até 2000 cm2/s2, com valores na maior parte do tanque em torno de 200 cm2/s2. Quanto aos campos de tensões de Reynolds, têm-se, na maior parte do tanque, os valores entre −5 e 5 N/m2, sendo que na região do jato mergulhante, os valores chegam até 30 N/m2. Na escada com orifícios de fundo verificaram-se as maiores velocidades médias nos planos sob influência do fluxo principal proveniente do orifício. Não foi possível a medição da velocidade na seção da abertura, sendo que os valores medidos no tanque não ultrapassaram 50% da velocidade potencial. Os máximos valores de energia cinética da turbulência atingem até 2000 cm2/s2 junto ao fundo, enquanto na região central do tanque, o valor médio é um pouco inferior a 200 cm2/s2. Os valores de tensão de Reynolds encontram-se entre −30 e 30 N/m2, com a maioria das regiões entre −5 e 5 N/m2. Os valores máximos e médios de energia cinética da turbulência e tensões de Reynolds para os modelos com descarregador de superfície e com orifício de fundo encontram-se na mesma faixa. Isto indica que, sob o ponto de vista técnico, possivelmente o critério de escolha entre essas duas estruturas recai nas características da ictiofauna. A passagem com ranhura vertical permite a escolha da profundidade preferencial de nado. No entanto, nessa estrutura, verificase que as componentes médias e turbulentas, nas regiões de descanso, comparando-as com os valores máximos do jato principal, são superiores proporcionalmente, às observadas nas zonas de recirculação das outras duas estruturas. As informações biológicas disponíveis na literatura não permitem a definição de condições preferenciais em relação aos parâmetros de turbulência entre as estruturas aqui avaliadas. No entanto, as informações obtidas nesse trabalho indicam que a energia cinética da turbulência e as tensões de Reynolds podem ser indicativos da tolerância ou preferência dos peixes até certos níveis de turbulência. / Fish facilities are structures or systems that enable fish passage through dams or obstructions. Fishways represent one of the most common fish facilities types worldwide, presenting different geometries and designs. The choice and design of these structures must attend the fish swimming performance and biological characteristics. For some species, as salmon, there are defined designs that can be successfully applied, however, that does not occur for the majority of the species and many projects have showed unsatisfactory efficiency. In Brazil, there is an immense diversity of fish species, whose swimming characteristics are strongly different than the other known species like the salmons. This fact, associated with the increasing requirement of fish facilities implantation in dams, mainly through environmental State Laws, requires the definition of structures adapted to the Brazilian fish. The design criteria validation needs, necessarily, studies to evaluate hydraulic characteristics on structure proposals and the interaction of the flow with swimming abilities. The number of researches related to the hydraulic functioning of fishways is increasing, however they are still insufficient and there is not a consensus on the criteria, either for its complete characterization, either to define which parameters should be considered. The flow turbulence patterns in fishways, whose characteristics are assumed to be related with the degree of acceptance or rejection of the species, are practically unknown. In this study a hydraulic characterization was carried out through an experimental study, including three kinds of fishways: (1) with vertical slots; (2) with rectangular notches and (3) with bottom orifices. The facilities were set up in the Hydraulic Research Institute of the Federal University of Rio Grande do Sul (IPH/UFRGS) and in the National Laboratory of Civil Engineering – LNEC - Portugal. The following measurements were carried out: three-direction velocities, in a 3D-mesh in one pool of each structure, with Acoustic Doppler Velocimeters and water level of the free surface with a point gauge and scales. In the vertical slot fishway it was carried out complementary measurements of pressure in the bottom of the channel, with transducers. For each structure three discharges were tested. Besides defining the mean flow characteristics, the velocity time data, filtered (through a digital process) without substitution, allowed to analyze some turbulence parameters, as turbulence kinetic energy, turbulence intensity and Reynolds’ shear stresses. In the vertical slot fishway model it was verified that the hydraulic parameters are in agreement with similar structures of the literature, among them, discharge coefficient, adimensional discharge and friction factor. The bottom pressure field agrees with the behavior of the free-surface flow. Two recirculation zones and the area of the main jet were characterized through the velocities distribution inside the vertical slot fishway pool. The maximum mean velocity values were found in the slot section, not exceeding 1.00 m/s (in the model). Moreover, it was possible to recognize the areas with larger turbulence kinetic energy that presented values of up to 1000 cm²/s² in the main jet area, which correspond to the largest Reynolds’ shear stresses values of up to 30 N/m². Considering mean velocities data and fish swimming capabilities, it was possible to identify regions that are insurmountable by the fish. The qualitative approach of the fish trajectory inside the structure agrees with the insurmountable regions described through mean velocities and with the distribution of turbulence kinetic energy and Reynolds’ stresses. In the fishway model with rectangular notches, the maximum mean velocities were observed on the weir, with values of up to 1.73 m/s. In the major part of the pool, mean velocities do not surpass 40% of the potential velocity. Values up to 2000 cm²/s² for turbulence kinetic energy were found, with values in the major part of the pool close to 200 cm²/s². For Reynolds’ stresses, the major part of the structure works with values in the range of −5 and 5 N/m², and in the jet entrance pool region the values are of up to 30 N/m². In the fishway with bottom orifices the largest mean velocities were verified in the plans under influence of the main flow connecting consecutive orifices. The measurement of the velocities in the orifice section was not possible and the values measured in the pool did not exceed 50% of the potential velocity. The maximum values of turbulence kinetic energy reached up to 2000 cm²/s² close to the bottom channel, while in the central area of the pool, the mean value is lower than 200 cm2/s2. The values of Reynolds’ shear stresses are between −30 and 30 N/m2, with the major part between−5 and 5 N/m2. The maximum and mean values of turbulence kinetic energy and Reynolds’ stresses in the models with rectangular notches and with orifice are in the same range. It indicates that the choice between these two structures relapses in the fish swimming characteristics. The passage with vertical slot allows the choice of the swimming depth preference. However, in the resting areas of this structure, it is verified that the mean and turbulent components when compared with the maximum values of the main jet, are higher proportionally, to the ones observed in the recirculation zones of the other two structures. The biological information available in the literature does not allow the definition of preferential conditions in relation to the turbulence parameters among the structures here appraised. However, the information obtained in this work indicates that the turbulence kinetic energy and Reynolds’ shear stress can be indicatives of the tolerance or preference of the fish to certain turbulence levels.

Os mecanismos de transposição de peixes (MTP) são estruturas ou sistemas que possibilitam a migração da ictiofauna entre as partes de jusante/montante/jusante de uma barragem. As escadas para peixes representam um dos tipos de MTP mais conhecidos no mundo e apresentam diversas configurações geométricas. A escolha do tipo de escada deve atender às características natatórias dos peixes selecionados para transporem o obstáculo. Para algumas espécies, como o salmão, já se conhecem geometrias adequadas, entretanto, para a maioria das espécies isto não ocorre e muitos projetos têm demonstrado desempenho insatisfatório. No Brasil, encontra-se uma imensa diversidade de espécies de peixes, cujas características natatórias diferem em muito das apresentadas pelos salmonídeos. Este fato, associado à crescente exigência da implantação de MTP nos barramentos, através de leis estaduais ambientais, torna necessária a definição de estruturas adequadas à ictiofauna brasileira. A validação dos critérios de projeto passa, obrigatoriamente, por estudos que avaliem as características hidráulicas das estruturas propostas e a interação do fluxo com os padrões natatórios da ictiofauna. O número de pesquisas relacionadas ao funcionamento hidráulico de escadas para peixes vem crescendo, entretanto ainda são insuficientes, não existindo um consenso sobre os critérios, seja para sua caracterização completa, seja para definir sobre quais parâmetros devem ser considerados. Os padrões de turbulência do escoamento em escadas para peixes, cujas características supõem-se relacionarem-se com o grau de aceitação ou rejeição das espécies, são praticamente desconhecidos. Neste trabalho realizou-se a caracterização hidráulica através do estudo experimental, de três tipos de escadas para peixes: (1) com ranhura vertical; (2) com descarregador de superfície e (3) com orifício de fundo. As estruturas foram construídas nos laboratórios do Instituto de Pesquisas Hidráulicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul – IPH/UFRGS e no Laboratório Nacional de Engenharia Civil – LNEC – Portugal. As seguintes medições foram realizadas: velocidades em três direções, em diferentes planos dos tanques, com velocímetros acústicos Doppler (ADV) e níveis de água da superfície livre com pontas linimétricas e réguas graduadas. Para a estrutura com ranhura vertical ainda foram medidas as pressões médias e suas flutuações, junto ao fundo do canal, com transdutores piezoresistivos. Para cada uma das estruturas realizaram-se ensaios com três descargas. Além de definidas as características médias do escoamento, os dados de velocidades, que passaram por um processo de aplicação de filtros sem substituição, possibilitaram a avaliação de parâmetros de turbulência, entre eles a energia cinética da turbulência, a intensidade da turbulência e as tensões de Reynolds. No modelo da escada para peixes com ranhuras verticais verificou-se que os parâmetros hidráulicos estão de acordo com estruturas similares da bibliografia, entre eles, coeficiente de descarga, vazão adimensional e coeficiente de cisalhamento. Os campos de pressão junto ao fundo refletem o comportamento da superfície livre do escoamento. Através do mapeamento das velocidades dentro do tanque da escada do tipo ranhura vertical, foi possível caracterizar as duas zonas de recirculação e a região do jato principal. Os máximos valores médios de velocidade encontram-se na seção da ranhura, não excedendo 1,00 m/s (no modelo). Além disso, foi possível reconhecer as regiões de maior energia cinética da turbulência que apresentaram valores de até 1000 cm2/s2 na região do jato principal, as quais coincidem com as zonas de maiores tensões de Reynolds da ordem de até 30 N/m2. A partir das velocidades médias e em função das velocidades de nado dos peixes obtidos na literatura, foi possível a identificação de locais que atuam como “barreiras” ao deslocamento de determinada espécie. A avaliação qualitativa do comportamento da trajetória dos peixes dentro dos tanques mostrou-se de acordo com a definição destas “barreiras” hidráulicas e com a avaliação do comportamento dos campos de energia cinética da turbulência e das tensões de Reynolds. No modelo da escada do tipo descarregador de superfície observaram-se as máximas velocidades médias sobre o descarregador, com valores de até 1,73 m/s. Verifica-se que na maior parte do tanque as velocidades médias não ultrapassam 40% da velocidade potencial. Foram encontrados valores de energia cinética da turbulência até 2000 cm2/s2, com valores na maior parte do tanque em torno de 200 cm2/s2. Quanto aos campos de tensões de Reynolds, têm-se, na maior parte do tanque, os valores entre −5 e 5 N/m2, sendo que na região do jato mergulhante, os valores chegam até 30 N/m2. Na escada com orifícios de fundo verificaram-se as maiores velocidades médias nos planos sob influência do fluxo principal proveniente do orifício. Não foi possível a medição da velocidade na seção da abertura, sendo que os valores medidos no tanque não ultrapassaram 50% da velocidade potencial. Os máximos valores de energia cinética da turbulência atingem até 2000 cm2/s2 junto ao fundo, enquanto na região central do tanque, o valor médio é um pouco inferior a 200 cm2/s2. Os valores de tensão de Reynolds encontram-se entre −30 e 30 N/m2, com a maioria das regiões entre −5 e 5 N/m2. Os valores máximos e médios de energia cinética da turbulência e tensões de Reynolds para os modelos com descarregador de superfície e com orifício de fundo encontram-se na mesma faixa. Isto indica que, sob o ponto de vista técnico, possivelmente o critério de escolha entre essas duas estruturas recai nas características da ictiofauna. A passagem com ranhura vertical permite a escolha da profundidade preferencial de nado. No entanto, nessa estrutura, verificase que as componentes médias e turbulentas, nas regiões de descanso, comparando-as com os valores máximos do jato principal, são superiores proporcionalmente, às observadas nas zonas de recirculação das outras duas estruturas. As informações biológicas disponíveis na literatura não permitem a definição de condições preferenciais em relação aos parâmetros de turbulência entre as estruturas aqui avaliadas. No entanto, as informações obtidas nesse trabalho indicam que a energia cinética da turbulência e as tensões de Reynolds podem ser indicativos da tolerância ou preferência dos peixes até certos níveis de turbulência. / Fish facilities are structures or systems that enable fish passage through dams or obstructions. Fishways represent one of the most common fish facilities types worldwide, presenting different geometries and designs. The choice and design of these structures must attend the fish swimming performance and biological characteristics. For some species, as salmon, there are defined designs that can be successfully applied, however, that does not occur for the majority of the species and many projects have showed unsatisfactory efficiency. In Brazil, there is an immense diversity of fish species, whose swimming characteristics are strongly different than the other known species like the salmons. This fact, associated with the increasing requirement of fish facilities implantation in dams, mainly through environmental State Laws, requires the definition of structures adapted to the Brazilian fish. The design criteria validation needs, necessarily, studies to evaluate hydraulic characteristics on structure proposals and the interaction of the flow with swimming abilities. The number of researches related to the hydraulic functioning of fishways is increasing, however they are still insufficient and there is not a consensus on the criteria, either for its complete characterization, either to define which parameters should be considered. The flow turbulence patterns in fishways, whose characteristics are assumed to be related with the degree of acceptance or rejection of the species, are practically unknown. In this study a hydraulic characterization was carried out through an experimental study, including three kinds of fishways: (1) with vertical slots; (2) with rectangular notches and (3) with bottom orifices. The facilities were set up in the Hydraulic Research Institute of the Federal University of Rio Grande do Sul (IPH/UFRGS) and in the National Laboratory of Civil Engineering – LNEC - Portugal. The following measurements were carried out: three-direction velocities, in a 3D-mesh in one pool of each structure, with Acoustic Doppler Velocimeters and water level of the free surface with a point gauge and scales. In the vertical slot fishway it was carried out complementary measurements of pressure in the bottom of the channel, with transducers. For each structure three discharges were tested. Besides defining the mean flow characteristics, the velocity time data, filtered (through a digital process) without substitution, allowed to analyze some turbulence parameters, as turbulence kinetic energy, turbulence intensity and Reynolds’ shear stresses. In the vertical slot fishway model it was verified that the hydraulic parameters are in agreement with similar structures of the literature, among them, discharge coefficient, adimensional discharge and friction factor. The bottom pressure field agrees with the behavior of the free-surface flow. Two recirculation zones and the area of the main jet were characterized through the velocities distribution inside the vertical slot fishway pool. The maximum mean velocity values were found in the slot section, not exceeding 1.00 m/s (in the model). Moreover, it was possible to recognize the areas with larger turbulence kinetic energy that presented values of up to 1000 cm²/s² in the main jet area, which correspond to the largest Reynolds’ shear stresses values of up to 30 N/m². Considering mean velocities data and fish swimming capabilities, it was possible to identify regions that are insurmountable by the fish. The qualitative approach of the fish trajectory inside the structure agrees with the insurmountable regions described through mean velocities and with the distribution of turbulence kinetic energy and Reynolds’ stresses. In the fishway model with rectangular notches, the maximum mean velocities were observed on the weir, with values of up to 1.73 m/s. In the major part of the pool, mean velocities do not surpass 40% of the potential velocity. Values up to 2000 cm²/s² for turbulence kinetic energy were found, with values in the major part of the pool close to 200 cm²/s². For Reynolds’ stresses, the major part of the structure works with values in the range of −5 and 5 N/m², and in the jet entrance pool region the values are of up to 30 N/m². In the fishway with bottom orifices the largest mean velocities were verified in the plans under influence of the main flow connecting consecutive orifices. The measurement of the velocities in the orifice section was not possible and the values measured in the pool did not exceed 50% of the potential velocity. The maximum values of turbulence kinetic energy reached up to 2000 cm²/s² close to the bottom channel, while in the central area of the pool, the mean value is lower than 200 cm2/s2. The values of Reynolds’ shear stresses are between −30 and 30 N/m2, with the major part between−5 and 5 N/m2. The maximum and mean values of turbulence kinetic energy and Reynolds’ stresses in the models with rectangular notches and with orifice are in the same range. It indicates that the choice between these two structures relapses in the fish swimming characteristics. The passage with vertical slot allows the choice of the swimming depth preference. However, in the resting areas of this structure, it is verified that the mean and turbulent components when compared with the maximum values of the main jet, are higher proportionally, to the ones observed in the recirculation zones of the other two structures. The biological information available in the literature does not allow the definition of preferential conditions in relation to the turbulence parameters among the structures here appraised. However, the information obtained in this work indicates that the turbulence kinetic energy and Reynolds’ shear stress can be indicatives of the tolerance or preference of the fish to certain turbulence levels.

Considérons un cas d’étude dans lequel les données produites par différentes techniques ont été obtenues en divers points d’une masse rocheuse où les effets topographiques sont très probablement significatifs. Les mesures ont été effectuées pour la conception du réseau hydroélectrique. Le réseau comprend une conduite hydraulique ainsi qu’une nouvelle centrale souterraine placée à mi-parcours de la conduite et sera principalement creusé dans le granite. Les diverses données ont été intégrées à un modèle continu équivalent afin d’évaluer le champ de contrainte régional et ainsi d’extrapoler les résultats des divers tests au volume de masse rocheuse concerné par le plan hydroélectrique. L'intégration des essais in situ et du modèle permet de déterminer les variations spatiales du champ de contrainte. Il est ainsi possible d’identifier le mécanisme de chargement à l’origine du champ de contrainte mesuré ainsi que le comportement rhéologique à long terme du géomatériel équivalent considéré. / A case study is considered in which data produced by different techniques have been gathered in various locations within a rock mass in which topography effects are most likely significant. Measurements were performed for the design of a re-powering scheme that includes a new hydraulic conduit and an underground cavern that will primarily be excavated in granite. An integrated approach for extrapolating the results from the various in situ tests to the rock mass volume of interest for the hydroelectric power scheme is presented. This approach includes the development of an equivalent continuum mechanics model. The integration of in situ tests and numerical modelling enables to determine the stress spatial variation which helps ascertain the loading mechanism at the origin of the measured stress field as well as the long-term rheological behavior of the equivalent geomaterial under consideration.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:19:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 VEGA_Marcelo_2014.pdf: 9141409 bytes, checksum: fd60293925ed2e6a9d8df71ece7c06f5 (MD5) Previous issue date: 2014-08-18 / Financiadora de Estudos e Projetos / It is known that the formability of aluminum alloy AA1050 is not favored when sheets are produced by conventional rolling due to the appearance of intense cube texture {100} <100> after recrystallization heat treatment. The objective of this study was to investigate whether components of shear processes can improve this property. For this work two processes of plastic deformation introducing shear stresses were selected: Equal channel angular extrusion (ECAE) and asymmetric rolling; these processes were compared to conventional rolling. In conventional rolling deformation results mainly compressive stresses. In the ECAE process shear is induced in the intersection of two channels of the same geometry that intersect by an angle &#61542; In the asymmetric rolling the shear stress is basically increased due to the speed variation between the rolls. An AA1050 aluminum sheet produced by the twin roll casting process was used in this study. The deformations were performed basically in 4 paths: i) conventional rolling, 70% reduction, ii) ECAE 1-8 passes, iii) ECAE 1-4 passes followed by conventional rolling with reduction of 70% and iv) Asymetric Rolling with reductions 30-50%. The mechanical and microstructural characterization of the deformed state was performed and the formability after annealing heat treatment was studied. ECAE deformation reduced the grain size, which measured by EBSD and transmission electron microscopy yield 1 micrometer. The evolution of equivalent strain compared with the increase of the hardness indicated a grain size stabilization of the grain/cell after four ECAE extrusion passes. After 8 passes the fraction of high angle boundaries exceeded the low-angle boundaries, ie dynamic recrystallization occurred during deformation. The texture after one pass ECAE approached the ideal texture for a 120 ° ECAE die. For deformations with 4 - 8 ECAE passes, the texture evolved into scattering the orientations having the {111} plane parallel to the surface (&#61543; fiber), and into the formation of rotated cube {100} <110> and rotated Goss {110} <110> orientations. The conventional rolling after ECAE returned the orientations to typical rolling textures: brass, copper and Goss. Deformation by asymmetric rolling with a difference of tangential velocity of 1.2 imposed shear stress, but it was necessary to decrease the reduction rate from 10% to 5% per pass in order to appreciably modify the texture. Comparing the formability of the deformed material, it was observed that ECAE increased the penetration depth in the Erichsen test, while rolling decreased the Erichsen index. Asymmetric rolling reduced the intensity of texture and destroyed the symmetry of the crystallographic orientations. The asymmetric rolled sample presented better formability than the rolled samples. After annealing, the samples of conventional rolling, with or without ECAE pre - strain, showed typical textures of annealed laminated material with high cube texture type. The &#61543; fiber was not stable in the ECAE annealed samples. Although the overall texture intensity remained low, increasing ECAE deformation before heat treatment strengthened the Goss {110} <001> orientation. For the asymmetric rolling the fiber orientations <100>// ND was scattered and both rotated cube and cube orientations were present. The lowest index of planar anisotropy was obtained in the sample annealed after four ECAE passes, representing a lower tendency to fail, This sample also presented an index of penetration in Erichsen testing of the same order of conventionally rolled sheets. It has been shown that both ECA as the asymmetric rolling deformation can significantly modify the texture of deformation and annealing, and improve the characteristics of formability of aluminum alloy 1050. This processing step should be located at the end of mechanical forming process before final annealing. / Sabe-se que a estampabilidade em ligas de alumínio AA1050 não é favorecida quando as chapas são produzidas por laminação convencional devido ao surgimento de uma textura do tipo cubo {100}<100> de forte intensidade após tratamentos térmicos de recristalização. O objetivo do trabalho foi investigar se processos com componentes de cisalhamento podem melhorar esta propriedade. Para este trabalho foram selecionados dois processos de deformação plástica que introduzem tensões de cisalhamento: Extrusão em canal angular (ECA) e Laminação assimétrica (LA); esses processos foram comparados à laminação convencional. Na laminação convencional a deformação resulta principalmente de esforços de compressão. No processo ECA o cisalhamento é imposto na intersecção de dois canais de mesma geometria que se interceptam formado um ângulo &#61542;. Na laminação assimétrica o esforço de cisalhamento é introduzido devido à variação de velocidade entre os cilindros de laminação. Partiu-se de chapas de alumínio AA1050 produzidas pelo processo Caster. As deformações foram executadas basicamente em 4 esquemas: i) Laminação convencional com 70% de redução; ii) ECA rota A de 1 a 8 passes; iii) ECA rota A de 1 a 4 passes seguido por laminação convencional com redução de 70% e iv) LA com reduções variando de 30 a 50%. Foi realizada a caracterização mecânica e microestrutural do estado deformado e foi estudada a conformabilidade após tratamento térmico de recozimento. Na deformação por ECA foi observado a redução do tamanho de grão, que medido por EBSD e por microscopia eletrônica de transmissão foi de cerca de 1 &#956;m. A evolução da deformação equivalente comparada com o aumento da dureza indicou uma estabilização do tamanho de grão/célula a partir de 4 passes. Após 8 passes a fração de contornos de alto ângulo ultrapassou a de contornos de baixo ângulo, ou seja, ocorreu recristalização dinâmica durante a deformação. A textura após um passe de ECA se aproximou da textura ideal para matriz ECA de 120°. Mas para deformações com quatro e oito passes, a textura evoluiu para uma dispersão das orientações contendo os {111} paralelos à superfície da chapa (fibra &#61543;), o aparecimento de orientações do tipo cubo rodado (100)<011> e de Goss rodado {110} <110>. A laminação convencional após ECA provocou o retorno às orientações típicas de laminação: latão, cobre e Goss. A deformação por laminação assimétrica com uma diferença de velocidade tangencial de 1,2 impôs esforços de cisalhamento, porém foi necessário diminuir a redução por passes de 10% para 5% para que o cisalhamento adicional modificasse sensivelmente a textura. Comparando a estampabilidade dos materiais deformados, observou-se que a deformação ECA aumentou a profundidade da penetração no ensaio Erichsen, enquanto que a laminação diminuiu o índice Erichsen. A laminação assimétrica reduziu a intensidade de textura e destruiu a simetria das orientações cristalográficas. Esta amostra encruada apresentou estampabilidade superior à das amostras laminadas. Após o recozimento, as amostras de laminação convencional, com ou sem pré-deformação ECA apresentaram texturas típicas de material laminado recozido com alto índice de textura tipo cubo. Nas amostras ECA a fibra &#61543; não ficou estável e teve sua intensidade reduzida. Embora a intensidade de textura total tenha permanecido baixa, o aumento de deformação ECA antes do tratamento térmico reforçou a orientação Goss {110}<001>. Já a amostra de laminação assimétrica houve dispersão das orientações na fibra <100>//ND e tanto orientações cubo como cubo rodado estavam presentes. O menor índice de anisotropia planar foi obtido na amostra de 4 passes ECA recozida (representando uma menor tendência ao orelhamento) e um índice de penetração no ensaio Erichsen da mesma ordem de chapas laminadas convencionalmente. Demostrou-se que tanto a deformação ECA quanto a laminação assimétrica podem modificar significantemente a textura de deformação e de recozimento e melhorar as características de conformabilidade da liga de alumínio 1050. Esta etapa de processamento deve estar localizada no final do processo de conformação mecânica, antes do recozimento final.

Nesse trabalho, foi analisada a redução de arrasto, a partir da utilização de duas bancadas experimentais, onde uma delas está situada no laboratório de Mecânica dos Fluidos (EPUSP) e a outra, no laboratório de Fisiologia Vascular (ICB-USP). A redução de arrasto foi investigada a partir do uso dos seguintes polímeros: poliacrilamida 1822S e 1340S, polietileno glicol (PEG4000) e óxido de polietileno (Polyox WSR-301). O comportamento reológico das soluções poliméricas do PEG4000 e das poliacrilamidas foi adquirido experimentalmente, enquanto do Polyox WSR-301 foi obtido da literatura. Esses polímeros foram utilizados na bancada experimental da EPUSP, simulador hidrodinâmico, mas somente o PEG4000 foi utilizado na bancada experimental do ICBI em leitos arteriais caudais de ratos normotensos (Wistar) e espontaneamente hipertensos (SHR). No simulador hidrodinâmico, foi estudada a redução de arrasto em escoamentos pulsáteis laminares e turbulentos, cuja faixa de Reynolds varia entre 2300 a 13700, com concentrações poliméricas que variaram entre 5 e 100 ppm, porém para o PEG4000 essa concentração atingiu valor de 5000 ppm. Em leitos arteriais caudais de ratos, a redução de arrasto foi analisada para escoamento laminar, cuja faixa de Reynolds varia entre 100 e 700, com concentração polimérica de 5000 ppm. Além disso, a redução de arrasto foi estudada na presença e ausência das células endoteliais. Simulações computacionais utilizando o método dos volumes finitos (Fluent) foram realizadas a partir dos dados obtidos da bancada experimental do ICB-I, para avaliar a distribuição da tensão de cisalhamento sobre a parede do vaso na presença e ausência das células endoteliais e do PEG4000, considerando a parede da artéria rígida. A partir dos dados obtidos da análise da viscosidade, ficou constatado que o PEG4000 com concentração de 5000 ppm e as poliacrilamidas 1822S e 1340S com concentrações de 5 e 10 ppm apresentaram comportamento de fluido Newtoniano. Para as poliacrilamidas, concentrações poliméricas acima de 10 ppm apresentaram comportamento de fluido não-Newtoniano. De acordo com a literatura, o Polyox WSR-301 apresentou comportamento de fluido Newtoniano para todas as concentrações poliméricas utilizadas nesse trabalho. O PEG4000 não apresentou o fenômeno da redução de arrasto em nenhuma concentração polimérica analisada, quando aplicado na bancada experimental da EPUSP. As poliacrilamidas e o Polyox WSR-301 apresentaram reduções de arrasto que foram dependentes do número de Reynolds e da concentração utilizada, muito embora o Polyox WSR-301 tenha se mostrado mais eficiente em promover esse fenômeno. Nos leitos arteriais caudais, o PEG4000 apresentou redução de arrasto para a concentração de 5000 ppm, que foi acentuada pela presença das células endoteliais. Os valores da tensão de cisalhamento foram maiores para o animal SHR quando comparados com o animal Wistar. Além disso, no animal Wistar, o endotélio controlou o aumento dessa tensão via produção de substâncias vasodilatadoras, mas apresentou disfunção no animal SHR. A partir dos resultados apresentados acima, podese concluir que o Polyox WSR-301 é mais eficiente para promover a redução de arrasto em tubos rígidos. Por outro lado, muito embora o PEG4000 não tenha apresentado efeito na bancada experimental da EPUSP, esse se mostrou um bom redutor de arrasto em leitos arteriais caudais, tendo sua ação intensificada pela presença das células endoteliais. / In this work, the drag reduction was analyzed in two benches located at Laboratory of Fluid Mechanics at Polytechnic School (EPUSP) and at Laboratory of Vascular Physiology at Institute of Biomedical Science (ICB-USP). The drag reduction was investigated for the following polymers: polyacrilamide 1822S and 1340S, polyethylene glycol (PEG4000) and polyethylene oxide (Polyox WSR-301). The rheological behavior of polymeric solutions of polyacrilamide and PEG4000 was acquired experimentally; while it was obtained from the literature for Polyox WSR-301. All of these polymers were used in the hydrodynamic simulator, but only PEG4000 was employed in the tails arterial bed from normotensive (Wistar) and spontaneously hypertensive rats (SHR) at ICB-1. In the hydrodynamic simulator, the drag reduction was analyzed in laminar and turbulent pulsatile flow, in the range varying between 2300 and 13700, with polymeric concentrations between 5 and 100 ppm, but for PEG4000, concentration has reached 5000 ppm. On the other hand, in the tail arterial beds, the drag reduction was analyzed for laminar flow, in the range between 100 and 700, with polymeric concentration of 5000 ppm. In addition, it was studied in the presence and absence of endothelial cells. Computational simulation using the finite volume method (Fluent) was performed using data obtained from ICB-1 in order to analyze the wall shear stress distribution along of wall vessel both in the presence and absence of endothelial cells and PEG4000, considering the rigid walls. Polyacrilamide 1822S and 1340S as well as PEG4000 showed behavior of Newtonian fluid in the following concentrations: 5 and 10 ppm and 5000 ppm, respectively. On the other hand, for polyacrilamides, concentrations higher than 10 ppm showed behaviour of non- Newtonian fluids. According to the literature, the Polyox WSR-301 behaved as a Newtonian fluid in all concentrations used in this work. At EPUSP\'s bench, while PEG4000 did not show drag reduction for any polymeric concentration analyzed, this phenomenon could be seen for polyacrilamides and Polyox WSR-301, being dependent on Reynolds number as well as polymeric concentration. More important, Polyox WSR- 301 showed to be the most efficient drag reducer of them. Interestingly, in the assays employing the tail arterial beds, PEG4000 showed drag reduction in the concentration of 5000 ppm and it was increased by the presence of the endothelial cells. Thus, Polyox WSR-301 seems to be more efficient to promote drag reduction in the rigid tubes. On the other hand, while PEG4000 did not show drag reduction at EPUSP\'s bench, it was a good drag reducer in the tail arterial beds, being intensified by the action of endothelial cells.

Os mecanismos de transposição de peixes (MTP) são estruturas ou sistemas que possibilitam a migração da ictiofauna entre as partes de jusante/montante/jusante de uma barragem. As escadas para peixes representam um dos tipos de MTP mais conhecidos no mundo e apresentam diversas configurações geométricas. A escolha do tipo de escada deve atender às características natatórias dos peixes selecionados para transporem o obstáculo. Para algumas espécies, como o salmão, já se conhecem geometrias adequadas, entretanto, para a maioria das espécies isto não ocorre e muitos projetos têm demonstrado desempenho insatisfatório. No Brasil, encontra-se uma imensa diversidade de espécies de peixes, cujas características natatórias diferem em muito das apresentadas pelos salmonídeos. Este fato, associado à crescente exigência da implantação de MTP nos barramentos, através de leis estaduais ambientais, torna necessária a definição de estruturas adequadas à ictiofauna brasileira. A validação dos critérios de projeto passa, obrigatoriamente, por estudos que avaliem as características hidráulicas das estruturas propostas e a interação do fluxo com os padrões natatórios da ictiofauna. O número de pesquisas relacionadas ao funcionamento hidráulico de escadas para peixes vem crescendo, entretanto ainda são insuficientes, não existindo um consenso sobre os critérios, seja para sua caracterização completa, seja para definir sobre quais parâmetros devem ser considerados. Os padrões de turbulência do escoamento em escadas para peixes, cujas características supõem-se relacionarem-se com o grau de aceitação ou rejeição das espécies, são praticamente desconhecidos. Neste trabalho realizou-se a caracterização hidráulica através do estudo experimental, de três tipos de escadas para peixes: (1) com ranhura vertical; (2) com descarregador de superfície e (3) com orifício de fundo. As estruturas foram construídas nos laboratórios do Instituto de Pesquisas Hidráulicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul – IPH/UFRGS e no Laboratório Nacional de Engenharia Civil – LNEC – Portugal. As seguintes medições foram realizadas: velocidades em três direções, em diferentes planos dos tanques, com velocímetros acústicos Doppler (ADV) e níveis de água da superfície livre com pontas linimétricas e réguas graduadas. Para a estrutura com ranhura vertical ainda foram medidas as pressões médias e suas flutuações, junto ao fundo do canal, com transdutores piezoresistivos. Para cada uma das estruturas realizaram-se ensaios com três descargas. Além de definidas as características médias do escoamento, os dados de velocidades, que passaram por um processo de aplicação de filtros sem substituição, possibilitaram a avaliação de parâmetros de turbulência, entre eles a energia cinética da turbulência, a intensidade da turbulência e as tensões de Reynolds. No modelo da escada para peixes com ranhuras verticais verificou-se que os parâmetros hidráulicos estão de acordo com estruturas similares da bibliografia, entre eles, coeficiente de descarga, vazão adimensional e coeficiente de cisalhamento. Os campos de pressão junto ao fundo refletem o comportamento da superfície livre do escoamento. Através do mapeamento das velocidades dentro do tanque da escada do tipo ranhura vertical, foi possível caracterizar as duas zonas de recirculação e a região do jato principal. Os máximos valores médios de velocidade encontram-se na seção da ranhura, não excedendo 1,00 m/s (no modelo). Além disso, foi possível reconhecer as regiões de maior energia cinética da turbulência que apresentaram valores de até 1000 cm2/s2 na região do jato principal, as quais coincidem com as zonas de maiores tensões de Reynolds da ordem de até 30 N/m2. A partir das velocidades médias e em função das velocidades de nado dos peixes obtidos na literatura, foi possível a identificação de locais que atuam como “barreiras” ao deslocamento de determinada espécie. A avaliação qualitativa do comportamento da trajetória dos peixes dentro dos tanques mostrou-se de acordo com a definição destas “barreiras” hidráulicas e com a avaliação do comportamento dos campos de energia cinética da turbulência e das tensões de Reynolds. No modelo da escada do tipo descarregador de superfície observaram-se as máximas velocidades médias sobre o descarregador, com valores de até 1,73 m/s. Verifica-se que na maior parte do tanque as velocidades médias não ultrapassam 40% da velocidade potencial. Foram encontrados valores de energia cinética da turbulência até 2000 cm2/s2, com valores na maior parte do tanque em torno de 200 cm2/s2. Quanto aos campos de tensões de Reynolds, têm-se, na maior parte do tanque, os valores entre −5 e 5 N/m2, sendo que na região do jato mergulhante, os valores chegam até 30 N/m2. Na escada com orifícios de fundo verificaram-se as maiores velocidades médias nos planos sob influência do fluxo principal proveniente do orifício. Não foi possível a medição da velocidade na seção da abertura, sendo que os valores medidos no tanque não ultrapassaram 50% da velocidade potencial. Os máximos valores de energia cinética da turbulência atingem até 2000 cm2/s2 junto ao fundo, enquanto na região central do tanque, o valor médio é um pouco inferior a 200 cm2/s2. Os valores de tensão de Reynolds encontram-se entre −30 e 30 N/m2, com a maioria das regiões entre −5 e 5 N/m2. Os valores máximos e médios de energia cinética da turbulência e tensões de Reynolds para os modelos com descarregador de superfície e com orifício de fundo encontram-se na mesma faixa. Isto indica que, sob o ponto de vista técnico, possivelmente o critério de escolha entre essas duas estruturas recai nas características da ictiofauna. A passagem com ranhura vertical permite a escolha da profundidade preferencial de nado. No entanto, nessa estrutura, verificase que as componentes médias e turbulentas, nas regiões de descanso, comparando-as com os valores máximos do jato principal, são superiores proporcionalmente, às observadas nas zonas de recirculação das outras duas estruturas. As informações biológicas disponíveis na literatura não permitem a definição de condições preferenciais em relação aos parâmetros de turbulência entre as estruturas aqui avaliadas. No entanto, as informações obtidas nesse trabalho indicam que a energia cinética da turbulência e as tensões de Reynolds podem ser indicativos da tolerância ou preferência dos peixes até certos níveis de turbulência. / Fish facilities are structures or systems that enable fish passage through dams or obstructions. Fishways represent one of the most common fish facilities types worldwide, presenting different geometries and designs. The choice and design of these structures must attend the fish swimming performance and biological characteristics. For some species, as salmon, there are defined designs that can be successfully applied, however, that does not occur for the majority of the species and many projects have showed unsatisfactory efficiency. In Brazil, there is an immense diversity of fish species, whose swimming characteristics are strongly different than the other known species like the salmons. This fact, associated with the increasing requirement of fish facilities implantation in dams, mainly through environmental State Laws, requires the definition of structures adapted to the Brazilian fish. The design criteria validation needs, necessarily, studies to evaluate hydraulic characteristics on structure proposals and the interaction of the flow with swimming abilities. The number of researches related to the hydraulic functioning of fishways is increasing, however they are still insufficient and there is not a consensus on the criteria, either for its complete characterization, either to define which parameters should be considered. The flow turbulence patterns in fishways, whose characteristics are assumed to be related with the degree of acceptance or rejection of the species, are practically unknown. In this study a hydraulic characterization was carried out through an experimental study, including three kinds of fishways: (1) with vertical slots; (2) with rectangular notches and (3) with bottom orifices. The facilities were set up in the Hydraulic Research Institute of the Federal University of Rio Grande do Sul (IPH/UFRGS) and in the National Laboratory of Civil Engineering – LNEC - Portugal. The following measurements were carried out: three-direction velocities, in a 3D-mesh in one pool of each structure, with Acoustic Doppler Velocimeters and water level of the free surface with a point gauge and scales. In the vertical slot fishway it was carried out complementary measurements of pressure in the bottom of the channel, with transducers. For each structure three discharges were tested. Besides defining the mean flow characteristics, the velocity time data, filtered (through a digital process) without substitution, allowed to analyze some turbulence parameters, as turbulence kinetic energy, turbulence intensity and Reynolds’ shear stresses. In the vertical slot fishway model it was verified that the hydraulic parameters are in agreement with similar structures of the literature, among them, discharge coefficient, adimensional discharge and friction factor. The bottom pressure field agrees with the behavior of the free-surface flow. Two recirculation zones and the area of the main jet were characterized through the velocities distribution inside the vertical slot fishway pool. The maximum mean velocity values were found in the slot section, not exceeding 1.00 m/s (in the model). Moreover, it was possible to recognize the areas with larger turbulence kinetic energy that presented values of up to 1000 cm²/s² in the main jet area, which correspond to the largest Reynolds’ shear stresses values of up to 30 N/m². Considering mean velocities data and fish swimming capabilities, it was possible to identify regions that are insurmountable by the fish. The qualitative approach of the fish trajectory inside the structure agrees with the insurmountable regions described through mean velocities and with the distribution of turbulence kinetic energy and Reynolds’ stresses. In the fishway model with rectangular notches, the maximum mean velocities were observed on the weir, with values of up to 1.73 m/s. In the major part of the pool, mean velocities do not surpass 40% of the potential velocity. Values up to 2000 cm²/s² for turbulence kinetic energy were found, with values in the major part of the pool close to 200 cm²/s². For Reynolds’ stresses, the major part of the structure works with values in the range of −5 and 5 N/m², and in the jet entrance pool region the values are of up to 30 N/m². In the fishway with bottom orifices the largest mean velocities were verified in the plans under influence of the main flow connecting consecutive orifices. The measurement of the velocities in the orifice section was not possible and the values measured in the pool did not exceed 50% of the potential velocity. The maximum values of turbulence kinetic energy reached up to 2000 cm²/s² close to the bottom channel, while in the central area of the pool, the mean value is lower than 200 cm2/s2. The values of Reynolds’ shear stresses are between −30 and 30 N/m2, with the major part between−5 and 5 N/m2. The maximum and mean values of turbulence kinetic energy and Reynolds’ stresses in the models with rectangular notches and with orifice are in the same range. It indicates that the choice between these two structures relapses in the fish swimming characteristics. The passage with vertical slot allows the choice of the swimming depth preference. However, in the resting areas of this structure, it is verified that the mean and turbulent components when compared with the maximum values of the main jet, are higher proportionally, to the ones observed in the recirculation zones of the other two structures. The biological information available in the literature does not allow the definition of preferential conditions in relation to the turbulence parameters among the structures here appraised. However, the information obtained in this work indicates that the turbulence kinetic energy and Reynolds’ shear stress can be indicatives of the tolerance or preference of the fish to certain turbulence levels.