Orientador: Sérgio Said Mansur / Co-orientador: Edson Del Rio Vieira / Banca: André Luiz Seixlack / Banca: Odenir de Almeida / Resumo: Neste trabalho realiza-se um estudo do escoamento no interior de um canal com protuberâncias parietais para números de Reynolds menores que 103. Os ensaios foram conduzidos em um túnel hidrodinâmico vertical. Perfis de velocidade na seção de testes, assim como a intensidade turbulenta do túnel e emissões de vórtices, foram adquiridos por meio da anemometria de fio/filme quente. Técnicas de visualização de escoamentos, também, foram empregadas em diferentes circunstâncias, com três objetivos fundamentais: como ferramenta de análise qualitativa, na identificação de padrões de escoamento; como mecanismo de apoio à realização de medidas experimentais, para auxiliar no correto posicionamento de sondas anemométricas; e, finalmente, como instrumento complementar de análise, para facilitar a interpretação de resultados. Em todos os casos o escoamento foi tratado estritamente bidimensional. Outro fator importante deste trabalho refere-se a reconstrução do túnel hidrodinâmico vertical, o qual situa-se no Laboratório de Visualização de Escoamentos do Departamento de Engenharia Mecânica da UNESP - campus de Ilha Solteira; que com grande empenho dos Professores Edson Del Rio Vieira, Sergio Said Mansur, Técnicos do laboratório e com uma pequena contribuição de minha parte pode-se finalizar esse projeto / Abstract: In the present work is accomplished a study of the flow within a channel with parietal 3 protuberances for Reynolds numbers less than 10 . The tests were conducted in a hydrodynamic tunnel vertical. Velocity profiles in the test section, as well as the turbulent intensity of the tunnel, vortex emissions were acquired through anemometry wire / hot film. Flow visualization techniques were employed as a tool for qualitative analysis, in the identification of flow patterns, as qualitative analytical tool to identify flow patterns; as a mechanism to support the implementation of experimental measurements, to assist in the correct positioning of airspeed probes; and finally as an additional tool of analysis, to facilitate interpretation of results. In every case the disposal was treated dimensional strictly. Another important factor of this work refers to the reconstruction of vertical hydrodynamic tunnel, which is located in the Flow View Laboratory, Department of Mechanical Engineering of UNESP - campus of Single Island; that with great commitment of Teachers Edson Vieira Del Rio, Sergio Said Mansur, lab technicians and a small contribution from me you can finish this project / Mestre

Submitted by Romulus Lima (romulus.lima@ufpe.br) on 2015-03-10T13:30:45Z No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO Keyla Almeida dos Santos.pdf: 7787930 bytes, checksum: 671857d6e7021d8b13a357f445d816da (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-10T13:30:45Z (GMT). No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO Keyla Almeida dos Santos.pdf: 7787930 bytes, checksum: 671857d6e7021d8b13a357f445d816da (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2013-02-25 / O trabalho em questão trata do estudo da propagação e do controle de cheias em bacias hidrográficas com grande variação de altitude, tendo como estudo de caso a bacia do rio Mundaú, até a fronteira do Estado de Pernambuco. Foram aplicados os modelos integrados HEC-HMS e HEC-RAS com a utilização de ferramentas de geoprocessamento, da nascente do rio Mundaú até a cidade de Santana do Mundaú, em Alagoas. Com base no hidrograma da estação fluviométrica em Santana do Mundaú, foram escolhidos para simular os eventos de 1994, 1997, 2000, 2005 e 2008, todos com vazão acima de 100 m3/s. A altimetria foi obtida através do mapeamento digital a laser ao longo do rio na escala 1:5.000 e na cidade de Correntes na escala 1:2.000, com o uso da tecnologia LiDAR. Através desse Modelo Digital do Terreno (MDT) e das ortoimagens (fotografias georreferenciadas), foram criados os elementos necessários ao processamento da geometria do rio, pré-requisito para a modelagem no HEC-RAS. Como resultados da pesquisa, temos a calibração e validação do modelo e a simulação do evento de 2010 com um possível barramento para controle de enchentes. A característica mais marcante desta bacia e dos seus principais cursos de água em território pernambucano são as grandes declividades observadas, o que traz complicação para a modelagem hidrodinâmica nas abordagens convencionais. Isso requereu a utilização de artifícios para eliminação das instabilidades numéricas. Ao final, foi possível modelar os aspectos hidrológicos e hidrodinâmicos, considerando-se inclusive o controle de cheias com a inclusão de um barramento no sistema físico modelado.

A modelagem hidrológica-hidrodinâmica de bacias, rios e grandes corpos d’água, como lagos e lagunas, é usualmente realizada por meio do acoplamento externo entre modelos hidrológicos-hidráulicos e modelos hidrodinâmicos de duas ou três dimensões. Dessa forma, simulam-se com o modelo hidrológico-hidráulico as vazões nos rios afluentes e utiliza-se essa informação como entrada no modelo hidrodinâmico dos grandes corpos d’água. Essa abordagem permite considerações sobre a hidrodinâmica desses sistemas de forma detalhada. No entanto, quando o interesse é a simulação de níveis e áreas alagadas, por exemplo, para previsões de vazões ou realizações de estudos de mudanças climáticas, a mesma pode ser custosa e de difícil operacionalização. Dessa forma, o presente estudo foi desenvolvido para investigar uma abordagem alternativa, a simulação de bacias, rios e lagos e/ou lagunas com um só modelo hidrológico-hidráulico, o modelo MGB-IPH Inercial, avaliando a inclusão da influência do vento no algoritmo inercial de propagação de vazões na simulação, já que esse fator pode exercer influência importante em grandes corpos d’água. A área de estudo selecionada para testar essa abordagem consistiu na bacia hidrográfica da Laguna dos Patos, localizada no Brasil e no Uruguai. Os resultados mostraram que foi possível utilizar a abordagem integrada proposta no presente estudo na simulação dos níveis d’água na Laguna dos Patos, RS. Resultados das métricas de desempenho dos níveis foram comparados com a literatura, verificando similaridade com resultados obtidos por meio da abordagem tradicional. Analisou-se a influência da inclusão do efeito do vento no método inercial e propôs-se um ábaco para estimar o efeito máximo que o vento exerce sobre escoamentos de características específicas. Verificou-se que a inclusão da influência do vento melhorou a representação do sistema modelado, portanto, encorajando a utilização da versão modificada proposta nesse estudo na simulação de outros locais influenciados por esse fator. Testes realizados permitiram a obtenção de novos conhecimentos da técnica de modelagem utilizada, sinalizando melhorias com a utilização de conjuntos de dados de vento com maior disponibilidade temporal e espacial e com a utilização de dados de níveis d’água como condição de contorno de jusante. Estudos futuros viabilizados a partir deste trabalho englobam a utilização do modelo proposto em análises de mudanças climáticas e de uso do solo, reanálise de cheias históricas, como a cheia de 1941, e estabelecimento de sistemas de previsão dos níveis no Guaíba e na Laguna dos Patos. / Hydrological-hydrodynamic modelling of basins, rivers and large water bodies such as lakes and lagoons is usually performed by the external coupling of hydrological-hydraulic models and 2D or 3D hydrodynamic models. Therefore, the river discharges into the lake are calculated by the hydrologic-hydraulic model and then used as an input in the hydrodynamic model. This approach allows for detailed simulation of lake or lagoon hydrodynamics and circulation. However, when the objective is to simulate water levels and flooded areas, this approach may become too costly, making it difficult to stablish operational systems such as flood forecasting. Therefore, in the present study, an integrated approach is proposed by the use of one integrated hydrologic-hydraulic model, the MGB-IPH Inertial model, to simulate such complex systems including wind shear influence in the inertial flood routing algorithm. The study area was the Patos Lagoon basin, located in both Brazil and Uruguay. Results showed that it was possible to use the proposed approach to simulate flooded areas and water levels in the Patos Lagoon and Lake Guaíba. Results of performance indicators were compared to results available in the literature obtained by the use of 2D hydrodynamic models and similarity among them was verified. The influence of the wind shear inclusion on the inertial routing method was analyzed; an abacus and an equation were proposed to estimate the maximum influence wind shear can exert in a system under specific conditions. Improvement of model results were verified with the inclusion of wind effect in the flow routing algorithm, encouraging the use of the modified model in the simulation of other locations susceptible to wind influence. Tests performed allowed for the acknowledgment of factors that influence the modelling approach proposed. More spatially and temporally detailed wind data helped to improve results, such as the use of water level data as downstream boundary condition to include tide effects in the system. Future studies of the proposed model of the Patos Lagoon basin include climate change and land change effects on water levels, historical flood simulations, such as the famous flood of 1941, and the establishment of flood forecasting systems to predict lagoon water levels.

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:41:21Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo6376_1.pdf: 8036082 bytes, checksum: e9aa0a36c6f46ff0d14a620015c42df4 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2005 / O trabalho em questão trata do estudo dos efeitos dinâmicos em reservatórios extensos, tendo como estudo de caso o reservatório de Sobradinho. A partir da geração de modelo numérico do terreno utilizando base de dados do SRTM-90 (Shuttle Radar Topograph Mission, da cooperação entre a NASA, NIMA, DLR e ASI), foram aplicadas ferramentas criadas pelo Danish Hydraulic Institute (DHI) para simulações hidrodinâmicas, o MIKE 11 HD, e na integração dos resultados gerados, o MIKE 11 GIS, a um Sistema de Informação Geográfica (SIG) em plataforma ArcView GIS, desenvolvida pela Environmental Systems Research Institute (ESRI), com a finalidade de formar um Sistema de Suporte à Decisão (SSD), possibilitando simulações dos processos hidrodinâmicos e o balanço hídrico, e os incorporando a um processo de decisão para o uso múltiplo das águas do reservatório, como: geração de energia, controle de cheias, irrigação e outros usos. Como resultado mais amplo da pesquisa, busca-se a redução significativa dos erros habituais de previsão que são costumeiros para operação de sistemas complexos como o reservatório de Sobradinho, o mais importante reservatório do complexo seriado da CHESF, e responsável pela regularização plurianual do rio São Francisco, com 2.060 m3 s fornecidos aos sistemas de geração hidrelétrica a jusante. Espera-se que esse trabalho traga contribuição significativa, no que diz respeito ao conhecimento técnico, para a melhor operação do sistema hídrico tão importante para a região Nordeste

Submitted by Everaldo Pereira (pereira.evera@gmail.com) on 2017-05-13T14:59:21Z No. of bitstreams: 1 Marco Peixinho.pdf: 27296192 bytes, checksum: 80937b7d0247cbc7a9b094aaba4f08f7 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-13T14:59:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marco Peixinho.pdf: 27296192 bytes, checksum: 80937b7d0247cbc7a9b094aaba4f08f7 (MD5) / O semiárido do Nordeste, caracterizado pela escassez de recursos hídricos de superfície, resultante das baixas precipitações pluviométricas, apresenta irregularidades interanuais responsáveis por secas periódicas. Esta região possui taxas de evapotranspiração potencial muito elevada. Com a seca, aumenta a necessidade da exploração de águas subterrâneas como alternativa para abastecimento e produção irrigada. A área em estudo, sub-Bacia do Tucano Central, situam-se os municípios de Banzaê, Cícero Dantas, Ribeira do Pombal e Euclides da Cunha, na Bahia. Essa área é composta por rochas sedimentares, onde está sendo implantado o Projeto Águas do Sertão, de abastecimento e irrigação, com poços tubulares profundos (400 metros) com vazões de 250 m³/h, tendo exploração simultânea e continuada. O objetivo deste trabalho é fazer a caracterização hidrogeológica do sistema aquífero Marizal/São Sebastião, visando aprofundar o conhecimento geológico, hidrogeológico, hidroquímico e petrofísico dos aquíferos existentes. Para isso foram selecionados 77 poços na área, priorizando os poços do projeto Águas do Sertão por possuírem piezômetros e dados hidrodinâmicos mais consistentes onde foram realizados testes de aquíferos e de produção escalonados. Obteve-se parâmetros hidrodinâmicos, como: vazão específica, transmissividade, condutividade hidráulica, armazenamento, raio de influência, utilizando o método de Theis (1935) interpretados através do software Aquifertest e com uso do software Excel. Foram analisados os parâmetros hidroquímicos principais de potabilidade como: Ca2++, Mg2++, Na+, K+, HCO3-, Cl-, SO4-2, NO3-, F-, Fe++ além de pH, alcalinidade, condutividade elétrica, dureza total e sólidos totais dissolvidos. Os riscos de salinização dos aquíferos foi calculado para que não ocorra um fenômeno ambientalmente danoso e praticamente irreversível provocado por um superbombeamento. No modelamento numérico (CERB & Schlumbeger, 2014), foi realizada uma simulação de longo prazo do comportamento hidráulico dos aquíferos atualmente explorados, e a análise do risco de salinização desse aquíferos. Utilizando de 21 perfis geofísicos, e o arquivo LAS (Log Ascii Standard), foi analisada a correlação entre as resistividades obtidas nos perfis geofísicos e os valores dos sólidos totais obtidos em laboratório que ficou próxima aos 80%. Foram calculadas médias de alguns parâmetros petrofisicos como: porosidade efetiva, porosidade total e argilosidade das Formações Marizal e São Sebastião. As duas principais formações geológicas identificadas foi a Formação Marizal, aflorante em 70% na área de pesquisa, com aquíferos livres ou semiconfinado, a maioria potáveis, alguns salinizados, com profundidade máxima inferida de 175 metros, a qual recarrega os aquíferos da formação sotoposta, Formação São Sebastião, possuidora de aquíferos confinados, e águas de boa potabilidade, pelo menos até os 750 metros de profundidade. A direção principal de fluxo subterrâneo é de NW para SE. Identificou-se apenas uma fácies hidroquímica, nestas duas formações, não ocorrendo grande diferença hidroquímica nas suas águas, sendo predominantes classificadas como cloretadas mistas e cloretadas sódicas, dentro dos padrões de potabilidade na maioria delas, exceto amostras de alguns poços nos parâmetros dureza e ferro, na porção Leste da área. Para irrigação foram classificadas sendo predominantes as C2S1, pelo diagrama de SAR. Constatou-se que, mesmo duplicando os valores das vazões atuais o risco é baixo de uma superexplotação, e de uma salinação dos aquíferos aos longos dos anos. / ABSTRACT The Northeast semi-arid characterized by the deficit of surface water resources resulting from the low rainfalls, shows interannual irregularities with is responsible for dry periods. This region has a very high potential evapotranspiration rates. In the semi-arid, dry periods increases the chances of groundwater exploration as an alternative to supply water for the daily use and for the irrigated agricultural production. The area under study is located in the city of Banzaê, Cicero Dantas, Ribeira do Pombal and Euclides da Cunha in the state of Bahia. At the Central Tucano Sub Basin area with is composed of sedimentary rocks it is being implemented the project called “Águas do Sertão” with will supply water for human consumption and also for agricultural irrigation made through deep wells with about 400 meters deep and flow rates of 250 m³/h, having simultaneous and continuous exploitation. The aim of this study is the hydrogeological characterization of the aquifers system called “Marizal / São Sebastião” aiming deepens the geological, hydrogeological, hydrochemical and petrophysical knowledge of the existing aquifers. It was select 77 wells in this area but has been giving priority to the wells from the project called “Águas do Sertão” because they have more consistent hydrodynamic data and aquifers test performed. Also was collect hydrodynamic parameters such as water transmissivity, hydraulic conductivity, influence radius and others, using Theis method (1935) with was interpreted by aquifer test software and excel spreadsheet. The main hydrochemical parameters of drinkability was analyzed as Ca++, Mg++, Na+, K+,HCO3 ,Cl- , SO4-, NO3-, F- , Fe++ as well alkalinity, electric conductivity, total hardeness, and total dissolved solids. The risks of aquifers salinization were calculated to avoid contamination of those aquifers. In the numerical modeling (Cerb & Schlumbeger, 2014) a simulation over the years was carry out of the hydraulic behavior of the aquifers currently exploited and also an analysis of the salinization risk of the aquifers. Using 21 geophysical logs and the file LAS (log Ascii standard) was analyzed the correlation between the resistivities obtained in those geophysical logs and the total solids results obtained in laboratory which was close to 80%. It was calculated averages of some petrophysical parameters such as effective porosity, total porosity of the Marizal and São Sebastião formations. The two main geological formations identified in the area was “Marizal” formation with appearing in 70% of the search area and most with good water quality but some are salinized and a maximum depth of approximately 175 meters. The other sedimentary formation called: “São Sebastião” which has confined aquifers and good potable water and least up to 750 meters deep. The main direction of the groundwater flow is from NW to SE. It was identified only one hydrochemistry facie in these two-sedimentary formations and was no big hydrochemistry difference in its waters. Most of the waters from those two formation were classified as mixed chlorinated and sodic chlorinated and it is within the potability standards in most of them. For the agricultural irrigation were classified being of the predominance of C2S1 at the SAR diagram. It was found that even doubling the current flow values the risk of an overexploitation and salinization of those aquifers to the long of the years is low.

TAVARES, P. R. L. Modelagem computacional e calibração da condutividade hidráulica horizontal em aqüífero da Bacia Sedimentar do Araripe utilizando o método iterativo do gradiente hidráulico. 2010. 117 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil: Recursos Hídricos) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2010. / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2016-04-28T16:29:59Z No. of bitstreams: 1 2010_tese_prltavares.pdf: 5330568 bytes, checksum: af74a06851c7c6c3e7520e41ae7c1b0e (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-05-27T18:33:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2010_tese_prltavares.pdf: 5330568 bytes, checksum: af74a06851c7c6c3e7520e41ae7c1b0e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-27T18:33:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2010_tese_prltavares.pdf: 5330568 bytes, checksum: af74a06851c7c6c3e7520e41ae7c1b0e (MD5) Previous issue date: 2010-02-23 / The process of calibration of hydrodynamic parameters represents an important part in computer modeling; its general approach consists of minimizing an objective function expressed by the difference between observed and simulated hydraulics heads. Guo and Zhang, in the decade of 90 and Schuster and Araújo (2004)proposed an alternative process for estimating the parameters, through the minimization of the difference between observed and simulated hydraulic gradients and denominated Iterative Method of the Hydraulic Gradient (IMHG). The generation of the matrix of observed heads has decisive function in the success of the calibration process. In the traditional approach, the observed matrix is obtained using a mathematical interpolation. This work intends to investigate the generation of the observed head matrix, using the simulation process itself, fixing, in the model, the points where the heads are known. Normally, great manual efforts were noticed in the attempt of integrating the simulating software (PMWIN) and the (IMHG), therefore, all calibration methodology was automatically implemented and a computer code was developed, denominated UFC-MIGH. Geoprocessing techniques were added to the calibration process in order to simplify the generation of the input matrix of the model. For the application of the proposed methodology, the horizontal hydraulic conductivities of two hypothetical examples and a real case were used. The real case consisted of a portion of the aquifer of the Sedimentary Basin of Araripe,including the total urban area of the municipal district of Crato. In all of the simulated cases, the results them IMHG, demonstrated smaller errors than the traditional methodology, implemented in the software PEST. Thus, IMHG demonstrated larger flexibility, showing superior effectiveness in problems with or without the zoning of the hydraulic conductivities. The new methodology of generation of observed heads matrix is much more hydrogeological consistent than using just mathematical interpolation. This new methodology takes into account singularities of the model, as rivers, wells and impermeable outlines. Finally, as important final products, present in the thesis, the map of horizontal hydraulic conductivity and the contour map of the hydraulic heads of the area where the methodology was applied / O processo de calibração de parâmetros hidrodinâmicos representa parte importante dos modelos e sua abordagem geral consiste em minimizar uma função objetivo expressa pela diferença entre as cargas hidráulicas observadas e calculadas. Guo e Zhang, na década de 90 e, depois, Schuster e Araújo (2004) propuseram um processo alternativo para estimação dos parâmetros, através da minimização da diferença entre os gradientes hidráulicos observados e calculados e denominado Método Iterativo do Gradiente Hidráulico (MIGH). A geração da matriz de cargas observadas tem função determinante no sucesso do processo de calibração. Na abordagem tradicional, a matriz observada é constituída por meio de um processo de interpolação. Este trabalho propõe-se a investigar a geração da matriz observada, utilizando o próprio processo de simulação, fixando, no modelo, os pontos de cargas aferidas em campo. Perceberam-se, ainda, grandes esforços manuais na busca de integrar o software simulador (PMWIN) e o calibrador (MIGH); neste sentido, toda a metodologia de calibração foi implementada e automatizada no programa computacional desenvolvido na pesquisa, denominado UFC-MIGH. Acrescido ao processo de calibração, foram investigadas técnicas de geoprocessamento através de um Sistema de Informações Geográficas (SIG), para simplificar a geração das matrizes de entrada do modelo. Para aplicação da metodologia proposta, foram calibradas as condutividades hidráulicas horizontais de dois exemplos hipotéticos e um caso real, referente a uma porção do aqüífero da Bacia Sedimentar do Araripe, abrangendo a totalidade da área urbana do município do Crato. Em todos os casos simulados, os resultados com o emprego do MIGH, demonstraram erros menores, confirmados através dos critérios de convergência e comparados à metodologia tradicional, implementada no software PEST. Dessa forma, o MIGH demonstra maior flexibilidade, mostrando eficácia superior em problemas com ou sem o zoneamento das condutividades hidráulicas. Além disso, a nova metodologia de geração das matrizes de cargas observadas garante resultados hidrogeologicamente mais consistentes, comparada à utilização da interpolação, que não contempla singularidades do modelo, como rios, poços de bombeamento e contornos impermeáveis. Por fim, como importantes produtos finais, estão presentes no trabalho, o mapa de condutividade hidráulica horizontal e o mapa potenciométrico da Área-Crato

A modelagem hidrológica-hidrodinâmica de bacias, rios e grandes corpos d’água, como lagos e lagunas, é usualmente realizada por meio do acoplamento externo entre modelos hidrológicos-hidráulicos e modelos hidrodinâmicos de duas ou três dimensões. Dessa forma, simulam-se com o modelo hidrológico-hidráulico as vazões nos rios afluentes e utiliza-se essa informação como entrada no modelo hidrodinâmico dos grandes corpos d’água. Essa abordagem permite considerações sobre a hidrodinâmica desses sistemas de forma detalhada. No entanto, quando o interesse é a simulação de níveis e áreas alagadas, por exemplo, para previsões de vazões ou realizações de estudos de mudanças climáticas, a mesma pode ser custosa e de difícil operacionalização. Dessa forma, o presente estudo foi desenvolvido para investigar uma abordagem alternativa, a simulação de bacias, rios e lagos e/ou lagunas com um só modelo hidrológico-hidráulico, o modelo MGB-IPH Inercial, avaliando a inclusão da influência do vento no algoritmo inercial de propagação de vazões na simulação, já que esse fator pode exercer influência importante em grandes corpos d’água. A área de estudo selecionada para testar essa abordagem consistiu na bacia hidrográfica da Laguna dos Patos, localizada no Brasil e no Uruguai. Os resultados mostraram que foi possível utilizar a abordagem integrada proposta no presente estudo na simulação dos níveis d’água na Laguna dos Patos, RS. Resultados das métricas de desempenho dos níveis foram comparados com a literatura, verificando similaridade com resultados obtidos por meio da abordagem tradicional. Analisou-se a influência da inclusão do efeito do vento no método inercial e propôs-se um ábaco para estimar o efeito máximo que o vento exerce sobre escoamentos de características específicas. Verificou-se que a inclusão da influência do vento melhorou a representação do sistema modelado, portanto, encorajando a utilização da versão modificada proposta nesse estudo na simulação de outros locais influenciados por esse fator. Testes realizados permitiram a obtenção de novos conhecimentos da técnica de modelagem utilizada, sinalizando melhorias com a utilização de conjuntos de dados de vento com maior disponibilidade temporal e espacial e com a utilização de dados de níveis d’água como condição de contorno de jusante. Estudos futuros viabilizados a partir deste trabalho englobam a utilização do modelo proposto em análises de mudanças climáticas e de uso do solo, reanálise de cheias históricas, como a cheia de 1941, e estabelecimento de sistemas de previsão dos níveis no Guaíba e na Laguna dos Patos. / Hydrological-hydrodynamic modelling of basins, rivers and large water bodies such as lakes and lagoons is usually performed by the external coupling of hydrological-hydraulic models and 2D or 3D hydrodynamic models. Therefore, the river discharges into the lake are calculated by the hydrologic-hydraulic model and then used as an input in the hydrodynamic model. This approach allows for detailed simulation of lake or lagoon hydrodynamics and circulation. However, when the objective is to simulate water levels and flooded areas, this approach may become too costly, making it difficult to stablish operational systems such as flood forecasting. Therefore, in the present study, an integrated approach is proposed by the use of one integrated hydrologic-hydraulic model, the MGB-IPH Inertial model, to simulate such complex systems including wind shear influence in the inertial flood routing algorithm. The study area was the Patos Lagoon basin, located in both Brazil and Uruguay. Results showed that it was possible to use the proposed approach to simulate flooded areas and water levels in the Patos Lagoon and Lake Guaíba. Results of performance indicators were compared to results available in the literature obtained by the use of 2D hydrodynamic models and similarity among them was verified. The influence of the wind shear inclusion on the inertial routing method was analyzed; an abacus and an equation were proposed to estimate the maximum influence wind shear can exert in a system under specific conditions. Improvement of model results were verified with the inclusion of wind effect in the flow routing algorithm, encouraging the use of the modified model in the simulation of other locations susceptible to wind influence. Tests performed allowed for the acknowledgment of factors that influence the modelling approach proposed. More spatially and temporally detailed wind data helped to improve results, such as the use of water level data as downstream boundary condition to include tide effects in the system. Future studies of the proposed model of the Patos Lagoon basin include climate change and land change effects on water levels, historical flood simulations, such as the famous flood of 1941, and the establishment of flood forecasting systems to predict lagoon water levels.

A erosão por cavitação é um dos principais problemas enfrentados pelos projetistas de sistemas hidrodinâmicos de alta velocidade. Sua incidência significativa em modernas turbinas hidráulicas e prejuízos consequentes (lucro cessante e custos expressivos com reparos, particularmente no que se refere aos consumíveis) tem estimulado um novo interesse nas pesquisas de erosão por cavitação. Entretanto, apesar da vocação hidrelétrica do Triângulo Mineiro, existe uma carência de informações técnicas e de infraestrutura para suportar o desenvolvimento desta área tecnológica na região. Nesse sentido, foi desenvolvida e implantada uma metodologia de adaptação e avaliação de um equipamento rudimentar de usinagem ultra-sônica para a realização de Ensaio Acelerado de Cavitação, segundo a Norma ASTM G 32. O trabalho foi precedido por uma pesquisa bibliográfica enfocando principalmente os mecanismos de formação da cavitação e a relação deste fenômeno com materiais resistentes. Foi necessário desenvolver e calibrar um sistema que permitisse o monitoramento da frequência e amplitude de vibração da amostra durante todo o teste. Na sequência, foram testados os porta-amostras (sonotrodos) disponíveis e novos sonotrodos foram projetados e construídos, até a obtenção de um sonotrodo exponencial, considerado satisfatório. Foram então testadas três ligas metálicas distintas, para verificar a funcionalidade do equipamento; estas foram caracterizadas metalograficamente por meios de metalografia e Diagrama de Shaefler/DeLong, sendo duas delas próprias para revestimentos contra cavitação (E 5475 e E 725 W) e a terceira utilizada como referencial de desgaste (Aço ABNT 1020). Foram levantadas as curvas Erosão x Tempo para as três ligas e, a partir delas, calculados o período de incubação e taxa de erosão em regime permanente para cada liga. Os resultados mostraram a exequidade da realização do ensaio de cavitação a partir de equipamento simples com vibração ultra-sônica. Os resultados indicaram ainda que a liga E 725 W apresenta um melhor desempenho contra o desgaste por cavitação do que a liga E 5475, e que ambas apresentam uma resistência muito superior àquela apresentada pelo aço 1020. / Erosion by cavitation is one of the most important problems struggled by designers of high speed hydrodynamic systems. Its significant incidence in modern hydraulic turbines and consequent financial losses (still equipment and repair costs, mainly concerning consumable) have stimulated interests on cavitation researching. However, despite the hydraulic vocation of the Triângulo Mineiro region (centre of Brazil), there exists a lack of technical information and infrastructure for supporting the development of this technological area in the region. On this basis, a methodology for adapting and assessing a simple Ultrasonic Machining Equipment for accelerated cavitation test (according ASTM G32 standard) was developed and applied. The work was proceeded by a bibliographic review with emphases mainly on the mechanisms of cavitation formation and the relation of this phenomenon with the resistant materials. A monitoring system for vibration frequency and amplitude was developed and calibrated. Following, available sample holders (horns) were checked and new ones were designed and built, up to reaching an exponential satisfactory shape. Next, three metallic alloys were tested for verifying the equipment performance. The two first alloys were appropriated for sufarcings against cavitation (E5475 and E725W) and the third one was used as reference (ABNT 1020 steel). The samples were previously characterized by metallographic techniques and using Schaefler/DeLong diagrams. Curves of erosion against time were raised and the incubation time and erosion rate at steady state were calculated. The results showed to be possible to change a simple Ultrasonic Machine into a Cavitation Test Equipment. The results also showed that the E725W alloy seems to present the best performance against cavitation erosion. / Dissertação (Mestrado)

A modelagem hidrológica-hidrodinâmica de bacias, rios e grandes corpos d’água, como lagos e lagunas, é usualmente realizada por meio do acoplamento externo entre modelos hidrológicos-hidráulicos e modelos hidrodinâmicos de duas ou três dimensões. Dessa forma, simulam-se com o modelo hidrológico-hidráulico as vazões nos rios afluentes e utiliza-se essa informação como entrada no modelo hidrodinâmico dos grandes corpos d’água. Essa abordagem permite considerações sobre a hidrodinâmica desses sistemas de forma detalhada. No entanto, quando o interesse é a simulação de níveis e áreas alagadas, por exemplo, para previsões de vazões ou realizações de estudos de mudanças climáticas, a mesma pode ser custosa e de difícil operacionalização. Dessa forma, o presente estudo foi desenvolvido para investigar uma abordagem alternativa, a simulação de bacias, rios e lagos e/ou lagunas com um só modelo hidrológico-hidráulico, o modelo MGB-IPH Inercial, avaliando a inclusão da influência do vento no algoritmo inercial de propagação de vazões na simulação, já que esse fator pode exercer influência importante em grandes corpos d’água. A área de estudo selecionada para testar essa abordagem consistiu na bacia hidrográfica da Laguna dos Patos, localizada no Brasil e no Uruguai. Os resultados mostraram que foi possível utilizar a abordagem integrada proposta no presente estudo na simulação dos níveis d’água na Laguna dos Patos, RS. Resultados das métricas de desempenho dos níveis foram comparados com a literatura, verificando similaridade com resultados obtidos por meio da abordagem tradicional. Analisou-se a influência da inclusão do efeito do vento no método inercial e propôs-se um ábaco para estimar o efeito máximo que o vento exerce sobre escoamentos de características específicas. Verificou-se que a inclusão da influência do vento melhorou a representação do sistema modelado, portanto, encorajando a utilização da versão modificada proposta nesse estudo na simulação de outros locais influenciados por esse fator. Testes realizados permitiram a obtenção de novos conhecimentos da técnica de modelagem utilizada, sinalizando melhorias com a utilização de conjuntos de dados de vento com maior disponibilidade temporal e espacial e com a utilização de dados de níveis d’água como condição de contorno de jusante. Estudos futuros viabilizados a partir deste trabalho englobam a utilização do modelo proposto em análises de mudanças climáticas e de uso do solo, reanálise de cheias históricas, como a cheia de 1941, e estabelecimento de sistemas de previsão dos níveis no Guaíba e na Laguna dos Patos. / Hydrological-hydrodynamic modelling of basins, rivers and large water bodies such as lakes and lagoons is usually performed by the external coupling of hydrological-hydraulic models and 2D or 3D hydrodynamic models. Therefore, the river discharges into the lake are calculated by the hydrologic-hydraulic model and then used as an input in the hydrodynamic model. This approach allows for detailed simulation of lake or lagoon hydrodynamics and circulation. However, when the objective is to simulate water levels and flooded areas, this approach may become too costly, making it difficult to stablish operational systems such as flood forecasting. Therefore, in the present study, an integrated approach is proposed by the use of one integrated hydrologic-hydraulic model, the MGB-IPH Inertial model, to simulate such complex systems including wind shear influence in the inertial flood routing algorithm. The study area was the Patos Lagoon basin, located in both Brazil and Uruguay. Results showed that it was possible to use the proposed approach to simulate flooded areas and water levels in the Patos Lagoon and Lake Guaíba. Results of performance indicators were compared to results available in the literature obtained by the use of 2D hydrodynamic models and similarity among them was verified. The influence of the wind shear inclusion on the inertial routing method was analyzed; an abacus and an equation were proposed to estimate the maximum influence wind shear can exert in a system under specific conditions. Improvement of model results were verified with the inclusion of wind effect in the flow routing algorithm, encouraging the use of the modified model in the simulation of other locations susceptible to wind influence. Tests performed allowed for the acknowledgment of factors that influence the modelling approach proposed. More spatially and temporally detailed wind data helped to improve results, such as the use of water level data as downstream boundary condition to include tide effects in the system. Future studies of the proposed model of the Patos Lagoon basin include climate change and land change effects on water levels, historical flood simulations, such as the famous flood of 1941, and the establishment of flood forecasting systems to predict lagoon water levels.

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