Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Agronomia e Medicina Veterinária, Programa de Pós-Graduação em Agronomia, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-10-24T18:34:30Z No. of bitstreams: 1 2017_HeloisadoEspíritoSantoCarvalho.pdf: 1652561 bytes, checksum: 9b14afead4b75613edd445a2efcbd451 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-11-01T13:11:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_HeloisadoEspíritoSantoCarvalho.pdf: 1652561 bytes, checksum: 9b14afead4b75613edd445a2efcbd451 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-01T13:11:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_HeloisadoEspíritoSantoCarvalho.pdf: 1652561 bytes, checksum: 9b14afead4b75613edd445a2efcbd451 (MD5) Previous issue date: 2017-11-01 / As barraginhas são utilizadas como técnica de manejo e conservação do solo e da água, principalmente no controle de erosão em estradas rurais. Programas de Pagamento por Serviços Ambientais (PSA) como o Produtor de Águas, capitaneado pela a Agência Nacional de Águas (ANA) e parceiros, vêm utilizando essa técnica não apenas para o controle do escoamento superficial da água em estradas e consequente erosão e carreamento de sedimentos para os corpos hídricos, mas também alegando que estas favorecem a infiltração de água no solo, colaborando, inclusive para a elevação do nível do lençol freático e do escoamento de base em bacias hidrográficas. A proposta do presente estudo foi avaliar a capacidade de infiltração destas estruturas em dois diferentes solos do bioma Cerrado. Foram medidas a velocidade de infiltração básica (VIB) em campo, por meio do infiltrômetro de anéis concêntricos, a condutividade hidráulica saturada (Ks), por meio do permeâmetro de carga constante, e foram determinados o perfil textural, o teor de matéria orgânica (MO), a densidade (Ds) e a porosidade total (PT) do solo. Tais parâmetros foram determinados para três barraginhas localizadas em área de Latossolo Vermelho-Amarelo (LVA) e três em área de Cambissolo (CX), solos típicos do Cerrado e do Distrito Federal. Para todos os parâmetros foram adotadas três repetições e diferentes camadas do perfil do solo. Para análise estatística dos dados utilizou-se o teste F para comparação das variâncias seguido do teste T-Student para comparação das médias, ambos a 5% de significância. Os resultados mostraram que a VIB medida em campo por meio do infiltrômetro de anéis concêntricos apresentou diferença significativa, com valores 3,5 vezes superiores fora das barraginhas quando comparados aos valores obtidos dentro delas. Os valores foram da ordem de 90 mm.h-1 em área de Cambissolo Háplico distrófico no interior da barraginha e 302 mm.h-1 fora delas; e de 136 mm.h-1 e 471 mm.h-1 para áreas de Latossolo Vermelho-Amarelo distrófico, dentro e fora, respectivamente. Não foi identificada nenhuma alteração significativa nas características físicas do solo que pudessem justificar tais diferenças nos valores de infiltração. Portanto, o estudo sugere que o processo de infiltração no interior das barraginhas é governado pela condição da superfície do solo o que mostra que os programas voltados para o manejo e a conservação do solo e da água devem focar na manutenção recorrente destas estruturas físicas e na pesquisa sobre formas de aumentar a capacidade de infiltração de barraginhas. / "Barraginhas" also known by infiltration basins are used as a technique for soil and water management and conservation, mainly in erosion control on rural roads. Environmental Services Payment Programs (PSA) as the Water Producer, led by the National Water Agency (ANA) and partners have been using this technique not only to control the surface runoff of water on roads and consequent erosion and sediment transport to the water bodies, but also claiming that they stimulate water infiltration into the soil and also contributing to the elevation of groundwater level and base flow in watersheds. The purpose of the present study was to evaluate the infiltration capacity of those infiltration basins in two different soils of the Brazilian Savanna. It was measured: the basic infiltration velocity (VIB) in the field by using the doublering infiltrometers, saturated hydraulic conductivity (Ks) by the constant head soil core and the textural profile, organic matter (OM), soil density (Ds) and total porosity (PT). These parameters were determined for three basins located in the area of the Oxisol (LVA) and three basins located in the Cambisolo area (CX), both considered typical Cerrado soils found in the Federal District. For all parameters, three replicates were conducted in different depths. For statistical analysis of the data the F test was used to compare the variances followed by the Student Ttest for comparison of the means, both at 5% significance. The results showed that the VIB measured in field by the double-ring infiltrometers was significantly different when comparing the condition inside and outside the basins with values 3.5 times higher outside them. The values obtained were 90 mm.h-1 in the basins located in Cambisol area and 302 mm.h-1 outside them, while in Oxisol the VIB was 136 mm.h-1 and 471 mm.h-1 inside and outside the basins, respectively. The infiltration process inside the basins is determined by the soil surface condition, which shows that programs for soil and water management and conservation should focus on the recurrent maintenance of these physical structures and on the research on ways to increase infiltration capacity of the basins

O presente trabalho tem como objetivo investigar o comportamento hidráulico e mecânico de misturas de solo-bentonita (SB) e de solo-cimento-bentonita (SCB), bem como analisar a influência da variação do teor de bentonita e cimento com a finalidade de propiciar resultados capazes de auxiliar para um projeto construtivo de barreiras verticais de contaminantes. O programa experimental consistiu na realização de ensaios de compressão não-confinada, ensaios triaxiais convencionais adensados não-drenados (CIU) e ensaios de condutividade hidráulica a fim de se estudar o comportamento das misturas de SB e SCB em termos de tensão-deformação-resistência e permeabilidade. Foram analisados diferentes fatores água-cimento, teores de umidade, tensões confinantes. Também foi avaliado o comportamento desses materiais através da definição de três valores distintos de teor de bentonita nas amostras de SCB. Já para as amostras de SB foram avaliados dois teores de bentonita. Em um primeiro instante, os resultados dos ensaios realizados para cada tipo de mistura foram analisados separadamente. A análise global dos resultados permitiu identificar as alterações provocadas na resistência, deformabilidade e condutividade hidráulica pela variação dos parâmetros. Os resultados dos ensaios de compressão não-confinada demonstraram que a variação do teor de umidade não implicou na variação de resistência ao cisalhamento de pico para amostras com mesmo fator águacimento. Os ensaios CIU indicaram que o aumento do teor de bentonita nas amostras acarretou em um aumento da resistência ao cisalhamento de pico e da rigidez do material. A condutividade hidráulica das misturas de SB apresentaram valores inferiores em relação às misturas de SCB.

A transição à turbulência em uma camada de mistura estavelmente estratificada é de grande interesse para uma variedade de problemas geofísicos e de engenharia. Esta transição é controlada pela competição entre o cisalhamento do escoamento de base e as forças de empuxo, devido à estratificação em densidade do ambiente. Os efeitos do empuxo atuam no escoamento reduzindo a taxa de crescimento das perturbações e retardando a transição à turbulência, enquanto o cisalhamento fornece energia cinética ao escoamento. O presente trabalho investiga a natureza da transição à turbulência em uma camada de mistura temporal estavelmente estratificada através de Simulação Numérica Direta (DNS) e Simulação de Grandes Escalas (LES). O propósito da investigação é analisar o efeito da estratificação estável no desenvolvimento da instabilidade de Kelvin-Helmholtz (K-H) e na formação dos vórtices longitudinais, que se formam após a saturação dos turbilhões primários de K-H. Além deste propósito, é examinado, utilizando de DNS e LES, o desenvolvimento das instabilidades secundárias de K-H na camada baroclínica. Os testes numéricos tridimensionais são realizados com diferentes tipos de condições iniciais para a flutuação de velocidade transversal, enquanto uma condição forçada é usada para as outras duas componentes de flutuação de velocidade. Em particular, o efeito do comprimento transversal do domínio de cálculo é testado empregando diferentes comprimentos, enquanto são usadas as mesmas dimensões para a direção longitudinal e vertical. As simulações bidimensionais mostram que o aumento da estratificação inibe o processo de emparelhamento, reduz a troca de energia entre os turbilhões de K-H e o escoamento, atenua a instabilidade de K-H e diminui o fluxo vertical de massa. A instabilidade secundária do tipo K-H é identtificada na camada baroclínica para Re ¸ 500 quando há o processo de emparelhamento dos vórtices simulados. Na simulação a Re = 500, a instabilidade secundária de K-H aparece tanto para Ri = 0.07 (fraca estratificação) como para Ri = 0.167 (forte estratificação). Os resultados tridimensionais demonstram que os vórtices longitudinais são claramente formados na camada a Ri = 0. Por outro lado, nos casos estratificados os vórtices são enfraquecidos, devido ao gradiente longitudinal de densidade, que diminui a vorticidade nos turbilhões de K-H enquanto aumenta na região entre eles.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2015. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-12-20T12:02:04Z No. of bitstreams: 1 2016_DidierAntonioGutierrezRestrepo.pdf: 4559160 bytes, checksum: 0f69e165033a5c7c9b7e3a2e941c0b09 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2017-01-30T21:43:48Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_DidierAntonioGutierrezRestrepo.pdf: 4559160 bytes, checksum: 0f69e165033a5c7c9b7e3a2e941c0b09 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-30T21:43:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_DidierAntonioGutierrezRestrepo.pdf: 4559160 bytes, checksum: 0f69e165033a5c7c9b7e3a2e941c0b09 (MD5) / O crescente aumento na população mundial e a consequente geração de resíduos sólidos urbanos levam a preocupação por sua correta disposição e tratamento, na busca por soluções que otimizem as condições de destinação atuais. Os aterros sanitários são a alternativa considerada mais viável até o momento, na sua concepção básica, as camadas de impermeabilização constituem um dos componentes mais críticos destes sistemas de armazenamento de resíduos, sendo suas características hidromecânicas afetadas por processos de fissuração dos materiais argilosos que normalmente as compõem. A utilização de materiais alternativos neste tipo de camada tem mostrado uma importante aplicabilidade, principalmente pela existência dos mesmo no próprio aterro. Neste sentido, o resíduo de construção civil (RCC) apresenta um excelente potencial de aplicação. Contudo, sua característica essencialmente granular pode acarretar problemas relacionados à impermeabilidade destas camadas. Neste sentido, a proposta desta pesquisa é avaliar o efeito da adição de bentonita ao RCC de forma a avaliar suas propriedades hidromecânicas, com ênfase ao processo de fissuração e condutividade hidráulica. A mistura RCC-Bentonita compactada empregada em camadas impermeáveis para retenção de contaminantes em aterros sanitários e avaliada nesta pesquisa tende a representar uma solução viável ao problema da disposição destes resíduos, bem como do seu reaproveitamento de forma sustentável. Neste trabalho são apresentados resultados de ensaios de compressão, compactação, condutividade hidráulica, resistência à compressão simples, difração de raios x, pH e uma análise de imagens para o estudo da fissuração dos materiais. Além do RCC como material base do estudo, foram utilizadas misturas RCC-bentonita em vários teores visando à obtenção da porcentagem mais adequada para cumprir com os requisitos mínimos de utilização como cobertura de aterros sanitários. As misturas (RCC-Bentonita) ensaiadas apresentaram um comportamento predominantemente granular para os quais, os valores de condutividade hidráulica diminuíram com o acréscimo do teor de bentonita, somente o RCC+14%apresentou uma redução da condutividade hidráulica de 10-6 para 10-9m/s, compatível com a recomendada para camadas de cobertura de aterros sanitários. A utilização do software de distribuição livre ImageJ mostrou ser uma ferramenta útil na análise do processo de fissuração, visando a identificação dos mecanismos que a produzem. A mistura com melhor comportamento em quanto à fissuração foi também o RCC+14%, no que tem a ver com o começo da fissuração, atraso no tempo de propagação da fissuração e taxa de fissuração. / The increasing world population and the consequent solid urban waste generation lead to concern for its correct disposal and treatment, through the search for solutions that optimize the current disposal conditions. In general, landfills are the alternative, until now, considered more viable and in its basic design, the waterproofing layers constitute one of the most critical components in these waste storage systems, since the hydro-mechanical characteristics are affected by cracking processes on the clay materials that normally make up it. The use of alternative materials in this type of layer is shown an important application of these materials, especially by the existence of them in the landfills. In this sense, usability of construction waste (RCC) has shown great potential for application. However, its characteristic, essentially granular, many times can cause a problem with respect to impermeability of these layers. For this reason, the purpose of this research is to evaluate the effect of adding bentonite to the RCC in order to evaluate it assessed its hydro-mechanical properties, with emphasis on cracking and hydraulic conductivity process. The RCC- bentonite compacted mixture used in waterproof layers to retain contaminants in landfills evaluated in this research tends to represent a viable and sustainable solution to the problem of disposal of this waste and its reuse. This thesis presents results of simple compression, compaction, hydraulic conductivity, X-ray diffraction and acidity testes, as well as an image analysis to study the cracking of materials. In addition to the RCC as base material of the study, RCC-bentonite mixtures were used at various tenors in order to obtain the most appropriate percentage to meet the minimum requirements for use as landfill cover. Residues (RCC) tested showed predominantly granular behavior for which the hydraulic conductivity values decreased with the addition of bentonite content, only for the RCC+14% the hydraulic conductivity presented a reduction from 10-6to 10-9 m/s compatible with the normative magnitude required for waste landfills cover layers. The use of the free distribution software ImageJ proved to be a useful tool in the analysis of the cracking process for the identification of the mechanisms that produce it. The mixture with the best performance was also RCC+14%, in that have to be with the start of cracking, the delay time of cracking and crack propagation rate.

O adequado projeto de obras fluviais requer o conhecimento das condições sob as quais um curso d\'água natural atinge seu estado de equilíbrio. Para que este estado de equilíbrio seja determinado analiticamente é necessário utilizar um número de equações compatível com a quantidade de incógnitas do sistema, denominadas de graus de liberdade. Em um curso d\'água escoando sobre leito aluvionar não coesivo é possível admitir até quatro graus de liberdade, que são: a largura, a profundidade, a declividade e o traçado em planta do canal. Neste trabalho são apresentados alguns métodos que permitem avaliar as condições de estabilidade de um canal através do uso de relações puramente empíricas, ou através da aplicação de equações derivadas dos princípios físicos que regem a Hidráulica Fluvial, sendo possível ainda combinar o uso das duas abordagens no mesmo método. / The properly design of river improvements depends on the knowledge of the conditions under which a natural river becomes stable. This state of equilibrium is determined analytically if the number of equations is enough to describe the unknown system factors, called degrees of freedom. In an alluvial stream, it\'s possible to consider four degrees of freedom, they are: width, depth, channel slope and the variations in plan-form stream. This text presents some methods to evaluate the stability condition of a channel using empirical relationships, equations based on theoretical principles of Fluvial Hydraulics or both of these approaches in the same method.

Os vertedores são estruturas hidráulicas construídas para controlar o nível d’água do reservatório, permitindo a passagem das vazões escoadas com a máxima eficiência possível sem provocar problemas à estrutura. Para atingir este objetivo, as condições de aproximação do escoamento à estrutura e a forma geométrica do perfil vertente são muito importantes. O controle da soleira por comportas provoca uma mudança significativa nas condições de escoamento sobre o perfil vertente. O posicionamento e a forma da comporta tem forte influência no comportamento do coeficiente de vazão e nas pressões sobre a soleira. A formação de vórtice é um fenômeno indesejável que pode ocorrer quando a operação da comporta é parcial, prejudicando a capacidade de vazão e provocando vibrações na estrutura. Este trabalho apresenta uma abordagem teórica sobre o assunto vertedor de superfície e escoamento sob comportas, apresentando resultados de diferentes estudos para melhor compreensão do funcionamento do vertedor. / Spillways are hydraulic structures constructed to control the water level of the reservoir, allowing the overflows with the maximum possible efficiency without provoking problems to the structure. The approach flow pattern to the structure and the geometric form of the spillway profile are basic importance. The control of the spillway by the floodgates modifies the draining conditions. The positioning and the form of the gate have strong influence in the behavior of the discharge coefficient and the pressures on the surface profile. A vortex formation is an undesirable phenomenon that it can occur when the operation of the floodgate is partial, reducing the discharge coefficient and produce vibrations in structure. This work presents a theoretical approach about flow over spillway and under of the partial opening of the floodgate, presenting results of different studies for better understanding the function of the spillway.

O presente trabalho foi realizado com o objetivo de quantificar e caracterizar a variabilidade espacial dos parâmetros equação K = Kq=0 exp(bq), determinada pelo método do perfil instantâneo. Nessa equação, Kq=0 é o coeficiente linear da reta lnK versus q ou a condutividade hidráulica (K) para o teor de água no solo (q) igual a zero e b o coeficiente angular. O experimento foi realizado no campus da "Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz" - ESALQ/USP, localizado no município de Piracicaba (SP), em um Latossolo Vermelho Amarelo, álico, A moderado, textura média, (Typic Hapludox), moderadamente a bem drenado. A parcela experimental tinha um comprimento de 70 m e uma largura de 20 m; na sua linha central ao longo do comprimento foram considerados 50 pontos de observação, distanciados de 1 m entre si e, em cada um deles, instalados 5 tensiômetros eqüidistantes com suas cápsulas porosas localizadas às profundidades de 0,15; 0,30; 0,45; 0,60; 0,75 m. No ponto central de cada circunferência de 0,10 m de raio, na qual foram equidistantemente instalados 5 tensiômetros, foi instalada uma sonda de TDR para medida da umidade nas mesmas cinco profundidades em cada ponto de observação. As medições de umidade e potencial mátrico foram feitas durante 62 dias ou 1.370 horas, escolhendo se para este estudo o período compreendido entre os tempos de redistribuição 78 a 604 horas. Os resultados de umidade no solo (q), potencial mátrico (fm), lnKq=0 e b, foram submetidos à análise estatística exploratória e descritiva para verificação da distribuição e identificação de valores extremos. Também se calculou o número mínimo de subamostras necessárias para estimar o valor médio representativo dos parâmetros avaliados, para um nível de probabilidade de 95%, nos valores de 5, 10, 20 e 30% de coeficiente de variação em torno da média. Para os parâmetros lnKq=0 e b a análise do número de amostras foi também feita pela técnica "bootstrap". Análise da estabilidade temporal foi realizada com os dados de umidade no solo e potencial mátrico. Os resultados indicaram que o padrão de variabilidade dos parâmetros hídricos estudados (q, fm, b e lnKq=0 ) aumentou em profundidade, sendo os maiores coeficientes de variação aqueles apresentados pelo b. A variabilidade da umidade (q) foi baixa e aumentou com o tempo de redistribuição, enquanto que o potencial mátrico (fm), apresentou comportamento oposto, qual seja, variabilidade alta no início da redistribuição diminuindo para média no final da avaliação. Não houve relação entre os parâmetros quanto ao número de amostras necessárias para estimar a média, indicando que a utilização dos métodos para determinação de número de amostras pode gerar valores bem diferentes e que sua aplicação deve ser feita com prudência. Tanto a umidade do solo quanto o potencial mátrico apresentaram estabilidade temporal, o que permitiu identificar quais os locais mais indicados para a realização de amostragens com reduzido esforço e grande precisão. / This work was carried out with the objective of quantifying and characterizing the spatial variability of the K = Kq=0 exp(bq) equation parameters, determined by means of instantaneous profile method. In this equation, b is the slope and Kq=0 the intercept of the linear regression of lnK versus q. The experiment site is located at the Campus “Luiz de Queiroz”, University of São Paulo, county of Piracicaba (SP), Brasil (22 o 42’ 30” S e 47 o 38’ 00” W) in a Typic Hapludox. The experimental plot dimensions were: length = 70 m and width = 20 m. In the central line of the length, 50 observation points 1m among themselves were considered each one with i) 5 mercury manometer tensiometers equally spaced in a 0.10 m radius circumference with their porous cups installed at 0.15, 0.30, 0.45, 0.60 and 0.75 m soil depths and ii) one TDR probe in the central point of the above circumference to measure soil-water content at the same five soil depths. Measurements of soil-water content and matric potential were made during 62 days of soil water redistribution, but the study was carried out using the redistribution time range from 78 to 604 hours. Results of soil-water content (q), matric potential (fm), lnKq=0 and b were analyzed by the exploratory and descriptive statistics in order to verify the data distribution and to identify outliers values. The minimum number of samples necessary to estimate the mean value of the assessed parameters was also calculated at a probability level of 5%, for variation coefficient values of 5, 10, 20 and 30%. For the parameters lnKq=0 and b, the analysis of number of sa mples was also made by using the "bootstrap" technique. Time stability analysis was used for soil-water content and matric potential data. The results have indicated that the variability of the studied hydric parameters (q, fm, b and lnKq=0 ) increased with soil depth, being the higher variation coefficients those of the parameters b. The soil water-content (q) variability was low and increased with the soil water redistribution time, whereas the matric potential had an inverse behavior, that is, high variability at the beginning of the soil water redistribution, decreasing to a medium one at the end of evaluation. There was no relation among parameters in terms of number of samples needed to estimate the mean, indicating that the use of methods to determine the number of samples can led to values very differents; hence the appliance of these methods should be done with caution. Both soil-water content and matric potential presented time stability, which permitted to identify the best points for future samplings with less effort and high precision.

A transição à turbulência em uma camada de mistura estavelmente estratificada é de grande interesse para uma variedade de problemas geofísicos e de engenharia. Esta transição é controlada pela competição entre o cisalhamento do escoamento de base e as forças de empuxo, devido à estratificação em densidade do ambiente. Os efeitos do empuxo atuam no escoamento reduzindo a taxa de crescimento das perturbações e retardando a transição à turbulência, enquanto o cisalhamento fornece energia cinética ao escoamento. O presente trabalho investiga a natureza da transição à turbulência em uma camada de mistura temporal estavelmente estratificada através de Simulação Numérica Direta (DNS) e Simulação de Grandes Escalas (LES). O propósito da investigação é analisar o efeito da estratificação estável no desenvolvimento da instabilidade de Kelvin-Helmholtz (K-H) e na formação dos vórtices longitudinais, que se formam após a saturação dos turbilhões primários de K-H. Além deste propósito, é examinado, utilizando de DNS e LES, o desenvolvimento das instabilidades secundárias de K-H na camada baroclínica. Os testes numéricos tridimensionais são realizados com diferentes tipos de condições iniciais para a flutuação de velocidade transversal, enquanto uma condição forçada é usada para as outras duas componentes de flutuação de velocidade. Em particular, o efeito do comprimento transversal do domínio de cálculo é testado empregando diferentes comprimentos, enquanto são usadas as mesmas dimensões para a direção longitudinal e vertical. As simulações bidimensionais mostram que o aumento da estratificação inibe o processo de emparelhamento, reduz a troca de energia entre os turbilhões de K-H e o escoamento, atenua a instabilidade de K-H e diminui o fluxo vertical de massa. A instabilidade secundária do tipo K-H é identtificada na camada baroclínica para Re ¸ 500 quando há o processo de emparelhamento dos vórtices simulados. Na simulação a Re = 500, a instabilidade secundária de K-H aparece tanto para Ri = 0.07 (fraca estratificação) como para Ri = 0.167 (forte estratificação). Os resultados tridimensionais demonstram que os vórtices longitudinais são claramente formados na camada a Ri = 0. Por outro lado, nos casos estratificados os vórtices são enfraquecidos, devido ao gradiente longitudinal de densidade, que diminui a vorticidade nos turbilhões de K-H enquanto aumenta na região entre eles.

Esta tese tem como objetivo o estabelecimento de bases técnicas para o dimensionamento de aproveitamentos híbridos hidrelétricos fotovoltaicos. Nesse sentido, investigam-se o funcionamento e a viabilidade técnica de uma configuração para esses aproveitamentos quanto aos efeitos de diferentes capacidades das baterias ou perfis de demanda, entre outros fatores. A tese traz à tona a questão da complementariedade entre fontes de energia, avaliando a influência de diferentes gradações de complementação entre as energias hídrica e solar e caracterizando essa complementariedade ao longo do Estado do Rio Grande do Sul. O sistema estudado é constituído por dois aproveitamentos, um hidrelétrico e outro fotovoltaico, operando em paralelo para atender a demanda. O desempenho foi investigado a partir da proposição de uma metodologia de análise, que consiste em um balanço energético baseado em disponibilidades energéticas idealizadas, resultando em um parâmetro para comparação de desempenho (um índice de falhas no atendimento). A idealização dos dados permite investigar a influência de determinado parâmetro, “filtrando” os efeitos de outros fatores (como condições climáticas). A avaliação dos efeitos da complementariedade foi efetuada pela proposição de índices matemáticos adimensionais. As simulações confirmaram tendências esperadas, como o aumento das falhas para baterias de menor capacidade e para menor complementariedade no tempo ou a redução das falhas para perfis com picos de demanda ao meio dia, entre outras, e mostraram como pequenas variações na capacidade das baterias, na potência hidrelétrica instalada ou na área dos módulos fotovoltaicos podem influenciar o desempenho do sistema. Uma avaliação da “aderência” dessas idealizações com a realidade foi obtida com simulações a partir de dados reais e com uma simulação experimental. Em ambos os casos houve forte semelhança qualitativa dos resultados, mostrando a influência de efeitos climáticos e de outros fatores sobre o comportamento dos componentes do sistema. Os ensaios experimentais foram realizados em duas bancadas, uma no Laboratório de Energia Solar, da Escola de Engenharia, e a outra no Laboratório de Ensino de Hidráulica, do Instituto de Pesquisas Hidráulicas, ambos nesta Universidade. Os resultados experimentais forneceram também subsídios para definir o controle do sistema, mostrando como deve ser o controle de carga das baterias e a inserção da corrente fornecida pelo gerador hidrelétrico. Enfim, foram estabelecidas diretrizes para o dimensionamento de aproveitamentos hidrelétricos fotovoltaicos com base na aplicação da metodologia proposta para análise, além de ter sido avaliada de forma expedita a aplicabilidade desse tipo de sistema de geração no Estado. / This thesis purposes to establish the technical bases for component sizing of hydroelectric photovoltaic hybrid plants. In this sense, the operation and technical viability of a specific configuration of these plants were investigated with regard to the effects of different battery capacities or demand profiles, among others. The thesis deals with the question of complementarity between energy resources, evaluating the influence of different complementarity gradations between hydro and solar energies and describing this complementarity along the State of Rio Grande do Sul. The studied system consists of two plants, a hydroelectric and a photovoltaic, operating in parallel to supply the consumers. The performance was investigated from the proposition of an analysis methodology, based on an energetic balance with idealized resources availability, resulting into a comparison parameter (a supply failure index). The data idealization allows to investigate the influence of each parameter, filtering off another effects (as climatic conditions). The complementarity effects were evaluated from the proposition of adimensional mathematical indexes. Expected tendencies, like an increase of failures due to smaller battery capacities and smaller time complementarity, or a decrease due to demand profiles with peak of demand concentrated at noon, were confirmed by the computational simulations, as well as how small variations of battery dimension, of installed hydro power and of photovoltaic area affects the system performance were also demonstrated by these simulations. The simulation with real meteorological data and an experimental simulation provides an evaluation of the adherence of idealizations with reality. In both cases, there was a strong qualitative similarity between results, showing the influence of climatic conditions and other factors on the system performance. The experimental tests were performed at Laboratório de Energia Solar, Escola de Engenharia, and at Laboratório de Ensino de Hidráulica, Instituto de Pesquisas Hidráulicas, in this University. The laboratory experiments results in information to define the control of the system, showing how to control the charge of batteries and how to insert the hydro power into the dc bus. Finally, technical bases for sizing methodology of hydro photovoltaic plants were established, based on the analysis methodology proposed. The aplicability of these kind of energy system was also evaluated.

Este trabalho investiga o uso e a adequação de uma abordagem estocástica para o processo de avaliação de risco à saúde humana devido à ingestão de água subterrânea contaminada. A referida abordagem estocástica se caracteriza pela representação da variabilidade espacial e das incertezas associadas à condutividade hidráulica do meio poroso. A metodologia proposta é ilustrada através de um estudo de caso. Em função da metodologia utilizada, a avaliação de risco fornece, como resultado, uma informação adicional ao tomador de decisão, uma vez que são estimados o risco e a sua chance de ocorrência. Deste modo, o conceito de risco passa a ter uma conotação mais abrangente, já que o mesmo é expresso por duas dimensões: a conseqüência e a sua probabilidade associada. A execução deste trabalho exigiu o estudo e o desenvolvimento dos seguintes tópicos: - Geração de campos aleatórios bidimensionais de condutividade hidráulica, usando o método de Simulação Gaussiana Seqüencial (SGS). - Implementação computacional de um modelo numérico de fluxo permanente unidimensional em meio poroso não saturado. - Implementação computacional de um modelo numérico de transporte de contaminantes unidimensional em meio poroso não saturado sob regime de fluxo permanente. - Implementação computacional de um modelo numérico de fluxo permanente tridimensional em meio poroso saturado. - Implementação computacional de um modelo numérico de transporte de contaminantes tridimensional em meio poroso saturado sob regime de fluxo permanente. O modelo numérico de fluxo permanente unidimensional em meio poroso não saturado foi baseado no conceito de continuidade e no uso da equação de Darcy para meios porosos, particularizados para o caso de regime permanente. O principal objetivo do desenvolvimento do referido modelo foi a obtenção de curvas de saturação e de carga hidráulica para utilização no modelo de transporte de contaminantes unidimensional em meio poroso não saturado. O modelo numérico de transporte de contaminantes unidimensional em meio poroso não saturado foi baseado na equação clássica de advecção-difusão utilizada para descrever o transporte de contaminantes em meio poroso não saturado, particularizada para as hipóteses de regime permanente, substância não reativa, equilíbrio local e relação linear entre as concentrações na fase sólida e na fase aquosa. O modelo numérico de fluxo permanente tridimensional em meio poroso saturado foi também baseado no conceito de continuidade e no uso da equação de Darcy para meios porosos, particularizados para o caso de regime permanente. Do ponto de vista de implementação computacional, o modelo foi desenvolvido tendo como inspiração a versão original do modelo MODFLOW. O principal objetivo do desenvolvimento do referido modelo foi a obtenção dos campos de velocidades para utilização no modelo de transporte de contaminantes tridimensional em meio poroso saturado. O modelo numérico de transporte de contaminantes tridimensional em meio poroso saturado foi baseado na equação clássica de advecção-dispersão usada para descrever o transporte de contaminantes em meio poroso saturado, particularizada para as hipóteses de regime permanente, substância não reativa, equilíbrio local e relação linear entre as concentrações na fase sólida e na fase aquosa. O modelo computacional adota o método das características modificado (MMOC) para a solução da equação de transporte. Os resultados obtidos pelos modelos computacionais desenvolvidos foram comparados a soluções analíticas e a soluções fornecidas por outros modelos disponíveis no mercado e o desempenho foi considerado satisfatório. O objetivo principal do desenvolvimento dos modelos foi o de se ter acesso e controle do código-fonte para criar versões que permitissem múltiplas execuções com diferentes campos de condutividade hidráulica. O estudo de caso analisado neste trabalho se caracteriza pela existência de uma lagoa, utilizada no passado como destinação final de efluentes líquidos provenientes de uma indústria. O uso da lagoa como área de descarte dos efluentes implicou em sedimentação de finos e resíduos do processo produtivo no fundo da lagoa, gerando uma fonte de contaminação da água subterrânea. Do ponto de vista da avaliação de risco, quando considerada a água subterrânea como caminho de exposição, foram estabelecidos dois cenários: cenário 01 (estação chuvosa) e cenário 02 (estação seca). No caso do cenário 01 (estação chuvosa), a contaminação da água subterrânea se dá através da contribuição da lagoa para o aqüífero em razão da diferença de carga hidráulica entre os dois. No caso do cenário 02 (estação seca), continua existindo a contribuição da lagoa para aqüífero, mas em uma área menor, em função da retração da lagoa na estação seca. A área correspondente ao solo exposto com a retração da lagoa continua contribuindo como fonte de contaminação, mas agora devido à recarga do aqüífero. Os resultados da avaliação de risco mostraram uma probabilidade de excedência do limite para o risco de 1 x 10-6 (um caso adicional de câncer em uma população de um milhão de pessoas) de 4,9 %, para o cenário 01, e de 17,4 %, para o cenário 02, considerando-se o receptor mais afetado. Estes resultados constituem o ponto central do desenvolvimento da presente tese, já que conferem uma dimensão a mais ao risco estimado. Portanto, verificou-se que o cenário 02 representou uma condição mais crítica do que o cenário 01. Foram comparadas duas abordagens estocásticas distintas em termos de representação da variabilidade espacial da condutividade hidráulica, considerando-se a estação chuvosa (Cenário 01). A primeira abordagem considera o meio heterogêneo e a segunda abordagem considera o meio homogêneo. Os resultados obtidos mostraram que a consideração de meio homogêneo resultou em uma subestimativa do risco em comparação à condição de meio heterogêneo. Em comparação a outros estudos já realizados relativos à questão da integração do conceito de análise de incerteza na propagação do contaminante com a avaliação do risco à saúde humana, este estudo apresenta algumas importantes diferenças, destacando-se principalmente: a natureza do estudo de caso; a análise do fluxo e transporte no meio não saturado; a geração de simulações condicionadas dos campos aleatórios de condutividade hidráulica; e a comparação direta entre duas abordagens estocásticas distintas quanto à variabilidade espacial da condutividade hidráulica. / This work investigates the use and adequacy of a stochastic approach to the process of human health risk assessment due to ingestion of contaminated groundwater. Such approach is characterized by the representation of spatial variability and uncertainty related to the hydraulic conductivity of the porous medium. The proposed methodology is illustrated with the presentation of a real case study. As a consequence of the proposed methodology, the risk assessment provides additional information to the decision-makers, once it estimates not only the risk but also its chance of occurrence. Thus, the concept of risk is represented by a broader meaning, as it is expressed by two dimensions: the consequence and its related probability. The present work required the study and development of the following: - Simulation of two-dimensional random hydraulic conductivity fields, using the Sequential Gaussian Simulation Method (SMS). - Computational implementation of a 1-dimensional steady-state unsaturated flow numerical model. - Computational implementation of a 1-dimensional contaminant transport numerical model for the vadose zone, assuming steady-state flow. - Computational implementation of a 3-dimensional steady-state saturated flow numerical model - Computational implementation of a 3-dimensional contaminant transport numerical model for the saturated zone, assuming steady-state flow. The 1-dimensional unsaturated flow model was based on the mass conservation and Darcy's equation for porous media, simplified by the steady-state flow hypothesis. The model was mainly developed to obtain saturation curves and hydraulic heads to be used as input to the contaminant transport model for the vadose zone. The 1-dimensional contaminant transport model for the vadose zone was based on the classical advection-diffusion equation, used to describe the contaminant transport in unsaturated porous media, assuming the hypotheses of steady-state flow, non-reactive substance, local equilibrium, and linear relationship between the concentrations in solid and aqueous phases. The 3-dimensional saturated flow model was also based on the mass conservation and Darcy's equation for porous media, simplified by the steady-state flow hypothesis. From the viewpoint of computational implementation, the model was developed taking as inspiration the MODFLOW original version. The model was mainly developed to obtain the velocity fields to be used as input to the contaminant transport model for the saturated zone. The 3-dimensional contaminant transport model for the saturated zone was based on the classical advection-dispersion equation, used to describe contaminant transport in saturated porous media, assuming the hypotheses of steady-state flow, non-reactive substance, local equilibrium, and linear relationship between the concentrations in solid and aqueous phases. The computational model adopts the modified method of characteristics (MMOC) to solve the transport equation. The results from the developed computational models were compared to analytical solutions and to solutions provided by other models that are free available in the market. The overall performance of the developed models was considered satisfactory. The main goal of developing the computational models was to get access and control of the source code to create versions that allow multiple runs with different hydraulic conductivity fields. The case study is characterized by the existence of a pond, used in the past as a final destination to an industrial effluent. Such use resulted in sedimentation of fine particles and production process wastes at the bottom of the pond, originating a source of groundwater contamination. To perform the human health risk assessment, when considering only groundwater as a exposure pathway, two scenarios were established: scenario 01 (rainy season) and scenario 02 (dry season). In the scenario 01 (rainy season) case, the groundwater contamination is due to the pond contribution to the aquifer, as a result of hydraulic head difference between them. On the other hand, in the scenario 02 (dry season) case, there is still the pond contribution to the aquifer, but in a smaller area, according to the shrinkage of the pond during the dry season. The resulting area of exposed contaminated soil continues contributing as a source of groundwater contamination, but now due to the natural aquifer recharge.In relation to a 1 x 10-6 (one additional case of cancer in a population of one million people) risk limit, the risk assessment showed an exceedance of 4.9 % for the scenario 01, and 17.4 % for the scenario 02, considering the most affected receptor. These results represent the main goal of the present work, since they bring an additional dimension to the estimated risk. Furthermore, the results showed that the scenario 02 (dry season) is more critical than the scenario 01 (rainy season), considering again the most affected receptor. Two different stochastic approaches in terms of representation of spatial variability of the hydraulic conductivity were compared, considering the rainy season (Scenario 01). The first approach assumes a heterogeneous porous medium, and the second one supposes a homogeneous porous medium. The results showed that the homogeneous porous medium approach led to a underestimation of the risks compared to the heterogeneous one. Compared to previous studies that relates the uncertainty analysis of the contaminant migration to the human health risk assessment, this study presents some important differences, especially the following: the nature of the real case study; the analysis of flow and transport in the unsaturated zone; the generation of conditionated simulations of hydraulic conductivity random fields; and direct comparison between two different stochastic approaches to the representation of spatial variability of the hydraulic conductivity.