Esta tese apresenta um procedimento de identificação experimental de coeficientes hidrodinâmicos de veículos submarinos não tripulados. Apresenta-se o desenvolvimento de uma plataforma experimental para pesquisas em dinâmica, controle e navegação de veículos submarinos. A plataforma experimental inclui: 1) um veículo submarino não tripulado semi-autônomo do tipo estrutura-aberta chamado de LAURS, 2) um sistema multissensorial e multipropulsores para o controle de movimento, e 3) software e arquitetura de controle para a aquisição de dados dos sensores e o controle de movimento. A fim de deduzir as equações do movimento dinâmico do LAURS, apresenta-se a formulação geral das equações hidrodinâmicas não lineares de um veículo submarino com seis graus de liberdade. A partir destas equações gerais acopladas, são deduzidos modelos mais simples para um grau de liberdade (movimento unidirecional) e três graus de liberdade (movimento planar) do veículo. O método de estimação de parâmetros utilizado neste trabalho não requer medidas de aceleração e é baseado na aplicação da técnica dos mínimos quadrados à forma integral das equações dinâmicas do sistema. O procedimento de identificação proposto é baseado na informação dos sensores embarcados. Primeiramente, os coeficientes de arrasto são obtidos a partir de testes de velocidade constante e depois, fixando os coeficientes de arrasto do modelo matemático com estes valores obtidos, são identificados a inércia virtual e os coeficientes de acoplamento a partir de testes de velocidade variável. Nos testes de velocidade variável são aplicadas entradas de força do tipo senoidal. Apresentam-se os valores dos coeficientes hidrodinâmicos para os movimentos de avanço, deriva, arfagem, guinada e caturro do veículo, os quais foram obtidos usando o procedimento de identificação proposto. O desempenho dos modelos dinâmicos identificados é quantitativamente comparado ao movimento do veículo observado experimentalmente. Para o caso dos testes de velocidade constante em avanço e arfagem, foi feita uma comparação dos valores dos coeficientes obtidos usando a abordagem de identificação de sistemas com os dados obtidos a partir dos ensaios de reboque em tanque de provas. Os resultados obtidos validam o procedimento de identificação proposto. Além disso, são apresentados os resultados experimentais obtidos a partir de manobras do tipo zig-zag e é feita uma discussão da identificabilidade de coeficientes de modelos acoplados. Conclui-se que o procedimento de identificação proposto é eficaz na obtenção de valores reais (consistentes com a concepção física do veículo) para os coeficientes hidrodinâmicos de veículos submarinos. A fim de modelar a força hidrodinâmica que atua no veículo em avanço com movimento oscilatório e amplitudes menores do que um comprimento característico, são apresentados os resultados dos ensaios de oscilação forçada usando um mecanismo de movimento planar (MMP). Apresentam-se os valores dos coeficientes de arrasto e de inércia obtidos a partir dos ensaios em avanço no MMP para diferentes números de Keulegan-Carpenter. Os resultados mostram que os coeficientes de arrasto e de inércia para a faixa de velocidades de 0,1 até 0,8m/s dependem fortemente do número de Keulegan-Carpenter e não do número de Reynolds. A partir destes resultados, conclui-se que a amplitude da oscilação do veículo é o principal fator que causa a variação dos coeficientes hidrodinâmicos e não a velocidade do veículo. / In this work, a procedure for experimental identification of hydrodynamic coefficients of unmanned underwater vehicles is presented. At first, the development of a testbed for research on dynamics, control, and navigation of underwater vehicles is presented. This experimental platform includes: 1) a open-frame semi-autonomous unmanned underwater vehicle named LAURS, 2) a multi-sensorial and multi-thruster system for motion control, and 3) software and control architecture for sensor data logging and motion control. In order to derive the LAURS dynamic motion equations, the general formulation of the nonlinear hydrodynamic equations of motion of an underwater vehicle with six degree of freedom is initially presented. From these general coupled equations, simpler formulations with one (unidirectional movement) and three degrees of freedom (planar movement) are derived. The parameter estimation method does not require acceleration measurements and is based on the application of the least squares technique to the integral form of the system dynamic equations. The identification procedure is based on on-board sensor data. First the drag coefficients are obtained from constant velocity tests and afterwards, fixing the drag coefficients in the mathematical model with the obtained values, virtual inertia and coupling coefficients of the vehicle are identified from variable velocity tests. In the tests of variable velocity, sinusoidal force inputs are applied. Values of hydrodynamic coefficients for surge, sway, heave, yaw, and pitch motions are estimated using the proposed identification procedure. Performance of the identified dynamic models is quantitatively compared to the experimentally observed vehicle motion. In the case of constant velocity tests, for the surge and heave motions, comparisons of the hydrodynamic drag coefficient values obtained using the system identification method with data obtained from towing tank tests are presented. Obtained results corroborate for the feasibility of the proposed identification method. Moreover, experimental results obtained from zig-zag maneuvers are presented and the identifiability of coupled dynamic models is discussed. It is possible to conclude that using the proposed method actual hydrodynamic parameters might be estimated. In order to model the hydrodynamic force that acts on the vehicle, in surge motion, with oscillatory movements and with amplitudes that are smaller than or equal to the characteristic length of the LAURS, results of forced oscillation tests in a planar motion mechanism (PMM) are presented. The drag and inertia coefficient values obtained from surge motion tests in the PMM for different Keulegan-Carpenter numbers are presented and discussed. Results illustrates that drag and inertia coefficients, when the vehicle velocity is in the range of 0,1 and 0,8m/s, do not strongly depend on the Reynolds number, however, they are strongly dependent on the Keulegan-Carpenter number. In this context, we can conclude that the oscillation amplitude is the main factor that causes the variation of hydrodynamic coefficients and not the vehicle velocity.

O presente trabalho considera o problema de oxidação de matéria orgânica e inorgânica em esgoto sanitário através da ozonização, buscando aprofundar o conhecimento nos aspectos dúbios levantados em pesquisas conduzidas no Departamento de Hidráulica e Saneamento da EESC (Escola de Engenharia de São Carlos) na USP (Universidade de São Paulo) e também citadas na literatura da área. O projeto que tem cunho experimental utilizou uma coluna de ozonização de seção transversal quadrada de 0,19 m de lado e 2,00 m de altura, formada por duas faces paralelas de acrílico e duas faces paralelas de vidro, onde as bolhas de ozônio ascensionais eram fornecidas por um difusor microporoso instalado na base da coluna. Gerou-se um banco de dados acerca das características hidrodinâmicas das bolhas ascensionais (velocidade ascensional, porcentagem pontual da concentração, diâmetro equivalente e área interfacial específica), além de alguns parâmetros físicos e químicos (ozônio residual dissolvido e gasoso, temperatura, pH, alcalinidade, condutividade, turbidez, cor verdadeira, sulfeto, DQO, série de sólidos e série de carbono), localizados como relevantes ao processo de oxidação de matéria orgânica e inorgânica através da ozonização, variando a vazão de ozônio de 50 a 300 L/h e o nível líquido de 0,30 a 1,80 m. Constatou-se que o valor de todas as características hidrodinâmicas estudadas aumenta com o aumento da vazão de gás ozônio injetado no difusor microporoso. Vale mencionar que a velocimetria a laser não intrusiva foi a ferramenta utilizada na determinação da velocidade bi-dimensional ascensional das bolhas, além de auxiliar na determinação do diâmetro equivalente. Já a porcentagem pontual da concentração das bolhas foi determinada através da contagem de radiação de uma sonda de Césio-137. As análises dos parâmetros físicos e químicos mostraram de forma geral e repetitiva que a redução de pH e alcalinidade não foram influenciadas pela dosagem de ozônio aplicada; que a porcentagem de redução da DQO teve um comportamento oscilatório, ora influenciado ora não influenciado pela dosagem de ozônio aplicada; que a condutividade teve redução nula; e que a turbidez e a cor verdadeira tiveram influência da dosagem de ozônio na eficiência de redução. A observação dos experimentos permitiu inferir que tanto as características físicas como as características de qualidade do efluente influem no tipo de comportamento observado para a DQO em função do tempo de contato. Os comportamentos previstos pela solução de equações básicas geradas para explicar o efeito inibidor de compostos intermediários permitiram obter evoluções monotonicamente crescentes ou monotonicamente decrescentes no tempo, além dos comportamentos oscilatórios da eficiência de redução da DQO observados neste trabalho. Os resultados experimentais das velocidades ascensionais, perfis da concentração das bolhas, diâmetros equivalente e áreas interfaciais específicas, em conjunto com os parâmetros físico-químicos (ozônio residual dissolvido e gasoso, temperatura, pH, alcalinidade, condutividade, turbidez, cor verdadeira, sulfeto, DQO, série de sólidos e série de carbono), formam um banco de dados a ser utilizado nas simulações da coluna de ozonização que virão a decorrer do presente trabalho. As equações governantes aqui apresentadas são merecedoras de estudos posteriores para o entendimento da dinâmica existente nas colunas de ozonização e a busca da otimização de seu uso. / This present work is a study about the oxidation problem of organic and inorganic matter in sanitary effluent by means of the ozonation, trying to improve the knowledge of dubious aspects considered in prior researches conducted in Department of Hydraulic and Sanitation of the EESC (Escola de Engenharia de São Carlos) at USP (Universidade de São Paulo) and also found in specific studies. The project, which has experimental objective, used a column of ozonation of square transversal section of 0.19 m of side and 2.00 m of height with two parallel faces of acrylic and two parallel faces of glass, where bubbles of ozone in ascension were provided by a microporous diffuser installed in the base of the column. A file of data about hydrodynamic characteristics of the bubbles in ascension (velocity in ascension, punctual percentage of the concentration, equivalent diameter and specific interface area) was stored, besides some physical and chemical parameters (waste ozone dissolved and gaseous, temperature, pH, alkalinity, conductivity, turbidity, real color, sulphet, COD, set of solids and set of carbon), important to the process of inorganic and organic matter oxidation by means of ozonation, changing the flow of the ozone from 50 to 300 L/h and the liquid level from 0.30 to 1.80 m. It was noticed that the value of all hydrodynamic characteristics analysed increases when the flow of the ozone injected in the microporous diffuser also increases. It is important to mention that no-indisposition laser velocimetry was used as an instrument to determine the bi-dimension velocity of the bubbles in ascension and to help determine the equivalent diameter, whereas the punctual percentage of the concentration of the bubbles was determined by means of counting Cesium-137 radiation. Analysis of chemical and physical parameters showed in a general and repetitive way that the reduction of the pH and alkalinity was not influenced by the dose of ozone used; the percentage of COD reduction had oscillated behaviour, being or not influenced by the dose of the ozone used. It also showed that conductivity had zero reduction and turbidity and real color here influenced by the dose of the ozone in terms of efficient reduction. The observation of the experiments permitted to infer that both physical and quality characteristics of the effluent influence the type of the behaviour of COD versus contact time. The behaviour expected by the solution of basic equations done to explain the inhibiting effect of intermediate compounds permitted to obtain increasing and decreasing evolutions in time, as well oscillated behaviour of the efficiency of COD reduction observed in this work. The experimental results of the velocities in ascension, the profile of the bubble concentration, equivalent diameter and specific interface area with chemical and physical parameters (waste ozone dissolved and gaseous, temperature, pH, alkalinity, conductivity, turbidity, real color, sulphet, COD, set of solids and set of carbon) organize a file of data to be used in simulations of the ozonation column which will elapse from this present work. Specific equations here presented are worthy of further studies for the understanding of the dynamic present in the ozonation columns and the search of the optimization of its application.

Atualmente está aumentando a necessidade de utilização de veículos submersíveis não tripulados nos meios aquáticos, tanto para observação científica, como também para monitoramento de obras de engenharia. As posições destes veículos são controladas, em geral, manualmente o que torna essas operações tarefas longas e cansativas aos seus pilotos. Uma alternativa que simplifica estas operações é a utilização, quando necessário, de um sistema automático de posição para aliviar o piloto de funções básicas. Para o desenvolvimento de um sistema de posicionamento automático eficiente é necessário um modelo matemático para a dinâmica do veículo, que envolve o conhecimento dos parâmetros hidrodinâmicos que caracterizam o comportamento do veículo, principalmente em casos onde o veículo possua formas geométricas complexas, sendo assim torna-se compulsório a realização de métodos experimentais para a determinação dos coeficientes hidrodinâmicos do modelo. Na Faculdade de Tecnologia de Jahu vem se desenvolvendo desde 1999 a segunda versão de um veículo submersível não tripulado para utilização em ambiente fluvial denominado VSNT JAÚ II. Este trabalho propõe a utilização de métodos experimentais para a obtenção de alguns dos coeficientes hidrodinâmicos do veículo, no qual são considerados massa adicional e amortecimento viscoso que serão estimados através de ensaios de decaimento livre, utilizando um modelo em escala reduzida e técnicas de processamento digital de imagem. Para estimativa dos coeficientes de massa adicional e amortecimento viscoso o método proposto é baseado método dos mínimos quadrados e separa os movimentos do veículo em dois planos, vertical e horizontal, considerando termos de acoplamento nos movimentos nesses planos. / Unmanned underwater vehicles they have been used continually by the planet in spite of the difficulties of your operation, both for scientific observation, but also for monitoring of engineering works. The positions of these vehicles are controlled, in general, which makes manually they work long and tiring to their pilots. An alternative that simplifies this operation is the use of an automatic system of position to relieve the pilot of basic functions. For the development of an efficient of automatic positioning system it is necessary a mathematical model of the vehicle, it is necessary the knowledge of the hydrodynamic parameters that characterize the behavior of the vehicle. Those parameters are difficult to obtain through theoretical procedures, in cases where the vehicle possesses complex forms, and then experimental methods are used. In Faculdade de Tecnologia de Jahu it comes the developing since 1999 the second version of an unmanned underwater vehicle for use in fluvial environments denominated VSNT JAÚ II. This work proposes the use of an experimental method for the obtaining of some of the hydrodynamic coefficients of the Vehicle, based on rehearsals of free decay, using a model in reduced scale and techniques of digital image processing. The proposed procedure separates the movements of the vehicle in two plans, vertical and horizontal, considering joining terms in the movements in those plans.

Este trabalho apresenta uma discussão sobre o estudo dos efeitos térmicos e elásticos decorrentes da pressão de sustentação presentes nos mancais. Para tanto, propõe-se um modelo matemático baseado nas equações para mancais curtos considerando a região de cavitação e utilizando o princípio da continuidade de massa. Com isto, deduzem-se as equações para o mancal a partir das equações de Reynolds e da energia, aplicando uma solução modificada para a solução de Ocvirk, sendo as equações resolvidas numericamente pelo Método das Diferenças Finitas. Somado o tratamento de mecânica dos fluidos, o trabalho discute dois modelos térmicos de previsão de temperatura média do fluido e sua influência no campo de pressão, apresentando gráficos representativos do campo de pressão e de temperatura, assim como as diferenças e implicações das diferenças. Para o cálculo de deformação da estrutura, utiliza-se um Modelo de Elementos Finitos para uma dada geometria, fazendo-se uma avaliação da variação do campo de pressão e o quanto essa diferença afeta as demais propriedades do fluido. Por fim, com o modelo completo, calcula-se o quanto esse modelamento para mancais curtos se aproxima de soluções para mancais finitos, com base em resultados da literatura, chegando a desvios quase oito vezes menores que os previstos pela literatura. Além disso, pode-se estabelecer a abrangência do modelo, ou seja, prever as condições em que suas propriedades são válidas e podem ser utilizadas para estudos iniciais. / This work presents a study on thermal and elastic effects resulting from support bearings. It proposes a mathematical model based on short bearing equations within the cavitation region, using the principle of mass continuity. Then, the used equations are deduced from Reynolds and energy equations applying a modified solution for the Ocvirks solution. All the equations are numerically solved by the Backward Finite Difference Method. In addition to the treatment of fluid mechanics, this work discusses two thermal models to predict the average temperature of the fluid and its influence on the pressure field; it also presents the representative charts for pressure and temperature fields, as well as the differences and implications of these ones. To calculate the deformation of the structure, a Finite Element Model is used, considering a specific geometry and an evaluation of the variation of the pressure field is conducted to determinate how this difference affects other properties of the fluid. Finally, the full model is applied to analyse how this modeling for short bearing solutions can be used as an approach for finite bearings. Analysis reaches deviations nearly eight times smaller than predicted by literature data. Furthermore, it was possible to establish the range of the model in which its properties are valid and can be used for initial studies.

Nosso trabalho considera o processo de exclusão simples do vizinho mais próximo evoluindo com taxas de salto aleatórias . Demonstramos o limite hidrodinâmico deste processo. Este resultado è obtido através do limite hidrodinâmico do processo de exclusão onde as taxas de salto iniciais são substituidas pelas taxas cx,N que tem a mesma distribuição para cada N maior ou igal a 1. Fazemos algumas suposições no meio c_N e consideramos que as partículas estão inicialmente distribuidas de acordo à medida produto de Bernoulli associada a um perfil inicial. / Consider a Poisson process with rate equal to 1 in IR. Consider the nearest neighbor simple exclusion process with random jump rates § where §x =\\lambda, \\lambda > 0 if there is a Poisson mark between (x, x + 1) and §x = 1 otherwise. We prove the hydrodynamic limit of this process. This result follows from the hydrodynamic limit in the case that the jump rates {§x : x inteiro} are replaced by an array {cx,N : x inteiro} having the same distribution for each N >=1.

Bien que les microorganismes pathogènes soient rarement détectés au sein de réseaux de distribution d'eau potable, ils peuvent constituer un danger pour la santé humaine en cas de contamination accidentelle. Le devenir des virus entériques au sein d'un système de distribution d'eau est largement méconnu, alors que de telles informations sont nécessaires pour améliorer les procédures de prise en charge en cas d'incidents. Dans ce contexte, trois bactériophages ARN F-spécifiques, MS2, GA et Q[bêta], ont été utilisés comme modèles des virus entériques pathogènes, dans des conditions expérimentales mimant un système de distribution d'eau. Ce travail visait d'une part à comparer l'accumulation des phages sur des surfaces en polyéthylène haute densité (PEHD) colonisées ou non par des biofilms d'eau potable et d'autre part à évaluer, sur les bactériophages adhérés, l'efficacité de protocoles de nettoyage basés sur une chloration ainsi qu'une augmentation des contraintes hydrodynamiques. En résumé, les différentes vitesses d'eau étudiées n'ont pas conduit à des différences significatives dans l'accumulation des bactéries et des phages sur les surfaces, mais ont toutefois abouti à des concentrations surfaciques en phages significativement supérieures à celles observées en conditions hydrostatiques. Quelles que soient les conditions expérimentales (vitesses d'eau à la surface, présence ou absence d'un biofilm), le bactériophage MS2 présente systématiquement les plus faibles concentrations sur les surfaces. La séquence d'adhésion des trois bactériophages sur biofilms est en accord avec leur séquence d'hydrophobicité. Le protocole de chloration (4 à 5 mg Cl2.L-1) évalué dans cette étude peut être ponctuellement appliqué en cas de contamination de l'eau. Après 60 minutes de chloration, l'abattement est de 0,7 log10 pour les bactéries et il est compris entre 2 et 3 log10 pour les phages adsorbés sur les surfaces, alors qu'aucun phage infectieux n'est plus détecté dans l'eau dès 5 minutes de chloration. Ces résultats soulignent l'effet protecteur du biofilm, même jeune. Enfin, la chloration apparaît être plus efficace que l'augmentation des contraintes hydrodynamiques pour éliminer les bactériophages adhérés aux surfaces / Although pathogens remain widely uncommon in water distribution networks, they may constitute a real threat for human health when accidentally introduced in the system. There is a lack of knowledge about virus behaviour into water distribution systems whereas such information is critical for a better viral risk management. In this context, three F-specific RNA bacteriophages -MS2, GA and Qbeta- were used as models, in experimental conditions mimicking water distribution systems. The purpose of the present work was at first to compare the viral accumulation of bacteriophages on high-density polyethylene (HDPE) colonised or not with drinking water biofilms. The second objective was to evaluate, on phages adsorbed in the biofilm, the efficiency of a cleaning protocol, based on chlorination and increase in the hydrodynamic strengths. To sum up, the water velocities tested in this work had little influence on both the bacterial and virus accumulation on surfaces, but applying a water flow led to an increase in the number of adsorbed phages in comparison with hydrostatic conditions. Whatever the conditions (water velocity, colonisation or not with a biofilm) MS2 phage was found to be the less adherent one. On HDPE colonised with a two-month old biofilm, the adhesion sequence was consistent with the sequence of hydrophobicity of the phages. The chlorination protocol tested in our study (4 to 5 mg CL2/L) can be applied punctually in distribution networks. After 60 minutes of chlorination the log-reduction was about 0.7 log10 for bacteria and between 2 and 3 log10 for bacteriophages, while no more infectious phages were detected in water after 5 minutes. Those results highlight that even two-month-old biofilms provide to viruses a protection against disinfection protocol. At last, the chlorination appears to be more efficient to inactivate viruses adsorbed on surfaces than an increase in the water flow velocity

Ce manuscrit présente une étude couplée, numérique et théorique, portant sur les écoulements tournants transitionnels et turbulents. L'accent y est mis sur la formation de structures macroscopiques cohérentes au sein de l'écoulement, générées par des procédés rendus fortement tri-dimensionnels par la présence des couches limites sur les disques et le long des parois cylindriques extérieure (carter) et/ou intérieure (moyeu). La complexité de ces écoulements pose de véritables difficultés en recherche fondamentale mais les résultats de ces travaux ont aussi une importance non négligeable pour les machines industrielles tournantes, depuis les disque-durs jusqu'aux turbopompes spatiales, la conception de ces dernières étant la motivation première pour ces travaux de thèse. Ce travail peut être divisé en deux sous-parties. Dans un premier temps, les cavités industrielles sont modélisées par de simples cavités rotor/stator lisses pour y étudier la dynamique de l'écoulement. Comme les campagnes expérimentales sur les machines industrielles ont révélé de dangereux phénomènes instationnaires en leur sein, l'accent est mis sur l'obtention et l'étude des fluctuations de pression dans les écoulements modèles. Ensuite, les SGE de trois configurations de turbine industrielle réelle sont réalisées pour étudier les fluctuations de pression in situ et appliquer les diagnostiques éprouvés sur les géométries modèles. / This thesis provides a numerical and theoretical investigation of transitional and turbulent enclosed rotating flows, with a focus on the formation of macroscopic coherent flow structures. The underlying processes are strongly threedimensional due to the presence of boundary layers on the discs and on the walls of the outer (resp. inner) cylindrical shroud (resp. shaft). The complexity of these flows poses a great challenge in fundamental research however the present work is also of importance for industrial rotating machinery, from hard-drives to space engines turbopumps - the design issues of the latter being behind the motivation for this thesis. The present work consists of two major investigations. First, industrial cavities are modeled by smooth rotor/stator cavities and therein the dominant flow dynamics is investigated. For the experimental campaigns on industrial machinery revealed dangerous unsteady phenomena within the cavities, the emphasis is put on the reproduction and monitoring of unsteady pressure fluctuations within the smooth cavities. Then, the LES of three configurations of real industrial turbines are conducted to study in situ the pressure fluctuations and apply the diagnostics already vetted on academic problems.

A super-hidrofobicidade é uma característica presente em diversas superfícies encontradas na natureza, conferindo-lhes determinadas características como a autolimpeza. Um dos mais conhecidos exemplos de superfície super-hidrofóbica autolimpante é a da folha de Lótus, que apresenta uma camada de retenção de ar importante entre as cavidades da superfície. Essa retenção de camada de ar entre cavidades é característica marcante de determinadas superfícies super-hidrofóbicas, e tem atraído grande atenção nos últimos anos, por ser de alto interesse tecnológico, econômico e ecológico. Algumas espécies apresentam superfície que retêm essa camada de ar por apenas algumas horas, ou dias. Em outras espécies, porém, ela se mantém por longos períodos. Uma das superfícies mais complexas é a da samambaia flutuante Salvinia, que é capaz de manter uma camada de ar estável durante várias semanas, mesmo quando submersa na água. Diversos estudos têm sido promovidos para fins de desenvolver tecnologias capazes de promover a retenção de ar na superfície por períodos longos, as quais têm grande potencial de aplicação no setor naval, por exemplo, pois serviriam para reduzir o arrasto hidrodinâmico quando utilizadas no revestimento de embarcações, diminuindo o consumo de combustível. Neste trabalho, buscou-se obter, através da mimetização da estrutura da Salvinia e suas espécies, uma superfície super-hidrofóbica retentora de camada de ar capaz de reduzir o arrasto hidrodinâmico. Desenvolveram-se, para tanto, revestimentos formados em duas etapas: uma base formada por fibras de poliamida para gerar rugosidade – aplicadas por flocagem eletroestática –, as quais foram cobertas, via spray, por um organosilano (hidrofóbico). Então, foram caracterizadas as propriedades dos revestimentos quanto à morfologia, ângulo de contato, ângulo de rolamento e volume de ar preso na superfície, bem como realizados testes para verificar sua capacidade de redução de arrasto hidrodinâmico. Os revestimentos super-hidrofóbicos desenvolvidos neste trabalho apresentaram camada de ar sobre a superfície e os testes demonstraram redução de arrasto hidrodinâmico de até 30%. / Super-hydrophobicity is a characteristic found in several surfaces of nature, which gives them certain features such as self-cleaning. One of the most well-known examples of a super-hydrophobic self-cleaning surface is the one present on the Lotus leaf, that contains an important layer of air retention between the cavities of the surface. This layer of air retention between cavities is a characteristic of some superhydrophobic surfaces, and has attracted a lot of attention recently, from technological, economic and ecological fields. Some species have a surface that holds this layer of air for only a few hours or days. Other species, however, maintain that for long periods of time. One of the most complex surfaces is the floating fern Salvinia - able to maintain a stable air layer for several weeks, even when submerged in water. Several studies have been carried out to develop technologies able to keep the air retention on surface for long periods, as they have a great potential to be applied in the naval sector, for instance, because they could reduce the hydrodynamic drag when used in the coating of boats, also reducing fuel consumption.The aim of this work is to obtain, by mimicking Salvinia’s structure and its species, a super-hydrophobic air-layer retaining surface, capable of reducing hydrodynamic drag. For this purpose, coatings composed in two stages were developed: a base composed by polyamide fibers to generate roughness - applied by electrostatic flocking - and covered by an organosilane (hydrophobic) spray. Then, the properties of the coatings were characterized in terms of morphology, angle of contact, rolling angle and volume of air hold on the surface, as well as tests to check their hydrodynamic drag reduction capacity. The super-hydrophobic coatings developed in this work have presented an air layer on surface and the tests has shown a hydrodynamic drag reduction for of up to 30%.

Le couplage entre processus physico-chimiques et le transfert de matière ou de chaleur peuvent donner lieu à des structures spatio-temporelles induites par des flux convectifs. Ces flux peuvent résulter de gradients de densité ou de tension superficielle et sont l'expression de la conversion d'énergie chimique en énergie mécanique. Quand la tension superficielle est à l'origine de ces mouvements, les effets correspondants sont connus sous le nom d'effet Marangoni. Ils jouent un rôle dans de nombreuses applications comme les procédés industriels d'extraction en amplifiant notablement la vitesse des processus de transfert. Les systèmes réels, trop complexes, doit être simplifiés par le développement de systèmes modèles afin d'établir au niveau fondamental la théorie sous-jacente à de telles dynamiques. Une succession de régimes dynamiques est observée lors de la dissolution d'une goutte de dichlorométhane (DCM) déposée sur une solution aqueuse de tensioactif (bromure de céthytriméthylammonium, CTAB). La succession remarquable de formes et de mouvements induits est déterminée par la concentration du tensioactif qui joue le rôle de paramètre de contrôle. A faible concentration en CTAB, un mouvement de translation ou des pulsations. Aux concentrations plus élevées, la goutte entre en rotation ou forme des structures polygonales. Bien que chimiquement simple, le système est complexe et implique plusieurs processus physico-chimiques : évaporation, solubilisation, transfert de tensioactifs, adsorption aux interfaces et agrégation. Les effets thermiques et de transport qui en résultent sont à l'origine des variations locales de tension interfaciale donnant lieu aux effets Marangoni. Nous nous sommes concentrés sur le comportement de la goutte quand la concentration en tensioactif conduit au régime de pulsation. Nous avons tout d'abord analysé le comportement de la goutte pendant la période d'induction qui précède le régime instable. L'analyse de la forme de la goutte corrélée à des mesures d'Imagerie par Vélocimétrie de Particules (PIV), ont montré que les flux créés par la dissolution du DCM limitent dans un premier temps l'adsorption du CTAB à l'interface eau/huile. L'instabilité ne démarre que lorsque la dissolution est réduite et que l'adsorption devient effective. La phase d'induction apparait comme une transition lente entre un coefficient d'étalement négatif (goutte ayant la forme d'une lentille) vers un coefficient d'étalement positif qui entraine l'expansion du film et les pulsations suivantes. Ces pulsations sont accompagnées par l'éjection de gouttelettes qui se forment à partir d'un bourrelet apparaissant au bord du film pendant la phase d'expansion. La rupture de ce bourrelet ressemble au phénomène connu sous le nom d'instabilité de Rayleigh-Plateau (RP). Cependant, la longueur d'onde caractéristique de formation des gouttelettes est deux fois plus faible que celle attendue dans le cas d'une instabilité de RP classique. L'origine de cet écart réside dans la modulation du bourrelet avant sa rupture. Cette modulation est en fait déterminée par des ondulations apparaissant à la surface du film et formant des rides en direction radiale. Ces rides pourraient être attribuées à un effet Marangoni thermique connu sous le nom d'instabilité de Bénard-Marangoni. Elles jouent également un rôle important dans la formation de la structure de démouillage hautement organisée décrite dans le dernier chapitre. L'ajout de CTAB dans la phase organique (goutte) donne lieu à des oscillations plus rapides qui, après une phase d'expansion de grande amplitude et l'éjection d'une couronne parfaite de gouttelettes, résultent lors de la phase de démouillage en une structure dont la forme rappelle une fleur. Une interprétation qualitative permettant d'identifier les principaux processus à l'œuvre et basée sur des mesures indépendantes de tension interfaciale apporte une explication des pulsations observées et de l'auto-organisation induite. / Far-from-equilibrium systems exhibit a wide variety of spatial and temporal patterns known as dissipative structures. The interplay between physico-chemical processes and mass or heat transfer can give rise to spatio-temporal structures induced by convective flows. These flows may result from density or surface tension gradients. They are the expression of the conversion from chemical into mechanical energy. When surface tension is the driving force, the corresponding effects are known as Marangoni effects. They are at play in numerous applications as extraction processes, oil recovery, and chemical reactors at all scales and noticeably modify transfer rates. The complexity of real systems deserves the development of model systems, essentials to settle, on a fundamental level, the theory governing the related dynamics. A succession of dynamical regimes is observed during the dissolution of a dichloromethane drop deposited on aqueous solutions of a cationic surfactant (cetyltrimethylammonium bromide, CTAB). The remarkable range of shapes and motion patterns that emerges is related to the surfactant concentration, which is used as a control parameter. For low surfactant concentrations, we observe translational motion and pulsations of the drop. At intermediate concentrations the drop transforms and starts to rotate. At higher concentrations polygonal shapes are observed. Although chemically simple and of easy implementation, the system is relatively complex and involves several processes: evaporation, solubilization, surfactant mass transfer, interfacial adsorption and self-aggregation. Thermal and transport effects induced are at the origin of local variations of interfacial tension leading to the Marangoni flows. In this thesis, we focused on the behavior of the dichloromethane drop when the aqueous surfactant concentration (0.5 mM) leads to the pulsating regime. At this concentration, we have first analyzed the behavior of the drop during the induction period that precedes the instable regime. Drop shape analysis, correlated to Particle Image Velocimetry (PIV) measurements, showed that dissolution flows initially hinder adsorption of CTAB at the water/oil interface. The instability is only triggered when dissolution is reduced and water/oil adsorption becomes effective. The induction period appears as a slow transition from an initial negative spreading coefficient (a lens shape drop) towards a positive spreading coefficient that triggers film expansion and following pulsations. These pulsations are accompanied by the ejection of smaller droplets which are formed from a toroidal rim that is created during the expanding phase of the drop. The break-up of this toroidal rim, resembles to what is known as the Rayleigh-Plateau (RP) instability. Nevertheless, the observed characteristic wavelength is a factor of 2 too small in respect to the classical RP instability. We have found the origin of this discrepancy in the fact that modulations that appear on the rim before it transforms into droplets are settled by deformations arising at the surface of the expanding film. They appear as wrinkles that form in the film and may be related to thermal Marangoni effects known as Benard-Marangoni instability. These wrinkles play an important part in the highly organized dewetting structure described in the last chapter of the thesis. The addition of CTAB also in the organic (drop) phase leads to faster pulsations which, after a very high amplitude expanding stage and the ejection of a perfect crown of droplets, result during the film receding stage in the formation of a pattern which symmetry is reminiscent of a flower. A qualitative interpretation aimed at identifying the main processes at play and based on independent surface tension data gives a consistent explanation of the observed pulsations and related self-organized patterns.

Estudamos o fenômeno de correlação entre dois bosons idênticos (efeito Hanbury Brown-Twiss) no caso de fontes em rápida expansão. Partimos da hipótese que, em colisões hadrônicas a altas energias, forma-se um plasma de quarks e gluons, o qual se expande de acordo com as equações do Modelo Hidrodinâmico de Landau. Ao atingir a temperatura crítica, o fluido sofre uma transição de fase de plasma para hadrons usuais, os quais são então emitidos. Estudamos a dependência da função de correlação de duas partículas em algumas grandezas, como por exemplo, no momento transversal médio das partículas finais e na massa do estado de plasma inicialmente formado. Analisamos também a compatibilidade dos cálculos efetuados com alguns dados experimentais disponíveis. Mostramos que a consideração de expansão da fonte emissora introduz efeitos cinemáticos importantes no comportamento da função de correlação. Assim sendo, os resultados usualmente obtidos com a hipótese de fontes estáticas devem ser completamente modificados no caso de fontes que se expandem rapidamente, como aquelas formadas em colisões hadrônicas a altas energias. / The phenomenon of correlation among two identical bosons (Hanbury Brown-Twiss effect) is studied for rapidly expanding sources. We consider the hypothesis of a quark-gluon plasma formation in high energy hadronic collisions, which expands according to Landau\'s Hydrodynamical Model. When the fluid reaches the critical temperature it undergoes a phase transition from plasma to ordinary hadrons t which are then emitted. We study the dependence of the two-particle correlation function on some quantities, such as the average transverse momentum of final particles and the mass of the initially formed plasma. Vile also analyse the compatibility of our resulte with some available experimental data. We show that the source expansion causes important kinematical effects Oh the behavior of the correlation function. Being so, the results usually obtained by means of static sources, should be completely changed in case of rapidly expanding ones, such as the sources formed in high energy hadronic collisions.