[pt] O petróleo é uma mistura complexa de hidrocarbonetos e pode conter em sua composição parafinas que, quando submetidas a baixas temperaturas, podem precipitar e gelificar, apresentando uma Tensão Limite de Escoamento. O estudo do comportamento do petróleo nesta condição é importante para a indústria porque, uma vez que o petróleo esteja gelificado, o reinício do escoamento pode demandar a adição de energia ao sistema, cujo dimensionamento para operação com altas pressões envolve custos elevados. Os valores de pressão de reinício de escoamento do petróleo gelificado encontrados no campo são frequentemente menores em relação aos valores calculados. O presente trabalho simulou o processo de reinício de escoamento através de uma bancada experimental que reproduz o resfriamento estático sofrido pelo petróleo parafínico em um duto submarino. Além disso, são apresentados dois métodos para cálculo da contração que resulta do resfriamentoe gelificação dos óleos parafínicos, objetivando verificar se existe uma relação entre a contração do fluido e a diferença entre a Tensão Limite de Escoamento e a tensão efetiva para iniciar o seu escoamento. O primeiro método proposto é o método da Pipeta, que consiste na utilização de uma pipeta, acoplada a um recipiente com controle de temperatura, para medição do volume de líquido. O segundo método proposto é o da célula PVT, que consiste na utilização de um sistema fechado de volume conhecido em que a medição da variação do volume de líquido é estimada pela variação do volume do gás à baixa pressão com a adoção da hipótese de gás ideal. Foram utilizados fluidos sintéticos, visando representar o petróleo parafínico, com diferentes concentrações de parafina, óleo mineral e querosene. A determinação da Tensão Limite de Escoamento foi feita a partir de testes de Creep. Os resultados mostraram que a contração do fluido é uma grandeza de difícil medição, com um alto grau de incerteza, mas que é possível estimar ordem de grandeza dessa contração para os fluidos estudados. / [en] Petroleum, as it is a complex mixture of hydrocarbons, may contain paraffinic compounds which, when subjected to low temperatures, can deposit and gel. The study of the behavior of petroleum in this condition is very important for the industry because, once the waxy crude oil gels, the restart process may demand extra energy addition to the system, whose dimensioning is expensive for high operation required pressures. Restart pressure values of the gelled oil found from laboratory tests often show a significant difference from the real values found in the field. In order to compare the yield stress and the effective stress, the present work simulated the flow restarting process through an experimental rig to reproduce the static cooling applied to a pipeline with waxy crude oil. In addition, two methods are presented for calculating the thermal shrinkage formed during the cooling and gelation of the waxy crude oils, in order to verify if there is a relationship between the shrinkage and the difference between the yield stress and the effective stress to start flowing. The first method proposed is the Pipette method, which consists of the use of a pipette, coupled to a container with temperature control, to measure the volume of liquid. The second method proposed is the PVT cell method, which consists of the use of a closed system of known volume in which the measurement of the liquid volume variation is estimated by the variation of the gas volume at low pressure with the adoption of the Ideal gas hypothesis. The fluids selected for the studies to represent paraffinic oil were laboratory-synthesized fluids with different concentrations of paraffin, mineral oil and kerosene, and they were characterized rheologically by stress ramp and creep tests for the determination of the yields stress. The results showed that thermal shrinkage is a difficult quantity to measure, which gives it a high degree of uncertainty, but it is possible to estimate the magnitude order of the thermal shrinkage for the fluids studied.

[pt] A presente dissertação tem por objeto a análise teórica - comparativa, implementação computacional e avaliação da capacidade de simulação dos modelos constitutivos para solos, com ênfase nos solos não saturados. Primeiramente, são analisados os modelos básicos, clássicos e avançados formulados para solos saturados ou secos, assim como os modelos desenvolvidos para solos não saturados, incluindo também alguns modelos para solos estruturados. A seguir, e para testar a sua capacidade de modelagem, são implementadas as matrizes constitutivas de alguns dos modelos analisados para a retroanálise e previsão de comportamento de três solos residuais na condição saturada e não saturada. Como complemento da pesquisa, um dos modelos é utilizado na simulação de provas de carga com placa em solo residual pelo MEF, para os casos de saturação e umidade natural. Finalmente, são apresentadas organizadamente as conclusões gerais e particulares obtidas, assim como sugestões para futuras pesquisas no tema do presente trabalho. / [en] The objective of this thesis is to present a critical review of the main constitutive soil models published in the literature, discussing and evaluating their abilities to simulate the mechanical behavior of geological materials under the theoretical and numerical points of view, with emphasis on unsaturated soils. Firstly, some basic, classical and advanced soil models are presented and discussed, as well as a few other recent constitutive relationships specially developed for unsaturated and structured materials. In the sequence, in order to assess the efficiency and overall performance of some selected models, the respective constitutive matrices were numerically implemented for prediction and back-analysis of the response of three residual soils, in saturated and unsaturated conditions. As a complement of this research, one of the soil models is used to simulate the results of some plate load tests on a residual soil deposit through the finite element method. Finally, the general conclusions of this work are presented and some suggestions are made to aid future research in the area of soil modeling.

[pt] O fenômeno de estabilidade de tensão é um problema associado ao fluxo de potência ativa e reativa nas linhas de transmissão. A manifestação mais conhecida do fenômeno é a existência de uma máxima carga que pode ser alimentada pela rede. Outra possibilidade é a existência de uma máxima injeção de potência ativa e reativa fornecida por geradores e compensadores. A curva QV possibilita o cálculo da margem Q, que corresponde à distância entre o caso-base e ponto de fronteira da curva. A margem Q, supostamente, é um índice para avaliação da estabilidade do sistema, determinando uma operação normal quando a inclinação da curva é positiva. O método da matriz D também fornece a relação Q e V de cada barra, avaliando, supostamente, as condições de estabilidade do sistema. Nesta dissertação foi proposta a análise desses dois índices, com o objetivo de explicitar as premissas, similaridades e diferenças das duas maneiras de se calcular a relação VQ. E assim, avaliar e identificar possíveis resultados não coerentes. / [en] The phenomenon of voltage stability is a problem associated with active and reactive power flow in transmission lines. The best-known manifestation of the event is the existence of a maximum load that can be supplied by the grid. Another possibility is the existence of a maximum injection of active and reactive power provided by generators and compensators. The QV curve enables the calculation of the Q margin, which corresponds to the distance between the base case and the curve s inflection point. The Q margin, supposedly, is an index for evaluating the system stability, consisting of normal operation when the slope of the curve is positive. The matrix method D also provides the relation Q and V of each bar evaluating, supposedly, conditions of system stability. In this dissertation, an analysis of these two indices was proposed to clarify the assumptions, similarities, and differences between the two ways of calculating the VQ relation. And so, evaluate and identify possible non-coherent results.

[pt] Este trabalho apresenta a utilização de métodos de equilíbrio limite em conjunto com métodos numéricos pela abordagem probabilística, para avaliação da estabilidade de uma barragem de rejeitos de mineração de ferro situada no quadrilátero ferrífero, no Estado de Minas Gerais. Foram conduzidas análises fazendo uso dos métodos de Bishop Simplificado (1955) e Morgenstern e Price (1965), além de análises numéricas de tensão vs deformação pelo método dos elementos finitos. Os campos de poropressão gerados no modelo numérico em dois momentos distintos da obra foram exportados para os modelos de equilíbrio limite, de forma que ambas análises fossem realizadas em condições piezométricas similares. Para as análises probabilísticas foram adotados os métodos FOSM (First Order Second Moment) e Monte Carlo. São apresentandos os conceitos básicos de análises de estabilidade determinísticas e probabilísticas, abrangendo os métodos de cálculo de FS, fundamentos de probabilidade e estatística e conceitos de modelagem numérica. Este estudo aborda também os princípios construtivos de barragens de rejeito de mineração, além da aplicação dos métodos probabilísticos para avaliação da estabilidade de uma barragem de rejeitos, construída pelo método de jusante. Os resultados indicaram que a consideração de uma superfície de ruptura livre foi fator preponderante na influência dos parâmetros na PR (Probabilidade de Ruptura). Concluiu-se também que os método de cálculo de FS teve maior influência no valor da PR do que as condições piezométricas da fundação. / [en] This work presents the use of limit equilibrium (LEM) and numerical methods by the probabilistic approach, in order to evaluate the stability of an iron ore tailings dam located in Minas Gerais s iron quadrangle. LEM analyzes were carried out using the Simplified Bishop (1955) and Morgenstern and Price (1965) methods, in addition to stress vs strain analyzes with the finite element method. The pore pressure fields generated in the numerical model at two distinct construction stages were exported to the limit equilibrium models in order to guarantee that both analyzes were performed on the same piezometric conditions. For the probabilistic analyzes the FOSM (First Order Second Moment) and Monte Carlo methods were applied. The basic concepts of deterministic and probabilistic stability analysis are presented together with the fundamentals of statistics and probability, FoS (Factor of Safety) calculation methods, as well as numerical modeling concepts. This work also addresses the definition and construction principles of tailings dams. This study presents an application of probabilistic methods to assess the stability of a tailings dam built and heightened by the downstream method. The results indicate that the consideration of a free failure surface was the decisive factor to the magnitude of the influence of each parameter on the PF (Probability of Failure). It was also concluded that the FoS calculation methods had a greater influence on the PF than the foundation s piezometric conditions.

[pt] Cada dia a operação dos sistemas elétricos de energia é mais complexo. Mantiver um correto fornecimento da energia de forma empírica é uma tarefa difícil e pouco confiável, este trabalho se realizou para ajudar a atender com maior confiabilidade este fornecimento de energia. Neste trabalho apresentam-se modelagens de fluxo de carga para obter diferentes pontos de operação. Modelou-se a regulação própria da carga e o controle carga-frequência das unidades geradoras, incluindo regulação primária e secundária. As modelagens são estendidas para a avaliação da estabilidade de tensão, inclusive considerando-se a influência da frequência. A avaliação foi feita em pontos de operação antes e após a atuação do controle carga-frequência. Em cada caso, as variações de carga ou geração das barras em análise (infinitesimais) são absorvidas pelos geradores de diferentes formas: de acordo com os fatores de proporcionalidade na regulação secundária, com as energias de regulação na regulação primária ou com a proporcionalidade das gerações das barras swing no despacho proporcional. De acordo com o apresentado neste trabalho obtêm-se pontos de operação em regime permanente, nestes pontos de operação foi onde se realizo o cálculo da estabilidade de tensão para todas as barras do sistema. Os sistemas testados tiveram 6 e 39 barras. / [en] Each day the operation of electric power system is more complex. Maintain a correct supply of energy empirically is difficult and unreliable task, this work was realized to comply with more reliably this power supply. This dissertation presents the modeling of power flow to get different steady state. The load response to frequency deviation, the primary and the secondary frequency control were models. The models are extended to the evaluation of voltage stability, even considering the frequency influence. The evaluation is done in the state before and after the response of load-frequency control. In each case, the generators units absorb the variation (infinitesimal) in the load or in the generation (bus in analysis) in different ways: according to the proportionality factor in the secondary control, the speed regulations in the primary control or the proportionality of the swing bus generation in the proportional dispatch. According to the presented in this dissertation was obtained a state in permanent regime, in this state was evaluated the voltage stability in all bus of the system. The tested system had 6 and 39 bus.

[pt] Existe uma perspectiva crescente da utilização de alta tensão em corrente contínua (ATCC). Assim, com base em informações da literatura sobre ensaios elétricos em equipamentos para ATCC e em exigências quanto à confiabilidade de procedimentos metrológicos, nesta dissertação, propõe-se o monitoramento e análise de um parâmetro (ripple) de forma que se possa garantir a rastreabilidade de sistemas de medição de referência (SMR). Os SMRs permitem apenas uma análise quantitativa da tensão de calibração, sendo preciso avaliar e garantir que a incerteza não seja influenciada por ripples de até 3 por cento, mas torna-se necessário também fazer uma avaliação qualitativa. No caso de ensaios em ATCC, o uso de diferentes fontes e retificadores provoca ripple em diferentes níveis, influenciando na qualidade da tensão fornecida e possivelmente em outros parâmetros relevantes descritos na norma ABNT NBR IEC 60060-1:2013. Nesse contexto, o objetivo desta dissertação foi o aperfeiçoamento e validação, com o rascunho da norma IEC 61083-4, de um algoritmo de medição previamente desenvolvido em LabVIEW que se comunique com um multímetro de 8 (1 sobre 2) dígitos e estime todos os parâmetros normalizados. Estabeleceu-se, ainda, os procedimentos necessários para calibração em ATCC e a análise da influência do ripple a partir dos parâmetros definidos pela norma. Para validar a metodologia proposta nesta dissertação foram feitos ensaios com diferentes arranjos, cuja finalidade foi comparar, estatisticamente, as incertezas de medição da calibração com diferentes níveis de ripple no SMR. Finalmente, os resultados obtidos indicam que o ripple não influencia na calibração. / [en] There is a growing prospect of using high voltage in direct current (HVDC). Thus, based on information from the literature on dielectric tests in equipment for HVDC and requirements regarding the reliability of metrological procedures, this dissertation aims at monitoring and analyzing a specific parameter (ripple) in a way that can guarantee the traceability of reference systems. The reference systems allow only a quantitative analysis of the calibration voltage, being necessary to evaluate and ensure that the measurement uncertainty is not influenced by ripples of up to 3 percent, but it is also necessary to make a qualitative assessment. In the case of HVDC tests, the use of different power supplies and rectifiers causes ripple at different levels, influencing the quality of the supplied voltage and possibly other relevant parameters for the ABNT NBR IEC 60060-1:2013 standard. In this context, the objective of this dissertation was the improvement and validation, with the draft of the IEC 61083-4 standard, of a signal acquisition and processing algorithm developed in LabVIEW that communicates with an 8 (1 over 2) digit multimeter and estimates all the normalized parameters. It is also intended to establish the procedures introduced for HVDC calibration and an analysis of the ripple influence from the parameters defined by the standard. To validate the methodology proposed in this dissertation, tests were made with different arrangements, with universal and purely resistive dividers, and different ripple levels, in the laboratory, statistically comparing the calibration measurement uncertainties with different ripple levels in the traceability of reference systems. Finally, the results indicate that the ripple does not influence the calibration.

[pt] A ocorrência de eventos de perfuração em poços de óleo e gás é frequente, porém indesejada, uma vez que acarreta aumento no tempo e custo das operações. Sua ocorrência pode levar à perda de circulação do fluido, desmoronamento da parede do poço, restrição da sua funcionalidade, danos à plataforma, problemas ambientais e mesmo a perda de vidas humanas. Desta forma, o conhecimento das tensões é essencial para a estimativa da estabilidade do poço e aumento da segurança da perfuração. Existem diversos métodos para prever a tensão horizontal mínima, entretanto, para a máxima, ainda há dificuldades na sua determinação. No caso de poços inclinados, este cálculo se torna ainda mais complexo, uma vez que as tensões regionais não são alinhadas com o eixo do poço. Identificada essa necessidade, e partindo do princípio de que ao menos um poço já tenha sido perfurado em um campo e que este apresentou instabilidades do tipo colapso ou fraturamento induzido, esta dissertação trabalha na implementação de um algoritmo capaz de obter a magnitude da tensão horizontal máxima que levou ao surgimento dos mesmos. As fraturas Induzidas são falhas de tração, enquanto os Breakouts são gerados pelo colapso da parede do poço por falhas de compressão. Ambos devem ser devidamente identificados a partir de perfis de imagem. Os algoritmos implementados envolvem solução analítica, calculada através de métodos implícito e explícito. O procedimento para a rotação das tensões para poços inclinados é baseado em formulação presente na literatura, e os cálculos das tensões ao redor da parede do poço, nas equações de Kirsch. O fraturamento do material é avaliado de acordo com a tensão de cut-off, e o de ruptura, a partir do critério de Mohr-Coulomb ou Lade-Ewy. Os métodos desenvolvidos são comparados entre si, relatando suas vantagens e desvantagens. Aplicando uma vasta variação de inclinação e azimute do poço, os resultados alcançados apresentam uma diferença pequena com relação aos obtidos por meio de pacotes comerciais, sendo considerados satisfatórios. / [en] The occurrence of oil and gas well drilling events is common, but undesirable, once it increases time and cost of operations. Its occurence can lead to loss of fluid circulation, wellbore wall collapse, restriction of its functionality, platform damage, environmental issues and even the lost of human lives. stresses knowledge is essential to wellbore stability estimation and to the improvement of drilling safety. In fact, there are some methods and tests to compute the minimum horizontal stress, but there still exist difficulties on maximum horizontal stress determination. In the case of deviated wells, the calculations are even more complexes due to the lack of alignment between the regional stresses and well axis. Identified that problem, and considering that at least one wellbore has been drilled in a field and presented compressive or tensile instabilities, this dissertation works on the implementation of algorithms capable of obtaining the maximum horizontal stress magnitude that lead the appearance of breakout or induced fracture. The instability problems are identified and previously interpreted through image logs. The implemented algorithms involve an analytical solution, which is calculated by an explicit method and an implicit one, to the stated problem. The procedure to the stresses rotation on deviated wells used at this work is based on the formulation presented on technical literature, and the calculation of the stresses around the wellbore wall, on Kirsch s equation. The failure of the material is evaluated using a tensile cutoff for induced fractures and Mohr-Coulomb or Lade-Ewy criteria for breakouts. The developed methods are compared between each other, presenting the advantages and disadvantages of then. The results, applying a large variation on the wellbore inclination and azimuth, show that the values accomplished a low difference in relation to the obtained by using a commercial software, being considered as satisfactory.

[pt] Inúmeros sistemas de Engenharia estão submetidos a cargas cíclicas durante longos tempos quando em serviço. Sendo assim, a determinação do desempenho de materiais no regime de super longa vida em fadiga (107–1012ciclos) tornou-se de grande relevância na estimativa da vida útil de componentes mecânicos e estruturas. Neste contexto, o uso de equipamentos de ensaios que operem em frequências ultrassônicas, normalmente em 20 kHz, viabilizou estudos sobre a resistência à fadiga de materiais em regime de altíssimo ciclo. Até o momento, a principal contribuição destes estudos foi mostrar que não existe um limite de fadiga para materiais após 107ciclos, o que permite questionar várias metodologias de projeto desenvolvidas ao longo dos anos com base em uma vida infinita do material sob condições cíclicas de carregamento. O presente trabalho teve como objetivo investigar a resistência à fadiga de altíssimo ciclo de dois aços estruturais, DIN 34CrNiMo6 e DIN 42CrMo4, adotados na fabricação de eixos virabrequins de centrais termoelétricas que falharam por fadiga em serviço, de maneira prematura. Os corpos de prova selecionados para os testes foram dos tipos ampulheta, ampulheta entalhado e cilíndrico entalhado, com dois diferentes raios de arredondamento. Os ensaios foram realizados em equipamento ultrassônico, com amplitude de tensões que variaram entre 0,3 – 0,5 do limite de resistência mecânica dos materiais e conduzidos até um número alvo de ciclos para falha de 109 ciclos. Considerando os ensaios de corpos de prova ampulheta, os resultados revelaram a maior resistência à fadiga do aço DIN 34CrNiMo6, apesar dos dois materiais apresentarem propriedades mecânicas semelhantes. Como poderia ser esperado, a presença de concentradores de tensão reduziu a vida em fadiga de ambos os materiais. Entretanto, o aço DIN 42CrMo4 apresentou a maior sensibilidade ao entalhe, com uma pequena diminuição do número de ciclo para a falha. / [en] The DIN 42CrMo4 e DIN 34CrNiMo6 steel behavior analysis in fatigue regime in very high cycle. The uncountable engineering systems are submitted loading cyclic during long time in services. So, the determination of material performance in regime in super long life in fatigue (107–1012cycles) belong the high relevance to estimate the live cycle of mechanical of components and structures. Based on it, the use of testing equipment to operate in ultrasonic frequency, normally in 20 kHz. That permits the studies about material fatigue resistance in very high cycle. In this moment, the main contribution of these studies was to demonstrate that no exist fatigue limit to material after 107 cycles, that it allows to question many projects methodologic that was developed long of years based on infinite material life under of loading cyclicals conditions. This present work had the objective to investigate the fatigue resistance in very high cycle of two structure steels (DIN 42CrMo4 and DIN 34CrNiMo6). These steels are used to manufacturing of crankshaft of thermoelectric central that failure due to fatigue in services in premature way. The selected specimens had the three types of format; Hourglass, notched Hourglass and notched Cylindrical with two different rounding of radius. These tests were performed in ultrasonic equipment, with variation of stress between 0,3 – 0,5 of material mechanical resistance and they are performed until maximum number of cycles per failure of 109 cycles. Considering the test of hourglass specimens, the results presented higher fatigue resistance of DIN 34CrNiMo6 steel, although DIN 42CrMo4 as same mechanical properties of DIN 34CrNiMo6 steel. And as it is waited the existence of stress concentrators accelerated the fatigue life in both materials. However, the DIN 42CrMo4 presented higher sensibility to notch, with small decrease of number of cycles to failure.

[pt] Esse trabalho propõe investigar medidas de tensão normal para materiais com tensão limite de escoamento. O reômetro ARES-G2 da TA Instruments de deformação controlada foi utilizado para estudar três diferentes materiais elastoviscoplásticos. Um procedimento experimental simples e efetivo foi desenvolvido para obter resultados repetitivos de medidas em regime permanente e transiente. Respostas interessantes foram obtidas mediante comparação dos resultados destes fluidos. Para a dispersão de Carbopol e o gel de cabelo, os resultados entre os testes transientes e em regime permanente foram bastante similares. Porém, o mesmo não foi observado para a emulsão altamente concentrada. Além disso, variáveis como N1, phi1, gamaponto, tau, G,G,eta, tauy,sigmas, foram exploradas para um melhor entendimento do estado de tensão desses materiais. Ademais, as tensões normais medidas foram extremamemente mais altas que as tensões cisalhantes, quando o material foi submetido à baixas taxas de cisalhamento. Para altas taxas de cisalhamento, diferentemente dos outros dois fluidos, a emulsão altamente concentrada apresentou valores de tensão normal que eram mais baixos do que os de tensão cisalhante. Por fim, em contraste com a maioria dos resultados encontrados na literatura, apenas tensões normais negativas foram obtidas para os materiais estudados. / [en] This work proposes to investigate normal stress measurements for yield stress materials. Using an ARES-G2 TA Instruments strain-controlled rheometer, three different elastoviscoplastic materials were studied. A simple but effective experimental procedure was developed to obtain repetitive results for both steady-state and transient measurements. These tests were put to comparison, and interesting results were obtained. For the Carpobol dispersion and the commercial hair gel, transient and steady-state results were quite similar. Although, the same was not observed for the highly concentrated emulsion. Also, variables such as N1, phi1, gamaponto, tau, G,G,eta, tauy,sigmas were explored to better understand the stress state of these materials. Furthermore, normal stresses were significantly higher than shear stresses, while all materials were submitted to low shear rates. For high shear rates, different from the other two fluids, the highly concentrated emulsion displayed normal stress values that were lower than shear stress ones. Finally, in contrast with most results found in literature, only negative normal stress results were obtained for the materials studied.

[pt] Com os sistemas elétricos cada vez mais sobrecarregados em virtude do aumento do consumo de energia elétrica e das restrições ambientais e econômicas, a avaliação das condições de estabilidade de tensão é cada vez mais necessária para os estudos de planejamento e na operação. Nesse contexto, os métodos para a avaliação do carregamento da rede auxiliam na compreensão do funcionamento dos sistemas em condições anormais. Para os diferentes tipos de rede, foram deduzidos os índices de avaliação da estabilidade de tensão para carregamentos selecionados, que indicam a região de operação nas curvas (Fator de Potência) constante no plano SV, para cada barra do sistema. Este trabalho tem por objetivo comparar e analisar os resultados obtidos para determinar o ponto de máximo carregamento entre o método do Fluxo de Potência Continuado e o método da Matriz D para diferentes tipos de sistemas teste. / [en] As electrical systems increasingly overloaded due to increased electricity consumption and environmental and economic constraints, the assessment of voltage stability conditions is increasingly needed for planning and operation studies. In this context, the methods for evaluating the load of the network help to understand the system operations under abnormal conditions. For different types of network, the evaluation indices of voltage stability for selected loads were deduced. These indices indicate the operating region in the curves constant in SV plane for each system bar. This study aims to compare and analyze the results obtained to determine the maximum load point between the Continuous Power Flow method and the Matrix D method for different types of test systems.