[pt] Este trabalho objetiva o projeto, a construção e teste de um dispositivo para a recuperação da geometria de tubulações danificadas externamente por amassamento. O dano a ser reparado é caracterizado por mossas sem cava, implicando em uma alteração suave da superfície sem a ocorrência de defeitos ou de redução na espessura da parede do duto. Considera-se ainda que esta perturbação geométrica provocada pelo amassamento não afete a integridade de eventual cordão de solda presente na tubulação. Para a definição dos parâmetros geométricos dos corpos de prova, da carga de operação requerida nos ensaios e do material de construção do dispositivo (ferramenta) foram utilizados resultados de modelos analíticos aproximados e de soluções por elementos finitos. Neste caso, a representação da tubulação utilizada nos testes numéricos da operação do dispositivo considerou modelos com elementos de cascas finas incluindo efeitos não-lineares associados ao comportamento do material, a grandes deslocamentos e ao contato entre superfícies. Estas simulações numéricas permitiram avaliar-se as condições de solicitação e do funcionamento do dispositivo, necessárias para a execução dos procedimentos experimentais e para a identificação da integridade estrutural da tubulação ao final dos ensaios. Testes experimentais de operação do dispositivo foram realizados em dois especimens tubulares de aço: API5LGrB, com valor nominal de diâmetro 355.6mm (14aspas) e espessura 6.35mm (0.25aspas), ambos com 5m de comprimento. Nestes especimens, também instrumentados com extensômetros elétricos, foram inicialmente impostos amassamentos por punções com geometrias padronizadas do tipo esférico e cilíndrico (especimens de aço API5LGrB) e que resultaram na redução em 15% no diâmetro da tubulação. Em seguida, utilizando-se o dispositivo projetado para o desamassamento dos dutos, promoveu-se a recuperação da geometria de forma a deixar aparente uma indentação não superior a 5% do seu diâmetro nominal. Ensaios de inspeção não-destrutivos, realizados apos os procedimentos experimentais nos dutos, permitiram verificar-se a integridade das tubulações, revelando em ambos os casos a inexistência de descontinuidades na superfície do material . Utilizando- se ensaios numéricos e experimentais, uma metodologia foi desenvolvida para o dimensionamento , construção e a avaliação do protótipo de um dispositivo com as características de portabilidade e de operação adequadas à utilização com robôs autômatos de posicionamento remoto no interior de tubulações (G.I.R.I.N.O./CENPES, p. ex.). / [en] This work deals with design, construction and testing of a tool device for the repair of externally damaged pipes. It is aimed for repairing the so called smooth plain dent type of damage, with no reduction in the pipe wall thickness or any damage in the pipe welding. Geometric parameter definitions and required loading for the testing specimens and, the requirements for material properties to the device design and operation were obtained using simplified analytic solutions and finite element modeling analyses. Tested pipes were first numerically evaluated using finite element analyses, comprising thin-wall shell element models with non-linear material behavior, large displacements and surface contact effects. These numerical simulations allowed for the device functioning and loading evaluations, set requirements for the experimental procedure used and furnished a measure for the pipe structural integrity at the experiment`s onset. Experiments were performed on two 355.6mm diameter, 5m long , API class steel pipes: 5LGrB, with 6.35 thickness. Dents were applied to these specimens, monitored by electric strain-gages, by indenter tools with standard cylinder and sphere surface shapes causing a 15% reduction in the pipe diameter. Recovering of each pipe cross-section roundness was then imposed by a designed tool device, restoring its diameter measure to more than 95% of its original (nominal) value. Following this procedure, non-destructive tests were done with the pipes, with no damages in their material integrity found. Considering the obtained numeric and experimental results, a methodology has been proposed for design, construction and evaluation of a prototype device for piping damage recovery with the characteristics of good portability and operation, allowing for its use with remote operated robots (G.I.R.I.N.O./CENPES, for example).

[pt] O tema abordado neste trabalho é a observação e análise, em regime permanente e dinâmico, da ocorrência de um fenômeno que já foi observado em condições reais de operação do sistema elétrico brasileiro, que é a relação oposta à usual entre a grandeza controlada e a grandeza controladora. Nestes caso, mesmo que haja margem de recursos para manter a tensão controlada, ela não é útil. Por exemplo, uma diminuição na relação de transformação num transformador de tapes variáveis, com intuito de aumentar a tensão controlada acaba por reduzí-la, até que os limites de troca de tapes sejam atingidos ou o sistema entre em colapso. Para demonstrar a existência do problema, foram executadas simulações, em regime permanente e dinâmico, e verificado o efeito do controle de tensão por um transformador com tapes variáveis e por compensadores estáticos de potência reativa, situações corriqueiras de um sistema de potência. Foram demonstradas situações em que foi possível verificar a mudança da região de operação. Para a análise em regime permanente foi utilizado um algoritmo de fluxo de carga, e para a análise dinâmica, uma simulação no domínio do tempo. Nas simulações envolvendo transformadores de tapes variáveis, foi possível verificar a existência o efeito reverso da ação de controle de tensão nas análises estática e dinâmica. Nas simulações utilizando o compensador estático de potência reativa houve divergência entre os resultados das duas análises. / [en] This work presents the observation and analysis, in steady state and dynamic performance, of the phenomenon already observed in real operation conditions of the Brazilian Electric System, which is the opposite relationship between the controlled value and the target value. In this case, even if the resources have margin to keep the voltage controlled, this is not useful. For example, the reduction in the turn ratio on load tap changer transformer, with the aim of increase in the controlled voltage, result in its reduction, until the tap changer limit is reached or the system is led to the collapse. To demonstrate the existence of this problem, steady state and dynamic performance simulations were done, and the voltage control effect by on load tap changer transformer and static var compensator , current situations in a power system. Several situations where is possible verify the operation region changing was demonstrated. For steady state analysis was used a load flow algorithm and, for the dynamic analysis, a time domain simulation. In the simulations with on load tap changer transformer, it was possible to verify the existence of the reverse effect of the voltage control action in the static and dynamic analysis. In the simulations using static var compensator, a divergence was found between the results in the two analyses.

[pt] O aumento da participação de fontes de energias renováveis variáveis (ERVs) na matriz elétrica do Brasil traz diversos desafios ao planejamento e à operação do Sistema Elétrico Brasileiro (SEB), devido à estocasticidade das ERVs. Tais desafios envolvem a modelagem e simulação dos processos intermitentes de geração e, dessa forma, um volume considerável de pesquisas tem sido direcionado ao tema. Nesse contexto, um tópico de crescente importância na literatura relaciona-se ao desenvolvimento de metodologias para simulação estocástica conjunta de recursos intermitentes com características complementares, como, por exemplo, as fontes eólica e solar. Visando contribuir com essa temática, este trabalho propõe melhorias a um modelo de simulação já estabelecido na literatura, avaliando sua aplicabilidade a partir de dados do Nordeste brasileiro. A metodologia proposta baseia-se em discretização das séries temporais de energia aplicando a técnica de machine learning k-means, construção de matrizes de transição de estados com base nos clusters identificados e simulação de Monte Carlo para obtenção dos cenários. As séries sintéticas obtidas são comparadas aos resultados gerados pelo modelo já estabelecido na literatura a partir de técnicas estatísticas. Quanto ao alcance dos objetivos da pesquisa, a modelagem proposta se mostrou mais eficiente, gerando cenários que reproduziram satisfatoriamente todas as características dos dados históricos avaliadas. / [en] The increased participation of variable renewable energy sources (VRES) in Brazil s electricity matrix brings several challenges to the planning and operation of the Brazilian Power System (BPS), due to the VRES stochasticity. Such challenges involve the modeling and simulation of intermittent generation processes and, in this context, a considerable amount of research has been directed to the theme. In this context, a topic of increasing importance in the literature is related to the development of methodologies for joint stochastic simulation of intermittent resources with complementary characteristics, such as wind and solar sources. Aiming to contribute to this theme, this work proposes improvements in a simulation model already established in the literature, evaluating its applicability based on Brazilian Northeast data. The proposed methodology is based on the discretization of energy time series applying the kmeans machine learning technique, construction of state transition matrices based on the identified clusters, and Monte Carlo simulation to obtain the scenarios. The synthetic series obtained are compared to the results generated by the model already established in the literature from statistical techniques. Regarding the scope of the research objectives, the proposed modeling demonstrated more promising results, generating scenarios that satisfactorily reproduced all the evaluated characteristics of the historical data.

[pt] O presente documento tem por objetivo realizar a análise de viabilidade econômica para a implantação e operação da Fase 1 de um modelo de negócios voltado para a produção, no mercado brasileiro, de tintas especiais para aplicações industriais. Tal análise foi desenvolvida utilizando-se a Teoria das Opções Reais em um processo de simulação de Monte Carlo onde os custos (fatores de incerteza) serão considerados estocásticos seguindo um movimento de reversão à média. Desta forma serão quantificados os efeitos das flexibilidades gerenciais e como estes afetam o valor do projeto através de uma forma eficiente de simular fluxos de caixa. O mercado dessas tintas especiais e patenteadas, tem hoje participação expressiva na Europa e, pelas características dos seus produtos, observa-se um alto potencial de entrada no Brasil. São tintas anticorrosivas isentas de pigmentos metálicos e solventes, indicadas para todos os segmentos industriais, com alta resistência química e mecânica e diversos tipos de acabamento. Uma das grandes vantagens das tintas que utilizam essa tecnologia é que o processo de cura não requer nenhum tipo de exposição ao sol, evaporação ou radiação ultravioleta, resultando em produtos com a fase de secagem mais rápida e vida útil muito maior. O modelo de negócio da fase 1 consiste na terceirização da produção onde, através da supervisão direta, será verificada a correta alocação dos insumos de modo garantir a qualidade das tintas. A forma como está representada traz vantagens como a redução de investimentos iniciais para implementação e a revelação de valiosas informações de mercado. / [en] The present document has as objective to analyze the investment of the fase one start up of a business based on special licenced industrial paint on the brazilian market. Such analysis was accomplished with the Real Options Theory based on a Monte Carlo Simulation process where the costs (uncertainty factors) are stochastic and will follow the Mean Reversion Model. Therefore, it will be able to quantify the management flexibility and how they affect the project value. Nowadays, this industrial paint market has expressive profit share in Europe and a great potential in Brazil. Those paints are anticorrosive and do not have metallic pigments or solvents. They are indicated for all industrial sectors with high chemistry and mechanic resistence application. One of the great advantages on this kind of paint is the lack of extensive time to become dry. The fase one business model is bases on an outside production and the correct formula will be obtained throught direct supervision of qualified internal employees. The bus iness model has advantages such as the reduction of the inicial investments and the development of market knowledge.

[pt] A crescente preocupação ambiental e dependência energética de combustíveis fósseis têm aumentado a importância do desenvolvimento de combustí­veis renováveis e menos poluentes. Dentro deste cenário, o Biodiesel é uma alternativa que apresenta diversas vantagens em relação ao diesel fóssil, ou Petrodiesel, além de possuir propriedades fí­sicas semelhantes. Neste trabalho mensurou-se o valor que advêm da flexibilidade existente para o produtor de Biodiesel da escolha do insumo utilizado na sua produção através da Teoria de Opções Reais. Os resultados encontrados indicam que essa opção de escolha de insumos tem valor quando se assume que os preços futuros destes insumos seguem processos estocásticos como o Movimento de Reversão à  Média e o Movimento Geométrico Browniano, o que pode ser suficiente para viabilizar o uso de insumos que não seriam recomendados pela análise tradicional. Como esses processos estocásticos geram diferentes resultados, a seleção do modelo e dos parâmetros utilizados são fatores importantes na valoração desta classe de projetos. / [en] There has been a growing concern in recent years about the quality of our environment and dependence on fossil fuels to supply the energy needs of the world, which has created an interest in the development of renewable and less polluting energy sources. One of such alternatives is the Biodiesel, which has many advantages relative to the fossil based Diesel, or Petrodiesel, aside from being physically equivalent. We use the real options approach to determine the value of the managerial flexibility that a Biodiesel plant has to switch inputs among different grain commodities. Our results indicate that the option to choose inputs has value if we assume that the future prices follow stochastic processes such as Geometric Brownian Motion and Mean Reversion Models, and can be sufficient to recommend the use of input commodities that would not be recommended the traditional valuation methods. Given that each of these models provides different option values, the choice of model and parameters has a significant impact on the valuation of this class of projects.

[pt] Neste trabalho, é apresentado uma abordagem para animação de águas rasas em aplicações interativas baseada em um modelo físico. Para a simulação, foi empregado o método Langrangreano conhecido como Smoothed Particle hydrodynamics (SPH). Com base no trabalho de Muller et al. (Muller et al., 2003), que utilizou SPH em computação Gráfica, e no trabalho de Rodriguez-Paz e Bonet (Rodriguez-Paz; Bonet, 2005) que propõe uma variação deste método para a simulação de águas rasas em aplicações de engenharia, propomos uma abordagem simples e eficiente para a simulação de águas rasas em jogos a influência de terrenos acidentados. / [en] In this work is present an approach to shallow-water animation on interactive applications based on a physic model. For the simulation, was employed a Lagrangian methos known as Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH). Based on the work of muller et al. (Muller et al., 2003), which applied SPH in computer Graphics, and on the work of Rodriguez-Paz (Rodriguez-Paz; Bonet, 2005), wich proposes a variation of this method to shallow-water simulation on engineering applications, we have proposed a simple and efficient approach for shallow-water simulation on games under the influence of irregular terrains.

[pt] Esta dissertação apresenta um framework para simulação de um ambiente de microbacias como serious game, onde o compromisso de representação mais realista de personagens, processos e ambientes está alinhado com as características usuais de jogos de entretenimento. O jogo tem por objetivo auxiliar na educação e na discussão de tópicos sobre sustentabilidade econômica e preservação do meio ambiente. Além da simulação física do terreno, este trabalho agrega uma nova funcionalidade ao simulador capaz de simular a interação dos habitantes de uma microbacia com o terreno e a interação entre eles na forma de um jogo. O framework permite a implementação de lógicas nos agentes, que simulam os habitantes, e as conjurações para atualização de preços e de valores de produção. / [en] This dissertation presents a framework for the simulation of a watershed environment as a serious game, where the commitment of a more realistic representation of characters, processes and environment is aligned with the usual features of entertaining games. The game aims to assist education and discussing topics on economic sustainability and environmental preservation. In addition to the physical simulation of the terrain, this work adds a new functionality to the simulator which makes it capable of simulating the interaction of the inhabitants of a small watershed with the terrain and the interaction between them as a game. The framework allows us to implement logic in the agents that simulate inhabitants, and the settings for updating prices and values of production.

[pt] A injeção de emulsão óleo-água vem sendo estudada como método de recuperação avançada, levando a um incremento no volume de óleo recuperando através de um controle de mobilidade do fluido injetado e aumento da eficiência de deslocamento de deslocamento do óleo. A aplicação deste ,étodo requer o entendimento do escoamento tanto na escala de poros como na escala de reservatórios. Neste trabalho, o efeito de emulsão no escoamento bifásico é modelado através de curvas de permeabilidades relativas que variam com a concentração de gotas da fase dispersa da emulsão. Estas curvas descrevem dois fenômenos físicos observados nestes escoamentos, o controle de mobilidade, representado pela diminuição da permeabilidade relativa da fase aquosa devido à presença de gostas, e a melhora na eficiência de deslocamento, representada pela diminuição da saturação residual da fase oleosa. O modelo proposto foi implementado em um simulador comercial (STARS-CMG) em uma geometria bi-dimensional com dois poços verticais ( injetor e produtor). A produção de óleo durante o processo de injeção alterada de água/ emulsão/ água é estudado em diversas condições do escoamento com o objetivo de analisar separadamente o mecanismo de controle de mobilidade e da melhoria do deslocamento no processo, determinando as condições ótimas de operações. Os resultados obtidos mostram que a injeção de emulsão óleo-água pode representar uma importante alternativa na produção de óleo como processo de recuperação avançada. / [en] Emulsion injection has been studied as an enhanced oil recovery method, leading to an increase on the recovered oil volume by mobility control of injected fluid and increase of oil displacement efficiency. The use of this method requires understanding the flow both in pore and reservoir scales. The effect of emulsion on the two phase flow is modeled by using relative permeability curves that vary with the concentration of the dispersed phase of the emulsion. Those curves describe two physical phenomena observed on these flows: control of mobility, represented by a lower relative permeability of the aqueous phase due to the presence of droplets and improved displacement efficiency, represented by the decrease in the residual oil saturation. The proposed model was implemented in a commercial simulator (STARS-CMG) in a two-dimensional geometry with two vertical wells (injector and producer). The oil production during alternate injection of water/emulsion/water process is studied with several flows condition with the purpose to analyze separately the effect of mobility control and improvement of the oil displacement in the process and finding the optimum operating conditions. The results obtained show that the oil-water emulsion injection can represent an important alternative in oil production as an enhanced oil recovery method.

[pt] Em projetos de barragens de rejeitos de mineração, normalmente existe uma grande preocupação relacionada aos aspectos construtivos e de segurança, em função do processo de lançamento de material sobre depósitos fofos de rejeitos saturados. Os maiores desafios consistem na avaliação da resistência e da deformabilidade do material de fundação, na possibilidade de ocorrência de liquefação, e no desenvolvimento e velocidade de dissipação das poropressões. Neste contexto, a Rio Paracatu Mineração (RPM) construiu um aterro experimental instrumentado em grande escala,com material de empréstimo siltoarenoso sobre o depósito de rejeito na Mina do Ouro. Este aterro experimental foi projetado e construído com 10,0 m de altura, talude frontal de 1,5H:1,0V e um talude suave com uma berma de estabilização de 4,0 m de altura no talude oposto. A fundação do aterro foi instrumentada com piezômetros elétricos de corda vibrante, inclinômetros e placas de recalque. Além da instrumentação de campo, há uma base de dados de ensaios de laboratório realizados nas universidades de Viçosa (UFV), São Carlos (USP/SC) e PUC-Rio. Todos estes dados permitem a caracterização do material do rejeito, além da determinação de parâmetros de resistência, deformabilidade, permeabilidade e adensamento. O objetivo desta Tese é contribuir para uma melhor compreensão do comportamento de barragens de rejeitos de mineração com base nas evidências laboratoriais e na retroanálise do comportamento do aterro experimental de larga escala. Para tanto, foi realizada a simulação numérica do processo construtivo do aterro experimental, buscando-se o modelo constitutivo e os parâmetros mais adequados para a representação do comportamento de solos granulares saturados. As análises numéricas foram executadas com o programa computacional Plaxis V11, de elementos finitos. Uma vez reproduzido o comportamento do aterro experimental, procedeu-se à previsão dos recalques e deslocamentos horizontais da barragem de ouro da Rio Paracatu Mineração. Os resultados mostraram que o modelo Hardening Soil permitiu a reprodução do comportamento do aterro experimental durante as etapas construtivas. A boa seleção de parâmetros, com base em um extenso programa experimental, permitiu a previsão do comportamento da barragem principal. / [en] In projects of mining tailings dams, there is usually a big concern and constructive aspects related to security, according to the release process of material on saturated tailings deposits cute. The biggest challenges consist in evaluating the strength and deformability of the foundation material, the possibility of liquefaction and speed the development and dissipation of poropressures. In this context, the Rio Paracatu Mineração (RPM) built an instrumented experimental landfill on a large scale, with sandy silty material loan on the deposit of waste in the Gold Mine. This experimental landfill was designed and constructed with 10.0 m height, front slope of 1.5 H: 1.0 V and a gentle slope with a stabilizing berm of 4.0 m high on the slope opposite. The foundation of the embankment was instrumented with vibrating string electric piezometers, inclinometers and settlement plates. Besides the instrumentation field, there is a database of laboratory tests conducted at the Universities of Viçosa (UFV), San Carlos (USP / SC) and PUC-Rio. All these data allow the characterization of tailings material, besides the determination of parameters of resistance, deformability, permeability and density. The goal of this dissertation is to contribute to a better understanding of the behavior of mining tailings dams based on laboratory evidence and backcalculation behavior of large-scale experimental landfill. Therefore, we performed a numerical simulation of the construction process of the experimental landfill, seeking the constitutive model and parameters best suited to represent the behavior of granular soils saturated. The numerical analyzes were performed with the computer program Plaxis V11, finite elements. Once reproduced the experimental behavior of the landfill, proceeded to the prediction of settlements and horizontal displacements of the dam the Rio Paracatu gold mining. The results showed that the model Hardening Soil allowed playback behavior of the experimental landfill during the construction stages. A good selection of parameters based on an extensive experimental program allowed the prediction of the behavior of the main dam.

[pt] Um método para a simulação dinâmica bi-dimensional de bóias cilíndricas de superfície, sujeitas à ação de ondas e ancorada ao fundo marinho através de uma linha flexível é apresentado neste trabalho. O modelo de elementos finitos adotado por Lustosa (2002) é empregado na descrição do movimento do cabo de ancoragem, onde elementos de vigas de Euler-Bernoulli de dois nós são empregados, com a cinemática do movimento descrita através de grandezas referidas ao sistema local co-rotacionado. No modelo numérico, são consideradas as não-linearidades geométricas resultantes dos grandes deslocamentos da linha e que causam o acoplamento das rigidezes axial e flexional. Na caracterização do movimento da linha consideram-se os seguintes efeitos: peso próprio, empuxo, carregamento hidrodinâmico da correnteza marinha, deslocamentos impostos pela unidade flutuante, forças de inércia e, se presente, a ação de flutuadores. Os deslocamentos do cabo são obtidos da solução do sistema algébrico de equações não-lineares, resultante da integração temporal de Newmark das equações diferenciais temporais do movimento, cuja convergência é garantida através do método iterativo de Newton-Raphson. Para a bóia, considerada para efeito de análise como indeformável, três graus-de-liberdade são considerados: dois de deslocamentos lineares e um de deslocamento angular. As ondas de superfície, monocromáticas e bi-dimensionais, são representadas no modelo através da teoria linear de Airy associada à modificação empírica de Wheeler (Wheeler, 1969). Forças resultantes da ação das ondas sobre a bóia de superfície são obtidas através da integração numérica da equação proposta por Chitrapu et al. (1998) que compõe-se de um termo viscoso - resultante da parcela de arrasto da equação de Morison - e de um termo não-viscoso - considerado como resultante da soma da força de Froude-Krylov (Chakrabarti, 1987) à parcela de inércia da equação de Morison -. A integração numérica desta equação sobre a superfície “molhada” instantânea do cilindro é realizada, a cada incremento de tempo da análise, empregando-se o método da quadratura adaptativa de Simpson. Finalmente, na integração temporal das equações de movimento da bóia de superfície utiliza-se o método de Runge-Kutta de quinta ordem, com o controle adaptável do passo temporal. O procedimento descrito foi implementado em um programa de computador e os resultados obtidos de algumas análises numéricas comparados com os fornecidos por outras simulações independentes, de forma a verificar a adequabilidade da formulação proposta no estudo da dinâmica de bóias flutuantes. / [en] In this work a method for two-dimensional dynamic analysis of a cylindrical buoy under surfaced waves and moored to the seafloor by a flexible riser is presented. The finite element model used to describe the dynamics of the maritime line was developed by Lustosa (2002). This is a two node beam element based on the Euler-Bernoulli theory, with the element kinematics referred to a co-rotacional coordinate system attached to the element. The model considers the representation of geometric non-linearities due to the line motion large displacements resulting in axial-bending couplings in the element total stiffness representation. The element displacements in the line are due to the following external loadings: self weight, buoyancy force, hydrodynamic forces due to maritime currents, surface buoy imposed displacements, the forces of inertia, and, if present, the action of floaters. The buoy two displacements and one rotation degrees-of-freedom are measured at its center of gravity and are obtained from the solution of the non-linear algebraic system resulting from the Newmark temporal integration of the differential equations of motion, which solution convergence is granted by a Newton- Rapshon iterative method. The linear wave theory - Airy Theory -, associated to the Wheeler empirical modification, is used in this work to represent the monochromatic bi-dimensional surface waves. To obtain the wave forces acting on the surface buoy while in motion, the numerical integration of the equation presented by Chitrapu et al. (1998) is employed. This is the result of a two part equation: the first is evaluated as the Morison viscous drag force and, in a second part, is the sum of the - Froude-Krylov - and the Morison inertia forces. The numerical integration of the resulting equation is evaluated over the instantaneous wet surface of the buoy, in each time-step, using the adaptive recursive Simpson´s method. Finally the temporal integration of the buoy equations of motion are evaluated using a fifth-order Runge-Kutta method, with an adaptive control of the temporal time step. This procedure has been implemented in a computer program and the results obtained from some numerical analysis are compared to the ones obtained from independent simulations, so as to verify the ability of this proposed method to describe the dynamic of floating buoys.