O transiente hidráulico na adução de Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCH) é um importante tema de estudo para a correta escolha e dimensionamento das estruturas de amortecimento, que protegem o circuito adutor da variação abrupta da pressão interna causada pela variação na velocidade média do escoamento. Este trabalho propõe a utilização da hidrodinâmica computacional (CFD) para avaliar a oscilação de massa ou nível d\'água no interior da estrutura de proteção denominada Chaminé de Equilíbrio e comparar esses resultados com a solução teórica analítica, com os critérios de dimensionamento definidos em norma técnica e com os dados de medições experimentais. O problema foi modelado no software Ansys CFX que utiliza o método dos volumes finitos (MVF) para resolver os campos de velocidade e pressão do escoamento, tanto em regime permanente, quanto em regime transiente. Aplicando-se o modelo CFD proposto ao circuito hidráulico didático, os resultados foram validados com a formulação teórica e com as medições experimentais do nível d\'água na chaminé. O modelo foi aplicado num estudo de caso que consiste num circuito hidráulico de PCH. Os resultados da oscilação de massa no interior da chaminé para este estudo de caso confirmam o emprego da fluidodinâmica computacional para avaliar tais escoamentos em regime transitório. / The hydraulic transient in the circuit of Small Hydroelectric Power Plants (SHP) is an important study subject for the correct choice and design of damping structure which protects the conduit from an abrupt variation of the internal pressure caused by the changes in the average flow velocity. This work proposes the use of computational fluid dynamics (CFD) to evaluate the mass oscillation or water level inside the protection structure called Surge Tank and compares these results with theory, design criteria defined by the technical standard, and experimental data. The problem was modeling in Ansys CFX software that uses the finite volume method (FVM) to solve velocity and pressure flow fields, in both steady state and transient flow. The proposed model used in a hydraulic circuit led to results validation with experimental measurements of water level surge tank. For the proposed case study, the response of the numerical CFD simulation confirms the use of computational fluid dynamics to evaluate such transient flows.

O transiente hidráulico na adução de Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCH) é um importante tema de estudo para a correta escolha e dimensionamento das estruturas de amortecimento, que protegem o circuito adutor da variação abrupta da pressão interna causada pela variação na velocidade média do escoamento. Este trabalho propõe a utilização da hidrodinâmica computacional (CFD) para avaliar a oscilação de massa ou nível d\'água no interior da estrutura de proteção denominada Chaminé de Equilíbrio e comparar esses resultados com a solução teórica analítica, com os critérios de dimensionamento definidos em norma técnica e com os dados de medições experimentais. O problema foi modelado no software Ansys CFX que utiliza o método dos volumes finitos (MVF) para resolver os campos de velocidade e pressão do escoamento, tanto em regime permanente, quanto em regime transiente. Aplicando-se o modelo CFD proposto ao circuito hidráulico didático, os resultados foram validados com a formulação teórica e com as medições experimentais do nível d\'água na chaminé. O modelo foi aplicado num estudo de caso que consiste num circuito hidráulico de PCH. Os resultados da oscilação de massa no interior da chaminé para este estudo de caso confirmam o emprego da fluidodinâmica computacional para avaliar tais escoamentos em regime transitório. / The hydraulic transient in the circuit of Small Hydroelectric Power Plants (SHP) is an important study subject for the correct choice and design of damping structure which protects the conduit from an abrupt variation of the internal pressure caused by the changes in the average flow velocity. This work proposes the use of computational fluid dynamics (CFD) to evaluate the mass oscillation or water level inside the protection structure called Surge Tank and compares these results with theory, design criteria defined by the technical standard, and experimental data. The problem was modeling in Ansys CFX software that uses the finite volume method (FVM) to solve velocity and pressure flow fields, in both steady state and transient flow. The proposed model used in a hydraulic circuit led to results validation with experimental measurements of water level surge tank. For the proposed case study, the response of the numerical CFD simulation confirms the use of computational fluid dynamics to evaluate such transient flows.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Natural ventilation is recognized by the scientific community as an important strategy for the promotion of thermal comfort. It s application in real situations, however, is extremely low, which is believed to be due to the lack of specific information as well as the lack of reliability in the success of these strategies. The present study aimed to propose, measure and evaluate natural ventilation strategy. It was defined the ventilation through the chimney effect for multiple floors educational buildings, disregarding the wind incidence, in the city of Santa Maria, RS, Bioclimatic Zone 2. Eight sizes of frames combinations have been proposed to be analyzed. Simulations with all openings combinations were made through DesignBuilder software. Based on the simulations results, it was calculated the maximum possible wind speeds through the strategy. Obtained such values, it was possible to analyze the thermal comfort gains with the different combinations of frames. It sets up, as the most suitable design and better performance, the use of all the frames in the same size, this being equivalent to 5,71% of the floor area. Analyzing through adaptive comfort, such configuration has resulted in reduction of degree-hour of discomfort in 27,9%, 33,3%, 38,8% and 42.7% for one floor, two floors, three floors and four floors building, respectively, comparing to the building without the use of the strategy. Since the results for the analyzed situation, compared to the recommended values by normatives for thermal confort condition, the strategy is evaluate as good potential and easily aplication in real situations. / A ventilação natural é reconhecida pela comunidade científica como uma importante estratégia para a promoção do conforto térmico. Sua aplicação em situações reais, no entanto, ainda é extremamente baixa, o que se acredita ser devido à falta de informação específica bem como à falta de credibilidade no sucesso de tais estratégias. Assim, o presente trabalho objetivou propor, dimensionar e avaliar estratégia de ventilação natural. Definiu-se a ventilação através do efeito chaminé para edificações de ensino de múltiplos pavimentos, desconsiderando-se a incidência de vento, para a cidade de Santa Maria, RS, Zona Bioclimática 2. Foram propostas 8 combinações de tamanhos de esquadrias a serem analisadas. Através do software DesignBuilder foram realizadas simulações com todas as combinações de aberturas pré-determinadas. Frente aos resultados das simulações foram calculadas as máximas velocidades de vento possíveis através da estratégia. Obtidos tais valores analisaram-se os ganhos obtidos em conforto térmico frente às diferentes combinações de esquadrias. Definiu-se, enquanto dimensionamento mais adequado e de melhor desempenho, o uso de todas as esquadrias de mesmo tamanho, sendo este equivalente a 5,71% da área de piso. Analisando-se via conforto adaptativo, tal configuração resultou em redução dos graus-hora de desconforto em 27,9%, 33,3%, 38,8% e 42,7% para as situações térrea, 2 pavimentos, 3 pavimentos e 4 pavimentos, respectivamente, comparando-se à edificação sem o uso da estratégia. Visto os resultados obtidos para a situação analisada, frente aos valores recomendados por normativas para condição de conforto térmico, avaliase a estratégia como de bom potencial e fácil aplicabilidade em situações reais.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:09:12Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-08-02 / Financiadora de Estudos e Projetos / This work aims to investigate the influence of solar chimneys in the natural ventilation in buildings located in Brazil. Considering that Brazil is a tropical country and has a great potential for the harnessing of solar radiation, it is intended to verify the hypothesis that the use of this device may increase air movement in indoor spaces contributing to promote thermal comfort for users of these environments. The methodology used to verify this hypothesis was based on comparing the performance of two construction systems: a conventional chimney and a solar chimney. The two models have the same height and dimensions for the air inlet and outlet. This comparison was performed by computer simulations using EnergyPlus software, for eight Brazilian cities located in each one of the bioclimatic zones of Brazil, during winter and summer. The investigated device showed satisfactory performance, increasing natural ventilation during the day in all cities simulated, even in winter, when natural ventilation may not be desired in some climates. The data were presented to facilitate the understanding of professionals in the Construction Industry in general, contributing to establish a theoretical framework on the subject, and projective guidelines for more efficient buildings from the standpoint of energy. It is also intended to contribute to the potential of this device is investigated in several Brazilian regions, always trying to adapt the buildings to the climate of where it will be built. / Este trabalho tem como finalidade investigar a influência que o uso de chaminés solares possuem na ventilação natural em edifícios localizados no Brasil. Tendo em vista que o Brasil é um pais tropical e possui um grande potencial para aproveitamento da Radiação Solar, pretende-se verificar a hipótese de que a utilização deste dispositivo pode incrementar a ação dos ventos em espaços internos de modo a contribuir na promoção do conforto para os usuários destes ambientes. A metodologia utilizada para verificar esta hipótese foi baseada na comparação entre o desempenho de dois sistemas construtivos: um dotado de chaminé convencional e outro com chaminé solar, sendo os dois modelos com a mesma altura e dimensões para aberturas de entrada e saída do ar. Esta comparação foi realizada a partir de simulações computacionais utilizando o software EnergyPlus, para 8 cidades brasileiras, representativas de cada uma das zonas bioclimáticas do pais, nos períodos de inverno e verão. O dispositivo investigado apresentou desempenho satisfatório, aumentando a ventilação natural no período diurno em todas as cidades simuladas, inclusive no período de inverno, quando a ventilação natural pode não ser desejável em alguns climas. Os dados foram apresentados de forma a facilitar o entendimento dos profissionais da Construção Civil em geral, visando contribuir para estabelecer um referencial teórico sobre o assunto, alem de diretrizes projetuais para edifícios mais eficientes do ponto de vista energético. Pretende-se também contribuir para que o potencial deste dispositivo seja investigado nas mais diversas regiões brasileiras, buscando adaptar sempre as edificações ao clima do sitio onde serão construídas.