En el marco de esta Tesis Doctoral se investiga el problema de vibraciones verticales excesivas que pueden experimentar algunos puentes de ferrocarril de luces medias-cortas debido a la aparición de fenómenos de resonancia. Frente a soluciones tradicionales para mejorar el comportamiento dinámico de estructuras existentes ante nuevos requerimientos de tráfico, como un posible recrecido de la losa o la sustitución del tablero, se plantea la alternativa de aumentar externamente el nivel de amortiguamiento mediante el reacondicionamiento con amortiguadores fluido-viscosos. Se ha propuesto una configuración concreta, que permite la transformación del movimiento vertical de la losa en movimiento relativo entre extremos de los dispositivos, consiguiendo de este modo disipar energía y atenuar en gran medida la respuesta resonante. El sistema ideado podría ser introducido sin afectar a las circulaciones, lo que supone una clara ventaja desde el punto de vista operativo frente a soluciones convencionales que generalmente implican el cierrre temporal de la línea. / Martínez Rodrigo, MDLD. (2009). Atenuación de vibraciones resonantes en puentes de ferrocarril de alta velocidad mediante amortiguadores fluido-viscosos [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/4336

[pt] A energia desempenha um papel estratégico global, com a indústria do petróleo sendo uma fonte crucial. No entanto, iniciativas visando reduzir a dependência do petróleo surgem, impulsionadas principalmente por preocupações ambientais, como as mudanças climáticas. A transição energética ganha destaque nas agendas nacionais, refletindo a interligação entre energia e meio ambiente. Apesar da redução na previsão de crescimento da demanda a indústria global de petróleo e gás, a indústria do petróleo permanece vital, sustentando fontes de energia, gerando receitas e empregos. Contudo, a indústria enfrenta pressões ambientais crescentes, destacando a necessidade de investir continuamente em segurança nas operações de exploração de poços. O blowout, apesar de ser evento com baixa probabilidade de ocorrência, representa uma ameaça grave, não apenas para a imagem da empresa, mas também para o meio ambiente e a vida das pessoas. O exemplo do blowout de Macondo, ocorrido no Golfo do Mexico, em operação da British Petroleum (BP) evidencia os impactos significativos. O combate ao blowout envolve mitigação de impacto e controle da fonte. Estratégias essenciais para mitigação de impactos e o controle da fonte incluem o fechamento do poço com equipamento de bloqueio (capping) e a construção de um poço de alívio. O primeiro é uma ação rápida para fechar o poço e cessar o vazamento de hidrocarboneto para o meio ambiente, enquanto o segundo visa construir um poço adicional para interceptar, amortecer e abandonar de forma definitiva o poço em blowout. O presente trabalho concentra-se em apresentar soluções para amortecimento do poço em blowout via poço de alívio em situações que exigem altas vazões e volumes. Simulações revelam desafios técnicos, como demandas de grandes volumes e altas vazões de amortecimento. Portanto, a pesquisa busca oferecer soluções diferenciadas para atender a essas demandas específicas e contribuir para a segurança e eficácia das operações. / [en] Energy plays a global strategic role, with the oil industry being a crucial source. However, initiatives aimed at reducing dependence on oil are emerging, mainly driven by environmental concerns such as climate change. Energy transition gains prominence in national agendas, reflecting the interconnectedness between energy and the environment. Despite the reduction in the demand growth forecast, the global oil and gas industry, the oil industry remains vital, sustaining energy sources, generating revenue, and jobs. However, the industry faces increasing environmental pressures, highlighting the need for continuous investment in safety in well drilling operations. Blowouts, although events with low probability of occurrence, represent a serious threat not only to the company s image but also to the environment and people s lives. The example of the Macondo blowout in the Gulf of Mexico, during British Petroleum (BP) operation, illustrates significant impacts. Combatting blowouts involves impact mitigation and source control. Essential strategies for impact mitigation and source control include well capping and the construction of a relief well. The former is a rapid action to close the well and stop hydrocarbon leakage into the environment, while the latter aims to build an additional well to intercept, killing, and permanently abandon the blowout well. This work focuses on presenting solutions for blowout well killing via relief well in situations requiring high flow rates and volumes. Simulations reveal technical challenges, such as demands for large volumes and high pump rates. Therefore, the research seeks to offer differentiated solutions to meet these specific demands and contribute to the safety and effectiveness of operations.

[pt] Nas últimas décadas, a procura por petróleo e gás aumentou, levando à identificação de novos campos petrolíferos em ambientes de reservatórios desafiadores, caracterizados por condições de alta pressão e alta temperatura (HPHT). O desenvolvimento de fluidos de perfuração de base aquosa de alto desempenho com propriedades personalizadas visa aprimorar os processos de extração na indústria petrolífera e reduzir a contaminação ambiental causada principalmente por fluidos à base de óleo. Este estudo tem como objetivo investigar como variações em parâmetros como temperatura, pressão e concentração impactam nas propriedades térmicas e reológicas de suspensões de goma xantana com nanoestruturas de nitreto de boro hexagonal oxidado (hBN-oxi). A condutividade térmica foi significativamente aumentada pela adição de nanopartículas de hBN-oxi (suspensão de 6,0 por cento em peso) ao fluido base, atingindo um aumento de até 12 por cento a 70 graus C. Estas nanoestruturas desempenharam um papel crucial na preservação da condutividade térmica das suspensões de goma xantana, mesmo em temperaturas elevadas. A suspensão com concentração mais alta apresentou tensão limite de escoamento e quando submetida a altas taxas de cisalhamento, sofreu uma queda de viscosidade de apenas 16 por cento a 80 graus C. Estes efeitos adversos da temperatura e pressão sobre a viscosidade foram mitigados pela interação entre a matriz polimérica e o hBN-oxi. No geral, o estudo destacou o potencial do nitreto de boro como nanoaditivo para fluidos de perfuração convencionais, mostrando que formulações adequadamente projetadas podem melhorar o desempenho mesmo em condições desafiadoras sem causar danos ao meio ambiente, graças à alta estabilidade térmica e química do material. / [en] In recent decades, the demand for oil and gas has surged, prompting the identification of new oil fields in challenging reservoir environments those characterized by high-pressure and high-temperature (HPHT) conditions. The development of high-performance aqueous-based drilling fluids with tailored properties aims to enhance extraction processes in the oil industry and reducing environmental contamination mainly caused by oil-based fluids. This study aims to investigate how variations in parameters such as temperature, pressure and concentration impact the thermal and rheological properties of xanthan gum suspensions with oxidized hexagonal boron nitride (hBN-oxi) nanostructures. The thermal conductivity was significantly increased by the addition of hBN-oxi nanoparticles (6.0 wt percent suspension) to the base fluid, reaching an increase of up to 12 percent at 70 degrees C. These nanostructures played a crucial role in preserving the thermal conductivity of xanthan gum suspensions even at elevated temperatures. The presence of nanoparticles at the highest concentration induced a yield stress in the fluid and when subjected to high shear rates, experienced a viscosity drop of only 16 percent at 80 degrees C. These adverse effects of temperature and pressure on viscosity were mitigated by the interaction between the polymer matrix and hBN-oxi. Overall, the study highlighted the potential of boron nitride as a nanoadditive for conventional drilling fluids, showing that properly designed formulations can improve performance even in challenging conditions without causing harm to the environment, thanks to the material s high thermal and chemical stability.

[pt] A inundação com água de baixa salinidade é uma estratégia de recuperação avançada de petróleo (EOR) em reservatórios carbonatados, onde a concentração e composição da salmoura são cruciais para a remoção do óleo. Este estudo investigou os aspectos químicos e físicos da inundação com água de baixa salinidade e seu impacto na recuperação de petróleo, focando na interação e modificações na interface óleo-calcita. Medidas de FTIR foram utilizadas para caracterizar a adsorção e quantificar a remoção de óleo mineral Nujol em monocristais de calcita clivados no plano (104), antes e após condicionamentos nas salmouras em diferentes condições. Os resultados mostraram que o Nujol forma um filme contínuo na superfície da calcita, impedindo sua dissolução nas condições de condicionamento nas salmouras de menor teor de sal. A quantidade de óleo removido variou conforme a salinidade da salmoura. Nas condições experimentais investigadas, a superfície de calcita recém clivada é mais eficientemente convertida de oleofílica para hidrofílica quando condicionada em condição de salinidade intermediaria (LS75). A remoção de óleo foi quantificada por meio de análise FTIR semiquantitativa, variando de aproximadamente 20 por cento de óleo removido para água de formação (FW) até cerca de 81 por cento após condicionamento em LS75. A análise espectroscópica indicou uma competição entre a incorporação de espécies iônicas da salmoura na interface e a dissolução da calcita, afetando diretamente na cristalinidade da superfície. O condicionamento com água deionizada (DW) não resultou na remoção ideal de óleo devido à maior dissolução e readsorção de moléculas de óleo. O estudo também constatou que o magnésio exerceu maior influência na remoção de óleo da superfície em comparação com o cálcio. As superfícies previamente hidratadas com FW e DW apresentaram alterações significativas. A hidratação com FW não necessariamente causa dissolução, mas promove a adsorção de grupos OH, criando pontos de ancoragem para o óleo. Em contraste, a hidratação com DW resultou na perda de cristalinidade, gerando defeitos na superfície. Em ambos os casos, foram observadas mudanças nas bandas de vibração características do nujol, sugerindo diferentes interações do óleo com a superfície. Comparando a quantidade de óleo adsorvida nas três condições estudadas, a calcita hidratada com FW apresentou a maior quantidade de óleo adsorvido, associado à adsorção de íons na superfície. / [en] Low salinity water flooding is an advanced oil recovery (EOR) strategy in carbonate reservoirs, where the concentration and composition of the brine are crucial for oil removal. This study investigated the chemical and physical aspects of low salinity water flooding and its impact on oil recovery, focusing on the interaction and modifications at the oil-calcite interface. FTIR measurements were used to characterize the adsorption and quantify the removal of mineral oil Nujol on calcite single crystals cleaved along the (104) plane, before and after conditioning in brines under different conditions. The results showed that Nujol forms a continuous film on the calcite surface, preventing its dissolution under aging conditions in lower salinity brines. The amount of oil removed varied according to the salinity of the brine. Under the experimental conditions investigated, the freshly cleaved calcite surface is more efficiently converted from oleophilic to hydrophilic when conditioned in intermediate salinity condition (LS75). The oil removal was quantified using semiquantitative FTIR analysis, ranging from approximately 20 percent for formation water (FW) to about 81 percent after conditioning in LS75. Spectroscopic analysis indicated a competition between the incorporation of ionic species from the brine at the interface and the dissolution of calcite, directly affecting the surface crystallinity. Conditioning with deionized water (DW) did not result in optimal oil removal due to increased dissolution and re-adsorption of oil molecules. The study also found that magnesium had a greater influence on oil removal from the surface compared to calcium. The surfaces previously hydrated with FW and DW showed significant alterations. Hydration with FW does not necessarily cause dissolution but promotes the adsorption of OH groups, creating anchoring points for the oil. In contrast, hydration with DW resulted in a loss of crystallinity, generating defects on the surface. In both cases, changes in the characteristic vibration bands of nujol were observed, suggesting different interactions of the oil with the surface. Comparing the amount of oil adsorbed under the three conditions studied, the calcite hydrated with FW showed the highest amount of adsorbed oil, associated with ion adsorption on the surface.

[ES] Los altos costes energéticos, las constantes medidas regulatorias aplicadas por las administraciones para mantener bajos los costes sanitarios, así como los cambios en la normativa sanitaria que se han introducido en los últimos años, han tenido un impacto significativo en la industria farmacéutica y sanitaria. El paradigma Industria 4.0 engloba cambios en el modelo productivo tradicional de la industria farmacéutica con la inclusión de tecnologías que van más allá de la automatización tradicional. El objetivo principal es lograr medicamentos más rentables mediante la incorporación óptima de tecnologías como la analítica avanzada. El proceso de fabricación de las industrias farmacéuticas tiene diferentes etapas (mezclado, secado, compactado, recubrimiento, envasado, etc.) donde una de las etapas más costosas energéticamente es el proceso de secado. El objetivo durante este proceso es extraer el contenido de líquidos como el agua mediante la inyección de aire caliente y seco en el sistema. Este tiempo de secado normalmente está predeterminado y depende del volumen y el tipo de unidades de producto farmacéutico que se deben deshidratar. Por otro lado, la fase de precalentamiento puede variar dependiendo de varios parámetros como la experiencia del operador. Por lo tanto, es posible asumir que una optimización de este proceso a través de analítica avanzada es posible y puede tener un efecto significativo en la reducción de costes en todo el proceso de fabricación. Debido al alto coste de la maquinaria involucrada en el proceso de producción de medicamentos, es una práctica común en la industria farmacéutica tratar de maximizar la vida útil de estas máquinas que no están equipados con los últimos sensores. Así pues, es posible implementar un modelo de aprendizaje automático que utilice plataformas de analítica avanzada, como la computación en la nube, para analizar los posibles ahorros en el consumo de energía. Esta tesis está enfocada en mejorar el consumo de energía en el proceso de precalentamiento de un secador de lecho fluido, mediante la definición e implementación de una plataforma de computación en la nube IIOT (Industrial Internet of Things)-Cloud, para alojar y ejecutar un algoritmo de aprendizaje automático basado en el modelo Catboost, para predecir cuándo es el momento óptimo para detener el proceso y reducir su duración y, en consecuencia, su consumo energético. Los resultados experimentales muestran que es posible reducir el proceso de precalentamiento en un 45% de su duración en tiempo y, en consecuencia, reducir el consumo de energía hasta 2.8 MWh por año. / [CAT] Els elevats costos energètics, les constants mesures reguladores aplicades per les administracions per mantenir uns costos assistencials baixos, així com els canvis en la normativa sanitària que s'han introduït en els darrers anys, han tingut un impacte important en el sector farmacèutic i sanitari. El paradigma de la indústria 4.0 engloba els canvis en el model de producció tradicional de la indústria farmacèutica amb la inclusió de tecnologies que van més enllà de l'automatització tradicional. L'objectiu principal és aconseguir fàrmacs més rendibles mitjançant la incorporació òptima de tecnologies com l'analítica avançada. El procés de fabricació de les indústries farmacèutiques té diferents etapes (mescla, assecat, compactació, recobriment, envasat, etc.) on una de les etapes més costoses energèticament és el procés d'assecat. L'objectiu d'aquest procés és extreure el contingut de líquids com l'aigua injectant aire calent i sec al sistema. Aquest temps de procediment d'assecat normalment està predeterminat i depèn del volum i del tipus d'unitats de producte farmacèutic que cal deshidratar. D'altra banda, la fase de preescalfament pot variar en funció de diversos paràmetres com l'experiència de l'operador. Per tant, podem assumir que una optimització d'aquest procés mitjançant analítiques avançades és possible i pot tenir un efecte significatiu de reducció de costos en tot el procés de fabricació. A causa de l'elevat cost de la maquinària implicada en el procés de producció de fàrmacs, és una pràctica habitual a la indústria farmacèutica intentar maximitzar la vida útil d'aquestes màquines que no estan equipats amb els darrers sensors. Així, es pot implementar un model d'aprenentatge automàtic que utilitza plataformes de analítiques avançades com la computació en núvol, per analitzar l'estalvi potencial del consum d'energia. Aquesta tesis està enfocada a millorar el consum d'energia en el procés de preescalfament d'un assecador de llit fluid, mitjançant la definició i implementació d'una plataforma IIOT (Industrial Internet of Things)-Cloud computing, per allotjar i executar un algorisme d'aprenentatge automàtic basat en el modelatge Catboost, per predir quan és el moment òptim per aturar el procés i reduir-ne la durada, i en conseqüència el seu consum energètic. Els resultats de l'experiment mostren que és possible reduir el procés de preescalfament en un 45% de la seva durada en temps i, en conseqüència, reduir el consum d'energia fins a 2.8 MWh anuals. / [EN] High energy costs, the constant regulatory measures applied by administrations to maintain low healthcare costs, and the changes in healthcare regulations introduced in recent years have all significantly impacted the pharmaceutical and healthcare industry. The industry 4.0 paradigm encompasses changes in the traditional production model of the pharmaceutical industry with the inclusion of technologies beyond traditional automation. The primary goal is to achieve more cost-efficient drugs through the optimal incorporation of technologies such as advanced analytics. The manufacturing process of the pharmaceutical industry has different stages (mixing, drying, compacting, coating, packaging, etc..), and one of the most energy-expensive stages is the drying process. This process aims to extract the liquid content, such as water, by injecting warm and dry air into the system. This drying procedure time usually is predetermined and depends on the volume and the kind of units of a pharmaceutical product that must be dehydrated. On the other hand, the preheating phase can vary depending on various parameters, such as the operator's experience. It is, therefore, safe to assume that optimization of this process through advanced analytics is possible and can have a significant cost-reducing effect on the whole manufacturing process. Due to the high cost of the machinery involved in the drug production process, it is common practice in the pharmaceutical industry to try to maximize the useful life of these machines, which are not equipped with the latest sensors. Thus, a machine learning model using advanced analytics platforms, such as cloud computing, can be implemented to analyze potential energy consumption savings. This thesis is focused on improving the energy consumption in the preheating process of a fluid bed dryer by defining and implementing an IIOT (Industrial Internet of Things) Cloud computing platform. This architecture will host and run a machine learning algorithm based on Catboost modeling to predict when the optimum time is reached to stop the process, reduce its duration, and consequently its energy consumption. Experimental results show that it is possible to reduce the preheating process by 45% of its time duration, consequently reducing energy consumption by up to 2.8 MWh per year. / Barriga Rodríguez, R. (2023). Optimization of Fluid Bed Dryer Energy Consumption for Pharmaceutical Drug Processes through Machine Learning and Cloud Computing Technologies [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/195847

[pt] Os problemas geotécnicos e geológicos envolvem a descrição do comportamento de materiais tais como solo e rocha e sua eventual interação com fluidos e estruturas. Em geral, a evolução desses problemas é caracterizada por grandes deformações e deslocamentos, descontinuidades, heterogeneidades e um comportamento constitutivo complexo. A abordagem deste tipo de problemas requer técnicas numéricas que levem em conta essas características, sem apresentar inconvenientes numéricos associados à distorção dos elementos como acontece no método dos elementos finitos (FEM). A presente tese desenvolve um algoritmo computacional baseado no método do ponto material (MPM) para aproximar a solução das equações governantes dos fenômenos mencionados. O algoritmo é baseado numa formulação dinâmica tridimensional do contínuo, considerando grandes deformações. Os amortecimentos de Rayleigh o local não viscoso são incorporados para modelar problemas dinâmicos e quase-estáticos. A geração dinâmica das poro-pressões é formulada assumindo o meio poroso saturado e um ponto material para discretizar a mistura. Diversas técnicas de suavização das pressões são avaliadas em problemas de impacto sobre meios saturados. Diferentes modelos constitutivos são implementados para modelar tanto a formação da superfície de ruptura e o processo de escoamento da massa de solo durante as instabilidades, quanto a gênese, evolução e quantificação de zona de falhas nos processos geológicos. Para a abordagem da discretização de problemas de escala geológica de grande número de partículas usando o MPM, uma metodologia é proposta e verificada com a discretização do deslizamento do Daguangbao, na China. Visando à diminuição do tempo computacional, o algoritmo é implementado segundo o paradigma de programação paralela. / [en] Geotechnical and geological problems involve the description of the behavior of materials such as soil and rock, and their eventual interaction with fluids and structures. In general, the evolution of these problems is characterized by large deformations and displacements, discontinuities, heterogeneities and complex constitutive behavior. Addressing these problems requires numerical techniques that take these characteristics into account, without numerical drawbacks associated with element distortion as occurs in the finite element method (FEM). In this thesis is developed a computational algorithm based on the material point method (MPM) to approximate the solution of the governing equations to the mentioned phenomena. The algorithm is based on a three-dimensional dynamic formulation of the continuum considering large deformations. Rayleigh damping and non-viscous local damping are incorporated to model dynamic and quasi-static problems. The dynamic generation of pore pressures is formulated assuming the saturated porous medium and a single material point to discretize the mixture. Different techniques are evaluated to mitigate spurious pressure in impact problems on saturated media. Different constitutive models are implemented to model the failure surface and the soil mass flow process during slope instabilities, as well as the genesis, evolution and failure zone quantification in geological processes. To address the discretization of large-scale geological problems using MPM, a methodology is proposed and validated with the discretization of the Daguangbao landslide, in China. In order to decrease the computational time, the algorithm is implemented according to the parallel programming paradigm.

[ES] El interés en reducir el peso y resistencia aerodinámica de vehículos y en desarrollar fuentes de energía renovables se ha incrementado debido a la compleja situación ambiental y los requerimientos legales para reducir las emisiones de contaminantes y el consumo de combustibles. La industria aeronáutica ha propuesto nuevos diseños que integren conceptos como alas de alto alargamiento y materiales con elevada resistencia específica, como los materiales compuestos. Por su parte, conceptos similares se emplean en la generación de energía eólica. El radio de las palas de las turbinas eólicas se incrementa paulatinamente, siendo un ejemplo muy claro las grandes instalaciones off-shore. El uso de estructuras más alargadas y ligeras provoca mayor deformación debida a las cargas aerodinámicas. Este fenómeno se conoce como aeroelasticidad y combina los efectos de las cargas aerodinámicas, los efectos inerciales y las tensiones internas de la estructura. La combinación de las cargas anteriores provoca fenómenos de amortiguamiento de las vibraciones, o por el contrario, inestabilidades aeroelásticas. Diferentes metodologías pueden ser empleadas para simular los fenómenos aeroelásticos. La metodología más extendida para la simulación de las ecuaciones elásticas del sólido es la conocida como análisis de elementos finitos. Respecto a las ecuaciones de conservación del fluido, la mecánica de fluidos computacional es la herramienta de resolución para un problema arbitrario. La combinación de las metodologías anteriores puede ser empleada para el cálculo de fenómenos aeroelásticos. Sin embargo, el coste computacional de estas simulaciones es inasumible en la mayoría de casos de aplicación. Se requiere una metodología nueva capaz de reducir el coste de cálculo. Este trabajo se centra en el desarrollo de modelos de orden reducido que permitan resolver el problema acoplado sin pérdidas sustanciales de precisión. En primer lugar, la estructura tridimensional se reduce a una sección equivalente que reproduzca la física del sólido original. La sección equivalente se acopla con dos modelos aerodinámicos: simulaciones de mecánica de fluidos computacional y un modelo reducido basado en redes neuronales. Ambos modelos presentan elevada precisión respecto a las simulaciones tridimensionales. Sin embargo, algunos efectos como los efectos aerodinámicos tridimensionales, las distribuciones de carga aerodinámica, la presencia de materiales ortotrópicos y los acoplamientos estructurales no pueden ser simulados. Con el objetivo de resolver los limitantes del modelo anterior, se propone un segundo modelo de orden reducido. En este caso se trata de un algoritmo basado en elementos de viga. El algoritmo se diseña para ser capaz de incluir el cálculo de materiales ortotrópicos y diferentes tipos de problemas aeroelásticos. Inicialmente, se emplea el software para determinar su precisión en el cálculo de una viga de material compuesto y sección rectangular. Estos resultados se validan con las simulaciones tridimensionales. De este modo se demuestra la capacidad de la herramienta computacional para predecir las inestabilidades y los efectos de acoplamiento estructural provocados por la orientación de las fibras. Posteriormente, el algoritmo se emplea en la simulación de turbinas eólicas, mejorando los rangos de operación de las palas sin que ello suponga una penalización desde el punto de vista del peso de la misma. Finalmente, un ala basada en una estructura de membrana resistente es simulada. El cálculo obtiene una gran precisión en la predicción de la velocidad de flameo respecto a la simulación acoplada, siendo la única limitación del modelo la predicción de la distorsión de la membrana. El trabajo presente un conjunto de modelos de orden reducido que permiten disminuir el coste computacional de las simulaciones aeroelásticas en órdenes de magnitud. También, se proporcionan directrices para la selección del modelo reducido apropiado para los casos de interés. / [CA] L'interès a reduir el pes i la resistència aerodinàmica dels vehicles i a desenvolupar fonts d'energia renovables s'ha incrementat a causa de la complexa situació ambiental i els requeriments legals per a reduir les emissions de contaminants i el consum de combustibles. La indústria aeronàutica ha proposat nous dissenys que integren conceptes com ales d'alt allargament i materials amb elevada resistència específica, com ara els materials compostos. Per la seua banda, conceptes similars es fan servir en la generació d'energia eòlica. El radi de les pales de les turbines eòliques s'incrementa progresivament, sent un exemple molt clar les grans instal·lacions off-shore. L'ús d'estructures més allargades i lleugeres provoca més deformació deguda a les càrregues aerodinàmiques. Aquest fenomen es coneix com a aeroelasticitat i combina els efectes de les càrregues aerodinàmiques, els efectes inercials i les tensions internes de l'estructura. La combinació de les càrregues anteriors provoca fenòmens d'esmorteïment de les vibracions, o per contra, inestabilitats aeroelàstiques. Diferents metodologies poden ser emprades per simular els fenòmens aeroelàstics. La metodologia més estesa per a la simulació de les equacions elàstiques del sòlid és la coneguda com a anàlisi d'elements finits. Pel que fa a les equacions de conservació del fluid, la mecànica de fluids computacional és l'eina de resolució per a un problema arbitrari. La combinació de les metodologies anteriors pot ser emprada per al càlcul de fenòmens aeroelàstics. Tot i això, el cost computacional d'aquestes simulacions és inassumible en la majoria de casos d'aplicació. Cal una metodologia nova capaç de reduir el cost de càlcul. Aquest treball se centra en el desenvolupament de models d'ordre reduït que permeten resoldre el problema acoblat sense pèrdues substancials de precisió. En primer lloc, l'estructura tridimensional es reduix a una secció equivalent que reproduixca la física del sòlid original. La secció equivalent s'acobla amb dos models aerodinàmics. El primer empra les forces aerodinàmiques obtingudes mitjançant simulacions de mecànica de fluids computacional. Posteriorment es fa servir un model reduït basat en xarxes neuronals. Tots dos models presenten elevada precisió respecte a les simulacions tridimensionals. No obstant això, alguns efectes com ara els efectes aerodinàmics tridimensionals, les distribucions de càrrega aerodinàmica, la presència de materials ortotròpics i els acoblaments estructurals no poden ser simulats. Amb l'objectiu de resoldre els limitants del model anterior, es proposa un segon model dordre reduït. En aquest cas és un algorisme basat en elements de biga. L'algorisme es dissenya per ser capaç d'incloure el càlcul de materials ortotròpics i diferents tipus de problemes aeroelàstics. Inicialment, s'empra el programari per determinar-ne la precisió en el càlcul d'una biga de material compost i secció rectangular. Aquests resultats es validen amb les simulacions tridimensionals. D'aquesta manera, es demostra la capacitat de l'eina computacional per predir les inestabilitats i els efectes d'acoblament estructural provocats per l'orientació de les fibres. Posteriorment, l'algorisme s'empra en la simulació de turbines eòliques, millorant els rangs d'operació de les pales sense que això suposi una penalització des del punt de vista del pes. Finalment, una ala basada en una estructura de membrana resistent és simulada. El càlcul obté una gran precisió en la predicció de la velocitat de flameig respecte a la simulació acoblada, i l'única limitació del model és la predicció de la distorsió de la membrana. El treball presenta un conjunt de models reduïts que permeten disminuir el cost computacional de les simulacions aeroelàstiques en ordres de magnitud. També es proporcionen directrius per a la selecció del model reduït adequat per als casos d'interès. / [EN] The complex environmental situation and the legal requirements for decreasing pollutant emissions and fuel consumption have increased the interest in reducing the empty weight and drag of vehicles and developing renewable energy sources. Due to the former, the aviation industry has proposed new designs integrating high strength-to-weight ratios, such as composite materials and higher aspect ratio wings. These increases in aspect ratio have also been applied to wind energy generation. The rotors of wind turbines are increasing their diameters in recent years: a clear example is the massive off-shore facilities. Using larger and lightweight structures increases the effects of the aerodynamic loads on structural deformation. Structural dynamics are strongly connected to the air-structure interaction. This phenomenon, called aeroelasticity, combines the effect of the external aerodynamic loads, the inertial forces, and the internal elastic stress of the structure. The complex combination of all the previous effects may damp the vibrations of the structure, or on the contrary, they could increase their amplitude, resulting in an unstable phenomenon. The simulation of the aeroelastic phenomena can be performed using different approaches. The well-known finite element analysis is the most extended methodology for solving solid elastic equations. Regarding fluid conservation equations, computational fluid dynamics is the principal tool for resolving general aerodynamic problems. The aeroelastic simulations can be calculated by combining the previous algorithms. Nevertheless, the computational cost of these methodologies is excessive for a general engineering case. Therefore, new methodologies are required. This work focuses on developing aeroelastic reduced-order models that compute the coupled phenomena without substantial accuracy losses. Initially, the complete three-dimensional structure is reduced to an equivalent section that reproduces the structure. The equivalent structural section is coupled with two aerodynamic models. The first one uses the forces calculated with aeroelastic computational fluid dynamics. Then, a surrogate model based on artificial neural networks is combined with the equivalent section. Both models show accurate agreement compared to the complete three-dimensional simulations in predicting unstable velocity. However, the three-dimensional aerodynamic effects, load distribution, orthotropic materials, and structural couplings cannot be considered. In order to solve the previous limitations, a reduced-order model based on a beam element solver is proposed. The algorithm is designed to consider a general orthotropic material and different typologies of aeroelastic problems. Initially, the software is proven to simulate accurately a squared cross-section composite material beam. The results are validated with the complete three-dimensional simulations, demonstrating the capabilities of the tool for predicting the instabilities and the effects of the fiber orientations. Then, the algorithm is used for simulating a wind turbine blade, and the algorithm results are used to improve the operation range of the blades without weight penalties. Finally, a resistant membrane wing is simulated, obtaining high accuracy in the prediction of the flutter velocity compared with the complete coupled simulation. In addition, the only limitation of the model is the prediction of the membrane distortion. The work presents a set of reduced-order models that allow for reducing the computational cost of the aeroelastic simulations by orders of magnitude. In addition, a decision pattern is provided for selecting the appropriate algorithm for the interest problem. / This thesis have been funded by Spanish Ministry of Science, Innovation and University through the University Faculty Training (FPU) program with reference FPU19/02201. / Cremades Botella, A. (2023). Fluid-structure interaction with the application to the non-linear aeroelastic phenomena [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/199249

O presente trabalho consiste no uso do Método dos Elementos Finitos (MEF) para a análise de interação fluido-estruturas de barras com foco em problemas transientes envolvendo explosões ou outras ações com propagação de ondas de choque. Para isso é necessário o estudo de três diferentes aspectos: a dinâmica das estruturas computacional, a dinâmica dos fluidos computacional e o problema do acoplamento. No caso da dinâmica das estruturas computacional deve-se identificar em função da cinemática de deformações, quais são os requisitos para que um elemento seja adequado para analisar tais problemas, tendo em vista que a formulação deve admitir grandes deslocamentos. Para evitar problemas relacionados com aproximações de rotações finitas, opta-se por empregar uma formulação descrita em termos de posições e que leva em consideração os efeitos de empenamento da seção transversal. No caso da dinâmica dos fluidos computacional, busca-se uma formulação para escoamentos compressíveis que seja estável e ao mesmo tempo sensível ao movimento da estrutura, sendo empregado um algoritmo de integração temporal explícito baseado em características com as equações governantes descritas na forma Lagrangeana-Euleriana Arbitrária (ALE). No que se refere ao acoplamento, busca-se modularidade e versatilidade, empregando-se um modelo particionado fraco (explícito) de acoplamento e técnicas de transferência das condições de contorno (Dirichlet-Neummann), sendo estudados os efeitos de utilizar transferência bidirecional ou unidirecional dessas condições de contorno. / This work consists in the use of the Finite Element Method (FEM) for numerical analysis of fluid-bar structures, focusing on transient problems involving explosions or other actions with shock waves propagation. For this purpose, one needs to study three different aspects: the computational structural dynamics, the computational fluid dynamics and the coupling problem. Regarding computational structural dynamics, one need firstly to identify the requirements for an element to be adequate to analyze such problems, taking into account the fact that such element should admit large displacements. In order to avoid problems related to finite rotation approximations and to give a realist representation of a 3D bar structure, we chose a formulation defined in terms of positions and that considers the cross-section warping effects. Regarding computational fluid dynamics, we seek for a stable formulation for compressible flows, and at same time, sensitive to the movement of the structure, leading to an explicit time integration algorithm based on characteristics with governing equations described in the Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) form. Regarding to coupling, we chose to use a weak (explicit) partitioning coupling model in order to ensure modularity and versatility. The developed coupling scheme is bases on boundary conditions transfer techniques (Dirichlet-Neummann), and we study the effects of using bidirectional or unidirectional boundary conditions transfers.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / As simulações computacionais tem sido amplamente empregadas no estudo do escoamento darciano e não-darciano em meios porosos consolidados e não-consolidados. Neste trabalho, através de uma nova formulação para a equação de Forchheimer, foram identificadas duas novas propriedades denominados fator de comportamento do fluido, que atua paralelamente a permeabilidade, e permeabilidade equivalente global, resultado da relação anterior. Este comportamento foi estudado e validado através da implementação de um aparato experimental e um código computacional baseado no modelo de regressão-linear que, além disso, demonstrou que o escoamento, ainda que em regime não darciano, comporta-se linearmente como a equação de Darcy, ainda que o coeficiente angular desta diminuiu de acordo com a faixa do número de Reynolds atingida, sendo esta dependente do tipo de leito empregado. Ainda neste trabalho, foi implementado o método de otimização R2W para estimar os parâmetros da equação de Kozeny-Carman a partir de dados experimentais obtidos por Dias et al, a fim de simular o escoamento darciano em meios porosos. Por fim, foi alcançada excelente concordância entre os dados simulados pelo método R2W / equação de Kozeny-Carman e os dados reais. / Computer simulations have been widely used in the study of Darcys flow and non-Darcy porous media in consolidated and non-consolidated. In this work, through a new formulation for the Forchheimer equation, we have been identified two new called Fluid Factor Behavior properties, which acts parallel to permeability, and overall equivalent permeability result of the previous relationship. This behavior has been studied and validated through implementation of an experimental apparatus and a computer code based on the linear regression model, moreover, it demonstrated that flow, even in non darciano system behaves linearly as the Darcy, however, the slope of this decreased according to the range of Reynolds numbers reached, this being dependent on the type of bed used. Although this work was implemented R2W optimization method to estimate the parameters of Kozeny-Carman equation from experimental data provided in the literature in order to simulate the darciano flow in porous media. Finally, it achieved excellent agreement between the data simulated by R2W method / Kozeny-Carman equation and actual data.

Submitted by Celso Magalhaes (celsomagalhaes@ufrrj.br) on 2018-03-07T15:22:05Z No. of bitstreams: 1 2017 - Gabriela Vieira do Amaral.pdf: 1320069 bytes, checksum: bc0ab4f1fe7a912edee70092297020a1 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-07T15:22:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017 - Gabriela Vieira do Amaral.pdf: 1320069 bytes, checksum: bc0ab4f1fe7a912edee70092297020a1 (MD5) Previous issue date: 2017-07-17 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior - CAPES / Emerging supercritical carbon dioxide (SCCD) technology has been studied as a cold pasteurizing agent, however, few studies are available on its efficiency in dairy products. In this study, the effects of SCCD processing by different pressures 14, 16 and 18 MPa (35 ? 2 ?C / 10 min) on whey drink, whey drink and grape juice were investigated in comparison To conventional pasteurization (heat treatment at 72 ?C / 15 s). Physicochemical analyzes of pH, titratable acidity, total soluble solids, phenolic compounds, anthocyanins, antioxidant activity, angiotensin converting enzyme (ACE) inhibitory activity and volatile compounds were performed. The color, particle size, rheology, physical stability, as well as microbiological quality and sensory analysis of beverages were also smoothed. The results of this study evidenced the absence of differences between treatments in pH, titratable acidity, soluble solids, total anthocyanins and DPPH activity (p> 0.05). A direct relationship between SCCD pressure and ACE inhibitory activity was observed, with 34.63, 38.75 and 44.31% (14, 16 and 18 MPa, respectively). Few differences were found in the volatile compounds profile. The beverage processing by SCCD resulted in a product with lower particle diameter, lower consistency index and a reduction in pseudoplastic character compared to the beverage treated by the conventional process. No effect of high pressure CO2 on the sensorial attributes of the drink was observed for the studied levels. Consumers found no difference between CO2 treated beverages and heat-treated beverages. The results confirm the processing of SCCD as a promising technology for the non-thermal treatment of grape whey drink made available a health and wellness promoter beverage. Background: Non-thermal food processing is configured as an interesting alternative for the food industry due to the increased nutrient retention and minimal sensory changes in processed products. Scope and approach: The aim of this review is to address the potential of supercritical carbon dioxide technology, emphasizing milk and dairy processing, including the historical aspects, main advantages, microbial inactivation mechanisms, as well as effects in some quality parameters of dairy products. Key findings and conclusions: The use of supercritical carbon dioxide technology (SC-CO2) presents great potential application in dairy processing, since it is effective to reduce microbial load when compared to the pasteurization process, thus obtaining a product with greater shelf life and better organoleptic properties with minimal and sometimes positive changes in the intrinsic quality parameters The effect of supercritical carbon dioxide technology (SCCD, 140, 160, and 180 bar at 35 ? 2 ?C for 10 min) on whey-grape juice drink characteristics was investigated. Physicochemical characterization (pH, titratable acidity, total soluble solids), bioactive compounds ( phenolic compunds, anthocyanins , DPPH and ACE activity) and the volatile compounds were performed. Absence of differences were found among treatments for pH, titratable acidity, soluble solids, total anthocyanins and DPPH activity (p>0.05). A direct relationship between SCCD pressure and ACE inhibitory activity was observed, with 34.63, 38.75, and 44.31% (140, 160, and 180 bar, respectively). Regards the volatile compounds, it was noted few differences except by the presence of ketones. The findings confirm the SCCD processing as a potential promising technology to the conventional thermal treatment. The use of supercritical technology as a non-thermal pasteurization process of the whey-grape juice drink was investigated in this study. The effects of supercritical carbon dioxide at 14, 16, and 18 MPa (35 ? 2?C/10 min) on the physical and sensory properties of the beverage, when compared to conventional pasteurization (heat treatment at 72?C/15 s) were evaluated. High-pressure CO2 processing of whey-grape juice drink resulted in a product with lower particle diameter, lower consistency index, and a reduction in pseudoplastic character when compared to the beverage treated by the conventional process. No effect of high-pressure CO2 was observed on the sensory attributes of the beverage for the levels studied. Consumers did not find differences between the CO2-treated and heat-treated beverages. Our findings suggest the use of supercritical technology with carbon dioxide as an effective alternative for the production and availability of a health and wellness promoting beverage / A tecnologia emergente de di?xido de carbono supercr?tico (DCSC) vem sendo estudada como agente pasteuriza??o a frio, no entanto, s?o poucos os estudos dispon?veis a cerca da sua efici?ncia em derivados l?cteos. Neste estudo, foram investigados os efeitos do processamento do DCSC por diferentes press?es 14, 16 e 18 MPa (35 ? 2 ?C / 10 min) no whey drink de uva, bebida a base de soro de leite e suco de uva, em compara??o ? pasteuriza??o convencional (tratamento t?rmico a 72 ?C / 15 s). Foram realizadas an?lises f?sico-quimicas de pH, acidez titul?vel, s?lidos sol?veis totais, compostos fen?licos, antocianinas, atividade antioxidante, atividade inibidora da enzima conversora de angiotensina (ECA) e compostos vol?teis. Tamb?m foramam alisados a cor, o tamanho de part?cula, reologia, estabilidade f?sica, assim como a qualidade microbiol?gica e analise sensorial das bebidas. Os resultados deste estudo evidenciaram a aus?ncia de diferen?as entre os tratamentos nas an?lises de pH, acidez titul?vel, s?lidos sol?veis, antocianinas totais e atividade de DPPH (p> 0,05). Foi observada uma rela??o direta entre press?o DCSC e atividade inibit?ria ACE, com 34,63, 38,75 e 44,31% (14, 16 e 18 MPa, respectivamente). Poucas diferen?as foram encontratdas no perfil dos compostos vol?teis. O processamento das bebidas por DCSC resultou em um produto com menor di?metro de part?cula, menor ?ndice de consist?ncia e uma redu??o no car?ter pseudopl?stico em compara??o com a bebida tratada pelo processo convencional. N?o foi observado efeito de CO2 de alta press?o nos atributos sensoriais da bebida para os n?veis estudados. Os consumidores n?o encontraram diferen?as entre as bebidas tratadas com CO2 e as bebidas tratadas termicamente. Os resultados confirmam o processamento do DCSC como uma tecnologia promissora para o tratamento n?o t?rmico de whey drink de uva disponibilizado uma bebida promotora de sa?de e bem-estar Antecedentes: Os processamentos de alimentos n?o t?rmicos s?o configurados como uma alternativa interessante para a ind?stria de alimentos devido ao aumento da reten??o de nutrientes e mudan?as sensoriais m?nimas nos produtos processados. ?mbito e abordagem: o objetivo desta revis?o ? abordar o potencial da tecnologia de di?xido de carbono supercr?tico, enfatizando o processamento de leite e l?cteos, incluindo os aspectos hist?ricos, as principais vantagens, os mecanismos de inativa??o microbiana, bem como os efeitos em alguns par?metros de qualidade dos produtos l?cteos. Principais conclus?es e conclus?es: o uso de tecnologia supercr?tica de di?xido de carbono (SC-CO2) apresenta grande potencial de aplica??o no processamento de l?cteos, uma vez que ? efetivo reduzir a carga microbiana quando comparado ao processo de pasteuriza??o, obtendo-se assim um produto com maior prateleira e melhores propriedades sensoriais com mudan?as m?nimas e ?s vezes positivas nos par?metros de qualidade intr?nseca. O efeito da tecnologia de di?xido de carbono supercr?tico (SCCD, 140, 160 e 180 bar a 35 ? 2 ?C durante 10 min) em caracter?sticas de bebidas de suco de uva foi investigado. Caracteriza??o f?sico-qu?mica (pH, acidez titul?vel, s?lidos sol?veis totais), compostos bioativos (compostos fen?licos, antocianinas, DPPH e atividade ACE) e os compostos vol?teis foram realizados. A aus?ncia de diferen?as foi encontrada entre tratamentos para pH, acidez titul?vel, s?lidos sol?veis, antocianinas totais e atividade de DPPH (p> 0,05). Foi observada uma rela??o direta entre press?o SCCD e atividade inibit?ria ACE, com 34,63, 38,75 e 44,31% (140, 160 e 180 bar, respectivamente). Atende aos compostos vol?teis, observou-se poucas diferen?as, exceto pela presen?a de cetonas. Os resultados confirmam o processamento do SCCD como uma potencial tecnologia promissora para o tratamento t?rmico convencional O uso da tecnologia supercr?tica como processo de pasteuriza??o a frio da bebida de suco de uva e soro de uva foi investigado neste estudo. Os efeitos do di?xido de carbono supercr?tico em 14, 16 e 18 MPa (35 ? 2 ?C / 10 min) nas propriedades f?sicas e sensoriais da bebida, quando comparados ? pasteuriza??o convencional (tratamento t?rmico a 72 ?C / 15 s) Foram avaliados. O processamento de CO2 de alta press?o da bebida de suco de soro de soro de leite resultou em um produto com menor di?metro de part?cula, menor ?ndice de consist?ncia e uma redu??o no car?ter pseudopl?stico em compara??o com a bebida tratada pelo processo convencional. N?o foi observado efeito de CO2 de alta press?o nos atributos sensoriais da bebida para os n?veis estudados. Os consumidores n?o encontraram diferen?as entre as bebidas tratadas com CO2 e as bebidas tratadas termicamente. Nossas descobertas sugerem o uso da tecnologia supercr?tica com di?xido de carbono como uma alternativa efetiva para a produ??o e disponibilidade de uma bebida promotora de sa?de e bem-estar