Partindo do princípio que existe vínculo entre os produtos cartográficos e suas motivações e que a cartografia pode ser utilizada para revelar, entre outras coisas, o estado do desenvolvimento científico, tecnológico e econômico de uma sociedade em determinada época, este trabalho tem como objetivo analisar os aspectos históricos e evolutivos dos produtos cartográficos (plantas, mapas, projetos) tendo como foco o sistema de abastecimento de água da cidade de São Paulo. O recorte histórico vai do final do século XVI, no período chamado de \"Pré-Chafarizes\", e se estende até o início do século XX, com a implantação do primeiro Sistema Cantareira. O percurso metodológico compreende uma pesquisa documental realizada no Arquivo Público do Estado de São Paulo, seguida da análise dos mapas históricos aplicando-se as técnicas de leituras de mapas históricos segundo proposta desenvolvida por Cintra (2015). Os resultados mostraram também que a escassez de profissionais qualificados e a diversidade de origem e de formação dos profissionais que atuavam na área de engenharia eram aspectos que dificultavam a elaboração e a execução dos projetos. Os produtos cartográficos produzidos neste período evoluíram de uma produção basicamente empírica para um modo de produção científica, em função de decretos sobre normativa de projetos, elaborados por Paula Souza. / Assuming that there is link between the cartographic products and their motivations and the cartography can be used to reveal, among other things, the state of scientific, technological and economic development of a society at a some time, this work aims to analyze historical and evolutionary aspects of cartographic products (plans, maps, projects) focusing on the water supply system in the city of São Paulo. The historical period begins in the latee sixteenth century in the period wich we called \'Pre-Fountains\' and extends to the early twentieth century with the implementation of the first Cantareira System. The methodological approach is a documental research in the Public Archives of the State of São Paulo, followed by analysis of historical maps applying the techniques of readings of historical maps according to the proposal developed by Cintra (2015). The results also showed that the shortage of qualified professionals and the diversity of origin and training of professionals working in engineering were aspects that hindered the development and implementation of projects. The cartographic products produced in this period evolved from a primarily empirical production to a scientific mode of production, according to decrees on project rules, elaborated by Paula Souza.

Esta dissertação trata da hidráulica da queda livre em canal de seção retangular. A análise bibliográfica do tema está calcada nos trabalhos pioneiros, nos clássicos e nos recentes. Com base nos princípios da Física: Conservação de Massa, Quantidade de Movimento, e Primeira Lei da Termodinâmica, foi desenvolvido um modelo matemático para a queda livre. O modelo proposto, após ser analisado do ponto de vista de sua consistência, foi validado em comparações com resultados fornecidos por outros pesquisadores, geralmente com modelos empíricos (ou semi-empíricos), ajustados a dados experimentais. Os resultados obtidos pelo modelo matemático proposto nesta dissertação, correspondem a boas estimativas das grandezas envolvidas nos escoamentos em queda livre, o que credencia o modelo proposto como uma ferramenta apropriada para projetos em engenharia hidráulica, principalmente quando se tem em conta que a queda livre é o mecanismo de dissipação mais presente na natureza. / This study addresses free fall hydraulics in rectangular channel section. References were based on not only earlier studies, but also on classical and most recent ones. Based on principles of Physics, such as mass conservation, momentum and the First Law of Thermodynamics, a mathematical model has been developed as an example of free fall hydraulic. After extensive consistency analyses the proposed model has been validated by comparing different results furnished by other researchers, generally based on empirical or semiempirical treatment adjusted to experimental data. Results obtained from the mathematical model proposed here correspond to good estimates of greatnesses involved in the free overfall and that turns the proposed model into an adequate tool for Hydraulic Engineering projects, especially when we all know free overfall is the most common dissipation mechanism in Nature.

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / El documento digital no refiere asesor / Se enfoca en el cálculo del caudal óptimo para las oficinas de la Contraloría en la región Ica usando el método de Hunter y al cálculo hidráulico de las pérdidas de carga del sistema aplicando las diferentes fórmulas hidráulicas y tablas aprendidas en la universidad y en los diferentes libros de consulta. Así también, se recomienda la selección de las electrobombas y accesorios básicos para el correcto funcionamiento de un sistema de bombeo de velocidad variable a presión constante por medio de un variador de frecuencia. / Trabajo de suficiencia profesional

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / El documento digital no refiere asesor / Aborda el dimensionamiento de las tuberías forzadas y la selección de las turbinas para la minicentral hidroeléctrica de Monobamba, en la provincia de Jauja, departamento de Junín, como parte del proyecto integral de repotenciación y mejoramiento de la central. Ante la insuficiente generación de energía eléctrica y el deficiente servicio ofrecido a la comunidad, debido al deterioro de las estructuras hidráulicas de captación y conducción y de las turbinas hidráulicas, el proyecto consideró un incremento del caudal de captación a 1,558 m3 /s. Este caudal será conducido a la central mediante tres líneas de tuberías forzadas de acero estructural tipo A-36 con diámetros de 0.48 m, ¼ de pulgada de espesor y 83 m de longitud cada una. Con los datos de altura neta de 41,07 m y el caudal de 0,556 m3 /se seleccionaron tres turbinas hidráulicas, dos de ellas tipo Michell Banki (crossflow) y otro tipo Francis, ambas de eje horizontal, con potencia en el eje de 180 kW cada una y con eficiencia estimada del 80%. / Trabajo de suficiencia profesional

A viabilidade de utilização de materiais compósitos de matriz orgânica em turbinas hidráulicas é abordada no decorrer deste trabalho. A abordagem específica é voltada à aplicação dos materiais compósitos em palhetas diretrizes dos distribuidores das turbinas. O trabalho descreve os parâmetros de projeto, operação e fabricação das palhetas diretrizes de acordo com as tecnologias atuais. Adicionalmente são exploradas as potencialidades dos materiais compósitos levando-se em consideração as propriedades mecânicas, físicas e químicas destes materiais para a aplicação em palhetas diretrizes. Sob esta ótica, foi explorada a resistência dos materiais compósitos quanto à umidade, ao desgaste e ao impacto identificando as potencialidades e limitações referentes a estes aspectos comparando-os por sua vez com os requisitos de projetos das palhetas diretrizes. Na fase de desenvolvimento do trabalho foi escolhido um projeto de referência de palheta diretriz que foi utilizado para a realização das análises comparativas das propostas de materiais compósitos apresentadas neste trabalho. As comparações das análises estruturais foram realizadas através do método de elementos finitos com o software ANSYS e módulo específico de materiais compósitos ACP. Basicamente foram realizadas análises globais quanto ao comportamento mecânico focando-se essencialmente na deformação do perfil e rotação dos mancais das palhetas como critério de comparação entre os projetos. Os resultados das análises mecânicas foram comparados entre as diferentes propostas analisadas, juntamente com as análises quanto às propriedades físicas e químicas dos materiais compósitos bem como o comparativo econômico das soluções mais promissoras. Por sua vez, as conclusões do trabalho ponderam as potencialidades e limitações dos materiais compósitos de matriz orgânica na aplicação de palhetas diretrizes e em turbinas hidráulicas de uma forma geral.

Este Trabalho de pesquisa de doutorado apresenta o desenvolvimento e a aplicação da MAAMEES - Metodologia para Aplicação em Equipamentos Industriais Hidráulicos de Grande Porte para Melhoria da Eficiência Energética e Ganhos de Sustentabilidade. A tese parte do contexto experimentado pelo mundo corporativo e por toda a sociedade, ao longo das últimas décadas, em que, ao lado de transformações tecnológicas de grande impacto, a sociedade viu aumentar a preocupação com o meio ambiente e com a limitação dos recursos naturais e fatores de produção. Conceitos como o de \"sustentabilidade\" e o de \"desenvolvimento sustentável\", vem se consolidando enquanto empresas de variados portes e setores aderiam a uma postura de maior respeito aos ecossistemas e, sobretudo, de maior respeito aos seres humanos, sejam eles seus clientes e colaboradores ou membros de comunidades nem sempre relacionadas às suas cadeias de produção e de valor. Nos últimos anos, cristalizou-se também o modelo da Ecoeconomia, em que o processo decisório empresarial, governamental e das instituições sociais passa a ser moldado pela preocupação com a limitação dos fatores de produção e pela busca de garantias de que as gerações atuais e futuras tenham sua sobrevivência e qualidade de vida asseguradas. Nesse novo contexto, eficiência energética e o uso responsável de recursos operacionais, incluindo equipamentos, materiais e serviços humanos, revelam-se como princípios a nortear as decisões executivas e esta tese procura demonstrar que o uso da TA e da TI em equipamentos industriais de grande porte pode resultar em ganhos energéticos que representam não apenas redução de custos para as empresas, com impactos em sua competitividade, mas, sobretudo, uma importante contribuição ambiental, impactando na sustentabilidade com benefícios para toda a sociedade. A tese apresenta os fundamentos da MAAMEES e sustenta suas conclusões com análises práticas realizadas em equipamentos industriais, onde o estudo da sua aplicação na automação de prensas hidráulicas mostrou que podem ocorrer economia energética e redução de custos operacionais, com a empresa elevando sua contribuição para um meio ambiente mais equilibrado. / This PhD research paper presents the development and application of MAAMEES Methodology for Application in Large-Scale Hydraulic Industrial Equipment for Enhancement of Energy Efficiency and Sustainability Gains. The thesis is part of the context experienced by the corporate world and society throughout the last decades, in which, alongside technological transformations of great impact, society has increased concern about the environment and the limitation of natural resources and factors of production. Concepts such as \"sustainability\" and \"sustainable development\" have been consolidating as companies of various sizes and sectors have adhered to a position of greater respect for ecosystems and, above all, greater respect for human beings, whether they are their clients or employees or members of communities not always related to their production and value chains. In recent years, the Ecoeconomics model has crystallized, in which the decision-making process of business, government, and social institutions is shaped by the concern with the limitation of factors of production and the search for guarantees that the present and future generations have their survival and quality of life assured. In this new context, energy efficiency and the responsible use of operational resources, including human equipment, materials and services, are the guiding principles for executive decisions and this thesis seeks to demonstrate that the use of AT and IT in large industrial equipment can result in energy gains that represent not only a reduction of costs for companies, but also an important environmental contribution, impacting sustainability with benefits for the whole society. The thesis presents the fundamentals of MAAMEES and supports its conclusions with practical analyzes carried out in industrial equipment, where the study of its application in the automation of hydraulic presses has shown that energy savings and reduction of operational costs can occur, with the company increasing its contribution to a more balanced and sustainable environment.

O projeto de turbinas hidráulicas tem estado em constante evolução, levando a máquinas mais rápidas e mais leves, nas quais os carregamentos são mais severos e as estruturas mais flexíveis. Com isto, os cálculos dos componentes da turbina devem ser realizados com maior precisão do que no passado, entre eles a determinação das velocidades angulares críticas da linha de eixo e seus fatores dinâmicos de amplificação de deslocamento, sobre os quais a maior influência é exercida pelo rotor do gerador. Para tanto, é elaborado um modelo numérico da linha de eixo, com base na pesquisa da literatura, na qual o rotor do gerador é usualmente considerado como um corpo rígido. Entretanto, para se verificar o efeito de suas propriedades de inércia e rigidez distribuídas sobre o movimento da estrutura, ele é descrito aqui por um modelo de elementos finitos, incluído no restante do sistema através do método da síntese modal de componentes. Os resultados numéricos mostram desvios não desprezíveis entre o método tradicional e o proposto aqui, sendo que se aconselha que o rotor do gerador seja descrito por este procedimento, quando os fatores de segurança empregados forem pequenos ou se a exatidão dos valores calculados for de grande importância. / Continuous improvements in hydraulic turbines project has lead to faster and smaller machines, in which loads are more severe and structures are more flexible. As a matter of fact, its components must be calculated more accurately than in the past. Such is the case of shaft line angular critical speeds and their dynamic displacement amplification multipliers, whose main influence is caused by the generator rotor. Therefore, a shaft line numeric model is set up, based on the literature review, where the generator rotor is usually considered as a rigid body. However, in order to verify its distributed inertia and stiffness properties effect on the structure behaviour, it shall be described here by a finite element model, that is included in the overall system using the component mode synthesis method. The numerical results yield significantly deviations between the model proposed here and the traditional, taking one to recommend that, when security factors are low or when calculated values accuracy is important, the generator rotor shall be modelled by the procedure described here.

Um dos grandes desafios enfrentados pelos fabricantes de turbinas hidráulicas é prevenir o aparecimento de vibrações induzidas pelo escoamento nas travessas do pré-distribuidor e pás do rotor. Considerando apenas as travessas, e atribuídos a tais vibrações, foram relatados 28 casos de trincas ou ruídos anormais nas últimas décadas, que acarretaram enormes prejuízos associados a reparos, atrasos e perda de geração. O estado da arte na prevenção destes problemas baseia-se na utilização de sofisticados, e caros, programas comerciais de dinâmica dos fluidos computacional para o cálculo transiente do fenômeno. Este trabalho faz uma ampla revisão bibliográfica e levantamento de eventos de trincas ou ruídos ocorridos em travessas nos últimos 50 anos. Propõe, então, um enfoque alternativo, baseado exclusivamente em ferramentas de código aberto. A partir de hipóteses simplificadoras devidamente justificadas, o problema é formulado matematicamente de forma bidimensional, no plano da seção transversal da travessa, levando em conta a interação fluido-estrutura. Nesta estratégia, as equações de Navier-Stokes são resolvidas pelo método dos elementos finitos por meio da biblioteca gratuita oomph-lib. Um código especial em C++ é desenvolvido para o problema de interação fluido-estrutura, no qual o fenômeno de turbulência é levado em consideração por meio de um algoritmo baseado no modelo de Baldwin-Lomax. O método proposto é validado por meio da comparação dos resultados obtidos com referências e medições disponíveis na literatura, que tratam de problemas de barras retangulares suportadas elasticamente. O trabalho finaliza com a aplicação do método a um estudo de caso envolvendo uma travessa particular. / One of the biggest challenges for hydraulic turbine manufacturers is to prevent vortex-induced vibration on the stay vanes and runner blades. Only regarding stay vanes, 28 cases of cracks or unusual noises attributed to such vibrations were reported in the past decades leading to huge costs due to repair, delays and lack of generation. The state of the art today is to use powerful and expensive commercial computational fluid dynamics software to address the required transient phenomena. The present work carries out a comprehensive survey on occurred events in stay vanes during the last 50 years. Then, an alternative approach, based only on free open-source tools, is proposed. From due justified simplifying assumptions, the problem is formulated two-dimensionally, in the stay vane cross section plane, taking the fluid-structure interaction into account. In such a strategy, the Navier-Stokes equations are solved using oomph-lib, an object-oriented, finite-element library. A special C++ computational code is developed to deal with the fluid-structure interaction problem, in which turbulence is considered through a special algorithm, based on the Baldwin-Lomax model. The proposed method is validated through comparisons with an aerodynamics benchmark and an experimental measurement of oscillating rectangular bars both available in the literature. The method is finally applied to a case study of a particular stay vane. Keywords: Hydraulic turbine. Fluid-structure interaction. Vortex-induced vibration.

Esta tese objetiva caracterizar o escoamento provocado pela incidência de um jato vertical em um fundo plano, descrevendo assim as características médias e flutuantes das pressões a partir da investigação experimental. O modelo utilizado é composto por um jato retangular posicionado, perpendicularmente, a uma distância de 0,92 m do fundo plano de um canal. Utilizando transdutores de pressão instalados na posição de incidência do jato, adquiriu-se os valores de pressão “instantânea” a uma frequência de 128 Hz durante 10 minutos. Foram ensaiadas cinco (5) vazões: 25 l/s (Fr1 = 7,12), 30 l/s (Fr1 = 8,51), 36,6 l/s (Fr1 = 10,35), 42,7 l/s (Fr1 = 12,12) e 50l/s (Fr1 = 14,23), além de vinte (20) diferentes espessuras de colchão d'água. Com os dados de pressão, efetuou-se análises no domínio do tempo, da frequência e da posição. No domínio do tempo, analisou-se a variação dos parâmetros estatísticos essenciais (média, desvio padrão, assimetria e curtose) bem como a identificação de valores máximo e mínimos das pressões. No domínio da frequência, procurou-se avaliar por meio da análise espectral a identificação de frequências significativas associadas à energia macroturbulenta. No que tange à análise no domínio da posição buscou-se analisar a faixa de influência do jato junto ao fundo, a região de subpressões e o alcance das pressões dinâmicas. Outro aspecto importante abordado é a apresentação dos resultados em gráficos adimensionalizados, o que confere ao estudo um caráter geral dentro da faixa de valores ensaiados. Os resultados definem um colchão mínimo de água da ordem de 3 vezes a altura crítica do escoamento, para o amortecimento das pressões dinâmicas. A análise dos momentos estatísticos demonstra que a distribuição das pressões não segue a distribuição normal. Dentro disso, estão disponibilizados coeficientes estatísticos de probabilidade para a determinação das pressões extremas. Ainda, estão definidas quatro zonas a jusante do impacto do jato: Zona I - região do impacto, Zona II - reflexão do jato, Zona III - Acomodação do escoamento e por fim, a Zona IV - caracterizada pelo fim da influência do jato. Além disso, uma análise deste escoamento sob a perspectiva da formação de um ressalto hidráulico é realizada, indicando que apenas os parâmetros utilizados, não descrevem o escoamento como tal. Esta tese é produto da parceria entre Laboratório de Obras Hidráulicas do Instituto de Pesquisas Hidráulicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (LOH/IPH/UFRGS) e o Laboratório de Hidráulica Experimental e Recursos Hídricos de Furnas Centrais Elétricas S. A. (LAHE/FURNAS). / This thesis aims to characterize the flow prompted by the incidence of a vertical jet on a flat bottom, thus describing the mean and floating characteristics of the pressures from the experimental investigation. The model used is comprised of a rectangular jet positioned perpendicularly at a distance of 0.92 m from the flat bottom of a channel. Using pressure transducers installed in the jet incidence position, the "instantaneous" pressure values were acquired at a frequency of 128 Hz for 10 minutes. Five (5) discharges were tested: 25 l/s (Fr1 = 7.12), 30 l/s (Fr1 = 8.51), 36.6 l/s (Fr1 = 10.35), 42.7 l/s (Fr1 = 12.12) and 50 1/s (Fr1 = 14.23), as well as twenty (20) different waterbed thicknesses. The pressure data were analyzed in terms of time, frequency and position domains. In the time domain, the variation of the essential statistical parameters (mean, standard deviation, asymmetry and kurtosis) was analyzed, as well as the identification of maximum and minimum pressure values. In the frequency domain, it was sought to assess, by means of the spectral analysis, the identification of significant frequencies associated with macroturbulent energy. Regarding the analysis in the position domain, this study aimed to analyze the range of influence of the jet near the bottom, the region of subpressions and the reach of the dynamic pressures. Another important aspect is the presentation of the results in dimensionless graphs, which grants the study a general character within the range of values tested. The results define a minimum waterbed of the order of 3 times the critical height of the flow for the damping of the dynamic pressures. Statistical moments analysis shows that the distribution of pressures does not follow the normal distribution. Therein, probability statistical coefficients are available for the determination of extreme pressures. Also, four zones are defined downstream of the impact of the jet: Zone I - region of impact, Zone II - reflection of the jet, Zone III - accommodation of the flow and, finally, Zone IV - characterized by the end of the influence of the jet. Furthermore, an analysis of this flow from the perspective of the formation of a hydraulic jump is conducted, indicating that the parameters used alone do not describe the flow as such. This thesis is a product of the partnership between the Hydraulic Works Laboratory of the Hydraulic Research Institute of the Federal University of Rio Grande do Sul (LOH/IPH/UFRGS) and the Laboratory of Experimental Hydraulics and Hydraulic Resources of Furnas Centrais Elétricas SA (LAHE/FURNAS).

La leña es una fuente de energía empleada frecuentemente en zonas rurales o en lugares de escasos recursos. En el departamento de Ancash se obtiene leña a partir de los árboles de eucalipto debido a su abundancia y rápido crecimiento. Dentro de los procesos que involucra la elaboración de leña, el astillado, el cual consiste en realizar un corte longitudinal al tronco seccionado de manera que exponen las fibras, es el proceso que presenta las mayores dificultades puesto que, para llevarlos a cabo, se utilizan hachas manuales que requieren de un gran esfuerzo físico y además de un tiempo considerable, lo que puede perjudicar a los trabajadores. Es por esto que en el presente trabajo se diseñó una máquina hidráulica astilladora de troncos de eucalipto en el departamento de Ancash para acelerar dicho corte. Esta máquina procesa troncos cortados en tramos de 50 cm de longitud y diámetros variables entre 20 y 30 cm para obtener 4 partes simétricas las cuales serán utilizadas como leña. El proyecto inició con la elaboración del estado del arte, el cual incluye como parámetro la fuerza necesaria para poder cortar el tronco para la cual se tuvo que realizar ensayos de corte variando las condiciones. El resultado del ensayo fue una fuerza mínima de 30000 N con una cuchilla de ángulo de 30° con poca influencia en el rango de diámetros. Luego, se elaboró la lista de exigencias en conjunto con representantes de los trabajadores de la zona. En base a la producción actual, se estimó la capacidad de la máquina astilladora a 450 troncos por día como mínimo. Posteriormente se elaboró la estructura de funciones y la matriz morfológica a partir de las cuales se diseñaron los conceptos de solución y finalmente el proyecto preliminar óptimo. Una vez logrado este paso, se procedió a calcular y a dimensionar las piezas y equipos que involucra la máquina. Finalmente, se elaboraron los planos de despiece y ensamble, así como la lista de costos. El resultado del proyecto fue una máquina astilladora la cual impulsa troncos con un cilindro hidráulico contra una cuchilla y que además cuenta con un sistema de alimentación de tronco. El elemento de corte tiene una forma de cruz y puede regular su altura de manera que el corte sea de cuatro partes simétricas con una capacidad mínima de 450 troncos de 50 cm de longitud. El costo total de la máquina asciende a USD 15715. / Tesis