[pt] Utilizam-se métodos de energia para a análise das resultantes de tensões que surgem em cascas esféricas de pequena espessura, submetidas a pressão interna. A análise é conduzida, aplicando o princípio da Energia Potencial Mínima, primeiramente através do método de Ritz e, logo após, através da descretização do vaso em elementos finitos, aproveitando a simetria da casca e utilizando um elemento curvilíneo. São obtidos resultados numéricos, estudando-se o comportamento dos esforços e distribuições dos mesmos, para calotas esféricas com engaste circunferêncial na base. Admitem-se variações na posição do vínculo assim como a presença ou não de um apoio elástico com espessura constante ou variável. / [en] The stress analysis of spherical shells subjected to internal pressures, using energy methods is presented in this paper. The performance of the Ritz method was compared with a finite element method using a curvilinear element, for axisymmetric loads. It is shown that the F.B.M gives superiors results, particularly when the shell is supported elastically. The analysis was performed for different support conditions and shells with non-uniform thickness. Several numerical results were collected in order to compare the relative advantages of the flexibility of the elastic foundation, the flexibility of the shell and the location of the clamped edge along the meridian.

[pt] Este trabalho apresenta uma modelagem numérica termo-mecânica para investigação da influência da presença da rocha salina no acréscimo de pressão em anulares confinados (APB). O fenômeno de APB é resultado da expansão térmica do fluido de perfuração trapeado nos anulares do poço, induzida pelo aquecimento gerado pela produção de hidrocarbonetos em temperatura superior ao restante do poço. Os evaporitos são formações que possuem um comportamento mecânico viscoelástico, apresentando deformação contínua a partir de uma tensão constante, processo conhecido como fluência. Este comportamento do sal não é atualmente considerado pelos simuladores utilizados pela indústria do petróleo durante o projeto de poços, no que tange dimensionamento para esta carga de pressão proveniente do APB. O objetivo deste trabalho é alcançado pelo desenvolvimento uma metodologia de cálculo do fenômeno de APB frente a formações salinas, através de um modelo numérico construído no software ABAQUS, utilizando o método dos elementos finitos. Diversas simulações foram realizadas com configurações distintas de litologia, temperatura e fluidos de perfuração, para analisar a influência do comportamento viscoelástico da rocha salina no crescimento de pressão em anulares confinados. Após análise de resultados obtidos, se concluiu que a rocha salina pode agir como aliviador da pressão gerada pela expansão térmica do fluido de perfuração confinado nos anulares do poço. As tensões geradas pelo APB levam a deformações de fluência que aumentam o diâmetro do poço e consequentemente o volume anular, acomodando parte do acréscimo de pressão gerado. / [en] This dissertation presents a thermo-mechanical numerical modeling to investigate the influence of the presence of salt rock on annular pressure build-up (APB). The APB phenomenon is a result of thermal expansion of confined drilling fluid in the well annulus, induced by heat generated by the production of hydrocarbons at temperatures above the remainder of the well. The evaporite formations have a viscoelastic mechanical behavior, with continuous deformation at constant stress, known as creep. This salt behavior is not currently considered by simulators used by the oil industry for the design of wells, with respect to this pressure load from APB. The objective is achieved by developing a methodology for calculating the APB effect for wells with saline formations, using a numerical model built in ABAQUS software, using the finite element method. Several simulations were performed with different configurations of lithology, temperature and drilling fluids, to analyze the influence of the viscoelastic behavior of the salt rock on pressure growth in confined annuli. After analyzing the results, it was concluded that the rock salt may act as a relief for the pressure generated by thermal expansion of the confined drilling fluid in the well annulus. The stresses generated by the APB lead to creep strains that increase the well diameter and consequently the annular volume, accommodating part of the generated pressure increase.

A partir de dados do CPTEC, utilizou-se o modelo numérico Regional Atmospheric Modeling System (RAMS) para simular as condições ambientais que originaram a formação e evolução de um ciclone no dia 11 de outubro de 2000, no município de Viamão, no estado do Rio Grande do Sul. Utilizou-se três grades aninhadas, com resolução progressivamente mais refinada e de forma simultânea. O modelo simulou com bastante precisão os campos de vento, pressão, umidade relativa e temperatura potencial. As simulações foram analisadas e comparadas à dados de superfície, imagens de satélite, cartas sinóticas e radiossondagens. A topografia e a brisa marítima exerceram forte influencia no sentido de intensificar o sistema convectivo que se formou sobre o Estado do Rio grande do Sul, bem como os altos valores de umidade relativa e o intenso cisalhamento vertical. Com estes procedimentos foi possível analisar e caracterizar o perfil atmosférico do sistema estudado e definir parâmetros meteorológicos que justificaram a formação de um tornado.

Neste estudo observamos os efeitos do bloqueio crônico do óxido nítrico por uma (1s), duas (2s) e quatro (4s) semanas de tratamento sobre a pressão arterial, freqüência cardíaca e o controle reflexo da circulação. O bloqueio crônico do óxido nítrico pela L-nitro-arginina-metil-éster (L-NAME), na água de beber, aumentou a pressão arterial média (PAM) em mmHg (1s=144; 2s=153 e 4s=167) de maneira tempo-dependente, quando comparado ao grupo controle (c=102). Tal aumento foi acompanhado pelo aumento de consumo de L-NAME e pelo aumento da relação peso do coração/peso corporal, um índice de hipertrofia cardíaca. A freqüência cardíaca (FC) basal não foi diferente entre os grupos tratados e o controle. O reflexo comandado pelos pressorreceptores estava atenuado significativamente (c=-4,17; 1s=-2,72; 2s=-2,10 e 4s=2,41) nos animais tratados, enquanto o reflexo cardiopulmonar estava exacerbado, de forma semelhante, em todos os grupos tratados. É possível que a atenuação do baroreflexo esteja relacionada ao aumento da sensibilidade do reflexo cardiopulmonar onde houve tanto aumento da resposta bradicárdica em bpm (c=-77; 1s=-109; 2s=-114 e 4s=-122) quanto da resposta hipotensora em mmHg (c=-14; 1s=-28; 2s=-29 e 4s=-31) . A resposta hipertensora comandada pelos quimiorreceptores estava diminuída enquanto a resposta de bradicardia praticamente não se alterou. Em todos os reflexos testados a bradicardia reflexa estava normal ou aumentada. As respostas reflexas normalmente associadas à ativação do ramo simpático do sistema nervoso autônomo estavam reduzidas enquanto os quimiorreceptores e os barorreceptores foram estimulados. Já a resposta de hipotensão mediada pelos cardiopulmonares estava aumentada nos animais hipertensos. Esses dados em conjunto sugerem um aumento tônico da atividade simpática periférica reduzindo a reserva para respostas excitatórias e facilitando as respostas inibitórias. Alterações do sistema renina angiotensina como aumento da atividade da renina plasmática nos animais tratados por duas semanas, não se correlacionaram com as alterações de PAM ou do controle reflexo da FC. A atividade da enzima de conversão da angiotensina I (ECA) se correlacionou positivamente com a hipertrofia cardíaca. Não foram observadas alterações da ECA pulmonar e da aorta. Alterações da atividade das enzimas antioxidantes mostraram variações tempo-dependentes que culminaram, no grupo de quatro semanas, com redução do estresse oxidativo expresso pela quimiluminescência. Neste tempo de tratamento, o aumento da atividade da enzima superóxido dismutase indica um papel para o ânion superóxido na fisiopatologia desse modelo de hipertensão. Finalizando, o bloqueio da síntese do óxido nítrico em ratos, pela administração crônica de L-NAME durante uma, duas e quatro semanas na água de beber, induziu hipertrofia cardíaca e aumentou a PAM. Esse aumento foi maior após 4 semanas de tratamento. Entretanto, diferentemente do que esperávamos, as alterações do controle reflexo da circulação encontradas após uma semana, não foram diferentes das encontradas em 4 semanas, com exceção do quimiorreflexo, que foi menor só na segunda e quarta semanas.

O dimensionamento seguro e econômico de dissipadores de energia por ressalto hidráulico formado a jusante de vertedouros passa pela compreensão de como se processa a dinâmica do escoamento. Para que isso seja possível é necessário que sejam identificadas as características macroturbulentas do escoamento, tanto no que diz respeito aos valores médios quanto às parcelas flutuantes e extremas dos esforços de pressões atuantes junto ao fundo. Este trabalho, então, propõe a análise dos esforços hidrodinâmicos atuantes na estrutura hidráulica a partir de uma nova abordagem que preconiza que os esforços atuantes junto ao fundo devem ser avaliados como um somatório dos efeitos hidrodinâmicos ocasionados pelas distintas condições do escoamento. Dessa forma, foram avaliados individualmente os efeitos: (i) da curva de concordância vertical entre o perfil vertente e a bacia de dissipação e a sua influência sobre esta, (ii) do escoamento em regime rápido sobre um plano horizontal, (iii) da macroturbulência presente no ressalto hidráulico livre (tipo A) e (iv) do afogamento do ressalto hidráulico. Essa avaliação individualizada proporciona, em última instância, a identificação global dos esforços atuantes junto à estrutura hidráulica, conferindo sensibilidade a esta análise global a partir da identificação da influência de cada um dos efeitos atuantes e das respectivas consequências sobre a bacia de dissipação. O trabalho apresenta, assim, um método analítico de previsão de pressões médias, flutuantes e extremas atuantes ao longo de uma bacia de dissipação por ressalto hidráulico, quer este seja formado integralmente na bacia de dissipação, quer este seja formado parcialmente sobre o perfil vertente, condição predominante na operação de sistemas estruturais de dissipação de energia hidráulica. / To safely and economically design hydraulic jump energy dissipators downstream spillways the comprehension of the flow dynamics is needed. To achieve this it is needed to identify the macroturbulent characteristics of the flow, both the mean pressure values as well as the fluctuating and extreme pressures acting on the floor of the stilling basin. The present work proposes to analyze the hydrodynamic forces acting on the structures by means of a new approach which states that the pressures acting on the basin floor can be evaluates as the sum of hydrodynamic effects caused by the distinct flow conditions. The following effects were individually evaluated (i) transition from the spillway slope to the flat basin slope. (ii) supercrítical flow over a flat slope, (iii) macroturbulence present in a classic hydraulic jump (type A jump) and (iv) jump submergence. This individualized evaluation aims to identify the global forces acting on the spillway structure conferring sensitivity to the global analysis from the identification of each of the acting effects and its consequences. The present work relates an analytical method for predicting of mean, fluctuating and extreme pressures acting on a hydraulic jump stilling basin, be it formed integrally on the structure or partially over the spillway, usual condition in the basin operation.

Esta pesquisa foi desenvolvida no Curso de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental do Instituto de Pesquisas Hidráulicas, pertencente à Universidade Federal do Rio Grande do Sul com o apoio de Furnas Centrais Elétricas S.A., fazendo parte do Projeto de Pesquisa e Desenvolvimento (P&D) intitulado: "Análise da Macroturbulência em Dissipadores por Ressalto Hidráulico". O ressalto hidráulico é amplamente utilizado como forma de dissipação de energia a jusante de obras hidráulicas. O conhecimento das flutuações de pressão e, principalmente, dos valores extremos são de elevada importância devido a problemas ocasionados pelos efeitos macroturbulentos do escoamento, tais como, fadiga, cavitação e ressonância. A presente pesquisa teve como objetivo verificar os possíveis efeitos de escala na previsão de valores extremos de pressões junto ao fundo em bacias de dissipação por ressalto hidráulico a partir de dados experimentais adquiridos em três modelos físicos reduzidos da UHE Porto Colômbia, nas escalas 1:100, 1:50 e 1:32, além das medições realizadas no protótipo. A análise dos dados foi realizada com base nas metodologias propostas por Wiest (2008) e Cerezer (2008), que também fizeram parte do P&D. De uma forma geral, o trabalho apresenta sugestões de escalas mínimas a serem utilizadas nos modelos reduzidos para a avaliação das pressões médias, das flutuações de pressão, dos coeficientes estatísticos de probabilidade e das pressões extremas ao longo da bacia de dissipação. Também foram investigados, em função da escala da estrutura, os mínimos valores de freqüência de aquisição e tamanho de amostra, assim como, os possíveis efeitos da aeração no escoamento. / This work was developed at the Post-graduation Program in Water Resources and Environmental Engineering of the Hydraulic Research Institute of Federal University of Rio Grande do Sul State being undertaken in collaboration with Furnas Centrais Elétricas S.A., as part of a Research and Development (R&D) project entitled "Macroturbulence Analysis of Hydraulic Jump Stilling Basins". The hydraulic jump is widely used as an energy dissipation form downstream hydraulic structures. The knowledge of pressure fluctuations and, mainly, of extremes values are of high importance due to problems caused by the macroturbulent effects of the flow such as fatique, cavitation and resonance. This research aimed to check the possible effects of scale in the prediction of extreme pressure values in the bottom of stilling basis structures from experimental data from three reduced scale models of Hydropower plant of Porto Colômbia in 1:100, 1:50 and 1:32 scale were used as well as prototype measurements. Data analysis was based on methodologies proposed by Wiest (2008) and Cerezer (2008), who also were part of this R&D project. This work suggests the minimum scale to be used in reduced scale models in order to evaluate mean pressures, pressure fluctuations, statistical probability coefficients and extreme pressures along the stilling basin. Due to the structure scale, the minimum values of acquisition frequency and sample size as well as the possible effects on air entrainment flow were investigated.

O presente trabalho foi desenvolvido no Programa de Pós-Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental do Instituto de Pesquisas Hidráulicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul com o apoio de Furnas Centrais Elétricas S.A., fazendo parte do Projeto de Pesquisa e Desenvolvimento (P&D) intitulado “Análise da Macroturbulência em Dissipadores por Ressalto Hidráulico”. Uma bacia de dissipação por ressalto hidráulico é uma obra hidráulica que possui a finalidade de dissipar a energia cinética do escoamento vertido por uma estrutura de descarga (barragem, eclusa, bueiro, etc...) e restituí-lo ao curso natural do rio. Este tipo de obra possui a função de proteger o solo contra os possíveis efeitos erosivos do escoamento que poderiam comprometer a fundação e, conseqüentemente, a segurança da barragem. Devido às grandes cargas hidráulicas que as barragens podem conter, as bacias de dissipação, que estão sob ação de um escoamento altamente turbulento, poderão estar sujeitas a grandes variações instantâneas de pressão e velocidade, gerando significativos esforços sobre tal estrutura. A ação do escoamento poderá ser tal que provoque esforços que irão promover o levantamento de uma laje da bacia de dissipação sendo necessário, para evitar este fato, prover a estrutura de peso ou ancoragem suficiente condizente com a estas solicitações. Através da análise de dados obtidos em modelos reduzidos foi possível caracterizar o campo de forças sob o ressalto hidráulico quanto a sua magnitude média, flutuações e extremos. Foram então propostas metodologias para a previsão dos esforços extremos que agem sobre uma laje de certa dimensão sob o ressalto hidráulico o que permite dimensionar a estrutura que irá suportar os esforços de levantamento. / The present work was developed in the Programa de Pós-Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental of the Instituto de Pesquisas Hidráulica of the Universidade Federal do Rio Grande do Sul with support of Furnas Centrais Elétricas S.A., as part the Research and Development Project (R&D) entitled “Análise da Macroturbulência em Dissipadores por Ressalto Hidráulico”. A hydraulic jump stilling basin is a structure that aims to dissipate the flow’s kinetic energy discharged by a dam and restitute it to the natural river bed. This type of hydraulic structure has the function to protect the soil against the flow erosive effects, which could expose the foundation and, consequently, the dam’s safety. Due to the large heads a dam may contain, the stilling basins maybe subjected to great instantaneous pressure and velocity variations, causing significant stresses in such structure. The action of the flow maybe such that can cause the uplift of a stilling basin lining, making it necessary to provide this structure with sufficient weight or anchorage. Through the analysis of these data it was possible to characterize the forces under a hydraulic jump according to its mean value, fluctuations and extremes. Methodologies were proposed to predict the extreme values that act on a lining of a certain dimension and with those design the structures that will resist slab uplift.

Neste estudo observamos os efeitos do bloqueio crônico do óxido nítrico por uma (1s), duas (2s) e quatro (4s) semanas de tratamento sobre a pressão arterial, freqüência cardíaca e o controle reflexo da circulação. O bloqueio crônico do óxido nítrico pela L-nitro-arginina-metil-éster (L-NAME), na água de beber, aumentou a pressão arterial média (PAM) em mmHg (1s=144; 2s=153 e 4s=167) de maneira tempo-dependente, quando comparado ao grupo controle (c=102). Tal aumento foi acompanhado pelo aumento de consumo de L-NAME e pelo aumento da relação peso do coração/peso corporal, um índice de hipertrofia cardíaca. A freqüência cardíaca (FC) basal não foi diferente entre os grupos tratados e o controle. O reflexo comandado pelos pressorreceptores estava atenuado significativamente (c=-4,17; 1s=-2,72; 2s=-2,10 e 4s=2,41) nos animais tratados, enquanto o reflexo cardiopulmonar estava exacerbado, de forma semelhante, em todos os grupos tratados. É possível que a atenuação do baroreflexo esteja relacionada ao aumento da sensibilidade do reflexo cardiopulmonar onde houve tanto aumento da resposta bradicárdica em bpm (c=-77; 1s=-109; 2s=-114 e 4s=-122) quanto da resposta hipotensora em mmHg (c=-14; 1s=-28; 2s=-29 e 4s=-31) . A resposta hipertensora comandada pelos quimiorreceptores estava diminuída enquanto a resposta de bradicardia praticamente não se alterou. Em todos os reflexos testados a bradicardia reflexa estava normal ou aumentada. As respostas reflexas normalmente associadas à ativação do ramo simpático do sistema nervoso autônomo estavam reduzidas enquanto os quimiorreceptores e os barorreceptores foram estimulados. Já a resposta de hipotensão mediada pelos cardiopulmonares estava aumentada nos animais hipertensos. Esses dados em conjunto sugerem um aumento tônico da atividade simpática periférica reduzindo a reserva para respostas excitatórias e facilitando as respostas inibitórias. Alterações do sistema renina angiotensina como aumento da atividade da renina plasmática nos animais tratados por duas semanas, não se correlacionaram com as alterações de PAM ou do controle reflexo da FC. A atividade da enzima de conversão da angiotensina I (ECA) se correlacionou positivamente com a hipertrofia cardíaca. Não foram observadas alterações da ECA pulmonar e da aorta. Alterações da atividade das enzimas antioxidantes mostraram variações tempo-dependentes que culminaram, no grupo de quatro semanas, com redução do estresse oxidativo expresso pela quimiluminescência. Neste tempo de tratamento, o aumento da atividade da enzima superóxido dismutase indica um papel para o ânion superóxido na fisiopatologia desse modelo de hipertensão. Finalizando, o bloqueio da síntese do óxido nítrico em ratos, pela administração crônica de L-NAME durante uma, duas e quatro semanas na água de beber, induziu hipertrofia cardíaca e aumentou a PAM. Esse aumento foi maior após 4 semanas de tratamento. Entretanto, diferentemente do que esperávamos, as alterações do controle reflexo da circulação encontradas após uma semana, não foram diferentes das encontradas em 4 semanas, com exceção do quimiorreflexo, que foi menor só na segunda e quarta semanas.

[pt] Nesta dissertação são relatadas as etapas que resultam na construção do protótipo de um receptor acústico a Fibra Óptica (RAFO). O trabalho faz parte de um projeto mais amplo visando o desenvolvimento de um medidor de vazão sônico baseado em fibras ópticas. Nesta fase inicial, os esforços foram voltados para a concepção, construção e testes do protótipo do transdutor, responsável pela deteção dos sinais sônicos emitidos por uma fonte, baseado em tecnologia de fibras ópticas. O uso de um sensor extrínseco foi a solução aqui empregada, que adota uma proposta de medição diferente da utilizada em medidores de vazão sônicos convencionais. O sistema de medição de vazão proposto na linha de pesquisa na qual este trabalho está inserido, baseia-se em medidas de tempo de transito para daí inferir a vazão volumétrica do fluido que escoa pelo duto. O sistema foi concebido para operar apenas numa banda estreita de frequências, casada com o sinal senoidal emitido pela fonte sonora. Neste trabalho um receptor acústico a fibra óptica foi projetado, montado e testado, tendo seu funcionamento sido demonstrado para freqüências de operação em torno de 3,2 kHz. A escolha desta faixa de frequências deveu-se basicamente a limitações do sistema de leitura optoeletronico utilizado nos testes de medição. Entretanto, uma vez que o princípio de funcionamento foi demonstrado com sucesso, não existem limitações para o re-dimensionamento do sensor de forma que este possa vir a operar em bandas de freqüência mais elevadas. / [en] This thesis reports the steps that have led to the assemblage and testing of na optical fiber microphone. This is part of a greater effort directed towards the development a sonic flowmeter based on optical fiber technology. In this first phase of the project, focus has been placed on the conception, construction, and testing, of the acoustic receiver first prototype. This transducer will be responsible for capturing the acouustical signails sent by an emitter, also based on optical fiber technology, and which is yet to be developed. In constrast with conventional sonic flowmeters, in which time of flight of acoustical pulses is the measured quantity related to flow rate, we are proposing a system based on measurement of phase difference between emitted and received sinusoidal signals.Hence, the acoustic receiver has been conceived to operate in a narrow frequency band. In particular, the developed prototype has been designed to operate in a frequency band centered at 3.2 kHz. This choice has been dictated by the response of the optoeletronic circuit employed in tests performed with the receiver operating in air and water. Nevertheless, since the principle of operation has been measurement of acoustical signails in higher frequency bands.

[pt] Este trabalho apresenta a modelagem teórica e correspondente solução numérica, associada ao problema de tensões e deformações em cascas compostas de geometrias arbitrárias, submetidas a carregamento térmico e/ou de pressão. A casca composta é constituída de uma camada viscoelástica reforçada por outras duas elásticas. Apresentam-se as hipóteses adotadas na caracterização térmica e mecânica do material, bem como procedimentos e resultados obtidos na aplicação destas suposições. Problemas envolvendo geometrias cilíndricas e cônicas são resolvidas com o objetivo de exemplificar a teoria desenvolvida. / [en] The present work sets forth the expressions for the stresses and strains in a sandwich shell of arbitrary shape under thermal and pressure loads. The composite shell is made of two elastic face lawers with a viscoelastic core. The elastic facings are isotropic of the same material and obey the kirchhoff hypotesis. The viscoelastic core is assumed to be thermorheologically simple as a way to facilitate the mathematical representation of the creep modulus on temperature. In order to simplify the derivations of the needed equations it is assumed that the stresses in the core acting in the tangencial directions are much smaller than those developed in the facing, so that theycan be neglected. The general equations for the stresses and strains are written using curvilinear shell coordinates and some results are then shown for cylindrical and conical shell geometries.