Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Resumo Eduardo P Ferreira.pdf: 31057 bytes, checksum: e12b3482b1be4ee60ab99c2523cdfc02 (MD5) Previous issue date: 2012-08-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this present conducted in wear resistance nodular cast iron subjected to heat treatment at different temperatures isothermal austempering treatment (340 ° C and 320 °), corresponding to the materials of Classes 3 and 4 of ASTM A897, compared with nodular quenched and tempered with same level hardness. The objective was to develop alternatives for future studies on new materials applied camshaft valve internal combustion engines. For this wear tests were conducted pin-on-disc, using as alumina ball against the body, thus considering zero wear on the counter-body. All cast irons tested under the conditions of this work had hardness in the range 40-46 HRc. It was found in analyzes by scanning electron microscopy the effect of graphite nodules and the matrix material, the wear mechanisms, thus observing the effect that stress concentrator nodes imposes the metallic matrix. The damage to the material surface was initially with crack of the matrix surrounding graphite nodules, they generally located subsurface, moreover, it can be seen that the nodules torn metal matrix acted as a lubricant for testing, and the sites left by lumps were previously coated particles detached from the matrix. It was found with the results of wear tests the performance of austempered ductile iron in comparison with the quenched and tempered for distances exceeding 1000 m slip, thereby qualifying the ADI as an alternative material for future studies in manufacturing valve camshafts. / Apresenta-se neste trabalho um estudo de resistência ao desgaste realizado em ferros fundidos nodulares submetidos ao tratamento térmico de austêmpera em duas temperaturas isotérmicas de tratamento (340°C e 320°), correspondendo aos materiais das classes 3 e 4 da norma ASTM A897, comparativamente com o nodular temperado e revenido de nível de dureza similar. Objetivou-se desenvolver alternativas para estudos futuros em novos materiais aplicados a eixo comando de válvula de motores a combustão interna. Para isto foram realizados ensaios de desgaste pino-sobre-disco, utilizando como contra corpo esfera de alumina, considerando assim desgaste zero no contra-corpo. Todos os ferros fundidos ensaiados nas condições deste trabalho tiveram dureza na faixa de 40 46 HRc. Constatou-se em análises por microscopia eletrônica de varredura o efeito dos nódulos de grafita e da matriz do material, sobre os mecanismos de desgaste, observando assim o efeito concentrador de tensão que os nódulos impõe a matriz metálica. O dano à superfície do material ocorreu inicialmente com o tricamento da matriz em torno dos nódulos de grafita, estes geralmente localizados subsuperficialmente, além disto, pode se observar que os nódulos arrancados da matriz metálica atuaram como lubrificantes ao ensaio, e os sítios deixados pelos nódulos foram recobertos por partículas anteriormente desprendidas da matriz. Constatou-se com os resultados dos ensaios de desgaste o bom desempenho do ferro nodular austemperado em comparação com o temperado e revenido para distâncias de deslizamento superiores a 1000 m, qualificando assim o ADI como material alternativo para futuros estudos na fabricação de eixos comando de válvula.

Na radiologia, válvulas antirrefluxo (VARs) são utilizadas em tubos de infusão para realização de exames de ressonância magnética e tomografia computadorizada. O objetivo desta pesquisa foi investigar procedimentos associados ao uso de VARs em exames radiológicos, a fim de contribuir para a biossegurança, controles da contaminação e do risco de infecção em sistemas de infusão. Uma Revisão Integrativa (RI) a respeito das VARs utilizadas na área da saúde foi realizada no que concerne os aspectos físicos, de funcionalidade e microbiológicos. A pressão máxima, em contra fluxo, dos diafragmas flexíveis (DFs) íntegros e rompidos das VARs foi determinada com auxílio do equipamento Hydraulic Burst-Leak Tester (HB-LT). A funcionalidade das VARs foi verificada por inspeção visual, em contra fluxo, mediante a liberação de bolhas de ar em um recipiente com água, por meio de simulação artificial da pressão da corrente sanguínea humana (SAPCSH). A estrutura e integridade das VARs foram identificadas por inspeção visual. A performance de colunas de ar interpostas por água em conectores com VARs foi analisada por inspeção visual (SAPCSH). A distância da difusão de um contaminante (cristal violeta) através de conectores com VARs foi mensurado por inspeção visual e espectrofotômetro (SAPCSH). A eficácia das VARs, em contra fluxo, como barreira de contaminação bacteriana foi avaliada em um experimento bacteriológico (SAPCSH). Um procedimento operacional padrão (POP) foi elaborado para direcionar a prática adequada do manuseio dos conectores com VARs, visando a biossegurança, controles da contaminação e do risco de infeção em sistemas de infusão em radiologia. Os resultados demostraram que houve diferença entre as pressões máximas suportadas pelos DFs dos Patient-set®: íntegros (média e desvio padrão: 595,44 ± 39,38psi) e rompidos (média e desvio padrão: 90,22 ± 31,26psi), em contra fluxo (p<0,0001). Por outro lado, os Patient-set® com os DFs rompidos não demonstraram falha na funcionalidade das VARs, mediante a ausência da liberação de bolhas de ar. Ainda, as VARs dos Patient-set® demonstraram DFs rompidos, entretanto as outras estruturas continuaram íntegras. As colunas de ar podem ser comprimidas e se deslocar através dos Patient-set® com DFs íntegros e rompidos. Além disso, a maior distância de difusão do cristal violeta foi de 30% (6cm) do comprimento do conector (20cm) do Patient-set®. Outrossim, a técnica de mensuração por espectrofotômetro (absorbância) foi mais sensível do que por inspeção visual para esse propósito. As VARs dos Patient-set® mostraram eficácia como barreira de contaminação bacteriana (Staphylococcus aureus resistente à meticilina, 10psi por 2h30min). Ademais, um POP foi elaborado e validado para a utilização e manuseio dos Patient-set®, visando a biossegurança na prática clínica, controles da contaminação e do risco de infecção em sistemas de infusão em radiologia como recomendação original a ser disponibilizada a todos os profissionais da área. Em suma, a biossegurança dos sistemas de infusão na radiologia depende de vários aspectos físico, de funcionalidade e microbiológico das VARs atrelados à execução adequada na prática clínica. Além disso, pesquisas adicionais são necessárias para elucidar questionamentos futuros sobre o uso seguro das VARs / In radiology, non-return valves (NRV) are used in infusion tubes to perform magnetic resonance imaging and computed tomography scan exams. The objective of this research was to investigate procedures associated to NRV usage in radiologic exams, in order to contribute to biosafety, contamination and infection risk controls in infusion systems. An Integrative Review (IR) about NRVs utilized in health field was performed concerning physical, functionality, and microbiological aspects. The maximum pressure, in backflow, of whole and broken flexible diaphragms (FDs) from NRVs was determined with Hydraulic Burst-Leak Tester (HB-LT) equipment help. The NRVs functionality was verified by visual inspection, in backflow, by means of air bubbles release in a water container, through human bloodstream pressure artificial simulation (HBPAS). The NRVs structure and integrity were identified by visual inspection. The performance of air columns interposed by water in connectors with NRVs was analyzed by visual inspection (HBPAS). Diffusion distance of a contaminant (crystal violet) through connectors with NRVs was measured by visual inspection and spectrophotometer (HBPAS). The NRVs efficacy, in backflow, as barrier to bacterial contamination was evaluated in a bacteriological experiment (HBPAS). A standard operating procedure (SOP) was elaborated to direct the proper handling of connectors with NRVs, aiming at biosafety, contamination and infection risk controls in infusion systems in radiology. The results showed that there was difference among maximum tolerated pressures by FDs of Patient-set®: whole (mean and standard deviation: 595.44 ± 39.38psi) and broken (mean and standard deviation: 90.22 ± 31.26psi), in backflow (p<0.0001). On the other hand, the Patient-set® with broken FDs didn\'t show failure in NRVs functionality, through the lack of air bubbles release. Moreover, NRVs showed broken FDs, but the other structures remained whole. The air columns can be compressed and move through Patient-set® with whole and broken FDs. Besides, the longest diffusion distance of crystal violet was 30% (6cm) of connector length (20cm) of Patient-set®. Furthermore, the measure technique by spectrophotometer (absorbance) was more sensitive than by visual inspection for this purpose. Patientset® NRVs showed efficacy as barrier to bacterial contamination (Methicillin-resistant Staphylococcus aureus, 10psi for 2h30min). Moreover, a SOP was elaborated and validated for Patient-set® utilization and handling, aiming at biosafety in clinical practice, contamination and infection risk controls in infusion systems in radiology as original recommendation to be made available to all professionals in the field. In conclusion, the biosafety depends on various physical, functionality, and microbiological aspects of NRVs coupled with proper practical clinical performance. Besides, further researches are needed to elucidate future questionings about NRVs safe use

Atualmente, há inúmeras instalações offshore operando em regimes instáveis de escoamento. Tal regime é resultado de diâmetros superdimensionados das linhas de produção ou baixa vazão dos poços. Deve-se notar que, muitas vezes, o regime intermitente se instala no final da vida produtiva dos poços, devido ao declínio natural dos reservatórios, o que causa uma redução da produção do campo de petróleo. Tal instabilidade traz dificuldades na produção offshore, pois pode causar danos nos equipamentos da plataforma ou perdas de produção. Neste âmbito, é necessário estudar meios de atenuar ou suprimir este tipo de regime de escoamento. O objetivo deste trabalho é desenvolver métodos de forma a garantir a estabilidade do sistema através da modulação adequada da válvula choke, reduzindo ou mesmo eliminando o comportamento oscilatório da produção, mantendo a válvula choke na maior abertura possível, trazendo desta forma, ganhos econômicos através do aumento da produtividade do poço. Para a análise do sistema, utilizou-se um modelo dinâmico simplificado encontrado na literatura. Este modelo foi escolhido por reproduzir adequadamente o escoamento em golfadas severas, causado pela presença de trecho horizontal descendente na linha de produção. O sistema foi também modelado no OLGA®, sendo este, um software comercial com uso bastante disseminado na indústria de petróleo e com grande aplicação em simulações que exigem uma análise do comportamento transiente do problema. A avaliação da eficácia dos métodos de supressão das golfadas foi realizada através de duas abordagens distintas. Inicialmente, utilizou-se um controlador PI adaptativo com capacidade de operação em diferentes regiões de aberturas da válvula choke. Por fim, utilizou-se um Regulador Linear Quadrático associado a um observador de estados com filtro de Kalman Unscented com o objetivo de verificar como o sistema se comportaria em caso de necessidade de um observador para compensar uma possível falha do sensor submarino de pressão. Em ambos os casos, notou-se redução nas oscilações devido a golfadas do poço. As soluções foram implementadas através da integração entre o modelo do OLGA® e os algoritmos desenvolvidos no MATLAB utilizando servidor OPC. / Nowadays, there are numerous offshore installations operating in unstable flow regimes. Such unstable flow is the result of oversized diameters of production lines or low flow wells. It should be noticed that often the intermittent system occurs at the end of the productive life of wells due to the natural decline of the reservoir, which causes a reduction in oil field production. Such instability brings difficulties in offshore production, it can cause damage to the platform equipment or production losses. In this context, it is necessary to consider means to reduce or remove this type of flow regime. The objective of this work is to develop methods to ensure system stability by adequate modulation of choke valve, reducing or even eliminating the oscillatory behavior of the production, with the biggest choke valve opening possible, bringing economic gains by increasing well production The system analysis was carried out using a simplified dynamic model found in literature. This model was chosen by appropriately reproduction of severe slug flow, caused by the presence of downward horizontal section in the production line. The problem was also modeled on OLGA®, which is a commercial software with widespread use in the oil industry and large application in simulations that require a transient behavior analysis. The evaluation of the slugs suppression methods was carried out through two different approaches. First, an adaptive PI controller with capability to operate in different regions of choke valve openings was used. Finally, a Quadratic Linear Regulator associated to an Unscented Kalman Filter was used to verify how the system would behave in the event of a possible failure of subsea pressure sensor. In both cases, there was a reduction in oscillations due to slugs. The solutions were implemented through communication between the OLGA® model and the control algorithms developed in MATLAB using OPC server.

Austenitic and martensitic stainless steels are applied in the manufacturing of water injection valves for oil exploration. Studies were performed of damage mechanisms of stainless steel AISI 316 and AISI 410 used in the manufacture of injection valves. Laboratory and field tests were performed that included: 1) installation and monitoring of field samples; 2) characterization of the injection water; 3) Samples manufacture of AISI 316 stainless steel in the annealed condition and AISI 410 under the following conditions: a) sferoidized with low hardness, b) quenched and tempered to 400 HV hardness; c) nitrided; 4) corrosion test by immersion and electrochemical to evaluate the corrosion rate; 5) erosion tests. The alloy´s characterizations were achieved by chemical analysis composition, microstructural, hardness and surface damage analysis of field samples. Results showed that the AISI 410 steel with low hardness has lower corrosion and erosion strength. The nitriding treatment increased the corrosion resistance, and quenching and tempering increased the corrosion and erosion strength of the AISI 410 alloy. The damage mechanism of the valve is predominantly corrosion. Valves manufactured on stainless steel AISI 410 are damaged by generalized corrosion after mean two months of use, while the valves manufactured in AISI 316 steel survive five months mean, and after it they experience damage by localized corrosion. / Os aços inoxidáveis austeníticos e martensíticos são utilizados na construção de válvulas de injeção de água para exploração de petróleo. Foram realizados estudos dos mecanismos responsáveis por provocar danos nos aços inoxidáveis AISI 316 e AISI 410 empregados na fabricação das válvulas de injeção. Para isto, foram executados ensaios de laboratório e de campo que incluíram: 1) instalação e acompanhamento de amostras de campo; 2) caracterização do meio; 3) fabricação de cupons dos aços inoxidáveis AISI 316 no estado recozido e do AISI 410 nas seguintes condições: a) esferoidizado de baixa dureza, b) temperado e revenido para 400 HV de dureza; c) nitretado; 4) ensaio de corrosão por imersão e eletroquímico para avaliar taxa de corrosão; 5) teste de erosão. As caracterizações das ligas foram feitas pelas análises da composição química, microestruturais, microdureza e de danos da superfície das amostras. Resultados apontaram que o aço AISI 410 sem tratamento térmico tem baixa resistência à corrosão e erosão. Notou-se que o tratamento de nitretação aumentou a resistência à corrosão, e que o tratamento de têmpera e revenido elevou a resistência à corrosão e à erosão da liga AISI 410. Pelos testes realizados observou-se que o mecanismo de dano das válvulas é predominantemente por corrosão. As válvulas fabricadas em aço inoxidável AISI 410 sofreram danos por corrosão generalizada em dois meses de uso em média, enquanto as válvulas fabricadas em aço AISI 316 resistem cinco meses em média, e passam a sofrer danos por corrosão localizada.

Submitted by Caroline Falcao (caroline.rfalcao@ufpe.br) on 2017-06-01T17:12:43Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Marcele Elisa.pdf: 2410134 bytes, checksum: fb1c34a2e156d50ef7918acf93596973 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-01T17:12:43Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Marcele Elisa.pdf: 2410134 bytes, checksum: fb1c34a2e156d50ef7918acf93596973 (MD5) Previous issue date: 2012-06-13 / Devido ao envelhecimento e depreciação dos componentes de uma rede de distribuição de água é comum ocorrem vazamentos e rupturas na rede, ocasionando perdas e podendo acarretar a contaminação da água e descontinuidade no seu fornecimento pela interrupção do abastecimento de água durante a reparação da infraestrutura, bem como a redução da água disponível no sistema, gerando a insatisfação dos seus usuários. Nestes casos, a setorização da rede torna mais fácil qualquer atividade de manutenção, além de atingir um menor número de unidades de consumidoras pela interrupção do abastecimento. Porém, além do elevado custo da alocação de válvulas de fechamento, as Normas Brasileiras sobre setorização das redes dizem respeito apenas a questões técnicas que devem ser obedecidas pelos setores de manobra. Portanto, um modelo de setorização de manobra que leva em consideração as características das unidades consumidoras é proposto. Com ele pretende-se uma setorização que respeite as restrições previstas por lei, busque a maximização dos benefícios gerados pela setorização às unidades consumidoras e a minimização do número de válvulas de fechamento necessárias, ou seja, dos custos. Para medir o impacto da falta de água é gerado um índice de priorização que agrega as características das unidades consumidoras por meio de um método de agregação multicritério, o SMARTER. As simulações realizadas mostram que apenas a alocação inicial das válvulas pela NBR 12218/94 não garante a maximização dos benefícios gerados pela setorização da rede aos usuários. Neste caso, com o modelo proposto pode-se encontrar soluções melhores. / Due to aging and depreciation of the water distribution network components, leaks and ruptures are common on the water network. These cause the water loss, sometimes the water contamination and the discontinuity in water supply, due the supply interruption during the infrastructure repair, as well as reduction of available water in the system, causing the users' dissatisfaction. In these cases, network segmentation makes any maintenance activity easy and this achieves a smaller number of consuming units by water supply interruption. However, besides the high valves allocation cost, the Brazilian norms about network segmentation relate only technical issues that must be followed. Therefore, a network segmentation model, which takes into account the characteristics of consumer units, is proposed. It aims a network segmentation which complied the restrictions provided by law, it seeks the maximum benefit to consumer units, generated by the segmentation, and it seeks minimum number of valves required, i.e., the costs. To measure the impact on water lack is generated a priority index which adds the characteristics of consuming units via a multicriteria aggregation method, the SMARTER. The simulations realized showed that only the initial valves allocation, by the NBR 12218/94, does not guarantee the maximization of the benefits generated by the network segmentation for users. In this case, with the proposed model, better solutions can be found.

Na maioria dos equipamentos mecânicos há movimento relativo entre componentes, e como resultado desse deslizamento relativo, as forças de atrito na superfície geram deformação plástica e/ou remoção de massa (ou volume) do material. Nos motores de combustão interna a geração da potência é realizada pela transformação da energia química em calor por meio da combustão do combustível com o ar, gerando o movimento alternativo de mecanismos (pistões, biela, virabrequim). Já no caso dos motores flex-fuel, o etanol como combustível aumenta a potência, levando a maiores carregamentos termomecânicos e, consequentemente, tribológicos nos seus componentes. Um dos sistemas do motor mais afetado pela mudança no combustível é o par válvula-sede, motivo pelo qual é necessário investigar os mecanismos de desgaste, os efeitos dos parâmetros de operação no comportamento frente ao atrito, e escolher apropriadamente pares deslizantes de materiais que apresentem baixas perdas de massa (taxas de desgaste) e coeficientes de atrito. Ensaios do tipo reciprocating tinham sido empregados para realizar estudos tribológicos de materiais de válvulas e com tratamentos superficiais. As condições de ensaio mais representativas são de operação do motor. Portanto, a seleção de parâmetros como carga, velocidade e temperatura não é fácil: para alguns equipamentos de teste, as variáveis não são independentes. Além disso, devido à complexidade do sistema tribológico, a interação entre as variáveis afeta os resultados. O objetivo deste trabalho de pesquisa foi dividido em duas frentes. A primeira, analisar isoladamente o efeito da temperatura, força normal e velocidade no coeficiente de atrito e no desgaste. O tribômetro SRV-4 do tipo reciprocating foi usado com uma esfera de aço AISI 52100 e distintos materiais de disco (aços e ligas intermetálicas sinterizadas de Nb). A segunda parte consistiu na caracterização dos mecanismos de desgaste de válvulas e sedes de motores distintos, após diferentes tipos de ensaios (dinamômetro e campo em veiculo). O coeficiente de atrito (?) e a perda de massa foram medidos para determinar o desempenho tribológico dos sistemas estudados. Além disso, as superfícies das marcas de desgaste tanto no disco quanto na esfera, assim como das válvulas e sedes foram analisadas por microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV) com espectroscopia de energia dispersiva de raios-X (EDS) e espectroscopia Raman. Para as distintas ligas intermetálicas de Nb ensaiadas com esfera de aço AISI 52100, encontrou-se que os mecanismos de desgaste nas superfícies após uma análise de MEV-EDS foram particularmente abrasão, adesão e oxidação. Já no caso dos motores que foram avaliados, muitos dos danos observados estavam presentes em ambas as válvulas e sedes de admissão e escape; no entanto, a oxidação ocorreu apenas nas válvulas de escape, provavelmente produzido pela alta temperatura durante a operação do motor. / In most of the mechanical assemblies there is relative motion between components, and as a result of this relative sliding action, frictional forces on the sliding surface result in removal or displacement of mass (or volume) of the material. The power generation of internal combustion engines comes from chemical energy transformation into heat through air fuel combustion with further expansion of gases generating the reciprocating movement of power cell (pistons, rod and crankshaft). For flex fuel engines, the ethanol increases power, leading to higher thermo-mechanical forces and consequently higher friction between its components. The valve/valve seat pair is one of the most affected system due to this change, leading to the need of more accurate analysis of its wear mechanisms, its operating parameters effects and his behavior regarding the friction so making possible to choose properly materials with lower mass loss (wear rate) and coefficient of friction. Reciprocating tests had been used to tribological studies of valve materials with surface treatment purpose. The most important test boundary conditions are the engine operating conditions. Therefore, the load, speed and temperature parameters definition is not easy since for some test equipment those variables are not independent. Besides due to tribological system complexity the variable interaction affects its results. The present research goal was divided in two groups. The first one analyzes the normal force, frequency and temperature effect on friction coefficient and wear, independently of each other. It was used a SRV-4 reciprocating tribometer with a sphere (AISI 52100 steel) against several disc materials (steel and sintered intermetallic alloys of Nb). The second one consisted in the characterization of wear mechanisms of valve/valve seat from different engines that were submitted to different test (engine dynamometer test bench and vehicle). The coefficient of friction (?) and mass loss were measured in order to define the studied systems tribological performance. Besides the both disc and sphere wear scars such as valve/valve seat were analyzed using optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM) with energy dispersive spectroscopy of X-ray (EDS) and Raman spectroscopy. For the tested intermetallic alloys of Nb with AISI 52100 sphere it was found the following wear mechanisms after SEM-EDS analyses: abrasion, adhesion and oxidation. In the case of the evaluated engines, several damages were observed in both intake and exhaust valves/valve seats; however, the oxidation occurred only on exhaust valves, probably due to high operating temperature.

Essa dissertação desenvolve e faz uso de uma técnica de medição com objetivo de obter dados experimentais envolvidos no ciclo de trabalho dos compressores herméticos alternativos, largamente utilizados nos sistemas de refrigeração. O trabalho mostra o comportamento das válvulas de admissão e descarga durante o funcionamento do compressor, as pressões no cilindro, na sucção, na descarga e também a variação de rotação do eixo durante um ciclo de compressão completo. Todas as características mensuradas estão referenciadas à posição angular do eixo do compressor, o que permitiu monitorar todos os eventos em função do seu deslocamento angular. Para o desenvolvimento desse trabalho foi necessário planejar um sistema de medição robusto, não vulnerável aos fatores ambientais, presentes dentro da carcaça do compressor. A limitação do espaço físico foi um fator de grande importância na escolha dos sensores, assim como a velocidade de resposta dos instrumentos, pois um ciclo de compressão tem período menor que 0,020 segundos. A coleta dos dados e a análise dos sinais foram realizadas com o auxilio de hardware apropriado e software especialmente desenvolvido. / In this dissertation it is developed and applied measurement methods to obtain experimental data of a hermetic compressor work cycle, widely used in the refrigeration systems. This work shows the suction and discharge valve behaviors, the pressure in the cylinder, as well as in the discharge and suction chambers, and also crankshaft rotation variation during a complete compression cycle. All the measurements are reference to crankshaft angular position of compressor which allows to verify the events as a function of the crankshaft angular displacement. For the development of this work it was necessary to plan a reliability measure system, not affected by environmental factors inside the housing of compressor. The inner space limitation was an important feature for choosing the sensors as well as their time response, since the period compression cycle is less than 0.020 seconds. The data acquisition and signal analysis were done with appropriate hardware and it was developed a specific software.

[EN] Computer simulation of water distribution networks by means of mathematical models is nowadays an indispensable tool for the design and exploitation of those networks. Simulation is used not only for the design of new supply systems, or modifications and extensions of existing systems, but also for the normal operation tasks carried out in any network. Two main types of simulation can be differentiated: hydraulic simulation, by means of which the pressures and flows registered in the network are computed, and water quality simulation, the objective of which is to obtain information about chemical substance concentrations. The need for simulation comes often in the context of a wider problem of optimization or reliability analysis, which requires performing a large number of simulations, thus resulting in a process with considerable computational complexity. This fact, added to the growing size and level of detail of network models, as a consequence of the automatic incorporation of data coming from Geographical Information Systems, means that the performance of the simulation solver has a great impact in the overall computing time. In this context, this thesis considers and explores different strategies to improve the performance of water distribution network simulation. The first strategy consists of making some contributions to the hydraulic simulation method known as Looped Newton-Raphson (or more simply the loop method), which is based on the consideration of flow corrections associated to a set of independent loops within the network. Even though the method known as Global Gradient Algorithm (GGA) is more widely used and accepted, the loop method has the potential to be faster, owing to the smaller size of the underlying linear systems. In this thesis some contributions are presented to improve the performance of the loop method for hydraulic simulation. Firstly, efficient algorithms are developed for the selection of a suitable set of independent loops, leading to a highly sparse linear system. Secondly, methods are developed for efficient modeling of hydraulic valves, and especially pressure reducing/sustaining valves. The second strategy explored is the introduction of high performance computing in the hydraulic simulation using distributed memory platforms. In particular, the code of Epanet, a widely accepted water distribution network simulation software, is taken as the starting point for the introduction of parallel simulation algorithms, using the Message Passing Interface (MPI) tool for inter-process communications. As a result of this work, firstly a parallel algorithm is presented for the simulation of flows and pressures by means of the GGA method, making use of multifrontal algorithms for the parallel solution of the underlying linear systems. Secondly, a parallel algorithm for water quality simulation by means of the Discrete Volume Element Method (DVEM) is described, based on partitioning the network by means of multilevel recursive bisection algorithms. Thirdly, a parallel method is presented for leakage minimization by finding the optimal pressure settings for a set of pressure-reducing valves. In distributed memory platforms the overhead due to communication and synchronization can be excessively high, counterbalancing the gain derived from the division of the computation among the processors. This effect is less pronounced in shared memory platforms such as multicore systems, which have gained popularity over the last years. This fact motivates the third strategy explored in this thesis, which is the development of parallel algorithms for simulation of flows and pressures using multicore systems. OpenMP is the tool used for the parallelization, both of the method GGA as implemented in Epanet software and of the loop method with the contributions on it that have been made in the context of this thesis. / [ES] La simulación por computador de las redes de distribución de agua potable, mediante el uso de modelos matemáticos, es hoy en día una herramienta indispensable para el diseño y la explotación de dichas redes. La simulación se utiliza tanto en el diseño de nuevos abastecimientos y en ampliaciones o modificaciones de abastecimientos existentes, como en las tareas de operación normales de cualquier red. Se puede diferenciar entre dos tipos de simulación: la simulación hidráulica, que permite obtener las presiones y caudales que se registran en la red, y la simulación de la calidad del agua, cuyo objetivo es obtener información sobre concentraciones de sustancias químicas. A menudo la necesidad de simulación surge dentro de un problema más amplio de optimización o de análisis de fiabilidad, que requiere llevar a cabo un gran número de simulaciones, con lo que el proceso completo resulta de una complejidad computacional considerable. Esto, añadido al hecho de que el tamaño y nivel de detalle de los modelos de redes crece constantemente, como consecuencia de la incorporación automática de datos contenidos en Sistemas de Información Geográfica, hace que las prestaciones del solver de simulación tengan un gran impacto en el tiempo total de cálculo necesario. En este contexto, esta tesis considera y explora distintas vías para mejorar las prestaciones de la simulación de redes de distribución de agua. La primera de estas vías consiste en realizar algunas aportaciones al método de simulación hidráulica conocido como método de Newton-Raphson de mallas, el cual se basa en la consideración de caudales correctores asociados a un conjunto de mallas independientes definidas sobre la red. Aunque el método conocido como Algoritmo del Gradiente Global (GGA) goza de mayor aceptación, el método de mallas tiene el potencial de ser más rápido, debido al menor tamaño de los sistemas lineales subyacentes. Esta tesis presenta aportaciones para mejorar las prestaciones del método de mallas de simulación hidráulica. En primer lugar, se desarrollan algoritmos eficientes para la selección de un conjunto de mallas adecuado, que conduzca a un sistema altamente disperso. En segundo lugar se desarrollan métodos para la modelización eficiente de válvulas, y especialmente válvulas reductoras/sostenedoras de presión. La segunda vía explorada es la introducción de la computación de altas prestaciones en la simulación hidráulica usando plataformas de memoria distribuida. En particular, se parte del código de Epanet, un software de simulación de redes de amplia aceptación, y se introducen en él algoritmos paralelos de simulación, usando la herramienta Message Passing Interface (MPI) para la comunicación entre procesos. Como resultado de ello, se presenta en primer lugar un algoritmo paralelo para la simulación de caudales y presiones por medio del método GGA, haciendo uso de algoritmos multifrontales para la resolución paralela de los sistemas lineales subyacentes. En segundo lugar, se describe un algoritmo paralelo para la simulación de la calidad del agua mediante el Método de Elementos Discretos de Volumen (DVEM), particionando la red por medio de algoritmos de bisección recursiva multinivel. En tercer lugar, se presenta un método paralelo para la minimización de fugas mediante la determinación de las consignas óptimas de una serie de válvulas reductoras de presión. Finalmente, la tercera vía explorada es el desarrollo de algoritmos paralelos sobre memoria compartida para la simulación de presiones y caudales. Se considera con ello un tipo de plataformas que han ganado popularidad en los últimos años. Se utiliza la herramienta OpenMP para la paralelización, tanto de Epanet y de su implementación del método GGA, como del método de mallas, con las aportaciones al mismo que se han realizado en el contexto de esta tesis. / [CA] La simulació per computador de les xarxes de distribució d'aigua potable, per mitjà de l'ús de models matemàtics, es hui en dia una ferramenta indispensable per al disseny i l'explotació d'abastiments d'aigua. La simulació s'utilitza tant per al disseny de nous abastiments o ampliacions i modificacions d'abastiments existents, com per a les tasques d'operació normals en qualsevol xarxa. Es pot diferenciar entre dos tipus de simulació: la simulació hidràulica, que permet obtindre les pressions i cabals que es produeixen en la xarxa, i la simulació de la qualitat de l'aigua, l'objectiu de la qual és obtindre informació sobre concentracions de substàncies químiques. Sovint la necessitat de simulació sorgeix dins d'un problema més ampli d'optimització o d'anàlisi de fiabilitat, que requereix dur a terme un gran nombre de simulacions, amb la qual cosa el procés complet resulta d'una complexitat computacional considerable. Això, afegit al fet de que la grandària i nivell de detall del models de xarxes creix constantment, com a conseqüència de la incorporació automàtica de dades contingudes en Sistemes d'Informació Geogràfica, fa que les prestacions del solver de simulació tinguen un gran impacte en el temps total de càlcul necessari. En este context, esta tesi considera i explora diferents vies per a millorar les prestacions de la simulació de xarxes de distribució d'aigua. La primera d'estes vies consisteix en realitzar algunes contribucions al mètode de simulació hidràulica conegut com mètode de Newton-Raphson de malles (o simplement mètode de malles), el qual es basa en la consideració de cabals correctors associats a un conjunt de malles independents definides en la xarxa. Encara que el mètode conegut com Algorisme del Gradient Global (GGA) gaudeix de major acceptació, el mètode de malles té el potencial de ser més ràpid, degut a la menor grandària dels sistemes lineals subjacents. En esta tesi es presenten contribucions per a millorar les prestacions del mètode de malles de simulació hidràulica. En concret, en primer lloc es desenvolupen algorismes eficients per a la selecció d'un conjunt de malles adequat, que conduïsca a un sistema lineal altament dispers. En segon lloc es desenvolupen mètodes per a la modelització eficient de vàlvules, i especialment vàlvules reductores/sostenidores de pressió. La segona via explorada és la introducció de la computació d'altes prestacions en la simulació hidràulica utilitzant plataformes de memòria distribuïda. En concret, es parteix del codi d'Epanet, un programari de simulació de xarxes de distribució d'aigua d'amplia acceptació, i s'hi introdueixen algorismes paral·lels de simulació, utilitzant la ferramenta Message Passing Interface (MPI) per a la comunicació entre processos. Com a resultat d'este treball, es presenta en primer lloc un algorisme paral·lel per a la simulació de cabals i pressions per mitjà del mètode GGA, fent ús d'algorismes multifrontals per a la resolució en paral·lel dels sistemes lineals subjacents. En segon lloc, es descriu un algorisme paral·lel per a la simulació de la qualitat d'aigua amb el Mètode d'Elements Discrets de Volum (DVEM), particionant la xarxa per mitjà d'algoritmes de bisecció recursiva multinivell. En tercer lloc es presenta un mètode paral·lel per a la minimització de fugues mitjançant la determinació de les consignes òptimes d'una sèrie de vàlvules reductores de pressió. Finalment, la tercera via explorada és el desenvolupament d'algorismes paral·lels sobre memòria compartida per a la simulació de pressions i cabals. Es considera amb això un tipus de plataformes que han guanyat popularitat en els últims anys. S'utilitza la ferramenta OpenMP per a la paral·lelització, tant del programari Epanet i de la seua implementació del mètode GGA, com del mètode de malles, amb les contribucions al mateix que s'han realitzat en el context d'esta tesi. / Alvarruiz Bermejo, F. (2016). Reducción del Tiempo de Simulación de Redes de Distribución de Agua, mediante el Método de Mallas y la Computación de Altas Prestaciones [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/61764

A Doença Reumática Cardíaca (DRC) é uma séria complicação de orofaringite causada por determinados sorotipos de Streptococcus pyogenes não tratada adequadamente em indivíduos suscetíveis. É um grande problema de saúde pública, principalmente nos países não desenvolvidos e em desenvolvimento, como Brasil, Índia, países da África, regiões de população aborígine da Austrália, e Egito. É altamente debilitante e com alta taxa de mortalidade devido ao comprometimento cardíaco. As lesões miocárdicas iniciais regridem, mas as lesões valvares, principalmente a mitral e a aórtica, são irreversíveis e progressivas. Muitos estudos já caracterizaram a resposta imune celular (linfócitos T) e humoral nos indivíduos acometidos pela doença. Mimetismo molecular e espalhamento de epítopo são os principais mecanismos que se pensa estar envolvidos na patogênese da DRC. Avaliamos, nesta pesquisa, o perfil de expressão proteica em valvas mitrais de indivíduos acometidos por DRC. Para detectar alterações específicas desta doença, comparamos as expressões de proteínas nos grupos portadores de DRC com insuficiência (DRC-INS) e com estenose (DRC-EST) a um grupo de indivíduos com degeneração mixomatosa de valva mitral (DMX) e outro sem valvulopatias (CTL). Alterações especificamente observadas em tecido mitral na DRC-INS ou DRC-EST em fases avançadas da doença podem explicar o mecanismo de desenvolvimento desses dois tipos de lesão. Foram encontradas 25 \"spots\", correpondendo a 29 proteínas diferencialmente expressas nos grupos com valvulopatias, refletindo principalmente alterações na matriz extracelular. Encontramos importante clivagem diferencial da vimentina, cuja proteína íntegra possui 54 kDa, formando fragmentos com ~40 e ~45 kDa, aumentados na DRC, principalmente na DRC-INS. O colágeno do tipo VI, com aproximadamente 95 kDa, encontrou-se com expressão diminuída exclusivamente no grupo DRC-INS. A Vitronectina foi encontrou-se aumentada em na DMX e na DRC-EST, em relação ao grupo controle, principalmente na DRC-EST. Lumican, por sua vez, teve expressão diminuída na DMX e na DRC-EST, apesar de possuir um único \"spot\" com expressão aumentada na DRC. Utilizando métodos de análise de padrões de expressão protéica in silico foram identificados conjuntos de proteínas capazes de discriminar as amostras de valva mitral por etiologia da doença. O presente trabalho pode auxiliar na elucidação dos mecanismos de desenvolvimento da doença e de alterações estruturais do tecido mitral em resposta às lesões autoimunes, bem como no diagnósticoda DRC. / Rheumatic Heart Disease (RHD) is a serious complication of oropharingitis caused by some serotypes of Streptococcus pyogenes not properly treated in susceptible individuals. It is a public health concern, mainly for undeveloped and developing countries, such as Brazil, India, some countries in Africa, aboriginal regions in Australia, and Egypt. It is highly debilitating with a high mortality rate due to cardiac commitment. Initial myocardial lesions disappear, but valvar lesions, mainly mitral and aortic, are irreversible and progressive. Many studies have characterized cellular (T lymphocytes) and humoral responses in individuals affected by the disease. Molecular mimicry and epitope spreading are the main mechanisms thought to be involved in the pathogenesis of RHD. We evaluated, in this research, the profile of protein expression in mitral valves from individuals affected by RHD. To detect alterations specific of this disease, we compared protein expression in the group of RHD with regurgitation (RHD-RGT) and stenosis (RHD-STN) to a group of individuals with mitral valve myxomatous degeneration (MXD) and another group without valvulopathies (CTL). Alterations specifically observed in the mitral tissue of RHD-RGT and RHD-STN in advanced stages of the disease can explain the mechanism of development for these two kinds of lesions. Twenty-five spots, corresponding to 29 proteins were found to be differentially expressed in the valvulopathy groups, reflecting mainly alterations in extracellular matrix. We found important differential cleavage of vimentin, the whole protein having 54 kDa, in fragments with ~40 and ~45 kDa, increased in RHD, mainly in RHD-RGT. Collagen type-VI, with approximatelly 95 kDa, was found to have decreased expression exclusivelly in the RHD-RGT group. Increased expression of Vitronectin was detected in DMX and RHD-EST groups, compared to the CTL group, mainly in the RHD-STN. Lumican, in turn, had decreased expression in the MXD and RHD-STN groups. By using in silico methods for analysis of patterns of protein expression, we identified sets of proteins capable of discriminating mitral valve samples by disease etiology. The present study might help elucidating the mechanisms of disease development and structural alterations in the mitral tissue in response to the autoimmune lesions, as well as in the diagnosis of RHD.

A proposta deste trabalho é a de discutir aspectos do som da trompa, que está profundamente enraizado no instrumento histórico, anterior ao século XIX. É o som da trompa que inspira os músicos, atrai os ouvintes e estimula os compositores. É seu som que mantém o músico estudando por horas para adquirir as habilidades necessárias para tocar bem. Nos ouvintes, o som da trompa evoca heroísmo e nobreza, saudosismo e romantismo e, por décadas, foi a voz básica destes sentimentos em filmes e trilhas sonoras. Os compositores têm mantido uma relação sempre cambiante com este instrumento que, por sua vez, continua a se modificar, e as inovações que eles propuseram afetaram diretamente o som do instrumento. Esta pesquisa irá explorar as técnicas que os trompistas têm à disposição para dar colorido ao som do instrumento. A maioria destas tem suas raízes na execução da trompa natural e esta é a justificativa para a abordagem utilizada neste trabalho: aplicar as técnicas da trompa natural na execução da trompa de válvulas. O timbre da trompa natural é bastante afetado pela posição da mão. A sonoridade resultante pode ficar abafada, emudecida, metálica, cálida e rica ou aberta e brilhante. A ornamentação em forma de trinados labiais, grupetos e mordentes é um resultado da habilidade do executante, assim como arpejar fácil e fluentemente ao longo da extensão do instrumento, é também um exemplo de habilidade técnica. Esta fluência apresenta-se como um aspecto da cor da tonalidade. A afinação, seja ela diatônica, justa, em quartos de tom ou seguindo a série harmônica naturais, também enfeita a cor do som. Na trompa, a afinação seguindo a série harmônica é obtida simplesmente tocando-se as notas naturais do instrumento. Como músico de orquestra, acredito que o posicionamento correta da mão e o treinamento da flexibilidade na trompa natural beneficiaram-me na obtenção das cores e no balanço desejados na música tocada em meu instrumento de válvulas. Enquanto solista e músico de câmara, os benefícios e novos usos dessas técnicas foram ainda mais evidentes. Este trabalho pretende então demonstrar, pela provisão de exemplos da literatura e da prática profissional, como as técnicas da trompa natural podem melhorar a performance da trompa de válvulas moderna. / The purpose of this document is to discuss aspects of horn sound deeply rooted in the pre-19th-century historical instrument. It is the sound of the horn that inspires players, draws listeners, and stimulates composers. Sound keeps the performer practicing for hours to learn the skills required to play well. To listeners, the horns sound evokes heroism and nobility, wistfulness and romance; for decades it has been an essential voice for such qualities in motion picture sound tracks. Composers have maintained an ever-changing relationship with an instrument that continues to evolve; their innovations directly affect the sound of the horn. This inquiry will explore techniques that horn players could use to color the horns sound. Most of these techniques have their roots in natural horn performance, thus the reason for the manner of my approach: applying natural horn techniques to modern valved horn performance practice. Sound colors are not only characterized by timbre, but also through facility and intonation. Natural horn timbres are largely affected by hand position. The resulting sonority can be muffled, muted, brassy, warm and rich, or open and bright. The players ability to provide ornamentation through lip trills, turns, and mordents is a result of his or her facility. The ability to arpeggiate fluently and easily throughout the range of the instrument is another example of facile technique. This fluency exhibits itself as aspects of tone color. Intonation, whether it be diatonic, just, quartertone or natural harmonic, also colors sound. For the horn, natural harmonic intonation is simply achieved by playing the unadjusted notes of the harmonic series. As an orchestral player, I find that the right hand and flexibility training on my natural horn has been of great benefit in creating, on my valved horn, the colors and balance desired in the music. As a soloist, orchestral and chamber player, the benefits and new uses of these techniques are even more pronounced. This document is designed to demonstrate, by providing examples from the literature and professional practice, how natural horn skills can enhance modern valved horn performance.