Ingeniero Civil / El estudio de flujos granulares resulta importante en distintas aplicaciones industriales, como también para lograr una mejor comprensión de fenómenos naturales. Los flujos granulares que ocurren en la naturaleza muchas veces presentan un gran poder destructivo. Por ello, la predicción de la ocurrencia y comportamiento de éstos a escalas geofísicas resulta de gran interés para el ordenamiento territorial y evaluación del riesgo en asentamientos humanos y numerosas faenas industriales. Se realiza un estudio experimental para analizar la importancia de la reología del fluido en el colapso de una columna de material granular no-cohesivo, en un fluido ambiente que es newtoniano o pseudoplástico, generando desplazamientos de material granular en condiciones controladas. Para esto, se trabaja en una instalación de acrílico rectangular de 0.1 m x 1.4 m x 0.3 m (ancho x largo x alto), la cual se rellena con fluidos ambientes a distintas reometrías y con distintos tipos de materiales granulares. Los experimentos consisten en la generación de un flujo de material granular, el cual se encuentra inicialmente sostenido por una compuerta. Al levantar esta compuerta se genera un flujo de material granular y fluido, el cual permite analizar cómo este flujo es influenciado a medida que se cambia la reometría del fluido ambiente en base a cómo se comporta el material granular en términos de desplazamiento y velocidad en el tiempo. El desarrollo del colapso de material granular típicamente presenta un patrón común independiente del material utilizado. Inicialmente presenta un rápido aumento en su velocidad hasta llegar a un punto de velocidad constante, para finalmente desacelerar hasta llegar al reposo. En este trabajo se pude ver que al trabajar en fluidos pseudoplásticos se genera un flujo secundario debido al esfuerzo de corte entre la compuerta y el fluido ambiente, que genera formas finales distintas a las típicamente conocidas para materiales granulares trabajados en aire. Para los resultados de distancia versus tiempo de materiales granulares en los fluidos ambientes newtonianos, se obtienen las curvas con forma de S que han sido registradas ampliamente en la bibliografía. En base a todos los análisis realizados para los distintos fluidos ambientes, y en particular al mirar los resultados obtenidos para la relación entre la distancia final del frente y la razón de aspecto, se puede concluir que los factores más relevantes dentro de los parámetros estudiados en este trabajo corresponden a la viscosidad del fluido ambiente y la uniformidad del material granular a colapsar. / Financiado por Proyecto Fondecyt 1130910

El objetivo general del presente trabajo es encontrar una relación experimental que defina la condición límite en que las partículas pertenecientes a un lecho, por sobre el cual se tiene un flujo de un fluido no newtoniano, comiencen a moverse por efecto de este flujo. La condición límite se definirá en términos de un esfuerzo de corte crítico necesario para iniciar el movimiento. Si bien hay un gran número de estudios que analizan esta condición límite para fluidos newtonianos, el estudio del transporte incipiente debido a la acción de flujos de fluidos no newtonianos es limitado, y relaciones de cálculo parecen ser más bien la excepción, pudiendo mencionarse los trabajos de Daido (1971) y Wan (1982). En la naturaleza y en muchos procesos industriales el problema estudiado en esta memoria surge al tener mezclas de agua con partículas sólidas en un amplio rango de tamaños, de forma que el agua con las partículas más finas forman un medio que se comporta como un fluido no newtoniano, capaces de transportar a las partículas más grandes. Para realizar este trabajo se requiere confeccionar fluidos de comportamiento no newtoniano que permitan la visualización a través de él. Para esto se utilizaron soluciones de carboximetilcelulosa en agua y de carbopol en agua, las cuales le otorgan un comportamiento pseudoplástico y plástico al fluido, respectivamente. En cuanto a las partículas que conforman el lecho, se requieren lechos de granulometría uniforme, para lo cual se utilizaron arenas de tres distintos diámetros representativos. Para determinar la condición de arrastre incipiente se realizaron mediciones en régimen permanente para distintas condiciones definidas por un fluido de una misma reología y un tipo de sedimentos no cohesivos. Estas mediciones consisten en realizar experimentos con al menos cuatro condiciones diferentes de flujo para cada una de las cuales se realizan mediciones cuando no hay arrastre de partículas, cuando el arrastre es incipiente y cuando es generalizado. La idea es cubrir un gran rango del número de Reynolds de la partícula, el cual es definido en función de los parámetros de la ley de potencia para fluidos pseudoplásticos y de los parámetros del modelo de Herschel-Bulkley para fluidos con esfuerzo de fluencia. Los experimentos realizados cubren los regímenes de flujo subcrítico y supercrítico, además de escurrimientos tanto uniformes como gradualmente variados. Debido a la variación de la altura de escurrimiento en la dirección del flujo, se dedujeron expresiones para corregir el esfuerzo de corte sobre el fondo. Como resultado se obtuvo que definiendo un número de Reynolds generalizado de la partícula, Re_P , que incorpore los distintos parámetros que determinan una reología en particular y restando al esfuerzo de corte crítico el esfuerzo de fluencia, es posible generalizar el diagrama de Shields et al. (1936), encontrándose que para Re_P ≥ 1 es válida la relación original, ajustada por Rouse (1939) a los datos de Shields. En tanto, para Re_P ≤ 1, la curva propuesta por Mantz se ajusta de mejor manera a los datos experimentales que la proyección del ajuste de Rouse.

Ingeniero Civil / El objetivo de esta investigación es presentar resultados experimentales que permitan definir la condición límite para el arrastre de material granular no cohesivo debido a los efectos de un flujo oscilatorio con superficie libre de un fluido tipo Ostwald-de Waele. Los experimentos se llevaron a cabo en un canal de oleaje, que recrea una corriente de olas uniformes de hasta 2 s de período. Como material granular se utilizaron cuatro granulometrías uniformes de arena de cuarzo y los fluidos usados corresponden a agua y soluciones acuosas de carboximetilcelulosa (CMC). Las soluciones de CMC presentan un comportamiento pseudoplástico para la reología, que se modela por medio de una ley de potencia. Para determinar las características del flujo en las cercanías del lecho, se implementó el método de velocimetría por procesamiento de imágenes PIV y para describir las características de las olas se realizó un procesamiento de imágenes obtenidas a partir de la grabación de videos. Los principales resultados presentados en la memoria son: (1) la determinación de una curva que define el arrastre incipiente en flujos oscilatorios en función del número de Reynolds de la partícula Rep, el número de Keulegan-Carpenter KC y el número de Froude densimétrico Frd2. Estas se formulan considerando que Rep >>1 y Rep<<1, supuestos que permiten abordar analíticamente el problema. (2) La comparación entre los valores medidos de la velocidad en el fondo mediante PIV y los predichos por la teoría lineal del oleaje para soluciones con CMC. La teoría lineal del oleaje, que permite determinar el campo de velocidades del flujo, trabaja bajo el supuesto de flujo irrotacional y fluidos de baja viscosidad, que es contrario a lo que ocurre con los fluidos pseudoplásticos. Luego, mediante la implementación de PIV es posible ver el grado de ajuste de la teoría con respecto a los valores observados in situ. (3) La comparación de los resultados experimentales frente a los criterios de Komar & Miller (1973) y \cite{goddet1960} para el arrastre incipiente en flujos oscilatorios. Cuando los resultados se comparan con la relación de Komar & Miller (1973), se observó que la curva propuesta por ambos autores sobrestima la condición límite y no predicen adecuadamente la tendencia de los resultados hallados. Cuando los resultados se evalúan por medio del criterio de Goddet (1960), se observó que los resultados se comportan de acuerdo a lo predicho por este autor, sin embargo, estos se segregan según la reología del fluido. (4) La presentación de dos relaciones experimentales para definir la condición de arrastre incipiente. La primera se obtiene a partir de un ajuste de los datos obtenidos y se presenta en función de los adimensionales Frd2 y KC. La segunda se formula a partir de los adimensionales Psi y Xn, donde Psi es el parámetro definido por Goddet (1960), que representa la proporción entre las fuerzas culómbicas y la fuerza de arrastre del flujo y Xn es un adimensional que incorpora la reología del fluido. / Este trabajo ha sido financiado por FONDECYT a través del proyecto de investigación N° 1161751

Ingeniero Civil / El presente trabajo está dedicado al estudio de formas de fondo generadas en un lecho de partículas sólidas bajo la acción de un fluido no newtoniano en superficie libre. Con los resultados experimentales se obtienen relaciones adimensionales que describen bajo que condiciones de escurrimiento y propiedades de los granos se generan formas de fondo y otras que caracterizan la evolución de las mismas. Las formas de fondo son ondas sedimentarias resultantes del movimiento de partículas, debido a la acción de un fluido que fluye sobre ellas. Han sido estudiadas por décadas en flujos de agua, el cual corresponde a un fluido newtoniano. Se pueden encontrar tanto en la naturaleza, en los llamados flujos aluviales, como en la industria, en el transporte hidráulico de sólidos. Prácticamente el total de los estudios ha sido realizado utilizando agua pura como fluido, pero se debe tener en cuenta que, dependiendo principalmente de la concentración de sólidos, la mezcla de partículas finas y agua podría comportarse como un fluido no-newtoniano. Las publicaciones en relación con las formas de fondo en fluidos no-newtonianos son bastante escasas. Esta investigación tiene como objetivo general contribuir a llenar el vacío en este campo, al estudiar experimentalmente la aparición y evolución de formas de fondo en flujos con superficie libre, cuando el fluido es no-newtoniano. Para esto se cuenta con una instalación experimental que permite visualizar el movimiento de las partículas sobre el lecho. Para el desarrollo de la investigación, en primer lugar se realiza una revisión de antecedentes. Esto está enfocado básicamente en conocer tanto la metodología utilizada en los experimentos como los resultados obtenidos en el estudio de formas de fondo en flujos de agua pura, además de verificar que estas ondas también se generan cuando actúa un fluido no-newtoniano. Luego se diseña y construye un canal de $4 m$ de largo y sección transversal rectangular de $0.15$ m y $0.2$ m de alto y ancho,respectivamente. El sedimento se compone de micro esferas de vidrio y el fluido utilizado es una mezcla de agua con carboximetilcelulosa (CMC), la que genera un fluido equivalente no-newtoniano. Las observaciones en las experiencias y el posterior análisis de datos permite generar variables adimensionales, tales como: el número de Froude ($Fr$), un número de Reynolds definido como $Re_{Kx}=\frac{\rho u^{2-n}x^n}{K}$ con x la variable $h$,$d$ o $\Delta$ para números de Reynolds asociados al fluido, sedimento o forma de fondo, respectivamente. Además de $\frac{\lambda}{h}$ y $\frac{\Delta}{h}$ que son adimensionales de la longitud y amplitud de onda respectivamente y $c_b=\frac{cgrd}{u_*^3}$ adimensional de la celeridad. Estas variables relacionan propiedades del fluido y del sedimento con características del flujo. Con estas se puede predecir bajo que condiciones hay presencia de formas de fondo. Por otra parte, se obtienen relaciones que ligan las características de las formas de fondo con la reología del fluido. En líneas generales, estos resultados pueden ser aplicados al transporte de relaves mineros en canales abiertos, lo cual se realiza constantemente en el área de la minería.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:17Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-07-12Bitstream added on 2014-06-13T20:43:09Z : No. of bitstreams: 1 castellane_tcl_dr_jabo.pdf: 1115288 bytes, checksum: c46d10396d02bdc45c92887415f5fd8f (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Rhizobium tropici e outras bactérias pertencentes à ordem Rhizobiales são produtores de polissacarídeos extracelulares (EPS), que possuem a função de molécula receptora do micro simbionte, fazendo uma interação célula/célula e desencadeando o processo de nodulação. A diversidade de estruturas e composição química apresentadas pelas moléculas de EPS é refletida pela diversidade de enzimas responsáveis pela sua síntese. Neste trabalho, buscou-se a inativação através da mutagênese insercional por transposição in vitro dos genes exoZ da estirpe selvagem Rhizobium tropici SEMIA 4080 envolvidas na síntese das subunidades repetitivas do EPS e no tanden phbAB, responsáveis pela síntese do PHB, com o intuito de obter microrganismos com aspecto altamente mucoso, produtor superior de EPS em relação a estirpe selvagem. Os mutantes obtidos apresentaram colônias mucosas quando cultivados nos meios de culturas PSYA, demonstrando que estirpes de rizóbio mutantes nos genes exoZ e phbAB são capazes de formar biofilme “in vitro” e, ao avaliar a eficiência relativa na produção de EPS, o mutante 4080 Z03 apresentou o melhor resultado. Para as três amostras de EPS foi possível observar um comportamento de fluxo de líquidos pseudoplástico e, também, a influência da concentração de EPS sobre a viscosidade aparente das soluções aquosas. A estirpe selvagem e todos os mutantes induziram a formação de nódulos em feijoeiro (fenótipo Fix+), sugerindo que os genes exoZ e phbAB não estão envolvidos nos processos de infecção e formação nodular mas, sendo necessários para a fixação biológica de nitrogênio / Rhizobium tropici and other bacteria belonging to the order Rhizobiales are extracellular polysaccharides (EPS) producers, which possess the function of the receptor molecule to function as micro-symbiont, making an interaction cell / cell and triggering the nodulation process. The diversity of structures and chemical composition of EPS presented by molecules is reflected by the diversity of enzymes responsible for its synthesis. In this study, we sought to inactivation by insertional mutagenesis by “in vitro” transposition of genes from wild type exoZ Rhizobium tropici SEMIA 4080 involved in the synthesis of the EPS repeating subunits and phbAB tanden, responsible for synthesis of PHB, in order to obtain microrganisms with high mucosal aspect producer of EPS compared to wild type. The mutants showed mucous colonies when grown in culture media PsyA, demonstrating that mutant strains in genes exoZ and phbAB from rhizobia are able to form biofilm “in vitro”, and to evaluate the relative efficiency in the production of EPS, the mutant 4080 Z03 showed the best result. For the three samples of EPS was possible to observe a flow behavior of pseudoplastic fluids, and also the influence of EPS concentration on the apparent viscosity of aqueous solutions. The wild type and mutants induced the formation of nodules in common bean (Fix+ phenotype), suggesting that genes exoZ and phbAB are not involved in the processes of infection and nodule formation, but are necessary for nitrogen fixation