O escoamento estratificado óleo-água é bastante comum na indústria do petróleo, especialmente em poços direcionas offshore, oleodutos e gasodutos. Entretanto, existem poucos trabalhos na literatura sobre a natureza da estrutura ondulatória observada no escoamento em dutos ascendentes ou descendentes a partir da horizontal. O objetivo deste trabalho foi estudar as propriedades geométricas e cinemáticas da onda interfacial, i.e, forma média, comprimento, amplitude e celeridade, e assim contribuir para a compreensão do papel da onda interfacial na dinâmica do escoamento estratificado. Um software baseado em plataforma Labview® possibilitou a automação para obtenção dos dados das ondas interfaciais extraídas de imagens de vídeos de alta resolução. Além das propriedades das ondas, também se coletaram valores de fração volumétrica in situ e de gradiente de pressão bifásico para cinco ângulos de inclinação (-20°, -10°, 0°, 10° e 20°) em diferentes pares de vazões de óleo e água. Desenvolveu-se um modelo fenomenológico considerando os termos ondulatórios do escoamento para o cálculo da fração volumétrica in situ e do gradiente de pressão bifásico, sendo comparado com modelos disponíveis na literatura e dados experimentais. A concordância do modelo proposto com os dados coletados neste trabalho se mostrou muito boa, o que sugere um avanço em comparação ao existente na literatura. O estudo da equação da onda de perturbação interfacial para o escoamento estratificado óleo-água indicou que a natureza da onda observada é cinemática e não dinâmica; e baseado na equação da celeridade da onda cinemática pode-se confrontar a celeridade experimental com a teórica, revelando boa concordância. / The oil-water stratified flow is quite common in the oil industry, especially in offshore directional wells and pipelines. However, there are few studies on the physics of the wavy structure observed in upward and downward stratified flow. The goal of this work was to study the geometric and kinematic properties of interfacial waves, i.e., the average shape, wavelength, amplitude and celerity. A homemade Labview®-based software enabled the automatic acquisition of data extracted from frames obtained via high resolution video recording. In situ volume fraction and two-phase pressure gradient data for five inclination angles (-20°, -10°, 0°, 10° and 20°) at several pairs of oil and water flow rates were also collected. A phenomenological model that takes into account the wavy structure is proposed to calculate volume fractions and two-phase pressure gradient and it was compared with available models from the literature and experimental data. The good agreement of the proposed model with the data collected in this study is promising and suggests that it may provide better predictions in comparison with models from the literature. The study of the interfacial perturbation wave equation for stratified flow indicates that the observed waves nature is kinematic and not dynamic; and based on the kinematic wave velocity equation we could compare the experimental celerity with the theoretical one, with good agreement.

[pt] Muitos dispositivos e estruturas empregados para guiar ondas eletromagnéticas apresentam conformidade cilíndrica. Aplicações sensíveis de engenharia de micro-ondas e de dispositivos ópticos integrados empregam, muitas vezes, materiais não homogêneos, anisotrópicos e dissipativos, de modo que a pesquisa por modelos computacionais robustos e acurados é um tópico de notável interesse para a Engenharia Elétrica. Este trabalho apresenta uma técnica semianalítica para resolver problemas de valor de contorno associados a guias de onda cilíndricos, anisotrópicos e não homogêneos. Nossa metodologia permite modelar estruturas com camadas radiais, com anisotropia uniaxial, e com perdas. A solução proposta parte das equações de Maxwell para campos harmônicos no tempo, e emprega uma expansão modal em termos da série de Bessel-Fourier. Os autovalores associados ao problema são obtidos por meio do método do winding number, em que diversas abordagens para o cálculo das integrais de caminho no plano complexo são exploradas. Para analisar junções entre guias de ondas estratificados, empregamos a técnica de casamento de modos baseada na conservação da Reação dos campos. Nossa formulação é capaz de avaliar os efeitos da excitação e do acoplamento entre modos puros (TM, TE, e TEM) em guias de ondas homogêneos, bem como dos modos híbridos em estruturas complexas. Uma série de resultados numéricos são apresentados e mostram a capacidade da metodologia desenvolvida nesta pesquisa para caracterizar corretamente estruturas cilíndricas compostas por meios complexos (não homogêneos, anisotrópicos e dissipativos) de forma robusta e computacionalmente eficiente se comparado com outras técnicas convencionais de eletromagnetismo computacional. / [en] Many devices and structures used to guide electromagnetic waves are conformal with the cylindrical coordinates. Sensitive applications of microwave engineering and integrated optical devices often use non-homogeneous, anisotropic and dissipative materials, so that the research for robust and accurate computational models is a topic of remarkable interest for Electrical Engineering. This work presents a semi-analytical technique for solving boundary-value problems associated with cylindrical, anisotropic, and non-homogeneous waveguides. Our methodology allows us to model structures with radial layers, with uniaxial anisotropy, and with losses. The proposed solution starts from Maxwell s equations for time-harmonic electromagnetic fields and employs a modal expansion in terms of the Bessel-Fourier series. The eigenvalues associated with the problem are obtained using the winding number method, in which several approaches for calculating complex-plane contour integrals are explored in detail. In order to properly analyze the junctions between sections of stratified waveguides, we employ a mode-matching technique based on the conservation of the Reaction of the fields. Our formulation can handle the effects of excitation and coupling between pure modes (TM, TE, and TEM) in homogeneous waveguides, as well as hybrid modes in complex structures. A series of numerical results are presented and show the capacity of the methodology developed here to correctly characterize cylindrical structures composed of complex media (inhomogeneous, anisotropic, and dissipative) in a robust and computationally-efficient fashion if compared to other conventional computational electromagnetic techniques.

[pt] Testes de formação são normalmente realizados para determinar as propriedades rochosas do reservatório e os dados obtidos costumam ser interpretados com base no pressuposto que o reservatório é homogêneo na direção vertical e descrito por um modelo uni dimensional. No entanto, muitos reservatórios são compostos por diversas camadas que possuem características diferentes. Os poços de produção nesses reservatórios podem receber óleo de mais de uma camada. Em um sistema de reservatório estratificado, o comportamento da pressão e da temperatura não é necessariamente o mesmo de um sistema em camada única e raramente revela as mesmas propriedades médias de todo o sistema. Prever as características das camadas individuais é importante para descrever adequadamente o reservatório e melhorar o gerenciamento da produção. Este trabalho apresenta um modelo numérico, transiente-térmico para um sistema acoplado poço - reservatório 2D, levando-se em consideração efeitos Joule-Thompson responsáveis pelo aquecimento / resfriamento do fluido, expansão/compressão adiabática, além de efeitos de condução e convecção para o poço e o reservatório em um escoamento monofásico. A análise bidimensional do reservatório permite que se simule zonas de estratificação e barreiras. O modelo permite fluxo através de camadas adjascentes com propriedades de rocha diferentes. Pressão e temperatura a uma certa posição no poço produtor são avaliadas ao longo do tempo. Resultados mostram que a análise do transiente de pressão (PTA) e a análise do transiente de temperatura (TTA) podem ser utilizadas para caracterizar diferentes configurações de um reservatório estratificado. / [en] Well formation tests are usually performed to determine rock properties of a reservoir and the obtained data has often been interpreted based on an assumption that the reservoir is homogeneous in the vertical direction and described by a 1-D model. However, many reservoirs are found to be composed of different number of layers that have different characteristics. Production wells in such reservoirs may receive oil from more than one layer. In stratified reservoir system, the pressure and temperature behavior are not necessarily the same as in single layered system, and rarely reveals the same average properties of the entire system. The prediction of the characteristics of the individual layers is important to describe properly the reservoir and improve production management. This work presents a numerical transient-thermal model for a coupled wellbore/2D-reservoir considering Joule-Thompson heating/cooling, adiabatic fluid expansion/compression, conduction and convection effects for both wellbore and reservoir for a single-phase fluid flow. The two-dimensional reservoir model allows the analysis of stratified zones and barriers. The model allows cross flow between the adjacent layers with different rock properties.Wellbore temperature and pressure at a certain gauge depth are evaluated along the time. Results show how pressure transient analysis (PTA) and temperature transient analysis (TTA) can be used to characterize different configuration of stratified reservoirs.

[pt] O comportamento de grupos de estacas sob carregamento vertical estático, cêntrico, com bloco rígido ou flexível, em maciços estratificados, é investigado neste trabalho. O método de análise é baseado em versão simplificada do Método dos Elementos de Contorno, sugerida por POULOS (1968) para meios elásticos homogêneos. Estimativas dos valores de recalque são obtidas por meio de um programa computacional, implementado nesta pesquisa, avaliando-se a influência da estratificação do maciço de solo nos efeitos de grupo e nos valores dos recalques do topo das estacas componentes. Grupos com diferentes configurações, usuais na prática da Engenharia de Fundações, foram considerados em perfis estratigráficos básicos, homogêneo e formado por duas camadas distintas. Os resultados numéricos obtidos para o caso de bloco flexível, indicam que a estratigrafia do maciço, a rigidez relativa das estacas e seus comprimentos relativos não influenciam significativamente os valores dos fatores de interação para cálculo dos recalques do topo. Assim, um método aproximado simples, direto e eficiente, é proposto para determinação dos recalques do topo em grupos com número qualquer de estacas, com base na superposição dos valores do fator de interação entre apenas duas estacas sob diferentes espaçamentos relativos. No caso de bloco rígido, os resultados obtidos indicaram que, sob o ponto de vista prático, os fatores de redução de grupo também não são significativamente influenciados pela estratigrafia, rigidez e comprimentos relativos das estacas. Dessa forma, os fatores de redução de grupo obtidos para o perfil de solo homogêneo podem ser aproximadamente utilizados para outros casos de estratigrafia. / [en] The behaviour of vertically loaded pile groups with a rigid or flexible cap, in layered soils, is investigated in this research. The analysis is based on a simplified version of the Boundary Element Method, as suggested by POULOS (1968), for the case of an homogeneous and linearly elastic half-space. The estimation of settlements is obtained using a computational program, developed in this work, which evaluates the influence of the soil layering on the group effects as well as on the settlement of individual piles in the same group. Groups with usual geometrical configuration are considered, resting on some basic soil profiles (single and double layered systems). Numerical results thus calculated for the case of flexible cap indicate that soil layering, pile-stiffness factors and length-to- diameter ratios do not significantly affect the interaction factors for the top of piles. Hence, a simple, direct and efficient method of evaluation is proposed for the estimation of settlements in groups with any number of piles based on the superposition of the interaction factors determined for the case of just two piles at different spacing. For groups with a rigid cap, under the pratical point of view, the results also indicated that, the respective reduction factors are not significantly influenced by the soil layering, pile-stiffness factors and length-to- diameter ratios. So, reduction factors obtained for homogeneous soil profile can be used for others cases of soil profiling. / [es] Este trabajo investiga el comportamiento de grupos de estacas bajo sobrepeso vertical estático, céntrico, con bloque rígido o flexible, en macizos estratificados. El método de análisis se basa en una versión simplificada del Método de los Elementos de Contorno, sugerida por POULOS (1968) para medios elásticos homogéneos. Estimativas de los valores de recalque se obtienen por medio de un programa, implementado en esta investigación, que evalúa la influencia de la estratificación del macizo de suelo en los efectos de grupo y en los valores de los recalques de la parte superior de las estacas. Grupos con diferentes configuraciones, usuales en la prática de Ingeniería de Fundaciones, fueron considerados en perfiles estratigráficos básicos, homogéneo y formado por dos capas distintas. Los resultados numéricos obtenidos para el caso de bloque flexible, indican que la estratigrafía del macizo, la rígidez relativa de las estacas y sus dimensiones relativas no influyen significativamente en los valores de los factores de interación para el cálculo de los recalques. De esta forma, se propone un método aproximado, simple, directo y eficiente para la determinación de los recalques en grupos con cualquier número de estacas, con base en la superposición de los valores del factor de interacción entre apenas dos estacas bajo diferentes espaciamientos relativos. En el caso de bloque rígido, los resultados obtenidos indicaron que, desde el punto de vista práctico, los factores de reducción de grupo también no recibenuna influencia significativa por parte de la estratigrafía, rígidez y dimensiones relativas de las estacas. De esa forma, los factores de reducción de grupo obtenidos para el perfil de suelo homogéneo pueden ser aproximadamente utilizados para otros casos de estratigrafía.

Escoamentos bifásicos estão presentes em diversos processos naturais e industriais, como na indústria de petróleo. Podem apresentar-se em diferentes configurações topológicas, ou, padrões de escoamento, entre eles o escoamento estratificado ondulado e o estratificado com mistura na interface. Os escoamentos bifásicos estratificados óleo-água têm sido utilizados como uma forma conveniente de evitar a formação de emulsões de água em óleo em oleodutos e possuem uma ocorrência comum em poços de petróleo direcionais. Quando a onda interfacial ultrapassa determinado limite geométrico e cinemático, surge o fenômeno do entranhamento de gotas, representado por misturas entre as fases junto à interface que promovem um aumento na queda de pressão. Modelos têm sido apresentados pela literatura na tentativa de descrever o fenômeno do entranhamento de gotas. Neste trabalho é apresentada uma nova proposta de modelagem matemática unidimensional para o entranhamento de gotas com o objetivo de melhorar a previsão dos parâmetros envolvidos, em especial, da fração volumétrica de óleo e da queda de pressão bifásica. Também foi utilizada simulação numérica computacional, CFD (Computational Fluid Dynamics), com o uso de software comercial para obtenção dos valores dos parâmetros do escoamento estratificado ondulado óleo-água (fração volumétrica de óleo, queda de pressão, amplitude e comprimento da onda interfacial). Os resultados da modelagem fenomenológica para entranhamento e os de CFD foram comparados com bancos de dados experimentais. Os resultados em CFD mostram concordância com os resultados experimentais, tanto na análise qualitativa das propriedades geométricas das ondas interfaciais, quanto na comparação direta com os dados para fração volumétrica e queda de pressão. Os resultados numéricos da modelagem fenomenológica para fatores de entranhamento apresentam boa concordância com dados da literatura. / Two-phase flows are present in many natural and industrial processes, such as in the oil industry. They may be found arranged in several flow patterns, including the wavy stratified flow and the stratified with mixing at the interface. The stratified oil-water flow has been used as a convenient way to avoid the formation of emulsions of water in oil and have a common occurrence in directional oil wells. When the interfacial wave exceeds a certain geometric and kinematic limit the phenomenon of drop entrainment arises at the interface, causing an increase of pressure drop. Models have been presented in the literature in an attempt to describe the phenomenon of drop entrainment. In this work, we present a new method for the one-dimensional mathematical modeling of entrainment in order to improve the prediction of oil volume fraction and pressure drop. It was also used a commercial computational fluid dynamics tool (CFD) to obtain the values of flow parameters of wavy stratified oil-water flow, such as oil volume fraction, pressure drop, amplitude and length of the interfacial waves. The results of the phenomenological modeling for entrainment and CFD were compared with experimental databases. The CFD results are in agreement with the experimental results in both the qualitative analysis of the geometric properties of the interfacial waves and in direct comparison with oil-volumetric-fraction and pressure-drop data. The numerical results of the phenomenological model for entrainment factors are in agreement with data from the literature.

A T E N C I Ó ! ! !Per consultar aquesta tesi cal navegar partint del fitxer 0INICI.pdfRESUMENLas variables físicas que describen la mezcla, son perfectamente comparables para experimentos de laboratorio estudiados por un nutrido grupo de investigadores en la dinámica de fluidos medioambientales. En este trabajo se relacionan variables de tipo físicas y biológicas y se destaca el uso de las primeras como ayuda en la interpretación de las variables biológicas, demostrándose su utilidad. Se utilizan además distintos experimentos de laboratorio enfocados al estudio de la dinámica de la mezcla turbulenta en un flujo estratificado inducida por cizalla y a las escalas de las estructuras inducidas por dinámica de la pluma en el delta. Este objetivo se lleva a cabo describiendo las características de un ambientes estuarino y de la pluma por medio de indicadores como el número de Richardson y de Reynolds. Para ello se emplea una metodología avanzada de toma de muestras, técnicas experimentales de laboratorio como procesamiento de imágenes y técnicas numéricas para la modelización de la pluma en la desembocadura del estuario.El estuario bajo estudio se encuentra presente en el delta del Ebro, donde existe la mayor parte de año una cuña estable que es controlada principalmente por los caudales locales del río. Con la finalidad de observar una cuña estable, se realizo una campaña en el mes de julio de 1997. Adicionalmente para la obtención de variable a partir de las cuales puede hacerse una descripción de la dinámica de la mezcla y la obtención de variables biológicas, se desarrollaron una serie de campañas donde se buscaron diferentes condiciones del flujo del río que determina la mezcla en el estuario; estas campañas se realizaron las fechas del 5 de abril de 1998, 12 de julio, 5 de octubre de 1999 y 5 de febrero de 2000. En este trabajo junto al trabajo de campo, se realizan experimentos de laboratorio y simulaciones numéricas; se establece además un criterio cuantitativo del inicio y final de una capa de una estratificación en la columna de agua, se establecen zonas características de la mezcla en el estuario, la distancia de la cabeza de la pluma en cualquier punto del estuario incluyendo la boca a partir de la medida de la densidad mínima en la columna de agua, que la medida de los caudales locales maneja dinámica de la mezcla tanto en el cuerpo del estuario como en la pluma, además de medidas de eficiencia de mezcla, relaciones de la abundancia de organismos típicos de agua marina en el estuario de acuerdo a uno de los descriptores de la mezcla como el número de Reynolds, se describe la dinámica general de la circulación superficial inducida por la pluma en la zona costera adyacente del delta del Ebro por medio del seguimiento de partículas trazadoras y de la circulación en la columna de agua por seguimiento de colorante, por último se comparan las estructuras y escalas dominantes observadas experimentalmente con estructuras observadas por medio de percepción remota y simulaciones numéricas obteniéndose una buena correlación con los tendencias las medidas naturales y experimentales de laboratorio y numéricas. / Physical variables that describe mixing are compared with experimental laboratory results from a large number of studies of mixing dynamics in environmental fluids to find habitat regimes for primary production. The work relates physical and biological variables, and emphasises the utility of laboratory studies. Several laboratory experiments that focused on turbulent mixing dynamics in stratified shear flows are used to describe (a) mixing in the estuary and (b) induced circulation in the river plume. Mixing descriptors as entrainment, Richardson number and Reynolds number and field data were employed, and advanced techniques of laboratory simulations, image processing and numerical modelling were used to match (a) to (b). Four kinds of experiments were used to describe the dynamics in the whole estuary. 1) Mixing turbulence across a density interface generated by an oscillating grid inside a mixing-box. 2) The horizontal advance of a turbulent front in a stratified system with a lateral current, inside a 1 m x 1 m square box. 3) Induced circulation in the delta del Ebro slope and shelf that were performed with an experimental model in a 2 m x 4 m rectangular tank on a 5-m diameter turntable. 4) Dispersion simulations in the river plume with the OCK3D code. Experiments 1 and 2 were developed in the UPC applied physic laboratories in Barcelona, experiments 3 were performed in the SINTEF laboratories in Trondheim and numerical experiments 4 were realized in the LSEET laboratories in Toulon. The estuary under study is the delta of the del Ebro, where a stable saline wedge is present the greater part of the year, driven by the river flow. A field campaign was carried out to observe a complete large stable saline wedge during the month of July of 1997. Additionally, to obtain the physical descriptors, cruises were made on 5 April, 1998, 12 July and 5 October, 1999 and 5 February, 2000 to observe several flow conditions in the river estuary. Particle tracking and optical measurements in the water column were used to study the induced length scale dynamics in the shelf and slope of the delta del Ebro. The dominant structures and scales from SAR images and numerical and laboratory simulations were compared with the field data.With the help of laboratory and field experiments and numerical simulations, qualitative criteria were suggested to determine the extent of the interface ending in a stratified water column, the different mixing characteristic zones within the estuary, and the distance of the estuary head, since elsewhere points in the estuary (including the river mouth) are obtained by means of the minimum density in the water column. Both estuary mixing and plume dynamics are driven by the local flow. In the present analysis of mixing efficiency, the phytoplankton abundance is in accord with the Reynolds number as a mixing descriptor.

Escoamentos bifásicos estão presentes em diversos processos naturais e industriais, como na indústria de petróleo. Podem apresentar-se em diferentes configurações topológicas, ou, padrões de escoamento, entre eles o escoamento estratificado ondulado e o estratificado com mistura na interface. Os escoamentos bifásicos estratificados óleo-água têm sido utilizados como uma forma conveniente de evitar a formação de emulsões de água em óleo em oleodutos e possuem uma ocorrência comum em poços de petróleo direcionais. Quando a onda interfacial ultrapassa determinado limite geométrico e cinemático, surge o fenômeno do entranhamento de gotas, representado por misturas entre as fases junto à interface que promovem um aumento na queda de pressão. Modelos têm sido apresentados pela literatura na tentativa de descrever o fenômeno do entranhamento de gotas. Neste trabalho é apresentada uma nova proposta de modelagem matemática unidimensional para o entranhamento de gotas com o objetivo de melhorar a previsão dos parâmetros envolvidos, em especial, da fração volumétrica de óleo e da queda de pressão bifásica. Também foi utilizada simulação numérica computacional, CFD (Computational Fluid Dynamics), com o uso de software comercial para obtenção dos valores dos parâmetros do escoamento estratificado ondulado óleo-água (fração volumétrica de óleo, queda de pressão, amplitude e comprimento da onda interfacial). Os resultados da modelagem fenomenológica para entranhamento e os de CFD foram comparados com bancos de dados experimentais. Os resultados em CFD mostram concordância com os resultados experimentais, tanto na análise qualitativa das propriedades geométricas das ondas interfaciais, quanto na comparação direta com os dados para fração volumétrica e queda de pressão. Os resultados numéricos da modelagem fenomenológica para fatores de entranhamento apresentam boa concordância com dados da literatura. / Two-phase flows are present in many natural and industrial processes, such as in the oil industry. They may be found arranged in several flow patterns, including the wavy stratified flow and the stratified with mixing at the interface. The stratified oil-water flow has been used as a convenient way to avoid the formation of emulsions of water in oil and have a common occurrence in directional oil wells. When the interfacial wave exceeds a certain geometric and kinematic limit the phenomenon of drop entrainment arises at the interface, causing an increase of pressure drop. Models have been presented in the literature in an attempt to describe the phenomenon of drop entrainment. In this work, we present a new method for the one-dimensional mathematical modeling of entrainment in order to improve the prediction of oil volume fraction and pressure drop. It was also used a commercial computational fluid dynamics tool (CFD) to obtain the values of flow parameters of wavy stratified oil-water flow, such as oil volume fraction, pressure drop, amplitude and length of the interfacial waves. The results of the phenomenological modeling for entrainment and CFD were compared with experimental databases. The CFD results are in agreement with the experimental results in both the qualitative analysis of the geometric properties of the interfacial waves and in direct comparison with oil-volumetric-fraction and pressure-drop data. The numerical results of the phenomenological model for entrainment factors are in agreement with data from the literature.

En la horticultura intensiva española la mayor parte de las exportaciones procede de los cultivos de invernadero, localizados en Almería, Murcia y Alicante, donde se ha centrado el presente estudio. Actualmente la posición competitiva no presenta amenazas muy graves pero tampoco muestra una etapa creciente. Exportaciones y precios soportan la competencia de otros países del área mediterránea, con los cuales España debe competir en capital y en tecnología elevando el nivel de equipamiento de los invernaderos. Ante unas exigencias de reestructuración de las instalaciones actuales, no aplazables, se plantea la presente tesis con el fin de conocer el estado actual de la tecnología y su evolución y, además, las características de las explotaciones y la actitud de sus titulares respecto a las innovaciones necesarias. Las fuentes de información se han basado en una toma de precios en origen del tomate y pimiento, como principales productos hortícolas, y en una encuesta, realizada en 242 explotaciones, mediante muestreo proporcional estratificado, en las zonas de El Ejido (Almería), Valle del Guadalentín y Campo de Cartagena (Murcia) y Sur de Alicante. El análisis de la información tuvo una primera parte dedicada a los precios, con el cálculo de la tendencia y la estacionalidad y la aplicación de modelos ARIMA. La finalidad ha sido conocer la evolución de las rentas de los productores, efectuar predicciones, y establecer una relación entre los precios y la tecnología adoptable. El tratamiento de los datos de la encuesta con sus resultados comprende la mayor parte del contenido del trabajo. Se aplicó el análisis estadístico univariante a las características estructurales de explotaciones e invernaderos y el bivariante, con contraste de independencia, para determinar relaciones de interés entre los factores que influyen en los procesos de innovación. / García Martínez, MDC. (2009). La adopción de tecnología en los invernaderos hortícolas mediterráneos [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/6472 / Palancia

[pt] Os sistemas eletromagnéticos de telemetria através de formações geológicas têm sido cada vez mais estudados na última década devido às importantes aplicações de engenharia para a indústria de exploração de óleo e gás. Várias técnicas computacionais puramente numéricas têm sido utilizadas para modelar esses cenários. No entanto, elas exigem um tratamento ardiloso para às bruscas mudanças na condutividade elétrica presente nas formações geológicas. Além disso, o custo computacional necessário para o processo de discretização é muito grande, e as instabilidades em baixas frequências se tornam críticas para problemas em que largas escalas estão envolvidas. Esta pesquisa apresenta uma formulação semianalítica para analisar a propagação dos campos eletromagnéticos em um meio estratificado, dissipativo, e com anisotropia biaxial. A solução proposta emprega uma nova abordagem no domínio espectral onde uma integral baseada na transformada de Hankel é apresentada para modelar a propagação de ondas devido a fontes de corrente do tipo anel com simetria azimutal. O método proposto é empregado para a análise de cenários geofísicos análogos aos do Pré-Sal brasileiro, onde rochas carbonáticas de alta condutividade são predominantes. Além disso, o efeito das formações do pré e pós-sal nos campos eletromagnéticos e sua interação com o tubo metálico que reveste o poço de petróleo é então computado para ambientes isotrópicos e anisotrópicos. É apresentada uma série de resultados de validação que mostram que a técnica proposta é numericamente estável, robusta e computacionalmente eficiente para modelar vários problemas representativos de telemetria sem fio em poços de petróleo. / [en] Electromagnetic telemetry systems through complex geological formations have been increasingly investigated in the last decade due to important engineering applications for the oil and gas industry exploration. Many brute-force computational electromagnetic techniques have been used for modeling this scenario. However, they require a tricky treatment of the large conductivity contrasts present in the soil formations. Also, high-cost computational resources are required for the discretization process and the low-frequency instabilities become critical for such large-scale problems. This research presents a semi-analytic formulation for analyzing the electromagnetic field propagation in a biaxially anisotropic and lossy stratified media. The proposed solution employs a novel spectral domain approach where a Hankel-based integral transform is introduced for modeling wave propagation due to azimuthally symmetric current loop sources. The proposed method is employed for analyzing geophysical scenarios analogous to those of the Brazilian Pre-Salt, where high conductivity carbonate rocks are prevalent. Also, the effect of the pre and post-salt formations on the electromagnetic fields and its interaction with the metallic casing of an oil well is then computed for both isotropic and anisotropic environments. It is presented a series of validation results which show that the proposed technique is numerically stable, robust and computationally efficient for modeling several representative problems of wireless oil well telemetry.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Uma simulação numérica que leva em conta os efeitos de estratificação e mistura escalar (como a temperatura, salinidade ou substância solúvel em água) é necessária para estudar e prever os impactos ambientais que um reservatório de usina hidrelétrica pode produzir. Este trabalho sugere uma metodologia para o estudo de escoamentos ambientais, principalmente aqueles em que o conhecimento da interação entre a estratificação e mistura pode dar noções importantes dos fenômenos que ocorrem. Por esta razão, ferramentas de simulação numérica 3D de escoamento ambiental são desenvolvidas. Um gerador de malha de tetraedros do reservatório e o modelo de turbulência algébrico baseado no número de Richardson são as principais ferramentas desenvolvidas. A principal dificuldade na geração de uma malha de tetraedros de um reservatório é a distribuição não uniforme dos pontos relacionada com a relação desproporcional entre as escalas horizontais e verticais do reservatório. Neste tipo de distribuição de pontos, o algoritmo convencional de geração de malha de tetraedros pode tornar-se instável. Por esta razão, um gerador de malha não estruturada de tetraedros é desenvolvido e a metodologia utilizada para obter elementos conformes é descrita. A geração de malha superficial de triângulos utilizando a triangulação Delaunay e a construção do tetraedros a partir da malha triangular são os principais passos para o gerador de malha. A simulação hidrodinâmica com o modelo de turbulência fornece uma ferramenta útil e computacionalmente viável para fins de engenharia. Além disso, o modelo de turbulência baseado no número de Richardson leva em conta os efeitos da interação entre turbulência e estratificação. O modelo algébrico é o mais simples entre os diversos modelos de turbulência. Mas, fornece resultados realistas com o ajuste de uma pequena quantidade de parâmetros. São incorporados os modelos de viscosidade/difusividade turbulenta para escoamento estratificado. Na aproximação das equações médias de Reynolds e transporte de escalar é utilizando o Método dos Elementos Finitos. Os termos convectivos são aproximados utilizando o método semi-Lagrangeano, e a aproximação espacial é baseada no método de Galerkin. Os resultados computacionais são comparados com os resultados disponíveis na literatura. E, finalmente, a simulação de escoamento em um braço de reservatório é apresentada. / To study and forecast the environmental impacts that a hydroelectric power plant reservoir may produce, a numerical simulation that takes into account the effects of stratification and scalar mixing (such as temperature, salinity or water-soluble substance) is required. This work proposes a methodology for the study of the environmental fluid flow phenomena, mainly for flows in which the knowledge of the interaction between stratification and mixing can give important notions of the phenomena that occur. For this, a numerical simulation tool for 3D environmental flow is developed. A tetrahedral mesh generator of the reservoir based on the terrain topology and an algebraic turbulence model based on the Richardson number are the main tools developed. The main difficulty in tetrahedral mesh generation of a reservoir is nonuniform distribution of the points related to the huge ratio between the horizontal and vertical scales of the reservoir. In this type of point distributions, conventional tetrahedron mesh generation algorithm may become unstable. For this reason, a unstructured tetrahedral mesh generator is developed and the methodology used to obtain conforming elements is described. Triangular surface mesh generation using the Delaunay triangulation and the construction of the tetrahedra from the triangular surface mesh are the main steps to the mesh generator. The hydrodynamic simulation of reservoirs with a turbulence model provides a useful tool that is computationally viable for engineering purposes. Furthermore, the turbulence model based on the Richardson number takes into account the effects of interaction between turbulence and stratification. The algebraic model is the simplest among the various models of turbulence, but provides realistic results with the fitting of a small amount of parameters. Eddy-Viscosity/Diffusivity models for stratified turbulent flows models are incorporated. Using the Finite Element Method (FEM) approximation the Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) and mean scalar transport equations are approximated. The convective terms are discretized employing the Semi-Lagrangian method, and the spatial discretization is based on the Galerkin method. The computational results are compared with the results available in the literature. Finally, the simulation of the flow in a branch of a reservoir is presented.