Orientadores: Vitor Rafael Coluci, Lubienska Cristina Lucas Jaquiê Ribeiro / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Tecnologia / Made available in DSpace on 2018-08-22T12:49:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 NascimentoJunior_OrlandoSaraiva_M.pdf: 5339800 bytes, checksum: f37d5c4041d5404f5f45d33c5af054c5 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Uma instalação hidráulica é um conjunto de dispositivos hidromecânicos e tubos com a função de transportar um fluido. O controle do escoamento deste fluido ocorre por meio de manobras nos dispositivos hidromecânicos. Uma investigação sobre o impacto das manobras destes dispositivos em uma instalação hidráulica pode evitar danos físicos ao sistema (como rompimento de tubos, por exemplo). Uma das formas de se investigar o efeito destas manobras é por meio da simulação. A simulação permite estudar um sistema hidráulico, que após uma manobra hidráulica sai de uma situação contínua (regime permanente inicial), entra em um estado transitório (regime transiente) para posteriormente entrar em uma nova situação contínua (regime permanente final). No regime de transiente hidráulico são formadas ondas de sobrepressão e subpressão internas na tubulação e que podem levar a danos. Um dos métodos mais aceitos para simulações de transiente hidráulico é o método das características, que permite transformar as equações diferenciais parciais que descrevem o fenômeno em um conjunto de equações diferenciais ordinárias. Dependendo do tamanho do sistema hidráulico (número e comprimento de tubos, número de dispositivos eletromecânicos, etc), o custo computacional pode ser elevado para se obter as informações sobre o comportamento do transiente. Neste trabalho aplicamos técnicas de computação paralela em placas de vídeos para processamento de propósito geral (GPU) e em multi-núcleos (OpenMP) para acelerar os cálculos do transiente hidráulico. Utilizamos um sistema hidráulico composto por um reservatório, uma válvula e um tubo e determinamos o ganho de desempenho em função do tamanho do tubo do sistema. A técnica OpenMP forneceu ganhos computacionais de até 3.3× enquanto a técnica envolvendo GPUs forneceu ganhos de 17×. Dessa forma, placas gráficas se mostraram muito interessantes para acelerar simulações de transientes hidráulicos com o método das características / Abstract: A hydraulic system is a set of hydromechanical devices and tubes designed to transport fluids through controlled operations. Investigating the impact of these operations on hydraulic systems can avoid physical damage to its parts (such as breakage of pipes, for example). One way to investigate these impacts is through computational simulations. The simulations allow to study a hydraulic system during initial and final steady states (after some device operation, for instance), and the transient state between them. During the hydraulic transient state, high and low pressure waves are formed in the tubes and are the main cause of tube damages. One of the most accepted methods for transient hydraulic simulations is the method of characteristics, which allows to transform the partial differential equations that describe the phenomenon in a set of ordinary differential equations. Depending on the size of the hydraulic system (number and length of tubes, number of electromechanical devices, etc), the computational cost to obtain information about the behavior of the transient can be large. In this work, we apply techniques of parallel computing involving video cards for general purpose processing (GPU) and multi-cores (OpenMP) to accelerate hydraulic transient calculations. We simulated a hydraulic system consisting of a reservoir, a valve and a pipe to determine the performance speedup as a function of the size of the pipe. The OpenMP technique provided computational speedup up to 3.3× whereas the GPU technique provided speedup of 17×. Therefore, our results indicated that GPUs are very interesting to accelerate hydraulic transients simulations using the method of characteristics / Mestrado / Tecnologia e Inovação / Mestre em Tecnologia

Orientador: Sandro Rigo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-17T08:11:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moreira_JoaoBatistaCorreaGomes_M.pdf: 4664392 bytes, checksum: 9057389ff1b0a5e68e89f32ea1310090 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O surgimento das novas arquiteturas multiprocessadas introduziu novos desafios ao desenvolvimento de software. Dentre estes desafios está a dificuldade de realizar a sincronização adequada entre os fluxos de execução. Para solucionar este problema, novos mecanismos de sincronização com abstrações mais simplificadas tem sido propostos. Seguindo esta corrente, as Memórias Transacionais surgem como uma promissora alternativa aos mecanismos de sincronização tradicionais. Por se tratar de uma alternativa recentemente proposta, pouco se conhece a respeito dos efeitos no consumo de energia devido ao uso de Memórias Transacionais. Este trabalho apresenta um estudo comparativo entre os consumos de energia observados na execução do benchmark STAMP com usos de um sistema STM (Memória Transacional em Software) e de sincronização baseada em locks. Os resultados obtidos demonstram que a STM apresentou um desempenho inferior aos locks no que diz respeito ao consumo de energia, apresentando um consumo médio três vezes maior. Também foi avaliada a influência das penalidades decorrentes do uso de locks no consumo de energia, mostrando que, em sistemas cujo custo de falha na aquisição de um lock supera dez mil ciclos, a aplicação de STMs passa a ser uma abordagem competitiva. Durante os testes com Memórias Transacionais tornou-se clara a necessidade de ferramentas de simulação que possibilitam projetos de hardware e testes de software de forma mais ágil. Este trabalho descreve a implementação de uma plataforma de simulação para estimar o consumo de energia com abstração híbrida obtida a partir da integração de processadores funcionais que são gerados através da linguagem ArchC com a plataforma MPARM (que possui precisão de ciclos). Esta implementação atingiu ganhos de desempenho médios de até 2.1 vezes, com um máximo de 2.9 vezes. Imprecisões obtidas nas estimativas de consumo de energia puderam ser estatisticamente corrigidas através da aplicação de métodos de regressão linear, apresentando erros médios de 5,85%, sendo o erro mínimo e máximo de 0,87% e 19,6%, respectivamente / Abstract: The advent of the contemporary multiprocessor architectures has challenged software development. In order to overcome the hurdle of properly ordering the execution and data flows, new synchronization methods with simplified abstraction have been proposed. In this context, Transactional Memories have emerged as an alternative to traditional synchronization methods. Little is known about the effects on power consumption due to the use of ransactional memories since it is a recently proposed alternative. This work compares the Power consumption of the STAMP benchmark execution when using a STM system and a lockbased implementation. The results show that the STM implementation presented a worse performance, consuming three times more energy in avarage. In addition, the penalties deriving from the employment of locks in power consumption were assessed, indicating that, in systems where a failure in lock acquisition costs more than ten thousand cycles, the use of STMs becomes a competitive approach. The experiments with Transactional Memories executed during the first stage of this research indicated that faster simulation tools for hardware design and software testing are needed. Hence, this work describes an implementation of a simulation platform, built using hybrid abstraction level, that is able to estimate power consumption. The platform is the result of integrating functional processors described in the ArchC language with the MPARM platform, which is cycle-based. The implementation displays an average performance speedup of 2.1 and a maximum of 2.9. Inaccuracies due to power consumption estimation could be statistically adjusted by applying corrections based on linear regression. The model carries an average error of 5.85% with a maximum of 19.6% and minimum of 0.86% / Mestrado / Arquitetura de Computadores / Mestre em Ciência da Computação

Orientador: Rubens Maciel Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T03:14:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gonzaga_JoaoCarlosBastos_D.pdf: 2770183 bytes, checksum: 0e70ae7f96abb82812d9755700475caa (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Neste trabalho são apresentados três estudos distintos de aplicação de Plantwide Control. A primeira aplicação trata-se de um controle antecipativo (feedforward) para controlar os níveis dos reatores na etapa de polimerização, a fim de reduzir suas variabilidades e, consequentemente, a produção de refugo, sendo que, em uma planta de Politereftalato de Etileno (PET), a variação de nível dos polimerizadores interfere na viscosidade e está diretamente relacionada com a capacidade e com a qualidade de produção. A segunda aplicação mostra como desenvolver e utilizar um modelo computacional da planta de PET para possibilitar que alterações de parâmetros de processo, como temperatura e pressão, possam ser feitas sem que haja a necessidade de testes na planta real, uma vez que a existência de um modelo computacional que tenha o mesmo comportamento qualitativo da planta real permite que o efeito de perturbações e outros tipos de alterações na condição do processo sejam avaliados. A terceira aplicação trata-se da implantação de um sensor virtual (soft-sensor), utilizando redes neurais artificiais (RNA) para atuar como um medidor redundante da viscosidade, podendo substituir o sensor físico no caso deste vir a falhar. Estes estudos têm em comum a apresentação de procedimentos para controle do processo de produção de PET, que por possuir muitas particularidades, torna-se um assunto complexo, sendo um desafio modelar e controlar cada única unidade de produção / Abstract: In this work are presented three separate studies of application of Plantwide Control. The first application is a feedforward control to control the levels of reactors in polymerization step, in order to reduce their variability and, consequently, the production of waste, because, in a plant of PET, the variance of level of polymerizing interferes in viscosity and is directly related to the capacity and quality of production. The second application shows how to develop and use a computational model of a PET plant to enable changes to process parameters such as temperature and pressure, without the need of tests in actual plant, once the existence of a computational model has the same qualitative behavior of actual plant, and it allows the effect of disturbance and other types of changes in the condition of the process to be evaluated. The third application is the implantation of a virtual sensor (soft-sensor), using RNA, to act as a redundant viscosity meter that, in the case of possible failures, has as main function to detect physical sensor failures and replace it in the control system monitoring. Generally, the three studies have in common the presentation of procedures to control the production process of polyester. Process control for the production of polymers presents many particularities and, therefore, becomes a complex matter, being a challenge to model and to control every single production unit / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Egle Novaes Teixeira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-04T03:18:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AguirreMorales_ManuelLuis_M.pdf: 10188161 bytes, checksum: b4b606bb6c38de233ce896076211663a (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: O tratamento do Resíduo Sólido Urbano (RSU) ou "lixo", geralmente, segue a estratégia de se livrar do lixo ao menor custo possível; normalmente é um sistema custoso de adquirir, instalar, operar e manter, para satisfazer aos requisitos ambientais. O sistema AAA tem a meta de aproveitar todo o RSU, de forma sustentável, pela venda de produtos comerciais, sem poluir e gerando receita. Por outro lado, os sistemas comerciais de simulação, de propósito geral, são custosos, complexos e requerem longo tempo de aprendizado. Usando uma modelagem matemática simples e acessível, como ferramenta para a simulação do sistema AAA, é possível quantificar, para casos reais, o que pode-se esperar em cada etapa de implantação. Iniciando desde o mais simples diagrama de blocos, se pode, na presente simulação, ter uma idéia real do faturamento que se pode obter do RSU, baseado numa implementação por etapas, para transformar o resíduo em matéria prima secundária e, finalmente, em produtos comerciais de qualidade. A modelagem é abordada em forma simples, para ver como funciona, e progressivamente, vai-se integrando capacidades, segundo necessário. Para visualizar a complexidade da depuração, são estudadas diferentes configurações, simulando o desempenho, para dados hipotéticos e valores dos parâmetros de depuração, o que permite, num caso real, dispor de uma idéia de quanto material será rejeitado para se obter uma dada pureza versus a seletividade dos equipamentos de depuração. O modelo matemático desenvolvido, usando a planilha Excel, permite imediata aplicação, entrando com os dados locais, para simular o faturamento esperado da comercialização dos produtos com demanda local. O modelo é aberto e flexível o que permite sua adaptação a diferentes situações e pode ser completado progressivamente. Um estudo de caso (Ribeirão Preto) foi usado para a aplicação com dados reais / Abstract: The acquisition, installation and operation of an urban waste treatment normally are very expensive to satisfy legal requirements. The AAA system has the goal to be self-sufficient by using all the waste through the commercialization of quality products, without polluting and instead, creating profit. On the other hand, the commercial simulation systems are complex and a long training time is necessary in order to master their use. By using simple and accessible mathematical modeling as a tool to simulate the AAA system, it is possible to quantify, as in real life case, what could be expected at each implementation step. Starting from scratch, from the simplest block diagram, it is possible, by simulation step by step, to have a glimpse of how much money can be gotten from treated waste to quality products commercialization. The modeling starts as simple as possible, to see how it works, then, progressively adding capacities as necessary. To understand the complexity of a cleaning system, different configurations are studied; simulating the performance for hypothetical data, in order to have an idea of how much material is necessary to reject to get a desired cleanness in the real world, based on cleaning equipment selectivity. The mathematical model, developed in Excel chart, permits immediate use by entering the local data, to simulate the expected money profit from the commercialization of locally demanded products. The model is open and flexible, so it can be adapted to different situations and it can be completed in progressive form. A case study (Ribeirão Preto) was the first application with real data / Mestrado / Saneamento e Ambiente / Mestre em Engenharia Civil

Orientador: Hildete Prisco Pinheiro / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-04T03:26:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Kiihl_SamaraFlamini_M.pdf: 1063133 bytes, checksum: 4c4cce349b3bd30501a820e973a44fb2 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Variacao genetica no nivel de nucleotideo e uma fonte poderosa de informacao para o estudo da evolucao de uma populacao. Importantes aspectos da evolucao de populacoes naturais tem sido investigados utilizando sequencias de nucleotideos. A quantidade ? = 4N?, em que N e o tamanho efetivo da populacao e ? e a taxa de mutacao por sequencia (gene, locus) por geracao, e um parametro essencial porque determina o grau de polimorfismo em um locus. O sucesso da inferencia sobre a evolucao de uma populacao e medido pela acuracia da estimacao deste parametro. Esta dissertacao de mestrado apresenta diversos metodos de estimacao do parametro ?, bem como uma comparacao entre eles atraves de simulacoes e aplicacoes a dados reais. Utilizando informacoes filogeneticas de amostras de sequencias de DNA, constr'oi-se um modelo linear onde o coeficiente da variavel independente e a estimativa do parametro ?. Verificou-se que utilizando informacoes filogeneticas dos dados obtem-se estimadores bem mais eficientes / Abstract: Genetic variation at the nucleotide level is a powerful source of information for studying the evolution of a population. Important aspects of the evolution of a population have been investigated by using nucleotide sequences. The quantity ? = 4N?, where N is the effective size of the population and ? is the mutation rate per sequence (gene, locus) per generation, is an essential parameter because it determines the degree of polymorphism at the locus. The degree of success in our inference about the evolution of a population is measured to some extent by the accuracy of estimation of this essential parameter. This work presents some methods of estimation of this parameter, comparisons between the different methods through computational simulations and applications to real data. The evolution of a species can be seen through a phylogenetic tree and a linear model can be constructed by using the phylogenetic information to estimate ?. It has been verified that the use of such information leads us to more accurate estimators of ? / Mestrado / Estatistica / Mestre em Estatística

Orientador: Leonardo de Souza Mendes / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-04T09:20:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Inocencio_AnaCarolinaGondim_M.pdf: 3226003 bytes, checksum: 6f0c024fb30ddcc6324cf74855f034f9 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Este projeto de pesquisa desenvolveu um modelo de simulação sobre o ambiente Hydragyrum, baseado no padrão CDMA 2000. Para isto foi necessário estudar este padrão e os protocolos necessários para se desenvolver um modelo de rede, onde o comportamento deste padrão pudesse ser verificado. Foram criados cenários de simulação que possibilitassem a coleta de resultados, bem como que permitisse comprovar a validade do modelo desenvolvido. Ao longo das implementações realizadas, foi possível verificar como deve ser conduzido o estudo de alguma tecnologia, ou mesmo um padrão, para que deste possam ser abstraídas variáveis relevantes aos resultados que se pretende alcançar. Os resultados obtidos foram apresentados em forma de gráfico e demonstraram como o modelo se comporta. Para isto foram analisadas variações do atraso, throughput, atraso e taxa de perda. O modelo implementado servirá como base para futuros projetos de simulação que objetivem o desenvolvimento de modelos baseados em um ambiente sem fio / Abstract: In this research project it was developed a simulation model to the Hydragyrum environment, based on the standard CDMA 2000. For the development, it was necessary to study the standard and the protocols necessary to develop a network model, where the behavior of the standard could be verified. Simulation scenarios have been created to make possible the collection of results to prove the validity of the developed model. Along the implementations that were carried out, it was possible to verify how the study of some technology must be conducted so that one could abstract relevant variables from the results that one intends to obtain. The results were presented in graphical form and they demonstrate what is the model/behaviour. This was achieved throught the analysis of delay variations, throught, end-to-end delay out pecket loss ratio. The implemented model can be bases for future simulations that aim the development of models based on a wireless environment / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Varese Salvador Timóteo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Tecnologia / Made available in DSpace on 2018-08-22T06:38:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Piovezani_Larissa_M.pdf: 1338480 bytes, checksum: 3afec411457f9a69d93ae11a927f171b (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Este projeto consiste no desenvolvimento de um modelo de simulação para serviços multimídia em redes móveis de terceira geração. Inicialmente foram simulados serviços de voz com diferentes cenários de tráfego e posteriormente serviços de dados e vídeo. Para o trabalho foi considerado que o núcleo da rede atende à demanda de acesso, de modo que é necessário modelar apenas a interação entre os terminais móveis e a rede de acesso por rádio. A validação do modelo de simulação foi feita tentando descrever o acesso em redes reais, por exemplo, usando como referência valores estimados para o número de tentativas de chamadas no cenário de pior caso (Busy Hour Call Attempts). As simulações foram realizadas por eventos discretos, baseadas em variáveis aleatórias e métodos de Monte Carlo. O software ARENA, projetado exatamente para este tipo de modelo, foi utilizado nas simulações, já que o sistema em questão tem sua operação baseada em serviços cujos intervalos de requisição e durações podem ser representadas por distribuições conhecidas / Abstract: This project develops a simulation model for multimedia services of the third generation mobile network. Initially it was simulated voice services with different traffic scenarios and later video and data services. For this assignment was considered that the core of the network achieves the access demands, thus it is only necessary to model the interaction between the mobile terminal and the radio access network. The validation of the simulation model was done in order to describe the real network access, e.g., estimated values were used as reference for the number of call attempts in the worst case scenario (Busy Hour Call Attempts). The simulations were carried out by discrete events based on random variables and Monte Carlo methods. The ARENA software, designed exactly for this type of model, was used in the simulations because this system has its operation based on services whose request intervals and durations of the system can be represented by known distributions / Mestrado / Tecnologia e Inovação / Mestre em Tecnologia

Orientador: Sandro Rigo, Guido Araujo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-09T09:47:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Albertini_BrunodeCarvalho_M.pdf: 662858 bytes, checksum: 2f20414069e7bee35628c149a740056a (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Com o passar do anos, os sistemas digitais estão se tornando cada vez mais complexos, aglutinando processadores de propósito geral com hardware e barramentos especializados em uma única pastilha de silício, devido às restrições de consumo, espaço e desempenho. Para contornar esta complexidade e o curto time-to-market, os projetistas estão adotando novas metodologias de descriçãao de hardware em alto nível baseadas em linguagens de descrição de sistemas como o SystemC. Estas descrições permitem o desenvolvimento e o teste do software cedo, sobre um ambiente simulado, e são mais rápidas de escrever e simular que as descrições em baixo níivel. A desvantagem é a perda da precisão da simulação no que diz respeito aos ciclos de clock, que pode ser ignorada nas fases iniciais de projeto. O ArchC é um projeto do LSC que tem como alvo a geração de simuladores de conjuntos de instruções e outras ferramentas a partir de modelos descritos em uma linguagem similar a SystemC. Os simuladores gerados são compatíveis com SystemC e podem ser compilados com ferramentas gratuitas como GCC. Seguindo os passos da indústria, ele suporta descrições de alto nível com comunicação por chamada de funções (TLM ¿ Modelagem em nível de transações ) desde a versão 2.0. Um problema comum quando se está desenvolvendo hardware especializado usando linguagens de descrição de alto nível é a depuração. A utilização das ferramentas existentes como o GDB (GNU Debugger) não é trivial dado que a biblioteca SystemC passa a fazer parte do simulador quando este é compilado. Propomos uma metodologia de depuração baseada em reflexão computacional de módulos SystemC para gerar dicionários que alimentam um módulo capaz de inspecionar e alterar outros módulos em tempo de execução. No presente trabalho, apresentaremos a ARP, a plataforma de referência do ArchC. Seu público alvo são os arquitetos de projetos baseados em plataformas, fornecendo um ambiente para o desenvolvimento de plataformas utilizando simuladores ArchC e os novos usuários, introduzindo o protocolo de comunicação do ArchC, o SystemC e as metodologias relacionadas ao projeto de plataformas / Abstract: Digital systems are becoming more and more complex through the years, putting general purpose processors together with specialized hardware and buses into the same silicon die, due to power, area and performance constraints. In order to deal with this complexity and a short time-to-market, designers are adopting high level hardware descriptions, based on languages such as SystemC. Those descriptions permit early software development and test under a simulated environment, and are also faster to be coded and simulated than low level descriptions. The tradeoff is the loss of simulation precision regarding clock cycles, that can be ignored in early project phases. ArchC is an architecture description language aiming retargetable instruction set simulator generation described in a SystemC like language. The generated simulator is full SystemC compatible and can be compiled with free available tools, as GNU GCC. Following industry path, it supports high level descriptions with Transaction Level Modeling (TLM) communication capabilities since version 2.0. A common problem when developing specialized hardware using high level description languages is debugging. The use of existing tools like GDB (GNU Debugger) is not straightforward since SystemC library becames part of the executable simulator. We propose a new platform debugging methodology based on computational reflection of SystemC modules to generate a dictionary. This dictionary feeds a special SystemC module capable of inspecting and changing attributes of platform modules at run time. In the present work, the ArchC Reference Platform is introduced. It aims the platform based architects, supplying a framework for platform design using ArchC simulators, introducing ArchC communication protocol, SystemC and platform design methodologies / Mestrado / Arquitetura de Computadores / Mestre em Ciência da Computação

Orientador: Paulo Vatavuk / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-25T09:08:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ArandaSaldana_EdwinAntonio_D.pdf: 3905557 bytes, checksum: d00eb707af3e32709401a2fbbcc42709 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um modelo computacional, baseado no Método da Teoria Linear Modificado (MTLM) proposto por WOOD (1981) e a implementação do algoritmo do Gradiente proposto por TODINI e PILATI (1988). Além disso, apresentam-se comparações entre ambos para a análise de redes de abastecimento de água de grande porte. De acordo com a proposta deste trabalho, para criar um modelo baseado no MTLM tornou-se indispensável a definição prévia de um algoritmo para a seleção automática de circuitos. Para essa finalidade, adotou-se o algoritmo de Breadth First Search (BFS), baseado na teoria dos grafos e utilizado satisfatoriamente na seleção automática dos circuitos nas redes hidráulicas. A formulação adotada na implementação dos modelos estabelece as equações de continuidade nos nós e as equações de conservação de carga nas malhas em termos da vazão para cada elemento do sistema, apresentando um conjunto de equações não lineares que relacionam vazão com perda de carga. Uma vez linearizado o sistema de equações, o uso da biblioteca numérica de programação e otimização (KLU) na resolução de sistemas lineares mostrou-se eficiente para ambos os métodos analisados neste trabalho. A validade e a consistência dos resultados fornecidos pelo modelo proposto foram confirmadas através de sua comparação com o software Epanet 2.0. Os resultados obtidos através de simulações com a finalidade de comparar os resultados obtidos pelo MTLM e pelo método que utiliza o algoritmo do gradiente mostraram a eficiência de processamento e do tempo computacional de ambos os métodos. As comparações foram feitas utilizando redes de até 1000 tubos, fornecendo resultados inéditos, pois os trabalhos encontrados, conforme a revisão bibliográfica, utilizaram redes pequenas com número de tubos em torno de 10% do tamanho das redes estudadas neste trabalho / Abstract: This thesis presents for the first time the development of two computational models, one model is based on the Modified linear theory method (MTLM) that was initially proposed by WOOD in 1981 and the other model is based on the implementation of the Gradient algorithm that was early proposed by TODINI and PILATI in 1987. In addition, this thesis presents comparisons between both methods for the analysis of large pipe networks. In order to develop a model based on the MTLM method was first necessary to define an algorithm for the automatic selection of circuits. For this reason, the algorithm of Breadth First Search (BFS) was used which is based on the theory of graphs. This algorithm was successfully used for the automatic selection of circuits in hydraulic pipe networks. The methods adopted for the implementation of these models used continuity equations in the junctions as well as equations of conservation of energy in the loops in terms of flow for each element of the system that resulted in a set of non-linear equations, relating flow with head lose. Once the systems of equations were linearized, the use of the KLU library for the solution of linear systems showed promising results for both methods investigated in this thesis. The validity and consistency of the results obtained herein by the proposed models were also confirmed through comparisons with results obtained by the software Epanet version 2.0. The results obtained through simulations with the goal to compare with results obtained in this thesis with the MTLM method and the method that uses a gradient algorithm showed satisfactory results with an efficient processing and computational time by both methods. The comparisons were performed with up to 1000 tubes, gathering new and robust data when compared to available literature that used only a small network with a number of tubes of less than 10% / Doutorado / Recursos Hidricos, Energeticos e Ambientais / Doutor em Engenharia Civil

Orientador: Roberto Testezlaf / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola / Made available in DSpace on 2018-08-24T05:47:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mesquita_Marcio_D.pdf: 9242210 bytes, checksum: 01b3ff5b3006dbb1e240ffc605b33110 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A falta de desenvolvimento técnico de projetos para filtros de areia utilizando ferramentas tecnológicas de engenharia limita a otimização das suas configurações e restringe o seu funcionamento eficiente, trazendo prejuízos energéticos, econômicos, e tornando mais longo o caminho para o aparecimento de inovações no processo de filtragem da água para a irrigação. Buscando contribuir para o desenvolvimento tecnológico e científico de um modelo de filtro de areia o objetivo geral dessa pesquisa foi contribuir para o aprimoramento do projeto estrutural desses equipamentos, colaborando com a padronização dos seus parâmetros de operação e gerando informações que auxiliem fabricantes no aperfeiçoamento de seus modelos de filtros. A metodologia dessa pesquisa foi divida em quatro etapas: (1) validação do uso da fluidodinâmica computacional em análises hidráulicas para filtros de areia; (2) análise do comportamento hidrodinâmico de modelos comerciais de placas difusoras e drenos no escoamento interno de filtros de areia; (3) projeto e dimensionamento de modelos originais de placa difusora e de dreno; e (4) construção e avaliação hidráulica de um protótipo de filtro de areia. Os resultados indicaram que, para as condições experimentais ensaiadas, a modelagem numérica parametrizada simulou com precisão o comportamento do escoamento de filtros de areia. O modelo de placa difusora projetada reduziu significativamente a velocidade do fluxo de entrada no filtro e aumentou a homogeneidade da distribuição das linhas de escoamento sobre a superfície do leito poroso. O protótipo de dreno proposto possibilitou a formação de linhas de fluxo radial e perpendicular na região de atuação do acessório, reduzindo o aparecimento de pontos de estagnação e vórtices e diminuindo a turbulência na entrada das suas aberturas. Adicionalmente, a proposição de um arranjo espacial para o sistema de drenagem aumentou a área efetiva de atuação de cada dreno, possibilitando uma expansão mais uniforme e homogênea do leito filtrante durante o fluxo ascendente e requerendo menores velocidades de fluidização para efetivação da retrolavagem. O protótipo de filtro de areia, desenvolvido a partir da aplicação das ferramentas de CFD, apresentou menor perda de pressão em relação aos equipamentos comerciais e para as condições de ensaios a que foram submetidos. Sobretudo, esse estudo permitiu validar a hipótese do emprego de ferramentas de CFD no projeto das dimensões, formato e o arranjo estrutural da placa difusora e de drenos em filtros de areia visando à melhor distribuição das linhas de fluxo, redução da perda de pressão durante os processos de filtragem e retrolavagem, diminuição das deformações superficiais da camada filtrante e maior homogeneidade de fluidização do leito durante a retrolavagem. Dessa forma, a técnica de fluidodinâmica computacional (CFD) mostrou-se adequada para projetos de novos componentes estruturais de filtros de areia, assim como para estudos sobre a sua dinâmica de funcionamento e operação / Abstract: The deficiency of technological development on sand filters design using engineering technological tools restricts its structure optimization and operation effectiveness, causing energy and economic losses. This condition contributes to make the upgrades in the irrigation filtration science a longer path. Searching to help the technological and scientific development of a sand filter model the objective of this research was to contribute to the structural design improvement of these equipment, collaborating with the standardization of its operating parameters and generating information to help manufacturers to improve their filter models. The research methodology was divided into four steps: (1) validation of the use of computational fluid dynamics in sand filters hydraulic analyzes; (2) analyses of the hydrodynamic behavior of commercial model of diffuser plates and drains in the sand filters inner flow; (3) design of innovative models of diffuser plate and drain; and (4) construction and hydraulic evaluation of a prototype of a sand filter. The results indicated that for the defined assessment conditions, the parameterized numerical model simulated the flow process with significant accuracy the sand filter hydrodynamic. The designed diffuser plate reduced significantly the filter inflow, increasing the uniformity the flow lines distribution on the porous media surface. The proposed underdrain model allowed the establishment of radial and perpendicular flow lines in the operating area near the drain, reducing the occurrence of stagnation points and vortexes and the turbulence close to the slots. The projected spatial arrangement of the drainage system increased the effective operation area of each drain, resulting in uniform and homogeneous expansion of the filter bed during the upward flow and requiring lower fluidization velocities values to accomplish the backwash process. The sand filter prototype, developed from the application of CFD tools, reduced the pressure loss in the trials conditions comparing to evaluated commercials equipment. Mainly, this research validated the hypothesis of CFD¿s tools application in the design of the dimensions, shape and the structural arrangement of the diffuser plate and drains for sand filters. This methodology allowed accomplishing the homogenization of flow lines, reducing the pressure loss during the filtering and backwash processes, decreasing the media superficial deformations and increase the homogeneity of the bed fluidization during the backwash. Consequently, the computational fluid dynamics technique (CFD) showed suitable for design applications on new structural components¿ of sand filters, as well to study its functioning and operation¿s dynamics / Doutorado / Agua e Solo / Doutor em Engenharia Agrícola