Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2000. / Made available in DSpace on 2012-10-18T02:31:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 275448.pdf: 3198608 bytes, checksum: e97b875552b5d442e53d8a0f4f1cb728 (MD5) / Diversos fenômenos que ocorrem no interior dos sistemas de refrigeração dependem da interação entre o óleo lubrificante e o fluido refrigerante. Uma boa miscibilidade entre óleo e refrigerante assegura o retorno do óleo para o compressor através da redução da sua viscosidade. Dentro do compressor o lubrificante é usado principalmente para selar vazamentos, para resfriar elementos quentes e para lubrificar partes deslizantes. O desempenho e a confiabilidade dos sistemas de mancais do compressor são fortemente afetados pela presença de refrigerante dissolvido no óleo. Isto ocorre devido ao desprendimento de refrigerante provocado por variações súbitas na temperatura e na pressão, o que origina uma mistura bifásica com densidade e viscosidade distintas das do lubrificante. Um conhecimento geral do escoamento da mistura óleo e refrigerante é crucial para o desenvolvimento de modelos de lubrificação, usados na análise e simulação de problemas de mecânica dos fluidos no interior de compressores. No presente estudo o escoamento de óleo lubrificante com desprendimento de refrigerante é explorado experimentalmente. Uma mistura de óleo saturado com refrigerante é forçada a escoar ao longo de dois tubos retos horizontais de diâmetro constante. Um tubo é usado para visualização do escoamento e no outro são realizadas medições de pressão e temperatura. Na entrada dos tubos o estado líquido prevalece e, à medida que o escoamento prossegue e conseqüentemente a pressão se reduz, ocorre o desprendimento de refrigerante devido à redução da solubilidade do fluido refrigerante no óleo lubrificante. Inicialmente observa-se uma pequena quantidade de bolhas, porém a população de bolhas cresce ao longo do escoamento, de modo que ao final dos tubos atinge-se escoamento em espuma. A visualização do escoamento permite a identificação dos regimes de escoamento bifásico experimentados pela mistura. As distribuições de pressão e temperatura são medidas ao longo do escoamento e a partir delas o título e a fração de vazio são estimados. O principal objetivo deste trabalho é melhorar a compreensão deste complexo escoamento para permitir a elaboração de modelos físicos e matemáticos com o intuito de explorar a mecânica de fluidos no interior de componentes do compressor. / Several phenomena occurring inside refrigerating systems depend on the interaction between the lubrication oil and the refrigerant working fluid. Regarding the refrigeration cycle, good miscibility of oil and refrigerant assure easy return of the circulating oil to the compressor through the reduction of the oil viscosity. Inside the compressor the lubricant is mainly used for leakage sealing, cooling of hot elements and lubrication of sliding parts. In the compressor bearing systems the presence of refrigerant dissolved in the oil greatly influences the performance and reliability of the compressor due to the outgassing resulting from sudden temperature and pressure variations. This causes the formation of a two-phase mixture with density and viscosity strongly affecting the lubricant characteristics. A general understanding of the oil-refrigerant mixture flow is crucial in developing lubrication models to be used in analysis and simulation of the fluid mechanics inside the compressor. In the present work the lubrication oil flow with refrigerant outgassing is explored experimentally. A mixture of oil saturated with refrigerant is forced to flow in two straight horizontal tubes of constant diameter. One tube is used for flow visualization and the other is instrumented for pressure and temperature measurements. At the tubes inlet, liquid state prevails and as flow proceeds the pressure drop reduces the gas solubility in the oil and outgassing occurs. Initially a small amount of bubbles is observed and eventually the bubble population reaches a stage where foaming flow is observed. The flow visualization allowed identification of the two-phase flow regimes experienced by the mixture. Pressure and temperature distributions are measured along the flow and from that mixture quality and void fraction were estimated. The main motivation for this work is to improve the understanding of this complex flow to construct physical and mathematical models for exploring the fluid mechanics within the compressor parts.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2012-10-16T22:13:48Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T17:54:16Z : No. of bitstreams: 1 87102.pdf: 8197877 bytes, checksum: e033296c56e4d525a49a58b925e3b941 (MD5) / O presente trabalho refere-se ao estudo numérico, com validação experimental do escoamento laminar, incompreensível e isotérmico de ar em um difusor radial excêntrico representando o modelo de laboratório de um sistema de válvula de compressores de refrigeração. As equações governantes, escritas no sistema de coordenadas bicilíndricas, são discretizadas usando o método dos volumes finitos e solucionadas pelo algoritmo SIMPLE. O modelo numérico é validado através de soluções analíticas de vários problemas mais simples e também pela comparação do perfil radial de pressão com resultados experimentais para o próprio difusor. No procedimento experimental, apresenta-se, detalhadamente, a especificação de todos os equipamentos utilizados, assim como a metodologia usada durante a tomada de dados. São gerados resultados numéricos para averificação da influência da excentricidade sobre o perfil radial de pressão, força sobre a palheta e áreas efetivas de força e escoamento. Além disso, são mostradas algumas características do campo de velocidades e plota-se alguns gráficos do campo de pressão sobre a palheta.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Filosofia e Ciências Humanas. / Made available in DSpace on 2012-10-17T06:10:18Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T23:03:14Z : No. of bitstreams: 1 147030.pdf: 96321389 bytes, checksum: 4e175203b1fdad080cf8e69a0a37dfdb (MD5)

tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2009. / Made available in DSpace on 2012-10-24T16:05:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 275390.pdf: 3585545 bytes, checksum: 29c9ee2e09e967c74ea0b49dc2b06f63 (MD5) / A impregnação a vácuo (IV) é a técnica que consiste em remover o ar presente em um meio poroso, pela aplicação de vácuo em um recipiente hermético contendo o meio imerso em um líquido impregnante, e substituí-lo por esse líquido através da recuperação da pressão do ambiente. Aos alimentos, aplica-se a IV buscando: acelerar a desidratação osmótica, o enriquecimento de alimentos com vitaminas, probióticos ou prebióticos, acelerar a salga e os processos de extração. Os modelos matemáticos comumente aplicados à IV abrangem apenas as condições de equilíbrio, não contemplando avaliações ou a influência paramétrica sobre a cinética do processo. O objetivo principal deste trabalho foi avaliar os fenômenos envolvidos neste mecanismo de transporte de matéria e apresentar um modelo físico-matemático que descreva a cinética do processo de IV. Formulou-se matematicamente o problema de impregnação utilizando-se o modelo homogêneo e o método Volume of Fluid (VOF). Programou-se uma rotina computacional para a solução numérica do modelo e aprimorou-se um dispositivo experimental capaz de fornecer dados cinéticos da IV. Os experimentos foram realizados utilizando-se um meio poroso modelo não deformável (amostras de uma cerâmica refratária) e um meio poroso alimentício (maçã var. Fuji), sujeito às alterações de volume devido às variações da pressão do ambiente. Experimentalmente, determinou-se a deformação relativa das amostras de maçãs, a massa incrementada devido à embebição espontânea das amostras cerâmicas, a massa drenada do fluido presente no meio anteriormente à IV, os tempos mínimos necessários para as etapas de evacuação e impregnação e a evolução temporal da fração volumétrica da amostra impregnada pelo líquido. Através da IV com água e com glicerol, verificou-se a influência do comprimento característico e da viscosidade da solução impregnante na dinâmica do processo. Os resultados experimentais foram comparados aos resultados preditos pelos modelos de equilíbrio existentes e a etapa dinâmica foi comparada ao modelo desenvolvido. O excelente resultado do modelo homogêneo/VOF em relação às soluções de referência valida a sua utilização na predição da cinética da IV. O modelo permitiu acompanhar a interface, a qual se manteve bem definida, tanto para simulações de geometrias clássicas quanto para as não-clássicas, indicando grande robustez do modelo. O dispositivo e a estratégia experimental mostraram-se úteis na determinação da cinética de impregnação, eles foram precisos e obtiveram valores bem próximos aos estimados por uma balança e calculados pelos modelos teóricos. Como esperado, a cinética foi dependente da viscosidade do fluido e do comprimento característico da amostra. Os dados cinéticos permitiram estimar os parâmetros relevantes do processo, possibilitando a compreensão e a melhoria dos processos de IV. / Vacuum impregnation technology (VI) is a process that consists of removing internal air of a porous medium, through the application of vacuum in a hermetic container with the sample immersed in an impregnating solution, followed the recovery of the atmospheric pressure, leading to the solution penetratation into the sample porous space. In food processing, VI is useful to accelerate osmotic dehydration, addition of vitamins, probiotic and prebiotic compounds in foods, to accelerate salting and to improve solid-liquid extraction processes. The mathematical models often applied to VI of foods are equilibrium models, i.e., they do not allow determining the dynamics of the VI process. In this way, the main goal of this study was to evaluate the phenomena related to this mass transfer mechanism and to propose a physical-mathematical model to describe VI dynamics of porous foods. Homogeneous model and volume of fluid (VOF) methods were used to formulate the VI model. In order to solve numerically the model, a computational routine was implemented. Besides, an experimental device was built in order to supply data on the dynamics of VI. The experiments were carried out using two different kinds of porous medium, a non-deformable model (refractory ceramics samples) and a porous food (apple samples, var. Fuji), which can undergo small volume variations with pressure variations observed during VI processes. The experimental device allowed determining the apple samples deformation, sample mass variations through the VI experiments, the times necessary for evacuation and impregnation, and the time evolution of sample volumetric fraction impregnated by the liquid. From experiments of VI performed with water and with glycerol, it was verified the influence of the characteristic length and of the viscosity of the impregnating solution on the process dynamics. The equilibrium experimental results were compared to the results predicted by a literature model, while the dynamics of VI determined experimentally was compared with the developed model. This model allowed to follow the interface, which was well defined, for simulations of classic geometries and for the nonclassic ones, showing robustness. The results from the mathematical model agreed well with the experimental results, including the prediction of the dynamics of the VI process. On the other hand, the experimental device was a very useful tool for investigating VI dynamics. As waited, the kinetic was fluid viscosity and sample characteristic length dependent. The kinetic data allowed esteeming the relevant process parameters that can be used to improve VI processes.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2009. / Made available in DSpace on 2012-10-24T20:55:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 274160.pdf: 9141364 bytes, checksum: c146d95e0d46b23bfb2c73a5bd829811 (MD5) / A modelagem da excitação turbulenta sobre corpos imersos em um fluido é alvo de inúmeros trabalhos na indústria naval e aeroespacial. Ao longo dos anos, alguns modelos de flutuação de pressão foram estabelecidos a partir de ensaios e estudos analíticos. Nenhum destes modelos consegue descrever o comportamento do campo de pressão para todas as situações de interesse. Neste documento são apresentados alguns dos modelos de excitação aplicáveis à predição de ruído interno em aeronaves, bem como seus resultados comparando diferentes perfis de vôo, os quais incluem variações de velocidade, altitude e posicionamento. Além disso, os resultados destes modelos foram reavaliados a partir de informações retiradas de simulações numéricas através de mecânica dos fluidos computacional. Para aeronaves de pequeno porte, observa-se que o comportamento previsto pelos modelos semi-empíricos não representa fielmente o escoamento. Um procedimento de medição em vôo é descrito com o objetivo de capturar o espectro da flutuação de pressão e os demais parâmetros que caracterizam o fluxo. Técnicas de processamento dos dados são descritas ao longo deste trabalho. Adicionalmente, avaliações experimentais da excitação turbulenta foram realizadas através de medições de vibração na fuselagem em uma aeronave para alguns regimes de escoamento. Estes resultados são utilizados na identificação de um modelo de excitação turbulenta mais apropriado. Por fim, como forma de validação da excitação turbulenta, os níveis de vibração medidos em vôo são comparados com os níveis calculados a partir dos modelos turbulentos ajustados.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T13:38:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 279025.pdf: 1365316 bytes, checksum: efe16b7a4367501f434279a6a62191ed (MD5) / Os ciclones, utilizados como equipamentos para troca térmica, como secadores, reatores para reações rápidas e para separação gás-sólido, apresentam na sua forma clássica uma construção cônica-cilíndrica, e têm como principais vantagens o baixo custo de construção, operação e manutenção. No passado o estudo de ciclones era basicamente experimental, resultando em correlações empíricas sem muita generalidade e dedicadas exclusivamente para a faixa de condições geométricas e operacionais analisadas nos experimentos. Com o desenvolvimento da tecnologia computacional, a modelagem numérica ganhou papel fundamental no estudo de escoamentos turbulentos multifásicos, típicos do escoamento ciclônico, destacando-se neste sentido as técnicas de CFD (Computational Fluid Dynamics), como uma ferramenta de pesquisa e desenvolvimento de projetos de engenharia. Neste trabalho é desenvolvido um estudo de modelagem numérica de ciclones a partir dos recursos de CFD, juntamente com um estudo experimental em uma Unidade Experimental de Dutos e Ciclones (UEDC) do Laboratório de Verificação e Validação da FURB. O objetivo principal é validar um modelo gás-sólido bifásico utilizado para separação ciclônica de iodato de cálcio, produzidos numa planta química de extração de iodo. Esta corroboração de modelo é realizada por comparação entre dados experimentais obtidos na UE-DC de perda de carga, eficiência global de coleta e curva de eficiência, com resultados numéricos do modelo bifásico gás-sólido, implementado no código numérico CYCLO-HEXA, dedicado exclusivamente à simulação de ciclones por técnicas de CFD. Experimentos planejados e executados no aparato experimental para diferentes velocidades de entrada e razões de carga constituem uma base empírica necessária e suficiente para estudos de validação do modelo, e de verificação do código de CFD, que permitem estudos avançados de melhoria de equipamento (reengenharia geométrica) e das condições operacionais na planta química. / The cyclones used as heat exchange equipment such as dryers, reactors for fast reactions and gas-solid separation, presented in its classic form a cone-cylindrical construction, and have as main advantages the low cost of construction, operation and maintenance. In the past the study of cyclones was basically experimental, resulting in empirical correlations without much general and dedicated exclusively to the range of geometrical and operating conditions analyzed in the experiments. With the development of computer technology, numerical modeling plays a fundamental role in the study of turbulent multiphase, typical of cyclonic flow, especially in the technical sense of CFD (Computational Fluid Dynamics), as a tool for research and development projects engineering. In this work we developed a numerical modeling study of cyclones from the resources of CFD, together with an experimental study in an Experimental Unit Pipeline and Cyclones (EU-DC). The main objective is to validate a model gas-solid two-phase used to sepa rate low-level calcium iodate, produced in a chemical plant for extraction of iodine. The corroboration of the model is performed by comparing experimental data obtained in the EU-DC loss, efficiency and overall collection efficiency curve, with numerical results of the model gas-solid two-phase, implemented in numerical code CYCLO-HEXA, devoted exclusively the simulation of cyclones using CFD techniques. Experiments planned and implemented in the experimental apparatus for different input velocities and load relations are an evidence base necessary and sufficient for studies of model validation and verification of the CFD code, which allow advanced studies for improvement of equipment (geometrical reengineering) and operating conditions in the chemical plant.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. / Made available in DSpace on 2012-10-23T02:22:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 247083.pdf: 10415632 bytes, checksum: 7194e6da81f13f5e08244fea3cf6dc94 (MD5) / A Lagoa da Conceição, localizada na Ilha de Santa Catarina, no Sul do Brasil, é uma típica laguna costeira, conectada com o oceano por um canal de maré. Devido a sua beleza natural e localização estratégica, a laguna esta atualmente sofrendo problemas ambientais e de conflito de uso. Esse cenário levou o Laboratório de Hidráulica Marítima (LaHiMar) da UFSC a realizar um projeto de pesquisa para estudar a hidrodinâmica da laguna. Esse estudo apresenta os resultados das medições de campo e modelação hidrodinâmica. Os dados batimétricos foram adquiridos e níveis medidos de Fevereiro de 2005 a Março de 2006 (31 dias), em dois pontos diferentes da laguna. Dados meteorológicos também foram coletados de Agosto de 2005 a Junho de 2006. A hidrodinâmica da lagoa e do canal de maré foi investigada com o auxílio do modelo do DHI, Mike 21, através de um convênio de cooperação científica entre o LaHiMar/UFSC e o DHI. Mike 21 é um modelo 2D-H escrito pelo método de volumes finitos que permite a utilização de uma malha não estruturada, que se ajusta melhor a diferentes escalas da Lagoa da Conceição. A calibração do modelo hidrodinâmico foi realizada forçando o modelo com nível na desembocadura externa do canal e comparando os resultados com níves d'água medidos dentro da laguna. Os resultados confirmaram a redução dos componentes de alta freqüência encontrados por Andrade (2001). A análise de diferentes cenários permitiu a compreensão de características importantes da hidrodinâmica da Lagoa da Conceição. Os principais resultados são que: a pequena passagem conectando o compartimento Sul com o restante da laguna não limita a circulação nessa região da laguna; e o efeito da dragagem do canal principal na troca d'água da laguna. Conceição Lagoon, located in the Island of Santa Catarina, in Southern Brazil, is a typical coastal lagoon connected to the ocean through a tidal inlet. Due to its natural beauty and strategic location, the lagoon is currently undergoing environmental problems and users' conflicts. This scenario prompted the Maritime Hydraulics Laboratory (LaHiMar) of UFSC to carry on a research project to study the hydrodynamics of the lagoon. This study reports the results concerning field measurements and modeling. Bathymetric data was collected and water levels recorded from February 2005 to March 2006 (31 days) in two different points within the lagoon. Meteorological data was also collected from August 2005 to June 2006. The hydrodynamics of the lagoon and the tidal channel was investigated with the aid of DHI's Mike 21 model in the context of a scientific cooperation agreement between LaHiMar/UFSC and DHI. Mike 21 is a 2D-H model in finite volume method that allows its use in an unstructured grid that fits better to different scales. Hydrodynamic model calibration was performed by forcing the model with level at the channel mouth and comparing the results with the measured water levels recorded inside the lagoon. Modeling showed a reduction of higher frequency tidal components, since longer periods loose less energy in the process of propagation through the channel. Analysis of different scenarios allowed the understanding of important hydrodynamics patterns of Conceição Lagoon. The most relevant are that the very small passage connecting the southern compartment with the rest of the lagoon does not limit the circulation in that part of the lagoon and the effect of dredging the main channel on the exchange of water of the lagoon.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-23T15:18:48Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O presente trabalho apresenta uma análise de dois sistemas de bombeamento de óleo para compressores herméticos alternativos para refrigeração doméstica produzidos pela EMBRACO. O primeiro sistema é baseado em uma bomba espiral, enquanto que o segundo é baseado em uma bomba centrífuga. Ambos os sistemas também possuem um canal de alimentação espiral na parte final do sistema. Nas duas análises, optou-se pela formulação de modelos simplificados para estudar a dinâmica do óleo nos sistemas de bombeamento, uma vez que a utilização exclusiva de programas comerciais de CFD resultaria em custos computacionais proibitivos. Principalmente porque estes modelos de escoamento de óleo devem, futuramente, serem utilizados em conjunto algoritmos de otimização da geometria do sistema de bombeamento. Os sistemas de bombeamento para cada compressor foram divididos em duas partes, a bomba e o canal do eixo, modeladas separadamente. O canal do eixo, de geometria comum aos dois compressores, foi resolvido com base em um modelo diferencial para o escoamento laminar plenamente desenvolvido em um parafuso de extrusão (Campbell et alli, 1992; Li e Hsieh, 1996). Uma formulação semelhante foi proposta para a bomba espiral do compressor. Ambas as formulações foram resolvidas analiticamente a partir da Técnica da Transformação Integral Generalizada (TTIG). A bomba centrífuga foi modelada considerando a existência de um escoamento bifásico em regime estratificado no interior do canal da bomba. O modelo foi resolvido de maneira híbrida, isto é, parte analiticamente e parte numericamente. Nos modelos para os dois sistemas de bombeamento, a vazão de óleo foi calculada a partir de um algoritmo computacional que emprega o método da bisseção para acoplar a vazão de óleo e a queda de pressão na bomba e no canal do eixo, respectivamente. As soluções para o escoamento nos sistemas de bombeamento de óleo foram validadas a partir de dados experimentais obtidos na EMBRACO e de simulações em CFD. Uma vez validados, os modelos foram utilizados em conjunto com programas comerciais de otimização para a obtenção de geometrias que resultassem em um melhor desempenho da vazão de óleo nos dois sistemas de bombeamento. No caso do sistema de bomba espiral, um aumento na vazão de óleo de cerca de 30% foi obtido com a otimização da geometria do sistema de bombeamento.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Filosofia e Ciências Humanas, Programa de Pós-Graduação em Geografia, Florianópolis, 2009 / Made available in DSpace on 2012-10-24T06:45:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 267270.pdf: 22911526 bytes, checksum: 0a29a50c3cdf5b2faf34b3a5bc752437 (MD5) / Este trabalho discute os mecanismos de geração de escoamento e conectividade hidrológica, com base no monitoramento e modelagem de processos hidrogeomorfológicos realizados na bacia experimental do rio Saci, com área de 10 ha, totalmente coberta com floresta, localizada no município de Rio Negrinho, SC. Foi implementado um monitoramento intensivo, com medições automáticas com intervalos de 10 minutos, de precipitação, precipitação interna, escoamento de tronco, tensão da água do solo, nível do lençol freático, vazão e sedimentos em suspensão. Para o monitoramento automático, foram desenvolvidos sensores de nível, básculas para medição da interceptação e automatização de tensiômetros. A perda de água por interceptação foi simulada para 31 eventos com o modelo de Rutter para vegetação esparsa, o qual simulou adequadamente a dinâmica da precipitação interna e apresentou certa limitação para descrever o processo de escoamento de tronco. Os solos foram caracterizados quanto à profundidade hidrologicamente ativa, granulometria, taxa de infiltração e condutividade hidráulica saturada. Foram analisados os hidrogramas de 20 eventos, ocorridos entre julho e novembro de 2008, frente ao conjunto dos dados monitorados e pela aplicação do modelo hidrogeomorfológico TOPMODEL. O modelo é semi-distribuído e baseado nas características topográficas e pedológicas da bacia. Os resultados indicam que os mecanismos de geração de escoamento estão condicionados pela magnitude dos eventos de precipitação, com limiar entre 30 e 40 mm, e pelas condições iniciais de umidade na bacia. Eventos simples, com baixas precipitação e umidade inicial, geram escoamento superficial por saturação, exclusivamente em uma pequena área correspondente à zona ripária. Eventos complexos, com precipitação e umidade inicial elevadas, geram saturação em áreas maiores, entretanto desconectadas por escoamento superficial. Neste caso, ocorre o predomínio de escoamento subsuperficial, ativando um mecanismo de escoamento por caminhos preferenciais que interconectam as áreas saturadas, gerando um segundo pico no hidrograma. Esse fenômeno pode ser chamado conectividade subsuperficial. As simulações mostram que o TOPMODEL, embora descreva precisamente os eventos simples, não reproduz adequadamente os complexos. Os resultados deste trabalho condizem com alguns estudos recentes similares, em pequenas bacias florestais, reforçando a importância do escoamento subsuperficial e da conectividade hidrológica na compreensão dos mecanismos de geração de escoamento e, da necessidade de monitoramento intensivo e de incorporação deste conhecimento nos modelos de simulação. / This dissertation discusses the runoff generation mechanisms and hydrological connectivity, based on monitoring and modeling of hydrogeomorphologic processes in the Saci Experimental Watershed (10 ha) completely covered with forest and located within the municipality of Rio Negrinho, Santa Catarina State, Brazil. An intensive monitoring system was implemented with automatic 10 minutes-interval measurement of the gross rainfall, throughfall, stemflow, soil water tension, water table, runoff and suspended sediment. For monitoring automation, sensors for water-table, tensiometers, and tipping-bucket devices for measuring stemflow and throughfall were developed. The soils were characterized in terms of a hydrologically-active depth, grain size, infiltration rate and saturated hydraulic conductivity. Twenty hydrograph-events which occurred during the period from July to November 2008 were analyzed with all the monitored data and by application of TOPMODEL. This model is semi-distributed and based on topographic and soil characteristics of the watershed. The results show that the runoff generation mechanisms are driven by the magnitude of rainfall events with threshold between 30 and 40 mm, and by the initial soil-moisture conditions in the watershed. Simple events, with small rainfall and initially-dry soil conditions, generate overland saturated flow just from a small area corresponding to the riparian zone. Complex events, with large rainfall and initially-wet soil conditions, generate saturation in larger areas which are, however, not connected by the overland flow. In this case, predominantly the subsurface flow occurs and activates preferential flow, which interconnect the saturated areas. This mechanism generates the second peak at the hydrograph. This phenomenon may be called subsurface connectivity. The TOPMODEL simulated very well the simple events, but did not adequately simulate the complex ones. The results of the present study are consistent with some recent similar studies in small forested watersheds, strengthen the importance of subsurface flow and hydrological connectivity to understand the runoff generation mechanism and the need of intensive monitoring adding this knowledge onto computational models.

[pt] Os elementos combustíveis de reatores nuclear são geralmente constituídos por feixes de barras contendo as pastilhas de combustível montadas em arranjos de geometria triangular ou quadrada, através dos quais o fluido refrigerante escoa axialmente. O projeto térmico desses elementos só pode ser efetuado se informações sobre o processo de retirada de calor pelo fluido refrigerante são disponíveis, o que exige uma descrição detalhada do campo de velocidades do escoamento. No presente trabalho são utilizados um modelo de turbulência de zero equações e uma lei da parede para transferência de energia na obtenção dos campos de velocidades e temperaturas do escoamento, e também das distribuições angulares da tensão cisalhante e do Número de Nusselt na parede de um subcanal típico de elemntos combustíveis nucleares, para escoamentos turbulentos, em regime permanente, totalmente desenvolvidos, de fluidos, incompressíveis e assumindo propriedades independentes da temperatura com escoamentos axiais através de arranjos triangulares de barras com diferentes razoes de aspectos (P/D) e diferentes Números e Reynolds (Re). Os resultados são comparados com resultados experimentais de outros autores, obtidos da literatura, e apresentam boa concordância. / [en] Nuclear fuel elements generally consists of cladding rods containing the fuel pellets, with the coolant flowing axially through them. The thermal design of such elements only can be carried out if information about the heat transfer process to the coolant be avaiable, wich demmands a detailed description of the velocity field of flow. In the present work a zero equation model of turbulence and a wall law to energy transfer are applied to compute the velocity and temperature fields, and also the angular distribution of local wall sheat stress and nusselt number in the wall of a typical subchannel of nuclear fuel elements, for turbulents and fully developed flows,steady state, with incompressible, temperature independent fluids, flowing axially through triangular arrays of rods in differents aspect rations (P/D) and Reynods number (Re). The results are compared with experimental data of others authors, obtained from literature and show agreement.