Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Durante o tratamento ortodôntico, a resposta inicial dos tecidos periodontais ao estímulo mecânico envolve várias alterações estruturais e bioquímicas que permitem a movimentação do dente. As metaloproteinases da matriz (MMPs) parecem desempenhar um papel importante na manutenção da integridade funcional da matriz extracelular periodontal. O objetivo do presente estudo foi avaliar, em diferentes intervalos de tempo, os níveis de metaloproteinases da matriz -1, -2, -3, -7, -8, -12 e -13 no fluido gengival (FG) de caninos superiores submetidos ao movimento de distalização e testar a hipótese de possíveis alterações nos níveis destas MMPs com o emprego de forças ortodônticas. Amostras de FG foram obtidas de dezesseis pacientes ortodônticos saudáveis (nove do sexo masculino e sete do sexo feminino, com idades entre 13 e 27 anos, média de idade 17,7 anos) que possuíam indicação de exodontias dos primeiros pré-molares superiores e tiveram os caninos distalizados como parte da terapia ortodôntica. Um dos caninos superiores foi distalizado ortodonticamente, sendo considerado dente teste. O canino contralateral não foi submetido a nenhuma força, no entanto foi incluído na aparatologia ortodôntica e utilizado como controle. A coleta de FG foi realizada nos sítios mesial (tensão) e distal (pressão) dos dentes testes e controles 7 dias antes da montagem da aparatologia ortodôntica, imediatamennte após a aplicação da força ortodôntica, e após 1 h, 24 h, e 7, 14 e 21 dias, respectivamente denominados -7d, 0h, 1h, 24h, 7d, 14d e 21d. A arcada superior de cada paciente foi dividida em um lado teste e um lado controle. Os resultados mostraram que foram encontradas diferenças significativas no volume do FG apenas nos intervalos de tempo entre -7d e 0h nos lados controle-pressão (CP), teste-tensão (TT) e teste-pressão (TP). Em TP foi observado ainda aumento do volume entre os tempos 0h e 14d. Foi possível detectar no FG as MMPs estudadas nos lados controle/teste e lados pressão/tensão, em todos os intervalos de tempo. As flutuações dos níveis das MMPs apresentaram poucas alterações significativas nos diferentes intervalos de tempo, nos lados controle/teste e lados pressão/ tensão. As diferenças intergrupos (TT, TP, CT e CP) em cada tempo não mostraram resultados significativos assim como as comparações entre os lados pressão e tensão para cada tempo individualmente. Os níveis de expressão da MMP-8 foram muito superiores aos das outras MMPs avaliadas, porém sem diferenças signficativas entre os lados teste e controle. / During orthodontic treatment, the initial response of periodontal tissues to mechanical stress involves several structural and biochemical changes that allow the tooth movement. The matrix metalloproteinases (MMPs) seem to play an important role in maintaining the functional integrity of periodontal extracellular matrix. The aim of this study was to evaluate, in different periods, the levels of matrix metalloproteinases -1, -2, -3, -7, -8, -12 and -13 in gingival crevicular fluid (GCF) of the superior caninessubmitted to distalization movement and test the hypothesis of possible changes in these MMPs levels with the use of orthodontic forces. GCF samples were obtained from sixteen healthy orthodontic patients (nine males and seven females with ages ranging between 13 and 27 years, mean age 17.7 years) who had indication of first superior bicuspids extraction with cuspids distalization as part of orthodontic treatment. One maxillary canine was subjected to a distalizing force, and considered as the test tooth. The contralateral canine, which was not subjected to any force but was included in an orthodontic appliance, was used as a control. GCF sampling was performed at both mesial (tension) and distal (pressure) sites of the controls and tests teeth 7 days before applying the orthodontic appliance, immediately before applying the orthodontic force, and after 1 h, 24 h, and 7, 14 and 21 days, respectively called -7d, 0h, 1h, 24h, 7d, 14d and 21 d. The results showed significant differences in the GCF volume only in time intervals of 0h-7d on control-pressure (CP), test-tension (TT) and test-pressure (TP) sides. In TP side was observed an increase in volume between the time 0h and 14d. It was possible to detect in GCF all MMPs studied on control/test sides and pressure/tension sides at all periods. Fluctuations in levels of MMPs showed few significant changes in different periods on the sides control/test and pressure/tension. The differences between the groups (TT, TP, CT and CP) in each time showed no significant results as well as the comparisons between pressure and tension sides for each period individually. The expression levels of MMP-8 were much higher than those of other MMPs evaluated, but with no significant differences between sides test and control.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2017-03-14T21:09:10Z No. of bitstreams: 1 RafaelAraujoDaSilva_DISSERT.pdf: 1302282 bytes, checksum: cb4d89880b246386e0981baae0eea668 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2017-03-15T21:55:04Z (GMT) No. of bitstreams: 1 RafaelAraujoDaSilva_DISSERT.pdf: 1302282 bytes, checksum: cb4d89880b246386e0981baae0eea668 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-15T21:55:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RafaelAraujoDaSilva_DISSERT.pdf: 1302282 bytes, checksum: cb4d89880b246386e0981baae0eea668 (MD5) Previous issue date: 2015-01-29 / Os fluidos de perfura??o aquosos s?o os sistemas mais utilizados no mundo para a perfura??o de po?os petrol?feros, tendo sido, nas ?ltimas d?cadas, desenvolvidas excelentes formula??es para perfura??o de se??es iniciais com baixa temperatura e baixa press?o. No entanto, as reservas de petr?leo nessas condi??es est?o cada vez mais escassas, surgindo a necessidade operacional de atua??o em condi??es mais severas, ou seja, vem sendo relatada na literatura a necessidade de sistemas aquosos para atua??o em altas temperaturas e altas press?es (ATAP). As altas temperaturas dos po?os de petr?leo favorecem a degrada??o qu?mica dos pol?meros (aditivo comumente presente nas formula??es relatadas, atualmente, na literatura e aplicados em situa??es operacionais), podendo promover a redu??o da massa molar e perdas de viscosidade do sistema. Os microg?is podem ser aplicados em v?rios seguimentos da ind?stria, com destaque na ?rea do petr?leo, situa??o que s?o aplicados na estimula??o de po?os e na recupera??o avan?ada de petr?leo (EOR). Neste trabalho, a aplicabilidade de microg?is de hidroxipropilguar (HPG), obtidos por reticula??o do HPG com ?ons borato, foi avaliada quanto ? resist?ncia t?rmica em fluidos de perfura??o aquosos. A aplica??o de microg?is de HPG no fluido de perfura??o base ?gua aumentou a viscosidade aparente e reduziu o volume de filtrado na temperatura ? 25?C. Entretanto, com o aumento da temperatura para 50 ?C ocorreu redu??o da viscosidade aparente de 85 mPa.s para 25,45 mPa.s. Esses resultados indicam que o emprego de microg?is em fluidos de perfura??o aquosos pode ser uma alternativa promissora, desde que o agente reticulante seja adequadamente selecionado, ou seja, n?o sofra desativa??o com o aumento da temperatura e n?o seja influenciado pela salinidade do meio. / Aqueous drilling fluids are a widely used systemin the world to drill oil wells. This drilling system has been being developed excellent formulations for drilling initial sections with low temperature and low pressure in recent decades. However, the oil reserves in these conditions are increasingly scarce, ending up in the need for drilling fluids with better operational performance in the toughest conditions. Therefore, it has been reported in the literature the need for aqueous systems to operate at high temperatures and high pressures (HTHP). High temperatures of oil wells favor the chemical degradation of polymers (commonly reported in additive formulations currently in the literature and applied in operational situations), that can generate molecular weight reduction and viscosity losses. Microgels can be applied in vast industrie`s segments, highlighted in the oil field, as they are used in the estimulation of wells and in the Advanced Oil Recovery (EOR). In this work, the applicability of hydroxypropyl guar`s microgels (HPG), obtained by crosslinking the HPG with borate ions, was measured as the thermal stability in water based drilling fluids.The application HPG microgels in water-based drilling fluid has increased viscosity and the apparent volume of the filtrate reduced around 25 ? C. However, with the increase of temperature to 50 ?C, the viscosity of drilling fluids based on HPG microgels decreased from 85 mPa.s to 25,45 mPa.s. These results indicate that the use of microgels in aqueous drilling fluids is a promising alternative since the crosslinking agent has been properly selected, i.e., does not undergo deactivation with increasing temperature and is not affected by the salinity of the system.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2017-08-01T11:55:04Z No. of bitstreams: 1 CarolineSuzyDoNascimentoGarcia_DISSERT.pdf: 16990890 bytes, checksum: fc4709c79411594f09f07fcf6dd8768d (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2017-08-02T14:05:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 CarolineSuzyDoNascimentoGarcia_DISSERT.pdf: 16990890 bytes, checksum: fc4709c79411594f09f07fcf6dd8768d (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-02T14:05:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CarolineSuzyDoNascimentoGarcia_DISSERT.pdf: 16990890 bytes, checksum: fc4709c79411594f09f07fcf6dd8768d (MD5) Previous issue date: 2017-03-03 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior (CAPES) / Ap?s o processamento da manga nas ind?strias de polpas e sucos, toneladas de res?duos, como casca e caro?o, s?o descartados sem o devido aproveitamento. Cerca de 15% do peso da manga, a depender da sua variedade, ? devido ao caro?o, a partir do qual ? poss?vel obter o amido. A fim de agregar valor a esse res?duo, este trabalho teve como objetivo a obten??o de um ?ster do amido extra?do da manga (Tommy Atkins), atrav?s da rea??o de transesterifica??o do laurato de vinila (LV) com o amido. Tamb?m foi avaliada a utiliza??o desse amido em fluidos de perfura??o em po?os de petr?leo ? base de emuls?o inversa (A/O), devido ao alto interesse em desenvolver fluidos n?o-aquosos de baixa toxicidade e com elevado desempenho em condi??es de temperatura e press?es elevadas. A s?ntese foi realizada na presen?a de um catalisador b?sico (K2CO3), em dimetilsuf?xido (DMSO), a 110?C e atmosfera de N2(g), durante 3 ou 4 horas. Os produtos obtidos foram purificados por precipita??o em metanol e/ou ?lcool isoprop?lico e caracterizados por espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), Resson?ncia Magn?tica Nuclear de hidrog?nio (RMN 1H) e de carbono (RMN 13C), an?lise termogravim?trica (TG), testes de solubilidade e microscopia eletr?nica de varredura (MEV). O FTIR confirmou que o laurato de amido foi obtido, atrav?s do deslocamento da banda de carbonila em 1759 cm-1 do ?ster vin?lico no laurato de vinila, para 1743 cm-1, no ?ster saturado do amido modificado, essa banda de ester saturado ? ausente no amido nativo. Atrav?s do RMN 1H foi poss?vel determinar um grau de modifica??o qu?mica de 1,13. O espectro de RMN 13C do derivado de amido apresentou um pico em 173 ppm, que pode ser atribu?do a carbonila de ?ster saturado. A an?lise termogravim?trica mostrou que o amido modificado apresenta maior estabilidade t?rmica que seus precursores e que uma mistura f?sica entre amido e laurato de vinila. Os testes de solubilidade tamb?m confirmaram a modifica??o qu?mica, j? que, ao contr?rio do amido, o produto apresentou solubilidade em tolueno e clorof?rmio, e permaneceu insol?vel em ?gua e DMSO. Os dados do MEV mostraram que, ap?s a modifica??o qu?mica, os dom?nios cristalinos do amido foram desfeitos e o aspecto exibido na micrografia ? desestruturado (amorfo). Os resultados experimentais dos fluidos estudados indicaram que o produto obtido da s?ntese apresentou desempenho superior ao fluido com aditivo comercial no controle do filtrado. / After processing of mango in pulp and juices industries, tons of residues such as shell and seed are discarded without proper use. About 15% of the weight of the mango, depending on its variety, is due to the seed, from which it is possible to obtain the starch. In order to add value to this residue, this study aimed to produce an ester from mango starch (Tommy Atkins), through the transesterification reaction of vinyl laurate (LV) with starch. It was also evaluated the use of this starch in drilling fluids based on invert emulsion (W/ O), due to the high interest in developing nonaqueous fluids of low toxicity and high performance under high temperature and pressure conditions. The synthesis was performed in the presence of a basic catalyst (K2CO3) in dimethyl sulfoxide (DMSO) at 110 ? C and N2(g). The product was purified by precipitation in methanol and characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), Nuclear Magnetic Resonance of hydrogen (1H NMR) and carbon (13C NMR), thermal gravimetric analysis (TGA), solubility tests and scanning electron microscopy (SEM). FTIR confirmed the starch laurate was obtained, by displacing the C=O band from the vinyl ester at 1759 cm-1, to 1743 cm-1 in vinyl laurate, due to satured ester in the modified starch, this saturated ester band is absent in the native starch. Through 1H NMR it was possible to determine a degree of chemical modification of 1.13. The13 C-NMR spectrum of the starch derivative showed a peak at 173 ppm, which can be attributed to saturated ester carbonyl. Thermogravimetric analysis showed that the modified starch has higher thermal stability than its precursors and than a physical blend of starch and vinyl laurate. Solubility tests also confirmed the chemical modification, since, unlike the starch, the product was soluble in toluene and chloroform, and remained insoluble in water and DMSO. SEM data showed that crystalline domains on starch were broken after chemical modification and the appearance shown in micrograph is unstructured (amorphous). The experimental results of the studied fluids indicate that the obtained product of the synthesis presented superior performance to the fluid with commercial additive in the control of the filtrate.

In the process of drilling, the rock fragments generated by the drill are taken from the well to the surface by the drilling fluid. The drilling fluid used in Brazil is made by synthetic oil, it presents several advantages over other types of drilling fluid. However, it has the disadvantage of having high toxicity and low biodegradability, requiring a separation system of drilled cuttings contaminated with this drilling fluid. Currently, the responsible equipment for reducing these levels to the permitted by law is working under extreme conditions and residual levels generated are very close to permitted by environmental legislation. For this reason, the technique of microwave drying has been studied for use in remediation of drilled cuttings and has shown very promising because it presents high efficiency and low operational problems when it is compared to conventional equipment. Therefore, the aim of this work are to investigate the influence of various operating parameters of a microwave dryer, analyze the efficiency of the dryer microwave suited for this job and to obtain operational conditions and information for operating a industrial microwave operating in continuous flow. So were tested influence of temperature, flow rate of inert, initial fluid content, reuse of drilled cuttings, rock type, fluid type and mechanical agitation in microwave drying; tests of drying kinetics and the mapping drying inside the microwave were made. The results showed no difference in drying with the influence of inert flow and the type of fluid, but there was influence of drying temperature, the initial salt content, initial fluid content and rock type. Drying with agitation can increased the removal efficiency in 17 % with 27 mm of bed thickness, rocks with slow heating improve the removal efficiency, drilled cuttings with similar physical aspects have similar removal efficiency. The heating of rocks in the microwave depends strongly of the oxides content in its composition. The temperature control of the bed should be the upper limit of the boiling range of the hydrocarbons present in the drilling fluid. The mapping study showed that there are drying gradients inside the microwave, besides showing the intrusive effect of metals in the material, effect of the edges of the recipes and the position of exhaust fan. The equipment showed to be as efficient as others listed in the literature, which can reduce the levels of n-paraffin to below 1 % by mass. / No processo de perfuração de poços de petróleo, os fragmentos de rocha gerados pela broca, são transportados do fundo do poço até a superfície pelo fluido de perfuração. O fluido de perfuração mais utilizado no cenário brasileiro é o de base sintética, pois apresenta diversas vantagens com relação a outros tipos de fluido. Porém, apresenta a desvantagem de possuir alta toxicidade e baixa biodegrabilidade, necessitando de um sistema de separação para que o cascalho contaminado com esse fluido possa ser descartado no meio ambiente. Atualmente, o equipamento responsável pela redução destes teores até os limites permitidos por lei, opera de maneira sobrecarregada e os teores residuais alcançados estão muito próximos do permitido pela legislação ambiental. Por essa razão, a técnica de secagem por micro-ondas vem sendo estudada para ser utilizada na descontaminação de cascalhos contaminados com fluido de perfuração. Essa tecnologia mostra-se ser muito promissora, pois apresenta altas eficiências de remoção e menores problemas operacionais quando comparados aos equipamentos convencionais. Por isso, o objetivo deste trabalho é verificar a influência de algumas variáveis de operação de um secador micro-ondas de bancada adaptado para a descontaminação de cascalhos de perfuração. Além de verificar a eficiência desse equipamento e obter condições operacionais e informações suficientes para o projeto de um micro-ondas semi-industrial contínuo. Para isso, foram testadas as influências da temperatura, vazão de inerte, teor inicial de fluido, reutilização do cascalho, tipo de rocha, tipo de fluido e a presença da agitação mecânica na secagem por micro-ondas; foram feitos testes de cinética de secagem por micro-ondas e feito o mapeamento da secagem no interior do equipamento. Os resultados mostraram que não houve diferença na secagem por micro-ondas para diferentes vazões de inerte e tipo de fluido, porém houve influência da temperatura da secagem, do teor inicial de sal, do teor inicial de fluido e do tipo de rocha. A agitação mecânica aumentou a eficiência de remoção em 17% para um leito de 27 mm de espessura; o aquecimento lento de cascalhos melhoram a eficiência de remoção; cascalhos contaminados que apresentam aspectos físicos iguais apresentam eficiência de remoção semelhantes. O aquecimento de rochas no micro-ondas depende, fortemente, dos teores de óxidos em sua composição. A temperatura de controle do leito deve ser acima do limite superior da faixa de ebulição dos hidrocarbonetos presentes na base do fluido de perfuração. O estudo de mapeamento mostrou que há gradientes de secagem no interior do micro-ondas, além de mostrar o efeito intrusivo de metais no material e efeito das bordas do recipiente. O equipamento apresentou ser tão eficiente quanto outros reportados na literatura, podendo reduzir os teores de n-parafina até abaixo de 1%, em massa. / Mestre em Engenharia Química

Neste trabalho o autor programa e avalia algoritmos para análise e otimização de pressão sonora desenvolvidos para sistemas acoplados vibroacústicos, verificando o desempenho da análise da resposta e comparando a adequação dos algoritmos de Programação Quadrática Sequencial (SQP - Sequencial Quadratic Programming) e Genético na otimização da resposta. A otimização da resposta é implementada no programa acadêmico de elementos finitos Meflab, e utiliza para otimização a função fmincon disponível no programa comercial Matlab®. Igualmente a otimização da resposta é implementada através de um código desenvolvido de algoritmos genéticos. Para os casos acoplados estudados o algoritmo SQP mostra uma redução da pressão sonora inicial inferior ao algoritmo Genético, para casos desacoplados o método SQP consegue reduções maiores. Os resultados foram validados através de formulações analíticas disponíveis e comparados em alguns casos com soluções de programas comerciais. / In this work the author implements in a software and evaluates algorithms for analysis and optimization of the sound pressure developed for coupled vibroacoustic systems, checking the performance and response analysis comparing the suitability of the Sequencial Quadratic Programming (SQP) and Genetic algorithms in optimizing response. The optimization of the response is implemented in the academic program Meflab finite element, and uses optimization function fmincon available in the commercial program Matlab ®. Also the optimization of the response is implemented through a code developed genetic algorithms. For the coupled cases studied the SQP algorithm recduce less the inicial sunde pressure tha Genetic algorithm, for uncoupled cases SQP method has a bigger reduccion. The results were validated by analytical formulations available in some cases and compared with commercial software solutions.

Muitas vezes encontram-se na Engenharia, estruturas que contenham fluido em seu interior, (estruturas com fluido contido). Uma vez que para determinados casos de carregamento, como por exemplo, carregamento hidrostático, o fluido colabora com a rigidez, pode ser conveniente para o engenheiro considerar a presença deste fluido com o objetivo de se obter uma estrutura mais leve, principalmente nos casos onde a presença do fluido é obrigatória à operação da estrutura. Nesta dissertação, uma metodologia para otimização de estruturas com fluido contido é apresentada. Tal metodologia engloba a otimização de uma estrutura real, utilizando otimização paramétrica (OP) e topológica (OT). A rotina de OT implementada permite projetar estruturas compostas de aço e fluido contido (FC), e considera múltiplos casos de carregamento, peso próprio e a possibilidade de escolha de regiões a serem otimizadas ou não. Para validação da rotina de OT, exemplos clássicos da literatura considerando a presença de um ou dois materiais são apresentados. Para implementar o algoritmo para resolução da OT utiliza-se um programa comercial para a análise de elementos finitos, complementado com uma rotina externa elaborada em linguagem do próprio programa. Isto possibilita agregar a vantagem da utilização de um programa comercial, multidisciplinar, e com um grande número de elementos finitos implementados, com a versatilidade de uma linguagem de programação, permitindo implementar uma solução específica para o problema estudado. Como exemplo, apresenta-se um estudo de caso real, voltado a estruturas navais, apresentando, além da análise da estrutura inicial estudada, uma otimização paramétrica, e uma otimização topológica tridimensional da estrutura. Os resultados alcançados, mostram-se satisfatórios, uma vez que a estrutura obtida no estudo de caso específico apresenta uma redução significativa em seu peso atendendo aos requisitos de projeto. / Several times, it is found in Engineering, structures with fluid inside (contained fluid structures). Since for some load cases, for instance, hydrostatic load, the fluid collaborates with stiffness, it may be convenient for the engineer to take into account this fluid to make the structure lighter, mainly if the presence of fluid is mandatory for operation. In this work, a methodology for contained fluid structures optimization is presented. This methodology includes parametric and topology optimizations of a real structure. Topology optimization routine implemented allows us to design structures made by steel and contained fluid, and includes several load cases, self-weight, and the possibility of choosing areas to optimize or not. To validate the topology optimization routine, classical examples with one or two material are showed. To perform topology optimization procedure, Finite Element Analysis commercial software is applied together with an external routine implemented using the software programming language, this allows us to take advantage of a multidisciplinary commercial software, which has a large number of finite elements implemented, and the versatility of a customized program for the studied problem. As an example, it is showed a real case, within naval structures describing the initial structure analysis and its parametric optimization, and a tridimensional topology optimization. The results obtained are satisfactory, since the final structure obtained has a significant reduction in its weight.

Oil and gas exploitation in deep waters has become more than just a profit business to be a daily necessity, since the world energy matrix is based on fossil components. Risers are offshore structures that are intimately linked with oil and gas exploitation and those are subjected to a great variety of effects in field, e.g., marine currents, Vortex Induced Vibration (VIV), heave motion caused by gravitational waves, non-linear contact with the sea floor, and many others. Riser dynamics is essentially non-linear and experimental tests in real scale are almost impossible due to a great variety of control parameters acting concomitantly. Small-scale models are a better experimental approach. Nevertheless, there are many structural and hydrodynamical parameters to be evaluated. Considering only vertical risers in the present work, Galerkin\'s modal decomposition is used in order to reduce the dynamics of a vertical flexible cylinder to a few linear modes in which the majority of energy and information are contained. From the modal analysis, added mass and structural parameters damping of a vertical flexible cylinder using data obtained from free-decay tests performed both in water and in air are evaluated. Finally, a modal Mathieu-Hill oscillator with non-linear damping is constructed and, based on aStrutt diagram, modal stability under parametric resonance is discussed. / Exploração de óleo e gás em bacias de águas profundas tem-se tornado mais do que apenas uma economia lucrativa, para ser uma necessidade diária, já que a matriz energética mundial está baseada em componentes fósseis. Risers são estruturas offshore ligadas intimamente com a exploração de óleo e gás e essas estão sujeitas a uma grande variedade de efeitos na operação, e.g., correntes marítimas, Vibrações Induzidas por Vórtices (VIV), movimento de heave causado por ondas gravitacionais, contato não-linear com o solo marinho, entre outros. Dinâmica de risers é essencialmente não-linear e testes experimentais em escala real são praticamente impossíveis devido a uma enorme variedade de parâmetros de controle agindo concomitantemente. Modelos em escala reduzida são uma abordagem experimental mais conveniente. Não obstante, há muitos parâmetros estruturais e hidrodinâmicos a serem determinados. Considerando apenas risers verticais no trabalho presente, a decomposição modal de Galerkin é usada a fim de reduzir a dinâmica de um cilindro fléxivel vertical a alguns modos lineares em que a maior parte da energia e informação estão contidos. A partir da análise modal, parâmetros de massa adicional e amortecimento estrutural de um cilindro flexível vertical são obtidos usando testes de decaimento livre conduzidos na água e no ar. Finalmente, um oscilador modal de Mathieu-Hill com amortecimento não-linear é proposto e, baseado em um diagrama de Strutt, a estabilidade modal sob excitação de ressonânica paramétrica é discutida.

Esta tese apresenta o desenvolvimento e aplicação de modelos de turbulência, transição laminar-turbulenta e de interações fluido-estrutura ao escoamento externo em cilindro rígido estacionário e em vibrações induzidas por vórtices. Tais desenvolvimentos foram realizados no código ReFRESCO, baseado em técnicas de dinâmica de fluidos computacional (CFD). Realizou-se um estudo quanto ao desempenho do modelo k- SST em extensa faixa de números de Reynolds, segundo o qual se identificaram as deficiências de modelagem para este escoamento. A modelagem adaptativa das escalas (SAS) e o modelo de transição por correlações locais (LCTM), ambos combinados ao SST, melhoraram a aderência aos resultados experimentais para este escoamento, em uma contribuição original deste trabalho. A aplicação de técnicas de verificação e validação possibilitou a estimação de incertezas e erros para os modelos e números de Reynolds e também de identificada como outra contribuição deste trabalho. A combinação da modelagem em SST, SAS e LCTM com movimentos impostos de realizada para números de Reynolds moderados, diferentes frequências e amplitudes de vibração, algo que poucas publicações abordam em detalhes. Com relação aos movimentos livres, este trabalho traz contribuições com a aplicação dos modelos SST e SAS ao estudo de vibrações induzidas por vórtices em dois graus de liberdade, baixa razão de massa e números de Reynolds moderados, mais altos do que normalmente observados na literatura. Por fim, a investigação da importância relativa de efeitos da turbulência aos casos de movimentos livres e impostos, com relação ao caso de cilindro estacionário, comprovou a conjetura formulada na parte inicial deste trabalho, no que tange à escolha do modelo de turbulência em determinadas aplicações. Tal escolha mostrou-se menos decisiva no caso do cilindro em movimento imposto e ainda menos nos movimentos livres, em comparação ao caso estacionário, uma vez que a resposta em movimentos do corpo filtra grande parte dos efeitos turbulentos de ordem superior. Esta observação mostra-se relevante, uma vez que pode permitir simplificações na modelagem e aplicação de ferramentas de CFD em uma classe importante de projetos de engenharia. / This thesis presents the development, implementation and application of turbulence and laminar-turbulent transition models and fuid-structure capabilities to address the vortexshedding and vortex-induced vibrations of a rigid cylinder. These numerical developments have been carried out in the computational fuid dynamics (CFD) code ReFRESCO. In the current work, an investigation of the performance of the turbulence modeling with k- SST in a broad range of Reynolds numbers is carried out identifying its modeling deficiencies for this fow. The implementation and systematic application of the scale adaptive simulations (SAS) and the local correlation transition model (LCTM), both combined with the SST, have improved the agreement with experimental results for the cylinder ow, in a novel contribution of this work. The application of verification and validation technique has allowed the estimation of numerical errors and uncertainties for the diferent models. That is also identified as a contribution of this thesis. The combination of SST modeling with imposed motions is carried out as well as with the SAS and LCTM for moderate Reynolds numbers, diferent vibration frequencies and amplitudes, which is considered novel, as few publications address this issue in extent. Regarding the free-moving cylinder capabilities, the present work brings contributions with the application of SST and SASSST with free-moving cylinder for the study of VIV of two degrees of-freedom, low mass ratio and moderate Reynolds numbers, higher than commonly seen in the literature. Finally, the investigation of the relative importance of turbulence effects on the freemoving cylinder and the imposed-motions case, with respect to the fixed case is carried out. A natural conjecture that has been raised early on this work and proved correct is that, for engineering applications, the choice of turbulence modeling strategy is less decisive when the cylinder is moving with prescribed motion and even less stringent, for free motions as the body response filters most of the higher order turbulence effects. That is a relevant observation as it might allow modeling simplifications and the application of CFD tools to a range of engineering problems.

In the present work, the flow behavior of an oil-in-water emulsion around and inside the measurement chamber of an in-line optical sensor probe is studied. The emulsion consists of a metalworking fluid, with oil droplets diameter ranging from 100 nanometers to 100 micrometers. The design of the UV-Vis light spectrometer probe is in accordance with the concept proposed in the research project named EPM (Emulsion Process Monitor in Metalworking Processes), carried out within the scope of the BRAGECRIM program between the University of São Paulo and the University of Bremen. This study is based on the numerical simulation of the interactions between the emulsion and the measurement system using computational fluid dynamic techniques, and is aimed at evaluating the effects of the probe geometry, its position relative to the flow field, and fluid properties on the expected spectrometer readings. Such effects are correlated with changes in droplet concentration and or droplet size segregation inside the measurement chamber of the optical probe, which can cause changes in the scattered light intensity readings. Segregation effects due to flow disturbances around the probe can be neglected under normal measurement conditions, with the probe facing the slit area inlet against the flow stream. Based on the simulation results, even if the probe is misplaced, the effect on the measurements is still insignificant. In-situ measurements carried out in a laboratory set up installed in the injection tube of a drilling machine support the simulation results, since no segregation effect related to the measurement system was observed. In addition to the study, the possibility of bacteria attachment on the internal glass walls of the probe was evaluated and it was found that when the flow velocity is large enough to produce a wall shear stress of about 3-5 Pa the bacterial contamination may be avoided. Changes in the probe geometry are proposed in order to attain an isokinetic condition for the flow around and inside the probe, resulting in a higher wall shear stress for lower inlet flow velocities. An additional study was performed using a tracking particle model to understand the relevance of the individual particles behavior under different flow conditions. The results do not indicate any significant effect on the measurements inside the probe, although additional studies should be carried out in this topic by considering a population balance model for the oil droplets. / O presente trabalho tem como objetivo o estudo do comportamento do escoamento de uma emulsão do tipo óleo - em água que flui no interior de câmara/duto de medição e que tem como obstáculo em seu caminho uma sonda de um sensor óptico, sensor óptico este que deve avaliar em tempo real a estabilidade da emulsão onde está inserido. A emulsão é constituída por um fluido de corte para usinagem, com gotículas de óleo de diâmetro variando de 100 nanômetros para 100 micrometros. A sonda utilizada junto ao espectrômetro de luz UV- Vis está de acordo com o conceito proposto no projeto de pesquisa chamado EPM (Emulsion Process Monitor in Metalworking Fluid), realizado no âmbito do programa BRAGECRIM entre a Universidade de São Paulo e a Universidade de Bremen. Este estudo baseia-se na simulação numérica das interações entre a emulsão e o sistema de medição proposto, utilizando técnicas de Fluido Dinâmica Computacional (CFD), e tem por objetivo avaliar os efeitos da geometria da sonda, a sua posição em relação ao campo do escoamento, e propriedades do fluido, em especial as propriedades a serem medidas pelo espectrômetro. Tais efeitos estão correlacionadas com alterações na concentração de gotas e a segregação ou o tamanho das gotas dentro da câmara de medição da sonda óptica, o que pode causar mudanças nas leituras de intensidade de luz difusa. Efeitos de segregação devido a perturbações do escoamento em torno da sonda podem ser negligenciados, em condições normais de medição, com a sonda voltada para frente e sua área de entrada contra a corrente do escoamento. Com base nos resultados de simulação, mesmo que a sonda seja deslocada, o efeito sobre as medições ainda é insignificante. Medições foram efetuadas em laboratório e também foram realizadas medições in-situ utilizando um adaptador de medição acoplado diretamente no tubo de injeção de fluido de corte da máquina de perfuração, estes testes foram feitos para de validar os resultados obtidos por simulação, uma vez que não se observou qualquer efeito de segregação relacionada com o sistema de medição. Além disso, foi acrescentada ao estudo, a possibilidade de fixação de bactérias nas paredes de vidro internas da sonda e verificou-se que quando a velocidade de escoamento é suficientemente grande para produzir uma tensão de cisalhamento de cerca de 3-5 Pa a fixação de bacteriana pode ser evitado. Aproveitando os resultados do estudo para prevenção de contaminação por bactéria, mudanças na geometria da sonda foram propostas a fim de atingir uma condição isocinética para o escoamento ao redor e dentro da sonda, resultando em uma maior tensão de cisalhamento para baixas velocidades de fluxo de entrada. Por fim um estudo adicional foi realizado utilizando um modelo de rastreamento de partículas para compreender a relevância do comportamento individual de cada partícula no escoamento da emulsão. Os resultados não indicam qualquer efeito significativo sobre as medições no interior da sonda, embora estudos adicionais devem ser realizados neste tópico, considerando um modelo de balanço populacional para as gotículas de óleo.

O processamento térmico de alimentos visa garantir qualidade e inocuidade pela inativação de micro-organismos e enzimas. Geralmente ocorre sobreprocessamento, levando à perda de características nutricionais e sensoriais e à elevação de custos operacionais. Foi desenvolvida a modelagem matemática (modelos térmico, mássico, hidráulico e reativo) de um equipamento bitubular para o processamento térmico contínuo de um alimento líquido homogêneo em regime laminar difusivo, para determinação das distribuições de temperatura e letalidade. No modelo foram incorporados parâmetros para quantificar os efeitos das difusividades térmica e mássica efetivas na direção radial ao escoamento. O modelo contempla três seções: aquecimento; tubo de retenção e resfriamento, em que as seções de aquecimento e resfriamento são trocadores de calor modulares. Foram considerados os seguintes volumes de controle: alimento, tubo interno, fluido de utilidade, tubo externo, isolamento térmico e ar ambiente. Balanços diferenciais de energia e massa foram aplicados para modelar as trocas térmicas e a distribuição de micro-organismos, enzimas ou nutrientes. Condições de contorno foram aplicadas para manter a continuidade entre as seções e módulos. O modelo foi resolvido através do método de diferenças finitas, discretizando as componentes axiais e radiais. No estudo de caso foram feitas simulações para o processamento térmico de suco de amora, quantificando os efeitos dos parâmetros difusivos e das variáveis de processo sobre os atributos de qualidade nutricional (antocianina) e qualidade microbiológica (levedura). Na validação dos modelos térmico e mássico os efeitos de mistura e difusão na direção radial foram quantificados através do ajuste da condutividade térmica efetiva e número de Peclet modificado. Utilizou-se um pasteurizador em escala laboratorial e os fluidos: mistura glicerina/água 80% (newtoniano) e solução de CMC 1% (pseudoplástico) nas vazões de 10 a 50 L/h. Os resultados indicam que o modelo proposto representou satisfatoriamente as distribuições de temperaturas, letalidade e comportamento experimental com reduzida complexidade computacional. / The thermal processing ensures quality and safety by inactivation of micro-organisms and enzymes. Generally, over-processing occurs, resulting in sensorial and nutritional losses and operating costs increase. A mathematical model (thermal, mass, hydraulic and reactive) of a double-pipe pasteurizer has developed for the continuous thermal processing of a liquid food in laminar diffusive regime, to obtain the temperature and lethality distributions. Parameters to quantify the effects of thermal and mass effective diffusivities in the radial direction were incorporated in the model. The model comprises three zones: heating; holding tube and cooling, where the heating and cooling zones are modular double-pipe heat exchangers. The following control volumes were considered: food, inner tube, utility fluid, outer tube, thermal insulation and ambient air. Energy and mass differential balances were used for modeling the heat transfer and the destruction of micro-organisms, enzymes or nutrients. Boundary conditions were applied to maintain the continuity between zones and modules. The finite difference method was used to discretize the model in the axial and radial directions. A simulation study case for blueberry juice thermal processing was made, analyzing the effects of the diffusive parameters and processing variables of the thermal treatment in the nutritional quality (anthocyanin) and microbiological quality (yeasts) attributes. In the validations of the heat and mass models, the mixture and diffusive effects in the radial direction were quantified by adjusting the heat conductivity and the modified Peclet number. A laboratory scale pasteurizer was used with the following fluids: glycerin/water mixture 80% (newtonian) and CMC 1% solution (pseudoplastic) in flows rates between 10 and 50 L/h. The obtained results indicate that the proposed model successfully represented the temperature and lethality distributions and experimental behavior with reduced computational complexity.