Devido aos riscos de contaminação dos recursos naturais solo e água, ao alto custo, ao tempo e ao esforço humano nas investigações de campo, os modelos matemáticos, aliados às técnicas numéricas e aos avanços computacionais, constituem uma ferramenta importante na previsão do deslocamento de solutos, contribuindo assim, para o controle de alterações ambientais. No Brasil, a modelação de fluxo e transporte de solutos na zona não-saturada é voltada, quase que exclusivamente, aos problemas relacionados às atividades agrícolas. Entretanto, tão importante quanto a problemática dos produtos químicos nas atividades agrícolas é a questão de poluição e contaminação do solo e da água por chorume, gerado pelos resíduos sólidos domiciliares. Neste trabalho, é desenvolvido e validado um modelo computacional unidimensional para simulação de fluxo e transporte de solutos na zona não-saturada do solo. O modelo matemático é dado pela equação diferencial parcial não-linear de Richards, que rege o movimento de água no solo, e a equação diferencial parcial linear de advecção-dispersão, do transporte de solutos, acompanhadas das condições iniciais e de contorno. A equação de Richards é dada em função do potencial matricial da água e a equação de transporte de solutos estima a evolução temporal da concentração de solutos no perfil do solo. Devido à dificuldade de se obter soluções analíticas destas equações, são resolvidas numericamente pelo método de elementos finitos. As referidas equações são resolvidas utilizando-se malhas uniformes inicialmente. Com a finalidade de obter simulações mais eficientes, a um custo computacional reduzido, é empregada a adaptatividade com refinamento h na malha de elementos finitos. A função interpolação polinomial utilizada é de grau 2 ou maior que garante a conservação de massa. Na equação de Richards, a derivada temporal é aproximada por um quociente de diferença finita e é aplicado o esquema de Euler explícito e na equação de advecção-dispersão, é aproximada por um quociente de diferença finita, aplicando-se o esquema de Euler implícito, devido à linearidade da equação. O sistema operacional é o Linux Ubuntu 32 bits, o ambiente de programação é o PZ, escrito em linguagem de programação C++. Na validação do modelo, utilizam-se dados disponíveis na literatura. Os resultados são comparados, utilizando-se malhas uniformes e malhas adaptativas com refinamento h. Usando-se as malhas uniformes para o problema de Richards e de transporte de potássio, o tempo de execução é de 22 minutos e a memória utilizada de 6164 Kb. Com as malhas adaptadas, o tempo de execução é de 3 minutos e 27 segundos, consumindo 5876 Kb de memória. Houve, portanto, uma redução de 84,32% no tempo de execução, usando-se malhas adaptativas. A utilização da função interpolação polinomial de grau 2 ou maior e o refinamento h, permitem uma boa concordância do modelo na comparação com soluções disponíveis na literatura. / Due to the risks of contamination of soil and water resources, the high cost, time and human effort in the field investigations, the mathematical models, combined with numerical techniques and computational advances, are important tools in forecasting the movement of solutes thereby contributing to the control of environmental alteration. In Brazil, modeling of flow and solute transport in the unsaturated zone is focused, almost exclusively, on problems related to agricultural activities. However, as important as the problematical of chemicals products in agricultural activities is the issue of pollution and contamination of soil and water by leachate, generated by municipal solid wastes. In this work, an one-dimensional computational model for simulation of flow and solute transport in the unsaturated soil has been developed and validated. The mathematical model is given by the Richards\'s non-linear partial differential equation, which determines the movement of water in the soil, and the advection-dispersion linear partial differential equation, of the solute transport, together with initial and boundary conditions. The Richards equation is a function of the water pressure head and the solute transport equation estimate the temporal evolution of the solutes concentration in the soil profile. Due to the difficulty of obtaining analytical solutions of these equations, they are solved numerically using the finite element method. The governing equations are solved using initially a uniform mesh. In order to obtain more efficient simulations with low computational cost, adaptativity with h refinement on the finite element mesh is implemented. The interpolation function is of degree two or higher, assuring mass conservation. In Richards\' equation, the temporal derivative is approximated by Euler explicit finite difference. For the advection-dispersion equation, due to the linearity of the equation, an implicit finite difference scheme is used. The code is written in the programming language C++ based on the programming environment PZ using operating system Linux Ubuntu 32 bit. Model results are validated in comparison with data available in the literature. The results are evaluated using uniform meshes and with h refinement adaptive mesh. Using the uniform meshes for the problem of Richards and transport of potassium, the running time is 22 minutes and 6164 Kb of memory is used. With the adapted meshes, the execution time is 3 minutes and 27 seconds, consuming 5,876 Kb of memory. Therefore there was a reduction of 84.32% in execution time, using adaptive meshes. The interpolation function with degree two or higher and the h refinement, with reduction of the computation time, showed a good agreement in comparison with the literature.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-02-18Bitstream added on 2014-06-13T19:08:07Z : No. of bitstreams: 1 fabianespinoza_rg_me_ilha.pdf: 869619 bytes, checksum: 3c82572569bc2349669cb3765fb65c95 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Ensino Pesquisa e Extensão de Ilha Solteira (FEPISA) / Neste trabalho apresenta-se uma metodologia para obter um ambiente interativo de simulação com ferramentas que permitam fazer análises de sistemas de proteção como estudos de coordenação e analises pós falta. As ferramentas estão baseadas no programa de simulação de transitórios eletro- magnéticos EMTP/ATP e na linguagem de programação ANSI C, sobre a plataforma de software livre GNU/Linux. Esta metodologia pode ser implementada, da mesma forma, em qualquer plataforma Windows sobre a qual possa funcionar o EMTP/ATP e o pacote ATP/MingW. Assim, implementou- se um relé de distância numérico através de modelos externos (“foreign models”). Ilustra-se também como usar arquivos no formato COMTRADE na análise com EMTP/ATP. Dessa forma foi possível analisar o comportamento do relé implementado tendo como entradas os sinais de tensões e correntes correspondentes aos eventos reais. Os sinais de disparo, assim como os demais componentes do relé, foram testados usando um sistema teste de referência do Power System Relaying Committee da PES-IEEE e os sinais de faltas reais do Sistema Elétrico Interligado da Colômbia. Por fim, foi feito um estudo de coordenação. Os resultados são apresentados e discutidos. A metodologia proposta pode ser usada para desenvolver qualquer componente ou elemento de controle dentro de um sistema elétrico, onde haja a necessidade de usar o EMTP/ATP para simular condições específicas de operação do sistema elétrico, complementando a simplicidade da linguagem MODELS com a portabilidade e potencialidade da linguagem C / This work presents the methodology to obtain an environment of interactive simulation with tools to perform analysis of protection systems, coordination studies and analysis post fault. These tools are based on the program for electromagnetic transients EMTP/ATP and in ANSI C programming language used in the free GNU/Linux software platform. The same methodology can be followed to be used on any Windows Operating System that can run EMTP/ATP and the package ATP/MingW. Then, for this, a numerical distance relay was implemented by means of foreign models using C programming language. It also shows how to use COMTRADE files in analysis with EMTP / ATP. Thus it was possible to analyze the behavior of the implemented relay with voltage and current signals of real events as inputs. The trip signals, like the other components of the relay, were tested using a testing reference system of Power System Relaying Committee of PES-IEEE and the signals of real faults of Inter- connected Electric System of Colombia. Finally, a coordination study was made. The results are presented and discussed. This methodology could also be used to develop any component or control element within an electrical system that one may need for a particular use; therefore, compensating the simplicity of the language MODELS with the flexibility and portability of C programming language

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Eduardo Harbs.pdf: 12792734 bytes, checksum: b505810b68894ae2924a805e7f89d032 (MD5) Previous issue date: 2012-10-09 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The industry has found difficulties towards CNC machines flexibility, due to the CNC programming current standard, the ISO 6983 or G/M code. The ISO 14649 or STEP-NC was developed to replace the current standard. It is a new unified data transfer model between CAD/CAM and CNC systems. To satisfy the new automation and control systems requirements, the IEC 61499 standard was developed, aiming the use of software objects, called function blocks (FBs). In this work, the standards STEP-NC and IEC 61499 were integrated to build a new generation of CNC, where STEP-NC supplies the complete data model without functionality, and the FBs provide the functionalities to the data model for the machine tool command. In this context, a controller for a CNC machine prototype, compliant to STEP-NC and IEC 61499 standards was developed. The prototype consists of a 2,5D milling machine, driven by a group of three servomotors drivers with integrated PLCs. A set of software was developed for compiling STEP-NC files and the automatic generation of IEC 61499 models, viewing, editing and executing FBs and FB networks, and further a library with IEC 61499 models. Test on software and prototype was performed machining an example workpiece, achieving the proposed goal and providing the individual characteristics of the standards in the controller, such as: interoperability, portability, use of features, configurability, distribution and adaptability. / A indústria tem enfrentado dificuldades quanto à flexibilidade das máquinas CNC, devido à norma utilizada atualmente para a programação CNC, a ISO 6983 ou código G/M. Com objetivo de substituição desta norma, desenvolveu-se a ISO 14649 ou STEP-NC, que é um novo modelo de transferência de dados unificado entre sistemas CAD/CAM e CNC. Para atender os novos requisitos de automação e controle de sistemas, desenvolveu-se a norma IEC 61499, visando o uso de objetos de software, os function blocks (FBs). Neste trabalho integraram-se as normas STEP-NC e IEC 61499 para a construção de uma nova geração de CNCs, onde STEP-NC fornece o modelo de dados completo, porém sem funcionalidade, e os FBs fornecem as funcionalidades ao modelo de dados para o controle da máquina-ferramenta. Para tal, foi desenvolvido um controlador para uma máquina CNC protótipo aderente às normas STEP-NC e IEC 61499. Este protótipo é constituído de uma fresadora 2,5D, acionada por um conjunto de três servoacionamentos com CLPs integrados. Um conjunto de software foi desenvolvido para compilação do arquivo STEP-NC e geração automática de modelos IEC 61499, visualização, edição e execução de FBs e rede de FBs além de uma biblioteca de modelos IEC 61499. Teste do software e do protótipo foi realizado com a usinagem de uma peça exemplo, alcançando o objetivo proposto e provendo as características individuais das normas no controlador, como: interoperabilidade, portabilidade, uso de features, configurabilidade, distribuição e adaptabilidade.

Made available in DSpace on 2016-12-12T20:12:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PGEF15MA035.pdf: 3236221 bytes, checksum: 9607678b8f3b3e6bed717b52074d7db3 (MD5) Previous issue date: 2015-02-20 / The Rio Canoas basin demands studies that seek the management of their hydrological resources. The hydrological modeling is promising as helper of construction process of its basin plan, because produce formal representation of reality. SWAT (Soil Water Assessment Tool) is a hydrological model able to predict runoffs by a complex group of inputs and by a significant group of calibrated parameters. In this study, SWAT was calibrated and validated in a watershed of 1973 Km² of Rio Canoas, called Alto Canoas basin. Parameters were calibrated by semiautomatic process as to daily scale as to monthly scale. The quality of the calibration and validation was evaluated by their Nash-Sutcliffe (NSE) and R² coefficients. The model was applied in the estimative of permanence curves, in the estimative of basic runoffs separated by numeric filter and in scenarios of possible hydrological impacts caused due to land use changes. It took two years to model calibration (1996-1997), where the year 1995 was used as warm up period of the model, and four years to validation (1998-2001). The model was validated in daily scale with a NSE of 0,76 and R² of 0,79. In monthly scale, the model was validate with a NSE of 0,87 and R² of 0,89. The hydrological balance by the model indicates that in the studied basin has a significant contribution of the lateral and return flow in the formation of total runoff in the reaches. The model parameters differ as in daily scale as in monthly scale, it indicate that have different relevance of some hydrological processes according to variation of time scale. The model shows as satisfactory in the simulation of daily and monthly events. This study concludes that the calibrated model can be used as to analyze daily and monthly events, by climatological data. The attachment of hydrological model with the climatological shows as a promising way as tool to be applied in hydrological resources management of Alto Canoas basin / A bacia hidrográfica do Rio Canoas demanda estudos que visem à gestão de seus recursos hídricos. A modelagem hidrológica se mostra promissora como auxiliar no processo de construção de seu plano de bacia, uma vez que produz representações formais da realidade. O SWAT (Soil Water Assessment Tool) é um modelo hidrológico capaz de simular vazões a partir de um conjunto complexo de dados de entrada e de um conjunto significativo de parâmetros calibrados. No presente estudo, o modelo SWAT foi calibrado e validado em uma sub-bacia de 1973 Km² da bacia do Rio Canoas, denominada bacia do Alto Canoas. Os parâmetros foram calibrados por processo semi-automático tanto para escala diária como mensal. A qualidade da calibração e da validação foi avaliada com base nos coeficientes de Nash-Sutcliffe (NSE) e R². O modelo foi aplicado na estimativa da curva de permanência, na estimativa das vazões básicas separadas por filtro numérico e em cenários de possíveis impactos hidrológicos provocados por mudanças no uso do solo. Foram utilizados dois anos para calibração do modelo (1996-1997), sendo o ano de 1995 utilizado como período de aquecimento do modelo, e quatro anos para validação (1998-2001). O modelo foi validado na escala diária com NSE de 0,76 e R² de 0,79. Na escala mensal, o modelo foi validado com um NSE de 0,87 e R² de 0,89. O balanço hídrico calculado pelo modelo indicou que na bacia estudada ocorre contribuição significativa do escoamento sub-superficial e básico na formação das vazões nos canais. Os parâmetros do modelo diferiram tanto na escala diária como na escala mensal, indicando haver relevâncias distintas de determinados processos hidrológicos conforme a variação da escala temporal. O modelo mostrou-se satisfatório tanto na simulação de eventos diários como mensais. Concluiu-se que o modelo calibrado pode ser utilizado tanto na análise de eventos diários como mensais, a partir de dados climatológicos. O acoplamento de modelo hidrológico com climatológico mostra-se um caminho promissor como ferramenta a ser aplicada na gestão dos recursos hídricos da bacia do Alto Canoas

A produção de petróleo e gás em campos brasileiros é cada vez mais proveniente de regiões com águas profundas e situadas longe da costa, chegando a distâncias de mais de 100 km, como, por exemplo, na Bacia de Campos ou de Santos. Devido à falta de infra-estrutura e às características do petróleo desses campos, a cadeia de abastecimento e o sistema de exportação da produção possuem grande importância para a indústria offshore. Uma maneira usual para a exportação da produção é através de dutos submarinos, onde o óleo e/ou a gás flui das plataformas diretamente para o continente. Com esta infra-estrutura é possível a utilização de sistemas de produção sem capacidade de armazenamento e, conseqüentemente, torna-se desnecessário o uso de navios para o alívio da produção. No entanto, devido à qualidade do óleo e às distâncias entre os poços e a costa em alguns campos brasileiros, a utilização dos oleodutos mostra-se uma solução pouco viável. Por este motivo, é bastante comum o uso de FPSOs ou semi-submersíveis conectadas a sistemas auxiliares, como o FSO (Floating Storage and Offloading). Nas plataformas, outra característica importante e desejada é tornar viável o uso de um sistema de completação seca (árvore de Natal acima da linha dágua) com o objetivo de diminuir, significativamente, os custos operacionais envolvidos. Esse tipo de completação é utilizado, com excelência, por unidade do tipo TLWP ou Spar, devido ao baixo nível dos movimentos e acelerações observadas nestas plataformas. Entretanto, as condições ambientais severas amplificam as dificuldades para encontrar um sistema com grande capacidade de armazenamento e que permita o uso de completação seca. Neste contexto, pesquisadores e engenheiros estão sendo obrigados a desenvolver novos conceitos capazes de atender a essa demanda. Desta forma, uma nova solução, considerando um FPSO e uma TLWP operando a uma curta distância e trabalhando de forma acoplada com a conexão garantida por cabos sintéticos vem sendo estudada. Essencialmente, o grande atrativo deste conceito é o fato de que toda a produção e o armazenamento são concentrados no FPSO e a TLWP é responsável pela perfuração e extração dos hidrocarbonetos através de risers verticais. Assim o sistema trabalhando de forma conjunta possui capacidade de armazenamento e permite o uso da completação seca. Nesta dissertação, foi realizado um estudo sobre a evolução deste novo conceito, dividido em três fases. A primeira focada no dimensionamento do sistema de conexão e ancoragem das unidades e em uma investigação da interação hidrodinâmica entre as unidades de forma a mostrar a viabilidade do sistema. A segunda fase, focada na validação dos resultados por meio da comparação com os testes realizados no modelo em escala do NMRI (National Maritime Research Institute - Japão). Finalmente, a terceira fase, com foco no redimensionamento do sistema de amarração e no sistema de conexão, com base nos resultados obtidos na segunda fase. / The oil and gas production in Brazilian fields are commonly found in deep water and situated far away from the coast, reaching distances of more than 100 km as, for example, in the Campos Basin or Santos Basin. Due to the heavy oil and lack of pipeline infrastructure found in these fields, not only subsea equipments that must support high pressure but also logistics problems such as supply chain and production exportation system play an important role for the offshore industry. A usual way to export the production is to concentrate it in hubs of submarine pipelines which flows the oil or gas from the platforms to the continent. This infrastructure makes possible the use of no storage production systems and, consequently, releases the use of the shuttle tanks employment. However, due to the quality of the oil and the distances between the wells and the coast, some Brazilian fields do not allow the use of the pipelines to export their production. For this reason, is quite common to use FPSO and semi-submersible aided by auxiliary systems such as the FSO (Floating Storage and Offloading) units. Another important and desired characteristic of production platforms is to make it feasible to install a dry Christmas tree system aiming to decrease, significantly, operational costs involved. This feature is performed, with excellence, by TLWP and Spar units due to the low level of motions and accelerations observed in these platforms. Harsh environmental conditions can bring difficulties to find a solution of a system with both storage and dry tree system capability. In this context, researchers and engineers are being forced to develop new technological systems capable to support this demand. In this way, a new solution considering a FPSO and a TLWP coupled in a short distance by synthetic ropes has being studied. Essentially, the attractive feature of this concept is the fact that the production is performed by the FPSO whereas the TLWP is responsible to support the risers and drilling facilities turning the system coupled, equipped with a dry Christmas tree and with the possibility to storage the production. By now, the concept evolution has been divided in three phases. The first phase concerned about an advanced research focusing on the connection and mooring system development and the hydrodynamic interaction between the units and having in mind the verification of the concept feasibility. The second phase, concerned about the results validation by a comparison with scale model tests performed in the NMRI (National Maritime Research Institute Japan). Finally, the third phase, has the focus in the mooring and connection system resizing based on the results obtained on second phase.

Considera-se neste trabalho o projeto de estruturas de concreto para edifícios de múltiplos andares, com fundação profunda, levando-se em conta a interação solo-estrutura. Essa interação é analisada por meio de um método numérico em que a superestrutura (lajes, vigas e pilares) e os elementos estruturais de fundação (blocos e estacas) são considerados uma estrutura única, modelada pelo método dos elementos finitos e implementada no código computacional PEISE (Pórtico Espacial com Interação Solo-Estrutura), desenvolvido nesta pesquisa. O maciço de solos é representado por um modelo geotécnico proposto por Aoki e Lopes, em 1975, que utiliza a solução de Mindlin para o cálculo de deslocamentos em meio semi-infinito, elástico, contínuo e isótropo, e que considera a existência de uma superfície indeslocável, abaixo da qual as deformações do maciço podem ser desprezadas. A resposta elástica da interação solo-estrutura é subordinada a valores limites, observados em ensaios de capacidade de carga das estacas. Como forma de validar o programa e mostrar sua aplicação em problemas práticos de engenharia, resultados de exemplos foram comparados com os obtidos por outras metodologias presentes na literatura. Também, acompanhou-se o desempenho estrutural de um edifício de 26 pavimentos, com fundação em estaca hélice contínua, em sua fase construtiva, com o monitoramento de recalques e a medida de deformações em pilares, para obtenção indireta de suas solicitações normais. Os recalques foram obtidos por meio de nivelamento ótico de precisão, e as solicitações normais nos pilares foram avaliadas indiretamente, pela variação de seu comprimento, utilizando-se extensômetro mecânico removível e considerando-se as variações dos fatores ambientais e a reologia do concreto. / Design of concrete structures for multi-story buildings with deep foundation is considered in this work, taking in account the soil-structure interaction. This interaction is analysed with a numerical method where the superstructure (slabs, beams, and columns), and the foundation structural elements (blocks and piles) are considered a unique structure, modeled by the finite element method and implemented in the PEISE (soil-structure interaction in spatial frame), software that was developed in this search. The geo-technical model proposed by Aoki and Lopes (1975) represents the soil, where Mindlin\'s solution is used to calculate displacements in a semi-infinite, elastic, continuous, and isotropic environment. This solution also considers the existence of an unmovable surface, under which the soil deformations shall be neglected. The elastic response of soil-structure interaction is subordinated to limit values observed in \"in situ\" loading capacity piles tests. The examples elaboration proves the developed formulation validity through results comparison with others methodologies. Also the structural performance of a 26 story building with augercast piles was observed during the construction by measurement of settlements and columns length variation. Settlements were measured by means of optical level. Loads over columns were indirectly evaluated through column length variation, using a demountable mechanical extensometer and considering corrections due to the variation of environmental conditions and to the concrete\'s rheology.

Orientador: Anselmo Eduardo Diniz / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-05T19:57:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pivetta_CarlosSergio_M.pdf: 2572259 bytes, checksum: d75f09a259545ac56a46ecc1d5870ba0 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: O fresamento de cavidades de moldes e matrizes em material endurecido usando ferramenta de topo esférico tem limitações em termos de profundidades das cavidades, da taxa de remoção de cavaco e da vida da ferramenta. Algumas operações de fresamento em cavidades profundas não podem ser realizadas, devido à necessidade de se ter ferramenta com alto balanço, o que gera vibração e, em conseqüência, danos à rugosidade da peça e à vida da ferramenta. Outro ponto ainda não totalmente compreendido é a influência da rugosidade deixada na peça pela operação anterior, na rugosidade da operação de acabamento, já que, devido às baixas profundidades utilizadas nesta operação, a rugosidade da operação anterior pode influenciar a profundidade real removida. O principal objetivo deste trabalho é verificar a influência da relação comprimento/diâmetro da ferramenta (balanço), da rugosidade da operação anterior e da velocidade de corte na rugosidade da peça e na vida da ferramenta de fresamento em acabamento. Para isto foram realizados ensaios de fresamento em aço endurecido AISI D2 (58 HRC) com ferramenta de ponta esférica de metal duro recoberto, variando-se os citados parâmetros de influência. Dentre as conclusões deste trabalho, pode-se destacar: nem a rugosidade da operação anterior, nem o balanço da ferramenta influenciaram a rugosidade da peça, pelo menos nos níveis utilizados neste trabalho; com balanço da ferramenta pequeno, consegue-se baixos valores de desgaste e, com isso, longa vida da ferramenta, mas quando se utiliza conjuntamente balanço da ferramenta e velocidades de corte altas, a vida da ferramenta é bastante reduzida / Abstract: The milling of molds and dies cavities carried out on hardened steel using ball end mill presents limitations in terms of cavity depth, metal removal rates and tool life. Some milling operations on deep cavities are not possible due to the require of long tool overhang, what generates vibrations and, consequently, resulted in poor surface roughness and short tool life. Other point which is not totally understood up to the present is the influence of the surface roughness obtained in the previous operation on the results of finishing operation because on finishing operations, the actual depth of cut is not much larger than the height of roughness left on the surface by the previous operation. The main objective of this work is to verify the influence of the ratio tool overhang/ tool diameter, the roughness of the previous operation and cutting speed on the tool wear in finishing operations. Besides, it also intends to verify the influence of tool wear on the tool vibration, measured through the real time tool deflection. Milling experiments on AISI D2 hardened steel (58 HRC) were carried out using coated (TiNAl) carbide ball end mills with the input variables already mentioned. The main conclusions of this experiments, for the used conditions, were: the previous surface roughness neither the tool overhang have influence on the resulting surface roughness; when the tool overhang was the lowest one, cutting speed did not influence so much tool wear, but when the highest tool overhang was used, cutting speed presented a strong influence on tool wear / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

In the present work, a super water-absorbent poly(acrylic acid) was synthetized by inverse suspension polymerization, using Span60 as the dispersant, toluene as the dispersing organic phase, trimethylolpropane triacrylate as the crosslinking agent, and sodium persulfate as the initiator. The synthesis was conducted in a small-scale glass reactor operated in semi-batch mode. The following reaction conditions were evaluated: effects of initiator concentration, temperature, percentage of multifunctional cross-linker agent and monomer concentration. Also, two important properties were determined, conversion and gel fraction. A kinetic model including a population balance was employed to simulate the process. The proposed model uses the numerical fractionation technique and is capable of predicting the pre-gel and post-gel properties, the effect of the crosslinking agent level on the polymer properties and the dynamic of gelation. The model was compared with the experimental results and showed a satisfactory representation of the system after parameter adjusting. / No presente trabalho, o poli (ácido acrílico) super-absorvente foi sintetizado por polimerização em suspensão inversa, usando Span 60 como o dispersante, tolueno como fase orgânica, trimetilolpropano triacrilato como agente de reticulação e persulfato de sódio como iniciador. A síntese foi conduzida num reator de vidro em escala de bancada, operado em modo semi-batelada-batelada. As seguintes condições da reação foram avaliadas: os efeitos da concentração de iniciador, a temperatura, a porcentagem de agente de reticulação multifuncional e a concentração de monómero. Além disso, foram determinadas propriedades importantes, como a conversão e a fração de gel. Da mesma forma, foi desenvolvido um modelo de balanço populacional para simular o processo em conjunto com a técnica de fracionamento numérico, que é capaz de prever as propriedades pré-gel e pós-gel, o efeito do nível do agente de reticulação no polímero e as propriedades da dinâmica de gelificação. O modelo foi comparado com os resultados experimentais e mostrou uma representação satisfatória do sistema após o ajuste dos parâmetros.

A primeira parte deste trabalho consistiu na instalação de pluviógrafos e linígrafos e levantamento de eventos hidrológicos com a obtenção de dados da distribuição espacial de precipitações observadas e hidrogramas resultantes. Experimentos de infiltração de água no solo foram realizados a partir de infiltrômetro de disco a fim de caracterizar a variabilidade espacial da condutividade hidráulica na bacia, obtendo-se dois conjuntos de dados que mostraram ser lognormalmente distribuídos com médias iguais a 15,8 mm/h e 5,47 mm/h. Estudo teórico foi conduzido na segunda parte do trabalho compreendendo o desenvolvimento de modelo hidrológico. A concepção do modelo parte da premissa de que toda a área da bacia possa ser representada por células derivadas de um modelo numérico de terreno (MNT), especificando-se em cada célula o equacionamento hidráulico-hidrológico. As heterogeneidades do solo e da precipitação foram estudadas através de simulação do modelo considerando-se distribuições espaciais diferentes para a condutividade hidráulica saturada e eventos de chuva. Os resultados mostraram que as diferenças entre as vazões de pico podem ser maiores que 100% , considerando-se graus de resolução máximo e mínimo quanto à precipitação, e reafirmaram o consenso de que o conhecimento da distribuição espacial da chuva é fundamental na calibração de modelos hidrológicos distribuídos. / In first part of this work consists on the installation of pluviographic, water-height graphs and surveying of hydrological events with obtained data from spatial distribution of precipitation observed and resultant hydrograms. Experiments of water infiltration in the soil were done by an infiltrometer disc to characterize the spatial variability of hydraulic conductivity and the losses of infiltration in the basin obtaining two sets of data that showed to be lognormally distributed in average equal to 15.8 mm/h and 5.47 mm/h. A theoric study was conduced in the second part of work comprehending the development of hydrologic model distributed. The conception of the model proceed from the premise that allbasin area can be represented by cells derived from a Digital Terrain Model (DTM) specifying in each cell the hydraulic equation - hydrologic. The soil heterogeneity and the precipitation were studied by model simulation considering spatial distributions different to the hydraulic conductivity satured of the soil and to pluvial events. The results pointed out the differences among peak outflow can be more than 100% considering minimum and maximumresolution degrees as the precipitation and affirmed the consensus that the acquaintance of the pluvial spatial distribution is fundamental in the adjustment of hydrologic models distributed.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This Doctoral Thesis proposes a new methodology for transmission line protection tolerant to power swings. The algorithm developed has the ability to detect, classify and locate all fault types with and without power swings, including those that produce high values of fault resistance. In a first step, it is proposed a fault distance estimator based on the leastsquare curve fitting. The fault locator, for protection proposes, was modeled by a series R-L circuit and differential equations. In a second step, the main causes and consequences of power swings in transmission lines distance relays are introduced. Also in this context, techniques to minimize these effects are presented. Besides, computer simulations of power swings, with different fault scenarios, were carried out to realize comparative analyses between the methods. The results show that none of the methods is efficient in all scenarios. Hence, there is still some concern about the performance of the protection methods against power swings. In a third step, it was developed an algorithm for numerical protection in transmission lines immune to power swings. The detection and classification steps are based on Mathematical Morphology. In order to obtain a safer operation of the relay, especially in the boundaries of threshold set, a counting strategy was developed. The main innovation of the work is based on difference of behavior of the exponentially decaying component (dc component) during a fault and during a power swing. The dc component, obtained by means of morphological filter, is used as a tripping criterion. Finally, in order to evaluate the algorithm performance, tests with different fault and power swings scenarios were performed. The results show that the technique has the speed and safety required even during power swings due to the simplicity of the algorithm used in mathematical operations. / Neste trabalho propõe-se uma nova metodologia de proteção de linhas de transmissão, tolerante as oscilações de potência. O algoritmo desenvolvido tem a capacidade de detectar, classificar e localizar todos os tipos de faltas, com e sem a presença de oscilações de potência, inclusive aquelas que produzem altos valores de resistência de falta. Em uma primeira etapa com o emprego do método de ajuste de curvas por mínimos quadrados desenvolve-se um estimador para localizar a posição das faltas. Para fins de proteção, este é modelado por meio de um circuito R-L série representado por suas equações diferenciais. Em uma segunda etapa são apresentadas as principais causas das oscilações de potência, bem como suas consequências para os relés de distância de linhas de transmissão. Ainda neste contexto, são apresentadas, analisadas e comparadas algumas técnicas destinadas a minimizar estes efeitos. Essas técnicas foram testadas por meio de simulações computacionais, sob condições de oscilação de potência com e sem a presença de curtos-circuitos, considerando-se diversos valores de carregamento e frequências de oscilação. Os resultados mostraram que nenhum método é totalmente eficiente para todos os cenários. Desse modo, ainda há algumas incertezas sobre o desempenho das técnicas de proteção contra as oscilações de potência existentes. Em uma terceira etapa, foi desenvolvido um algoritmo para proteção numérica de linhas de transmissão imune as oscilações de potência. A metodologia faz uso da Morfologia Matemática nas etapas de detecção e classificação das faltas. De modo a se obter uma maior segurança na operação do relé, especialmente na região próxima ao limiar de operação, incorporou-se uma estratégia de contagem diferente das tradicionais. A principal contribuição do trabalho relaciona-se com a análise da diferença comportamental da componente exponencial decrescente (componente dc) para uma situação de falta e de oscilação de potência. Ou seja, a componente dc, obtida por meio de um filtro morfológico, é utilizada como critério de disparo do relé de distância. Para avaliar o desempenho do algoritmo desenvolvido, uma série de testes com diferentes cenários de faltas com e sem a presença de oscilações de potência foram realizadas. Devido à simplicidade das operações matemáticas utilizadas no algoritmo, a técnica apresenta segurança e velocidade na sua operação, mesmo durante oscilações de potência.