No contexto da necessidade de atracação de embarcações de maior porte em terminais portuários brasileiros, tanto privativos como públicos, considerando um aumento das exportações, intervenções de engenharia que possam significar ganhos nas dimensões das máximas embarcações permitidas podem representar substanciosos benefícios econômicos. Assim, este trabalho apresenta uma abordagem do conceito de Fundo Náutico, definido como profundidade até a qual as embarcações podem navegar sem que haja efeitos adversos na manobrabilidade das embarcações e danos no casco do navio, cujo objetivo é aumentar o calado máximo de embarcações em espaços náuticos cujo fundo apresente camadas de lama fluida. Devido às suas características reológicas, a lama fluida, de modo geral, permite que as embarcações naveguem com reduzida ou até negativa folga sob a quilha, respeitando-se o conceito estabelecido pelo Fundo Náutico. Exposta a importância sobre este conceito e suas peculiaridades relacionadas às características da lama fluida, como características reológicas e métodos para sua determinação, discutem-se as variações na espessura da camada de lama fluida e as variáveis ambientais que as condicionam, a partir de análise de levantamentos batimétricos de dupla frequência, dados densimétricos e aplicação de modelagem numérica, para a região da bacia de evolução do Complexo Portuário de Itajaí. Para esta região, observaram-se camadas de lama fluida entre 0,5 e 2,5 m, sendo que os resultados obtidos na modelagem indicam que esta variabilidade está associada ao regime de descarga sólida do rio Itajaí-açu. Além disto, a partir de uma análise comparativa entre os dados batimétricos e densimétricos, foi possível estabelecer que o fundo náutico na região pode estar associado a um valor de massa específica entre 1150 e 1200 kg/m³. / Considering the demand for mooring larger ships at Brazilian port terminals, both private and public, in a scenario of growing exports, engineering interventions that can provide improvements in the vessel\'s maximum allowed dimensions can represent significant profits. Hence, this work presents an approach of Nautical Bottom, defined as the maximum depth in which ships can navigate without significant adverse effects in ship control and maneuverability without physical damage, with the goal of raising the maximum ship draft allowed in nautical spaces with fluid mud beds. Due to its rheological properties, fluid mud, in general, allows for vessels navigate with low or negative under keel clearance, respecting the established Nautical Bottom concepts. Once highlighted the importance of these concepts, this study presents an analysis about fluid mud and Nautical Bottom concept analysis at Itajaí Port Complex (Santa Catarina, Brazil), one of the most important port areas in Brazil. This analysis was based on bathymetric surveys, density measurements and numerical modeling. In addition, fluid mud layer thickness at port areas can possibly vary according to hydrodynamics and sedimentologic variations. Fluid mud layer thickness varies from 0.5 to 2.5 meters at Itajai Port Complex turning basin. From numerical modeling results, it is possible to establish that the thickness variations of fluid mud layers are associated with fluvial sediment transport rates. Also, from the comparison between low frequencies bathymetric surveys and specific density measurements, it was possible to conclude that the reference specific density at the interest area is about 1150-1200 kg/m³, being very similar to reference densities adopted worldwide.

No presente trabalho, foi desenvolvido um modelo para o escoamento em reator de membrana do tipo contator ativo, através da abordagem de dinâmica dos fluidos computacional (CFD), utilizando o código comercial ANSYS FLUENT. O modelo incluiu todo o módulo de membrana constituído por uma membrana tubular e um casco metálico. A reação modelo estudada foi a hidrogenação parcial de 1,5-ciclooctadieno, realizada pelo bombeamento da mistura reacional, dissolvida em n-heptano, através da membrana, a partir das extremidades do tubo. Como catalisador, considerou-se a presença de nanopartículas de Pd impregnadas na membrana. O meio poroso foi aproximado por leito granular representado pela equação de Ergun, tendo como parâmetros a porosidade e o tamanho de grão da membrana de alfa-Al2O3 . O valor para o tamanho de grão foi adotado como equivalente ao diâmetro de partícula determinado com uso do código aberto de estereologia ImageJ, do instituto Nacional de Saúde dos Estados Unidos. O modelo de turbulência adotado foi o RNG k-epsilon. Um estudo de sensibilidade incluiu simulações comparando escoamento desprezando reações como escoamento reativo, variação da velocidade, alteração da saída do fluxo e ativação de modelo de turbulência no meio poroso. Foram realizadas simulações de defeitos estruturais na membrana, correspondendo a regiões de porosidade alterada, com e sem perda de sua uniformidade azimutal. Conclui-se que a presença de defeitos estruturais que afetem a uniformidade azimutal da membrana pode resultar em sensível alteração do escoamento em CMRs. / This study focused on the development of a model for the flow in a reactor membrane of the type active contactor, approached through computational fluid dynamics (CFD), using the commercial code ANSYS FLUENT. The model included the entire membrane module, consisted of a tubular membrane and a metal shell. The model reaction studied was the partial hydrogenation of 1,5-cyclooctadiene initiated by the pumping of the reaction mixture, dissolved in n-heptane, through the membrane, from the ends of the tube. As a catalyst, the study considered the presence of impregnated Pd nanoparticles in the membrane. The porous medium was approximated by a granular bed as represented by the Ergun equation, having as parameters the porosity and the grain size of the alfa-Al2O3 membrane. The value for the grain size was adopted as equivalent to particle diameter determined through the open source stereology software ImageJ, of the National Institute of Health USA. The turbulence model used was the RNG k-epsilon. A sensitivity study included simulations of flow neglecting and including reactions, speed variation, change the flow outlet and activation of turbulence model in the porous media. Simulations of structural defects in the membrane were performed, defining regions of porosity changes with and without loss of azimuthal uniformity. The conclusion was that the presence of structural defects that affect the azimuthal uniformity of the membrane can result in marked alteration of the flow regime in CMRs.

No contexto da necessidade de atracação de embarcações de maior porte em terminais portuários brasileiros, tanto privativos como públicos, considerando um aumento das exportações, intervenções de engenharia que possam significar ganhos nas dimensões das máximas embarcações permitidas podem representar substanciosos benefícios econômicos. Assim, este trabalho apresenta uma abordagem do conceito de Fundo Náutico, definido como profundidade até a qual as embarcações podem navegar sem que haja efeitos adversos na manobrabilidade das embarcações e danos no casco do navio, cujo objetivo é aumentar o calado máximo de embarcações em espaços náuticos cujo fundo apresente camadas de lama fluida. Devido às suas características reológicas, a lama fluida, de modo geral, permite que as embarcações naveguem com reduzida ou até negativa folga sob a quilha, respeitando-se o conceito estabelecido pelo Fundo Náutico. Exposta a importância sobre este conceito e suas peculiaridades relacionadas às características da lama fluida, como características reológicas e métodos para sua determinação, discutem-se as variações na espessura da camada de lama fluida e as variáveis ambientais que as condicionam, a partir de análise de levantamentos batimétricos de dupla frequência, dados densimétricos e aplicação de modelagem numérica, para a região da bacia de evolução do Complexo Portuário de Itajaí. Para esta região, observaram-se camadas de lama fluida entre 0,5 e 2,5 m, sendo que os resultados obtidos na modelagem indicam que esta variabilidade está associada ao regime de descarga sólida do rio Itajaí-açu. Além disto, a partir de uma análise comparativa entre os dados batimétricos e densimétricos, foi possível estabelecer que o fundo náutico na região pode estar associado a um valor de massa específica entre 1150 e 1200 kg/m³. / Considering the demand for mooring larger ships at Brazilian port terminals, both private and public, in a scenario of growing exports, engineering interventions that can provide improvements in the vessel\'s maximum allowed dimensions can represent significant profits. Hence, this work presents an approach of Nautical Bottom, defined as the maximum depth in which ships can navigate without significant adverse effects in ship control and maneuverability without physical damage, with the goal of raising the maximum ship draft allowed in nautical spaces with fluid mud beds. Due to its rheological properties, fluid mud, in general, allows for vessels navigate with low or negative under keel clearance, respecting the established Nautical Bottom concepts. Once highlighted the importance of these concepts, this study presents an analysis about fluid mud and Nautical Bottom concept analysis at Itajaí Port Complex (Santa Catarina, Brazil), one of the most important port areas in Brazil. This analysis was based on bathymetric surveys, density measurements and numerical modeling. In addition, fluid mud layer thickness at port areas can possibly vary according to hydrodynamics and sedimentologic variations. Fluid mud layer thickness varies from 0.5 to 2.5 meters at Itajai Port Complex turning basin. From numerical modeling results, it is possible to establish that the thickness variations of fluid mud layers are associated with fluvial sediment transport rates. Also, from the comparison between low frequencies bathymetric surveys and specific density measurements, it was possible to conclude that the reference specific density at the interest area is about 1150-1200 kg/m³, being very similar to reference densities adopted worldwide.

No presente trabalho, foi desenvolvido um modelo para o escoamento em reator de membrana do tipo contator ativo, através da abordagem de dinâmica dos fluidos computacional (CFD), utilizando o código comercial ANSYS FLUENT. O modelo incluiu todo o módulo de membrana constituído por uma membrana tubular e um casco metálico. A reação modelo estudada foi a hidrogenação parcial de 1,5-ciclooctadieno, realizada pelo bombeamento da mistura reacional, dissolvida em n-heptano, através da membrana, a partir das extremidades do tubo. Como catalisador, considerou-se a presença de nanopartículas de Pd impregnadas na membrana. O meio poroso foi aproximado por leito granular representado pela equação de Ergun, tendo como parâmetros a porosidade e o tamanho de grão da membrana de alfa-Al2O3 . O valor para o tamanho de grão foi adotado como equivalente ao diâmetro de partícula determinado com uso do código aberto de estereologia ImageJ, do instituto Nacional de Saúde dos Estados Unidos. O modelo de turbulência adotado foi o RNG k-epsilon. Um estudo de sensibilidade incluiu simulações comparando escoamento desprezando reações como escoamento reativo, variação da velocidade, alteração da saída do fluxo e ativação de modelo de turbulência no meio poroso. Foram realizadas simulações de defeitos estruturais na membrana, correspondendo a regiões de porosidade alterada, com e sem perda de sua uniformidade azimutal. Conclui-se que a presença de defeitos estruturais que afetem a uniformidade azimutal da membrana pode resultar em sensível alteração do escoamento em CMRs. / This study focused on the development of a model for the flow in a reactor membrane of the type active contactor, approached through computational fluid dynamics (CFD), using the commercial code ANSYS FLUENT. The model included the entire membrane module, consisted of a tubular membrane and a metal shell. The model reaction studied was the partial hydrogenation of 1,5-cyclooctadiene initiated by the pumping of the reaction mixture, dissolved in n-heptane, through the membrane, from the ends of the tube. As a catalyst, the study considered the presence of impregnated Pd nanoparticles in the membrane. The porous medium was approximated by a granular bed as represented by the Ergun equation, having as parameters the porosity and the grain size of the alfa-Al2O3 membrane. The value for the grain size was adopted as equivalent to particle diameter determined through the open source stereology software ImageJ, of the National Institute of Health USA. The turbulence model used was the RNG k-epsilon. A sensitivity study included simulations of flow neglecting and including reactions, speed variation, change the flow outlet and activation of turbulence model in the porous media. Simulations of structural defects in the membrane were performed, defining regions of porosity changes with and without loss of azimuthal uniformity. The conclusion was that the presence of structural defects that affect the azimuthal uniformity of the membrane can result in marked alteration of the flow regime in CMRs.

Escavadeiras hidráulicas são máquinas versáteis, amplamente utilizadas na construção civil e mineração. Máquinas melhores, mais produtivas, eficientes e que oferecem segurança ao operador são uma demanda constante da indústria. Devido a estes fatores, o controle para a automação de uma escavadeira hidráulica tem sido investigado. Este estudo tem o seu foco voltado para o controle do manipulador do equipamento, que é considerado como um dos elementos fundamentais para o desenvolvimento de uma escavadeira automática. Para desenvolver um sistema de controle viável, primeiramente, foi realizado a modelagem matemática dos subsistemas mecânico e hidráulico do manipulador; posteriormente esses modelos foram acoplados para representar a interação dos subsistemas. Todos os modelos desenvolvidos foram comparados com modelos de referência, obtidos a partir de softwares comerciais dedicados a modelagem de sistema dinâmicos. Tendo sido verificado a capacidade de representação física dos modelos, a fase de projeto do controlador para o manipulador foi iniciada. Para que o controlador seja eficiente, este deve ter duas propriedades essenciais: robustez para lidar com as incertezas e distúrbios severos, e adaptabilidade para lidar com um ambiente de operação altamente dinâmico. A fim de projetar um controlador que considera a dinâmica de cada subsistema do manipulador, a técnica de controle em cascata foi adotada. Esta consiste em dividir o sistema global em subsistemas, de tal forma que seja possível projetar um controlador para cada subsistema. Devido à complexidade do modelo matemático, técnicas avançadas de controle linear e não linear foram combinadas no projeto dos controladores dos subsistemas. O controlador sintetizado foi testado através de simulação numérica, em ambiente MATLAB/Simulink®, na execução de um ciclo completo de trabalho pelo manipulador. Os resultados obtidos foram considerados satisfatórios, mesmo na presença de incertezas, distúrbios severos e de ruídos. Posteriormente, na comparação desses resultados com os de outros controladores, ficou claro que o melhor desempenho foi obtido com o controlador proposto. Isto indica a possível aplicabilidade de tal controlador para a automação deste tipo de equipamento. / Hydraulic excavators are versatile machines, widely used in civil construction and in mining. Better, more productive, and efficient machines that offer operator safety are a constant industry demand. Due to these factors, the control for the automation of a hydraulic excavator has been investigated. This study focuses on the control of the equipment\'s manipulator, which is considered as one of the fundamental elements for the development of an automatic excavator. To develop a viable control system, first, the mathematical modeling of the mechanical and hydraulic subsystems of the manip-ulator was carried out; later these models were coupled to represent the interaction between the subsystems. All the developed models were compared with reference models, obtained from a commercial software dedicated to dynamic system modeling. Having verified the physical representation capacity of the analytical models, the de-sign phase of the controller was started. For the controller to be efficient, it must have two essential properties: robustness to deal with severe uncertainties and disturb-ances, and adaptability to handle a highly dynamic operating environment. To design a controller that considers the dynamics of each subsystem of the manipulator, the cascade control technique was adopted. This consists of dividing the global system into subsystems, in such a way that it is possible to design a controller for each sub-system. Due to the complexity of the mathematical model, advanced linear and non-linear control techniques were combined in subsystem controllers design. The synthe-sized controller was tested by numerical simulation, in MATLAB/Simulink® environ-ment, in the execution of a complete work operation by the manipulator. The results obtained were considered satisfactory, even in the presence of uncertainties, severe disturbances and noise. Subsequently, in the comparison of these results with those of others controllers, it was clear that the best performance was obtained with the pro-posed controller. This indicates the possible applicability of such a controller to the automation of this type of equipment.

Escavadeiras hidráulicas são máquinas versáteis, amplamente utilizadas na construção civil e mineração. Máquinas melhores, mais produtivas, eficientes e que oferecem segurança ao operador são uma demanda constante da indústria. Devido a estes fatores, o controle para a automação de uma escavadeira hidráulica tem sido investigado. Este estudo tem o seu foco voltado para o controle do manipulador do equipamento, que é considerado como um dos elementos fundamentais para o desenvolvimento de uma escavadeira automática. Para desenvolver um sistema de controle viável, primeiramente, foi realizado a modelagem matemática dos subsistemas mecânico e hidráulico do manipulador; posteriormente esses modelos foram acoplados para representar a interação dos subsistemas. Todos os modelos desenvolvidos foram comparados com modelos de referência, obtidos a partir de softwares comerciais dedicados a modelagem de sistema dinâmicos. Tendo sido verificado a capacidade de representação física dos modelos, a fase de projeto do controlador para o manipulador foi iniciada. Para que o controlador seja eficiente, este deve ter duas propriedades essenciais: robustez para lidar com as incertezas e distúrbios severos, e adaptabilidade para lidar com um ambiente de operação altamente dinâmico. A fim de projetar um controlador que considera a dinâmica de cada subsistema do manipulador, a técnica de controle em cascata foi adotada. Esta consiste em dividir o sistema global em subsistemas, de tal forma que seja possível projetar um controlador para cada subsistema. Devido à complexidade do modelo matemático, técnicas avançadas de controle linear e não linear foram combinadas no projeto dos controladores dos subsistemas. O controlador sintetizado foi testado através de simulação numérica, em ambiente MATLAB/Simulink®, na execução de um ciclo completo de trabalho pelo manipulador. Os resultados obtidos foram considerados satisfatórios, mesmo na presença de incertezas, distúrbios severos e de ruídos. Posteriormente, na comparação desses resultados com os de outros controladores, ficou claro que o melhor desempenho foi obtido com o controlador proposto. Isto indica a possível aplicabilidade de tal controlador para a automação deste tipo de equipamento. / Hydraulic excavators are versatile machines, widely used in civil construction and in mining. Better, more productive, and efficient machines that offer operator safety are a constant industry demand. Due to these factors, the control for the automation of a hydraulic excavator has been investigated. This study focuses on the control of the equipment\'s manipulator, which is considered as one of the fundamental elements for the development of an automatic excavator. To develop a viable control system, first, the mathematical modeling of the mechanical and hydraulic subsystems of the manip-ulator was carried out; later these models were coupled to represent the interaction between the subsystems. All the developed models were compared with reference models, obtained from a commercial software dedicated to dynamic system modeling. Having verified the physical representation capacity of the analytical models, the de-sign phase of the controller was started. For the controller to be efficient, it must have two essential properties: robustness to deal with severe uncertainties and disturb-ances, and adaptability to handle a highly dynamic operating environment. To design a controller that considers the dynamics of each subsystem of the manipulator, the cascade control technique was adopted. This consists of dividing the global system into subsystems, in such a way that it is possible to design a controller for each sub-system. Due to the complexity of the mathematical model, advanced linear and non-linear control techniques were combined in subsystem controllers design. The synthe-sized controller was tested by numerical simulation, in MATLAB/Simulink® environ-ment, in the execution of a complete work operation by the manipulator. The results obtained were considered satisfactory, even in the presence of uncertainties, severe disturbances and noise. Subsequently, in the comparison of these results with those of others controllers, it was clear that the best performance was obtained with the pro-posed controller. This indicates the possible applicability of such a controller to the automation of this type of equipment.

O balanceamento de uma rede de distribuição de ar consiste em estabelecer as vazões corretas nos elementos terminais conforme previsto no projeto. A revisão bibliográfica apontou que o balanceamento aplicado à distribuição de ar passou a ser considerado no final dos anos de 1960. A aplicação de modelos matemáticos com a simulação do escoamento do ar nos dutos das redes tem início no final dos anos 80. No presente trabalho o objetivo foi estudar metodologia para simulação e balanceamento de redes de distribuição de ar, implementando-a em um programa de computador. Foram estudados diferentes métodos para realizar o balanceamento: método proporcional, método T e o método direto. Foi adotado o direto, em que as vazões são impostas e as diferenças de pressão determinadas para escoamentos em caminhos em paralelo. Mediante o uso de conceitos que fazem analogia entre a fluido-dinâmica e a eletricidade, foi desenvolvido um algoritmo e elaborado um programa de computador. O aplicativo desenvolvido possui 6 etapas principais: caracterização da rede, perda distribuída, perda localizada, perda total, simulação do escoamento e comparação de caminhos. A partir de um estudo de caso, o programa foi testado simulando uma rede de distribuição. Esta mesma rede teve seu balanceamento avaliado por cálculos em planilha eletrônica. Os resultados do estudo de caso com os valores de pressão para todos os trechos da rede, assim como as diferenças de pressão que definem a magnitude do balanceamento foram comparados e estão coincidentes dentro da margem esperada. / The balancing of a net air distribution consists in establishment the correct flowrate in the terminals elements according the design. The bibliographic review show that the balancing applied in air distribution are consider at the 60`s. In the end of the 80\\2019s the mathematics models beginning applied to air flow simulation in ducts. In the present work the objective is studies the methodology to simulation and balancing air distribution nets using software. Different methods are studies to apply in balance: proportional method, T method and direct method. The direct method is adopted, which the flowrate is fixed and the pressure difference is obtained for the parallel paths. Using fluid-dynamics and electrical analogy concepts an algorithm was developed and a software was prepared. The applicatory developed was divided in 6 main stages: net characterization, continuous losses, local losses, total losses, flow simulation and path comparing. Using a case study the software was tested and the distribution net was simulating. This same net was balancing evaluated by a computational spreadsheet. The case study results present the values of pressure for the sections of the net, and the pressure differences to obtained the balancing. This values was consider coincident with the expected.

O balanceamento de uma rede de distribuição de ar consiste em estabelecer as vazões corretas nos elementos terminais conforme previsto no projeto. A revisão bibliográfica apontou que o balanceamento aplicado à distribuição de ar passou a ser considerado no final dos anos de 1960. A aplicação de modelos matemáticos com a simulação do escoamento do ar nos dutos das redes tem início no final dos anos 80. No presente trabalho o objetivo foi estudar metodologia para simulação e balanceamento de redes de distribuição de ar, implementando-a em um programa de computador. Foram estudados diferentes métodos para realizar o balanceamento: método proporcional, método T e o método direto. Foi adotado o direto, em que as vazões são impostas e as diferenças de pressão determinadas para escoamentos em caminhos em paralelo. Mediante o uso de conceitos que fazem analogia entre a fluido-dinâmica e a eletricidade, foi desenvolvido um algoritmo e elaborado um programa de computador. O aplicativo desenvolvido possui 6 etapas principais: caracterização da rede, perda distribuída, perda localizada, perda total, simulação do escoamento e comparação de caminhos. A partir de um estudo de caso, o programa foi testado simulando uma rede de distribuição. Esta mesma rede teve seu balanceamento avaliado por cálculos em planilha eletrônica. Os resultados do estudo de caso com os valores de pressão para todos os trechos da rede, assim como as diferenças de pressão que definem a magnitude do balanceamento foram comparados e estão coincidentes dentro da margem esperada. / The balancing of a net air distribution consists in establishment the correct flowrate in the terminals elements according the design. The bibliographic review show that the balancing applied in air distribution are consider at the 60`s. In the end of the 80\\2019s the mathematics models beginning applied to air flow simulation in ducts. In the present work the objective is studies the methodology to simulation and balancing air distribution nets using software. Different methods are studies to apply in balance: proportional method, T method and direct method. The direct method is adopted, which the flowrate is fixed and the pressure difference is obtained for the parallel paths. Using fluid-dynamics and electrical analogy concepts an algorithm was developed and a software was prepared. The applicatory developed was divided in 6 main stages: net characterization, continuous losses, local losses, total losses, flow simulation and path comparing. Using a case study the software was tested and the distribution net was simulating. This same net was balancing evaluated by a computational spreadsheet. The case study results present the values of pressure for the sections of the net, and the pressure differences to obtained the balancing. This values was consider coincident with the expected.