[pt] A exploração crescente de campos de petróleo desafiadores é acompanhada por uma também crescente preocupação pública e de companhias petrolíferas em relação a questões ambientais e de segurança. Estudos dos principais acidentes recentes relacionados a exploração de hidrocarbonetos indicam que análises geomecânicas aprofundadas podem ser a chave para prevenir tais ocorrências. Efeitos geomecânicos podem ser muito relevantes durante análises de reservatórios. Há diversas possibilidades para considerar esses efeitos, mas a análise acoplada iterativa tem mostrado ser uma das melhores soluções, pois apresenta resultados precisos em um período de tempo computacional viável. O grupo de pesquisa PUC-Rio/GTEP tem desenvolvido um programa de acoplamento que gerencia o simulador de fluxo (IMEX ou Eclipse) e o programa de elementos finitos (Abaqus ou uma solução em GPU mais rápida chamada Chronos), de uma forma interativa. O referido programa fornece uma solução abrangente para geomecânica de reservatórios. No entanto, a geração de malha, a preparação de dados e a avaliações de resultados são barreiras para a sua aplicação na rotina de trabalho da indústria. Esta dissertação apresenta a elaboração de um fluxo de trabalho desenvolvido em um modelador geológico para aplicar a simulação acoplada de fluxo-tensão para reservatórios reais de hidrocarbonetos. Este fluxo de trabalho permite de forma simples e direta a geração de malha de elementos finitos, a definição de parâmetros mecânicos, supervisão da execução da solução acoplada e, por fim, a avaliação dos resultados de fluxo e tensão em um mesmo ambiente de visualização. / [en] The growing exploration of challenging oil fields is followed by an increasing concern by members of the public and oil companies about environmental and safety issues. Studies of recent major accidents indicate that geomechanics analyses can be the key to prevent future incidents. Geomechanical effects can be very relevant during reservoirs analyses. Actually, there are many possibilities available to consider such effects, but iterative-coupled analysis has shown to be one of the best solutions because it presents accurate results in a feasible computational timeframe. The GTEP/PUC-Rio research group has developed a coupling program that manages both the flow simulator (IMEX or Eclipse) and the finite element solver (Abaqus or a faster in-house GPU solution called Chronos) in an interactive way. The mentioned program provides a wide-ranging solution for reservoir geomechanics. However, mesh generation, data preparation and results evaluations are bottlenecks for its application in the industry s work routine. This dissertation presents the development of a workflow included in a geological modeler to apply the coupled flow-stress for real hydrocarbon reservoir simulation. This workflow allows in a simple and direct manner the generation of a finite element mesh, the definition of mechanical parameters, the supervision of coupled solution execution and the evaluation of results (flow and stress) in a single viewing environment.

[pt] Um dos maiores problemas na indústria do petróleo durante a extração de hidrocarbonetos é a produção de sólidos, grãos de areia que usualmente são gerados a partir de formações pouco consolidadas, como nos arenitos, podendo causar erosão nas linhas de produção, equipamentos de elevação e de superfície, colapso de revestimentos e obstrução do poço. Esses eventos e outros relacionados representam para essa atividade, elevados custos ambientais e econômicos. Nesta dissertação foi simulado experimentalmente o funcionamento de sistemas de contenção de sólidos mais utilizados para poços horizontais sem revestimento, estes ensaios foram executados em blocos de arenitos sintéticos de grandes dimensões, através de uma célula cúbica que permitiu a aplicação de cargas de forma independente em três dimensões, sendo submetidos os corpos de prova a um estado plano de deformações, priorizando-se n os seguintes objetivos: primeiro analisar o comportamento mecânico de sistemas de contenção de areia em três casos, e segundo observar os efeitos físicos produzidos no gravel pack, quando submetido a um estado anisotrópico de tensões em uma formação com potencial de produção de sólidos. Os resultados foram satisfatórios mostrando em cada caso comportamentos similares, verificando-se que a tela centralizada com o gravel pack oferece melhores condições de suporte para a formação e para estabilidade do poço. / [en] A major problem in the oil industry during the extraction of hydrocarbons is the production of solid sand grains that are usually generated from some consolidated formations, as in sandstones, may cause erosion on production lines, lifting equipment and surface coatings collapse and obstruction of the well. These and other related events account for this activity, high environmental and economic costs. In this dissertation was simulated experimentally the operation of solid containment systems used to more horizontal wells without coating, these tests were run on synthetic sandstone blocks of large dimensions, through a cubic cell which allowed the application of loads independently in three dimensions, and subjected the specimens to a state plan deformations, focusing on the following objectives: first to analyze the mechanical behavior of systems containing sand in three cases, and second to observe the physical effects produced in the gravel pack, when subjected to an anisotropic state of stresses in a formation with a production potential of solids. The results were satisfactory in each case showing similar behavior, verifying that the central screen with gravel pack offers better support for the formation and stability of the well.

[pt] Este trabalho apresenta a modelagem e a simulação de um dinamômetro para motores elétricos empregados nos veículos terrestres em escala, e a especificação dos principais componentes, mecânicos e eletrônicos, necessários para a constrição de um dinamômetro do tipo Flywheel. Todos os componentes que compõe um dinamômetro foram modelados matematicamente e simulados individualmente, para posterior simulação do conjunto nas condições de operação dos motores elétricos aplicados em veículos rádio-controlados. Estas simulações, que visam validar os modelos, como o monitoramento das principais variáveis de cada componente do sistema, foram empregados motores cujos parâmetros e desempenho eram conhecidos. Foi desenvolvido ainda um programa em LabView para ler e tratar dos dados gerados na simulação, a fim de manipular e exibir o desempenho dos motores em testes. / [en] The present work shows the modeling and simulation of a dynamometer for electrical Motors applied in scale vehicles and the specifications of the mair, mechanical and eletronic components needed to build a Flywheel type dynamometer. Every component was mathematically modeled and individualy simulated for futher simulation of the whole system used in a radio-controled vehicle with electrical motors in normal operational conditions. This simulations were performed to validate the models with variables monitored and motors with known parameters and performance were used. In addition, a LabWiew program was developed to read, analyse and display the tested motors performance data.

[pt] A presente pesquisa trata da determinação experimental das eficiências e da simulação de desempenho de turbinas eólicas de eixo vertical do tipo Darrieus. Os testes foram efetuados usando-se modelos reduzidos num túnel. Um novo método para a obtenção da potência da turbina foi desenvolvido. O método clássico requereria grandes modelos e um grande túnel de vento para facilitar a medida do torque. Uma vez que as curvas características dos modelos reduzidos foram determinadas, numa forma adimensional, uma simulação de desempenho de turbinas em tamanho real foi desenvolvida. Tal simulação envolveu duas regiões brasileiras (Fortaleza e Fernando de Noronha) e o conhecimento da distribuição de ventos horária. / [en] The present research is concerned with the experimental determination of the efficiencies and performance simulation of Darrieus vertical-axis wind turbines. The tests were performed using reduced models in a wind tunnel. A new method for obtaining the turbine power was developed. The classical approach would require large models and a huge wind tunnel to facilitate the torque measurement. Once the characteristic curves of reduced models were determined, in a dimensionless form, a performance simulation of real size turbines was developed. Such a simulation involved two Brazilian regions (Fortaleza and Fernando de Noronha) and the knowledge of the hourly wind distribution.

[pt] O crescente uso da simulação computacional de eventos discretos nos sistemas produtivos levou as empresas especializadas a desenvolverem e ofertarem no mercado uma ampla variedade de softwares com diferentes características e custos. Assim, a escolha correta de um simulador é de extrema importância, já que uma seleção incorreta pode levar a consequências negativas nos resultados e, por conseguinte, no desempenho organizacional. Nesse contexto, foi possível identificar que há uma lacuna a ser suprida no tocante à seleção de um software de simulação que considere as necessidades dos usuários. Esta tese tem como objetivo, por conseguinte, apresentar uma metodologia estruturada em duas etapas para avaliação e seleção de softwares de simulação de eventos discretos para manufaturas. Na primeira etapa propôs-se um quadro de avaliação dos processos operacionais com base nos modelos de maturidade. Dessa maneira, será possível analisar se a empresa em estudo possui algumas das condições básicas para se adotar a simulação computacional. Na segunda etapa propôs-se um conjunto de critérios que servirá de base para analisar e selecionar os softwares de simulação. A seleção será feita por meio do uso do método AHP (Analytic Hierarchy Process), utilizado na resolução de problemas de multicritérios. Tanto a avaliação dos processos operacionais quanto a ponderação do conjunto de critérios serão feitas através da aplicação de questionários, de modo a identificar as necessidades específicas dos processos. Quatro aplicações práticas foram feitas com o modelo proposto, e os seus resultados foram apresentados descrevendo as análises realizadas durante a execução dos trabalhos. / [en] The increasing use of discrete event simulation in production systems led the specialized companies to develop and to offer market a wide range of software with different features and costs. Thus, the correct choice of a simulator is extremely important, since an incorrect selection can lead to negative consequences in the results and hence on organizational performance. In this context, it was possible to identify that there is a gap to be met regarding the selection of simulation software that consider the needs of users. Consequently this thesis aims to present a methodology structured in two stages for the evaluation and selection of discrete event simulation software for manufacturers. In the first stage it was proposed an evaluation framework of operational processes based on maturity models. In this way, it will be possible to analyze whether the company under study has some of the basic conditions to adopt the computer simulation. In the second stage it was proposed a set of criteria as a basis to analyze and select the simulation software. Selection will be made through the use of AHP (Analytic Hierarchy Process) used in multi-criteria problem solving. Both the assessment of operational processes as a set of criteria weighing will be made through the use of questionnaires in order to identify the specific needs of the processes. Four practical applications were made with the proposed model and its results were presented describing the analysis performed during the execution of the work. Four practical applications were made with the proposed model and its results were presented describing the analysis performed during the execution of the work.

[pt] Simula-se numericamente o fenômeno de estricção em um bloco sob tração. Supõe-se que o material seja hiperelástico, isotrópico e que tenha uma lei de comportamento descrita pelo modelo de Blatz e Ko para espuma de borracha de poliuretano. Discretiza-se o problema de problema de equilíbio utilizando o Método dos Elementos Finitos clássico. A pesquisa das soluções é realizada por meio da implementação de uma Técnica de Continuação de Euler-Newton, que permite abordar situações onde instabilidades mecânicas, tais como a localização de deformações e o amolecimento, estejam presentes. Finalmente, identifica-se as regiões do material onde estas instabilidades ocorrem. / [en] The phenomenon of necking is numerically simulated for a block under traction tensile test. A hyperelastic, isotropic constitutive model, developed by Blatz and Ko for the description of some foamed polyurethane elastomers, is considered. An Euler-Newton Continuation Algorithm is employed in the search for solutions of the equilibrium problem, which is discretized by means of a classical Finite Element Method. This algorithm makes possible tha treatment of situations where mechanical instabilities, such as localization and strain-softening behaviors, are present. Finally, the regions of material, where these instabilities appear, are identified.

[pt] Os sistemas radares são amplamente utilizados em aplicações civis e militares, são sistemas complexos que empregam alta tecnologia. Muitos deles são constituídos por um conjunto de elementos que necessitam de um mínimo de coordenação entre as suas funcionalidades. A construção de um protótipo para validar o projeto de um radar demanda recursos financeiros e tempo. Por outro lado, existem muitas características em comum entre os sistemas de diferentes radares. Esta dissertação descreve uma biblioteca de um simulador capaz de representar vários sistemas de radar e que foi projetado de acordo com os princípios básicos sobre radar. O simulador foi desenvolvido baseado em um sistema de componentes flexíveis onde cinco diferentes tipos de radar são descritos e simulados utilizando a biblioteca apresentada. Porém cenários reais são utilizados para comparar e validar as simulacões. / [en] Nowadays Radar systems are becoming complex systems. Many radars are constituted by an array of elements, where a minimum of coordination among the elements functionality is need. The task to build a prototype in order to validate a radar design is an expensive one. On the other hand, there are many common features shared among different radar architectures. This dissertation describes the architecture of a simulator that is able to represent most of the radar systems designed according the basic principles of radars. The simulator is designed following a exible component based architecture and five quite different kind of radars are described and simulated using the presented architecture. Real scenarios are taken into account in the validation of the simulations.

[pt] Neste trabalho a análise do comportamento de sistemas rotativos do tipo eixo-rotormancal é estendida para incluir os efeitos da presença de mancais hidrodinâmicos na resposta dinâmica. Estes efeitos estão associados à não-linearidade da força de reação exercida pelos suportes sobre o eixo e dependem dos deslocamentos, velocidades transversais e da rotação própia do rotor. A modelagem estrutural do sistema é obtida empregando-se o método dos elementos finitos. O eixo é representado pelo modelo de viga de Timoshenko com dois nós, quatro graus-de-liberdade por nó, e a interpolação do campo de deslocamentos é obtida utilizando-se as funções de Hermite. Os rotores são modelados empregando-se elementos de inércia concentrada associada aos graus-de-liberdade de um ponto nodal do modelo. E, na representação dos mancais hidrodinâmicos utilizou-se a equação de Reynolds, com as hipóteses simplificadoras para mancais curtos, obtendo-se a solução para a distribuição de pressão do filme de óleo em forma fechada. Essa distribuição de pressão permite a obtenção dos coeficientes das matrizes e rigidez e de amortecimento associadas aos graus de liberdade do eixo no ponto nodal de representação do mancal. Para a integração temporal do sistema de equações diferencias utiliza-se o procedimento passo-a-passo, tendo-se implementado os métodos implícitos de Newmark e Wilson – teta, na forma incondicionalmente estável. Devido à não-linearidade das equações obtidas com a presença dos mancais hidrodinâmicos, em cada intervalo de tempo utiliza-se o procedimento de Newton-Raphson modificado para a correção da solução numérica obtida com outros resultados analíticos/numéricos disponíveis na literatura. Também, uma representação numérica para mancais hidrodinâmicos segmentados é apresentada, utilizando-se o desenvolvimento teórico para mancais simples. Neste caso a avaliação do procedimento numérico é fornecida comparando-se a solução numérica com resultados experimentais obtidos dos rotores de usina hidrogenada avaliada pelo CEPEL. Em ambos os procedimentos o rotor idealizado de jeffcott é empregado no estudo de casos. Verifica-se que os principais resultados associados aos efeitos da precessão auto-excitada (oil whirl), de chicoteamento (oil whip), e da estabilização dinâmica do sistema são reproduzidos pelos modelos numéricos utilizados. / [en] In this work a formulation for the analysis of shaft-rotor-bearing type rotating systems is extendend to accommodate the effects of hydrodynamic bearings in its dynamic response. These effects, which are associated to the nonlinear force on the shaft at the bearings, are dependent of the transverse displacements, transverse linear velocities an the angular veolicty of the shaft. The structure behavior is modeled by employing the finite element method. The shaft is represented by the two node timoshenko model for bearns, with four desgrees-of-freedom per node and Hermite interpolation functions to represent the displacement fields along the bearn axis. Rotors are modeled by using concentrated inertia elements associated to the shaft degrees-of-freedom at the bearing nodal point. In the numerical analysis considering the time integration of the system differential equation, a step-by-step procedure was employed with the newmark technique in this unconditionally stable form. Due to the nonlearities associated with the hydrodynamic bearings, the solution of the system of equations is obtained using a modified Newton-Raphson precedure at each time step for solution convergence. In the evaluation of the proposed computacional system, comparison with solutions obtained from analytical/numerical results available in the literature are used. Also, a numeric represemtation of tilting-pad bearings is presented using the theory for plain journal bearings, under the same simplified conditions. In this case an evaluation of the numerical procedure is given by comparing calculated solutions with experimental results obtained from the evaluation of a hydrogenaration plant provided by CEPEL-Brazilian Research Center For Eletrobras. In both plain an tilting-pad journal bearing numerical procedures, the idealized Jeffcott rotor is employed as a case study for different operating conditions. As a result, it is shown that the solutions associated to the main oil whirl and oil whip effects and afterwards dynamic stabilization are represented by the proposed numerical procedures employed.

[pt] Foi desenvolvido neste trabalho um conjunto de procedimentos computacionais com o objetivo de estudar o comportamento da dinâmica de veículos terrestres. Utilizando recursos de armazenamento em banco de dados, programas de simulação de modelos dinâmicos e geração de animações gráficas são possível analisar o comportamento dos veículos, representados por modelos matemáticos consagrados ou que estejam sendo desenvolvidos. A característica mais importante da estrutura computacional implementada neste trabalho é o conceito de modularidade, ou seja, diversos modelos dinâmicos podem ser empregados e simulados, a partir da alteração ou adaptação de alguns módulos, sem que seja necessário modificar a estrutura computacional desenvolvida. O ambiente de banco de dados pode armazenar os parâmetros de veículos e pneus, além da descrição da pista e da trajetória a ser percorrida. O objetivo é que todas as inofrmações pertinentes ao estudo da dinâmica de veículos estejam contidas neste banco de dados, e que futuramente ele s torne um ponto de referencia para consultas diversas nesta área. Já o ambiente de animação gráfica permite representar a trajetória real percorrida pelo veículo, que depende de suas características dinâmicas, e os seus movimentos típicos, como as rotações em torno do eixo lateral e longitudinal, além de possibilitar a visualização do contexto no qual o veículo está inserido e o acompanhamento do percurso através de câmeras localizadas em posições escolhidas pelo usuário. / [en] It has been developed a set of computacional procedures with the objective of studying the synamic behavior of ground vehicles. By using database resources, dynamic simulation models and graphic animation generation it is possible to abnalyze vehicles behavior, represented by well known mathematical models or new ones. The most important charateristic about the developed computacional enviromment it is modulatity, which means that many different dynamics models can be employed and simulated with the daptation of some modules, without beng necessary to modify the main structure. The database environment can store the vehicles and tires parameters, and the track and tragetory description. The main obejective is to store on the database all the concerned information necessary to the study of vehicles dynamic. The graphical animation environment displays the simulated vehicle trajectory, which depends on vehicle dynamic characteristics and is typical movements, as the rotation around the lateral (pitch) and longitudinal axis. The graphical animation environment is also important to allow the visualization od the context where the vehicles are inserted, not mentioning the path tracking through video cameras pre configured by the user.

[pt] A produção de um reservatório de petróleo é um processo acoplado entre fenômenos geomecânicos e de fluxo, os quais impactam o próprio reservatório e suas rochas adjacentes. Ensaios laboratoriais mostraram que amostras de um reservatório carbonático do Campo B, um campo de petróleo localizado na Bacia de Campos, são muito sensíveis às deformações causadas pela depleção. Desta forma, o objetivo deste trabalho é avaliar aspectos geomecânicos e de produção do desenvolvimento do Campo B, utilizando diferentes esquemas de acoplamento hidromecânico. Foram realizadas simulações hidromecânicas parcialmente acopladas entre o simulador de fluxo IMEX e o programa de análises geomecânicas CHRONOS (um código de elementos finitos executado em GPU) através de uma metodologia que permite análises tanto em uma, quanto em duas vias. Foi construído um Mechanical Earth Model 3D do Campo B no modelador geológico GOCAD através de um workflow específico para esta tarefa. Então, foram confrontadas respostas de respostas de fluxo e geomecânicas entre simulações feitas em uma via e em duas vias. Primeiramente, a permeabilidade não foi considerada como parâmetro de acoplamento. Neste caso, não foram encontradas diferenças significativas entre os resultados dos dois tipos de acoplamento. Posteriormente foram realizadas novas simulações em duas vias, porém considerando variações das permeabilidades decorrentes da depleção do reservatório. Os resultados destas novas análises divergiram da simulação acoplada em duas vias na qual esta propriedade foi mantida constante ao longo do tempo. Logo, neste caso, negligenciar o acoplamento da permeabilidade pode gerar erros significativos. Também foram feitas análises quanto à performance computacional das simulações hidromecânicas realizadas ao longo desta Dissertação. / [en] The production of a petroleum reservoir is a coupled process between geomechanical and flow phenomena, which affect the reservoir and its surrounding rocks. Laboratory tests have shown that samples of a carbonate reservoir from Field B, an oil field located in the Campos Basin, are very sensitive to deformations caused by depletion. Thus, this study aims to assess production and geomechanical aspects of Field B development by different hydromechanical coupling schemes. Therefore, partially coupled hydromechanical simulations between the flow simulator IMEX and the geomechanical analysis software CHRONOS (a finite element code running on GPU) were performed using a methodology which allows either one-way or two-way coupling. A 3D Mechanical Earth Model of Field B was built in GOCAD, a geological modelling software, through a specific workflow for this task. Then, flow and geomechanical results were compared between one-way and two-way coupling simulations. Initially, permeability was not considered as a coupling parameter. In this case, there were no significant differences between the results. Afterwards, more two-way coupling simulations were performed, but at this time, considering variations of permeabilities due to depletion. The results of these new simulations diverged from the two-way coupling case in which permeabilities were kept constant throughout the simulation. Therefore, in this case, neglecting permeability coupling can lead to significant errors. Computational performance of the hydromechanical simulations performed along this Dissertation were also evaluated.