[pt] A modelagem de fluidos é frequentemente utilizada, tanto na engenharia como na área de efeitos especiais para cinema e TV, para simular fenômenos naturais, tais como fogo, explosões, fumaça, água e ar. Basicamente, esta modelagem utiliza métodos baseados em malhas, tais como volumes finitos e elementos finitos, ou métodos independentes de malhas baseados em partículas, tais como MPS e SPH. Uma questão comum nas técnicas de partículas é o problema de fronteiras entre fluidos, já que não há uma solução geral e satisfatória. O objetivo deste trabalho é propor uma nova técnica para a visualização da fronteira entre fluidos utilizando o método SPH (Smoothed-particle Hydrodynamics) e o algoritmo Marching Cubes. Testes são realizados para averiguar os custos computacionais envolvidos na geração e renderização da malha da fronteira.

[en] In engineering and special effects for film and television, fluid modeling is frequently used to simulate natural phenomena, such as fire, explosions, smoke, water, and air. Basically, this modeling uses mesh-based methods, such as finite volumes and finite elements, or mesh-free methods based on particles, such as MPS and SPH. A common question among particle techniques is the problem of boundary between fluids, since there is no general and satisfactory solution available. The objective of this work is to propose a new technique for the visualization of the boundary between fluids using the SPH method (Smoothed-particle Hydrodynamics) and the Marching Cubes algorithm. Tests are made to investigate the computational costs involved in the generation and rendering of the boundary mesh.

[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] Fluxos de partículas em suspensão ainda são um desafio importante em muitas aplicações, tais como sedimentação, reologia e suspensões em leitos fluidizados. O acoplamento entre o fluxo da fase líquida e o movimento das partículas é o ponto central para a compreensão completa deste fenômeno. Além disso, o estudo da evolução da disposição das partículas na interface entre duas fases de fluido imiscíveis é também uma área de pesquisa muito importante, pois tal fenômeno ocorre em engenharia em muitos processos industriais, tais como transporte de pastas e a secagem de micro e nanocoberturas. Este trabalho propõe uma nova formulação baseada em domínios fictícios e multiplicadores de Lagrange que resolve as equações de Navier–Stokes e de corpo rígido para realizar a simulação do fluxo e da flutuação de partículas submersas em uma ou mais fases de fluidos imiscíveis. Para obtermos a solução discreta das equações utilizamos o método dos elementos finitos e uma abordagem totalmente implícita e acoplada. Esta formulação foi validada usando diferentes problemas de teste. Os resultados obtidos foram comparados com trabalhos anteriores e a concordância foi excelente.

[en] Flows with particles in suspension is still a challenging task important in many applications such as sedimentation, rheology and fluidized suspensions. The coupling between the suspending liquid flow and the particles’ motion is the central point in the complete understanding of these phenomena. Moreover, the study of the evolution of the configuration of particles at an interface between two immisible fluid phases is also a very important research area, since it occurs in many engineering and industrial processes like slurries transport and drying processes of micro and nano suspension coating. This work proposes a new fictitious domain formulation based on Lagrange multipliers that solves the Navier–Stokes and rigid body equations to perform the simulation of the flow and of the flotation of particles embedded on one or more immiscible fluid phases that we numerically discretize using a fully implicit and coupled finite element approach. The method is validated using different test problems. The results obtained are compared with previous works, and the agreement is excellent.

[pt] Correntes de turbidez ocorrem tanto na natureza como em situações criadas pelo homem. Segundo alguns pesquisadores, grande parte das reservas de petróleo conhecidas no mundo estão armazenadas nos reservatórios de hidrocarbonetos formados a partir dos sistemas turbidíticos. Tendo em vista a importância dessas correntes, este trabalho pretende propor um modelo numérico consistente e com baixo custo computacional, capaz de auxiliar na previsão de sedimentação de bacias nos processos de modelagem estratigráfica no contexto do simulador numérico de sedimentação tridimensional com ênfase nos processos deposicionais em ambientes de talude plataforma e bacia, chamado Steno, e validar o modelo numérico proposto através de simulações físicas conduzidas no Instituto de Pesquisas Hidráulicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. O modelo numérico proposto é baseado nas equações de Navier-Stokes, que são resolvidas tirando-se a média na profundidade do perfil de velocidades característico. Além disso, uma aplicação gráfica tridimensional para simulação numérica de correntes de turbidez, chamada Turb3D, foi desenvolvida com base nas equações propostas. O programa possui uma interface gráfica amigável para o usuário no que diz respeito à entrada de dados, solução e visualização dos resultados. Os resultados obtidos mostraram que apesar do modelo numérico possuir um bom desempenho computacional, se comparado com os complexos modelos numéricos existentes, não foi possível reproduzir com precisão a evolução das correntes de turbidez e seus depósitos. Contudo, acredita-se que a abordagem dada ao problema de simulação numérica de correntes de turbidez apresentada neste trabalho pode fornecer bons resultados. Entretanto, é fundamental que seja dada continuidade a pesquisa, de modo que ajustes e melhorias ao modelo proposto possam ser realizadas.

[en] Turbidity currents occur in both natural and man-made situations. In agreement with some researchers, most of the world’s oil reserves are stored in hydrocarbon reservoir built by turbidity systems. Because of the importance of these currents, this work proposes a consistent and efficient numerical method for simulations of turbidity currents for basin sedimentations predictions in the stratigraphic modelling process, which will be incorporated to the numerical simulator of sedimentation 3D called Steno. In order to validate the proposed numerical model experiments were conducted at the Hydraulics Research Institute of Federal University of Rio Grande do Sul. The proposed numerical model is based on Navier-Stokes equations that are solved in the depth-average. Moreover, a three-dimensional graphic application for numerical simulations of turbidity currents called Turb3D was developed. The application user interface provides a common, user-friendly, graphical environment for pre-processing, solution and post-processing. Despite the good computational performance achieved by using this approach, the method presented did not reproduce accurately the evolution of turbidity…

[pt] Neste trabalho foi feito um estudo investigativo sobre animação de fluidos utilizando sistemas de partículas. Baseado nas propostas apresentadas por Muller et al., esta dissertação objetiva investigar e compreender o uso do método Lagrangeano baseado em partículas, conhecido como Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH), para simulação de fluidos. A validação do método foi feita através da implementação de uma biblioteca capaz de animar fluidos a taxas interativas. Para testar a eficácia e eficiência do método, a biblioteca desenvolvida permite a instanciação de diferentes configurações, incluindo o tratamento de colisões do fluido com obstáculos, o tratamento da interação entre dois fluidos distintos e o tratamento de forças externas exercidas pelo usuário via um mecanismo de interação.

[en] This work investigates the use of particle-based system for fluid animation. Based on proposals presented by Müller et al., the goal of this dissertation is to investigate and fully understand the use of a Lagrangian method known as Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) for fluid simulations. A library has been implemented in order to validate the method for fluid animation at interactive rate. To demonstrate the method effectiveness and efficiency, the resulting library allows the instantiation of different configurations, including the treatment of fluid-obstacle collisions, interaction between two distinct fluids, and fluid-user interaction.

[pt] Este trabalho apresenta o estudo do escoamento transiente em difusores radiais com fronteira móvel alimentados axialmente. O problema é resolvido acoplando-se a modelagem do fluido à dinâmica do movimento da palheta. Admite-se o comportamento Newtoniano para o fluido de trabalho (ar). O escoamento é considerado incompressível, laminar e isotérmico numa geometria axisimétrica. As equações de conservação são resolvidas pelo método dos volumes-finitos utilizando-se um código numérico comercial, o FLUENT, adaptado de modo a permitir que o posicionamento da fronteira móvel faça parte da solução do problema. Analise-se os casos de movimentação súbita imposta à palheta e de fluxo mássico de alimentação periódica. Resultados do comportamento temporal da força axial do fluido sobre a palheta são apresentados. Determina-se também o campo de geração de entropia para o escoamento bem como sua variação para diversos instantes de tempo.

[en] This work presents the study of unsteady flow in a axially fed radial flow between parallel disks on a situation in which the frontal disk can move. The problem is solved coupling the fluid flow modeling and the valve dynamics movement. The fluid (air) is assumed to have a Newtonian behavior. The flow is incompressible, laminar and isothermal in an axisymmetric geometry. The governing equations are solved by finite volume methodology using a commercial software, FLUENT, which have been modified to admit boundary movement as part of the solution. The flow characteristics presented herein relate to situations where: I. the frontal disk is suddenly moved to a new location and ii. prescribed mass flux at the inlet orifice. Results for the behavior of the axial force in the frontal disk can be seen. Another important parameter analyzed is the entropy generation and its time variation.

[pt] O presente trabalho trata da caracterização e simulação de compressores alternativos dos tipos automotivo, hermético e semi-hermético, motivado pela necessidade de estudo de novos refrigerantes, com menor impacto ambiental, isto é, sem potencial de destruição da camada de ozônio e baixo potencial de efeito estufa. O estudo apresenta uma metodologia para a modelagem, mediante a qual, dependendo do tipo de compressor, este é dividido nos seguintes volumes de controle: mufla de sucção, câmara de sucção, cilindro de compressão, câmara de descarga, linha de descarga, motor elétrico, carcaça do compressor, massa metálica interna e gás escoando no interior da carcaça. Equações fundamentais de conservação, de troca de calor, de queda de pressão e de propriedades termofísicas do refrigerante são aplicadas a cada volume de controle. Buscando o desenvolvimento de modelos simples, porem, ainda capazes de identificar o desempenho do compressor operando com diferentes refrigerantes, optou-se pelo desenvolvimento de modelos semi-empíricos, determinando-se coeficientes empíricos, característicos do compressor e independentes do refrigerante ou das condições de operação. Foram efetuados ensaios calorimétricos normalizados em duas instalações laboratoriais existentes para os compressores hermético e semihermético. Para o compressor hermético foi utilizado o HFC-134a como referência e foram testados os refrigerantes HFO-1234yf e HFO-1234ze(E) e a mistura HDR-17. Para o compressor semi-hermético foi utilizada uma instalação de refrigeração comercial instrumentada do tipo ar-ar, operando com a mistura R404A (referência), tendo sido testados oito novos fluidos. Para o compressor automotivo foram utilizados dados experimentais do refrigerante HFO-1234yf, existentes na literatura. A caracterização dos compressores alternativos foi bem sucedida na medida em que os parâmetros empíricos determinados a partir de diferentes refrigerantes mostraram-se com valores suficientemente próximos. Nos testes experimentais foram identificados fluidos refrigerantes com desempenho maior e baixo potencial de aquecimento global. Atingiu-se, com a modelagem, o desenvolvimento de uma ferramenta computacional capaz de predizer as condições de operação de compressores alternativos operando com novos refrigerantes, a partir do modelo baseado em parâmetros empíricos obtidos de testes experimentais com refrigerantes convencionais, de fácil obtenção. O método de gradiente reduzido generalizado (GRG) foi utilizado na solução do sistema de equações não lineares, para a caracterização dos compressores alternativos. O modelo de simulação foi desenvolvido na linguagem Fortran. As propriedades termodinâmicas dos fluidos refrigerantes foram obtidas pelo pacote computacional REFPROP (NIST Standard Reference Database 23, Version 8.0). Os valores previstos pela simulação apresentaram boa concordância com os resultados experimentais.

[en] This work shows a methodology for calculating the characteristic parameters of an open, a hermetic and a semi-hermetic reciprocating…

[pt] Fluidos são extremamente comuns em nosso mundo e têm papel central em muitos fenômenos naturais. A compreensão de seu comportamento tem importância fundamental em uma vasta gama de aplicações e diversas áreas de pesquisa, da análise de fluxo sanguíneo até o transporte de petróleo, da exploração do fluxo de um rio até a previsão de maremotos, tempestades e furacões. Na simulação de fluidos, a abordagem conhecida como Euleriana é capaz de gerar resultados bastante corretos e precisos, mas as computações envolvidas podem se tornar excessivamente custosas quando há a necessidade de tratar fronteiras curvas e obstáculos com formas complexas. Este trabalho aborda esse problema e apresenta uma técnica Euleriana rápida e direta para simular o escoamento de fluidos em grades estruturadas parametrizadas tridimensionais. O principal objetivo do método é tratar de forma correta e eficiente as interações de fluidos com fronteiras curvas, incluindo paredes externas e obstáculos internos. Para isso, são utilizadas matrizes Jacobianas por célula para relacionar as derivadas de campos escalares e vetoriais nos espaços do mundo e paramétrico, o que permite a resolução das equações de Navier-Stokes diretamente no segundo, onde a discretização do domínio torna-se simplesmente uma grade uniforme. O trabalho parte de um simulador baseado em grades regulares e descreve como adaptá-lo com a aplicação das matrizes Jacobianas em cada passo, incluindo a resolução de equações de Poisson e dos sistemas lineares esparsos associados, utilizando tanto iterações de Jacobi quanto o método do Gradiente Biconjugado Estabilizado. A técnica é implementada na linguagem de programação CUDA e procura explorar ao máximo a arquitetura massivamente paralela das placas gráficas atuais.

[en] Fluids are extremely common in our world and play a central role in many natural phenomena. Understanding their behavior is of great importance to a broad range of applications and several areas of research, from blood flow analysis to oil transportation, from the exploitation of river flows to the prediction of tidal waves, storms and hurricanes. When simulating fluids, the so-called Eulerian approach can generate quite correct and precise results, but the computations involved can become excessively expensive when curved boundaries and obstacles with complex shapes need to be taken into account. This work addresses this problem and presents a fast and straightforward Eulerian technique to simulate fluid flows in three-dimensional parameterized structured grids. The method s primary design goal is the correct and efficient handling of fluid interactions with curved boundary walls and internal obstacles. This is accomplished by the use of per-cell Jacobian matrices to relate field derivatives in the world and parameter spaces, which allows the Navier-Stokes equations to be solved directly in the latter, where the domain discretization becomes a simple uniform grid. The work builds on a regular-grid-based simulator and describes how to apply Jacobian matrices to each…

[pt] Esta tese propõe um método meshfree adaptativo de advecção para problemas de fluxo bifásico de fluidos incompressíveis e imiscíveis em meios porosos heterogêneos tridimensionais. Este método se baseia principalmente na combinação do método Semi-Lagrangeano adaptativo com interpolação local meshfree usando splines poliharmônicas como funções de base radial. O método proposto é uma melhoria e uma extensão do método adaptativo meshfree AMMoC proposto por Iske e Kaser (2005) para modelagem 2D de reservatórios de petróleo. Inicialmente este trabalho propõe um modelo em duas dimensões, contribuindo com uma melhoria significativa no cálculo do Laplaciano, utilizando os métodos meshfree de Hermite e Kansa. Depois, o método é ampliado para três dimensões (3D) e para um meio poroso heterogêneo. O método proposto é testado com o problema de five spot e os resultados são comparados com os obtidos por sistemas bem conhecidos na indústria de petróleo.

[en] This thesis proposes an adaptive meshfree advection method for two-phase flow problems of incompressible and immiscible fluids through three-dimensional heterogeneous porous media. This method is based mainly on a combination of adaptive semi-Lagrangian method with local meshfree interpolation using polyharmonic splines as radial basis functions. The proposed method is an improvement and extension of the adaptive meshfree advection scheme AMMoC proposed by Iske and Kaser (2005) for 2D oil reservoir modeling. Initially this work proposes a model in two dimensions, contributing to a significant improvement in the calculation of the Laplacian, using the meshfree methods of Hermite and Kansa. Then, the method is extended to three dimensions (3D) and a heterogeneous porous medium. The proposed method is tested with the five spot problem and the results are compared with those obtained by well-known systems in the oil industry.

[pt] Apresenta-se uma técnica de projeto para sistemas (computadores) a serem construídos com circuitos integrados digitais. A base da técnica é a simulação dos diferentes elementos físicos por rotinas especializadas e a simulação de conjunto por chamadas a essas rotinas. Para exemplificar a técnica apresenta-se o projeto de um pequeno computador com módulos integrados TTL MSI. No simulador do computador exemplo, cada elemento físico é substituído pela chamada à rotina típica simuladora, e as ligações são representadas pela passagem de parâmetros (pontos terminais do elemento à rotina equivalente).

[en] This thesis presents a project technique for systems (computers in particular) by use of digital integrated circuits. The technical foundation of the project is the simulation of the various physical elements through specialized routines and consequently the simulation of the whole system by calling these routines. As a practical example of the technique proposed here a project for a small size computer with integrated modular TTL MSI is presented. Finally, in the simulation of this computer each physical element is substituted by the corresponding routine that simulates it. Also, the various joints are represented by the flow of parameters (terminal points of the physical elements to the equivalent routines).

[pt] As reservas de óleos pesados têm obtido grande importância devido à diminuição das reservas de óleos leves e ao aumento dos preços do petróleo. Porém, precisa-se de aumentar a viscosidades destes óleos pesados para que possam fluir até superfície. Para reduzir a viscosidade foi escolhida a técnica de recuperação térmica SAGD (Steam Assisted Gravity Drainage) pelos seus altos valores de recobro. A redução da viscosidade é atingida pela transmissão de calor ao óleo pela injeção de vapor, porém uma parte deste calor é transmitida à rocha. Esta transmissão de calor junto com a produção de óleo geram uma variação no estado de tensões no reservatório o que por sua vez geram fenômenos geomecânicos. Os simuladores convencionais avaliam de uma forma muito simplificada estes fenômenos geomecânicos, o que faz necessários uma abordagem mais apropriada que acople o escoamento dos hidrocarbonetos e a transmissão de calor com a deformação da rocha. As mudanças no reservatório, especialmente a variação da saturação, afetam as propriedades sísmicas da rocha, as quais podem ser monitoradas para acompanhar o avanço da frente de vapor. A simulação fluxo-térmica-composicional-geomecânica é integrada à sísmica de monitoramento 4D da injeção de vapor (a través da física de rochas). Existe uma grande base de dados, integrada por propriedades dos fluidos do reservatório (PVT) (usado no arquivo de entrada de simulação de fluxo) e uma campanha de mecânica das rochas. Foram simulados vários cenários geomecânicos considerando a plasticidade e variação da permeabilidade. Foram avaliadas várias repostas geomecânicas e de propriedades de fluidos no pico de pressão e final do processo SAGD. A resposta geomecânica pode ser observada, porém foi minimizada devido à baixa pressão de injeção, sendo o mecanismo de transmissão de calor um fator importante na produção de óleo (pela redução da viscosidade) e a separação vertical entre poços. Foi também significativa à contribuição da plasticidade no aumento da produção de hidrocarbonetos. A impedância acústica foi calculada usando a Equação de substituição de fluidos de Gassmann. Os sismogramas sintéticos de incidência normal (para monitorar o avanço da frente o câmara de vapor) mostraram a área afetada pela injeção de vapor, porém com pouca variação devida principalmente à rigidez da rocha.

[en] The heavy oil reserves have gained importance due to the decreasing of the present light oil reserves. Although it is necessary to reduce the oil viscosity and makes it flows to surface. For its high recovery factor the SAGD (Steam Assited Gravity Drainage) thermal process was selected. The viscosity reduction is achieved by heat transfer from steam to oil, but some part of this heat goes to rock frame. This heat transfer together with oil production change the initial in-situ stress field what creates geomechanical effects. The conventional flux simulators have a very simplified approach of geomechanical effects, so it is necessary to consider a more suitable approach that considers the coupling between oil…

[pt] Em uma simulação de reservatório convencional, geralmente o modelo de fluxo de fluido de uma área de interesse recebe mais atenção do que o modelo geomecânico. Nos estudos de fluxo, são analisadas as variações de pressão de poros, saturação de fluidos e temperatura no reservatório, resultantes da produção e injeção de fluidos durante a fase de explotação do campo. Porém, o comportamento mecânico da rocha também chamado, na indústria do petróleo, de efeito geomecânico é aproximado em uma simulação convencional de reservatórios através de apenas um único parâmetro mecânico: a compressibilidade da rocha, insuficiente para avaliar de maneira adequada, o efeito que a variação do estado de tensão nas rochas reservatório e adjacentes exercem sobre a pressão de poros no reservatório. Em função disso, um dos objetivos deste trabalho é analisar como a variação de propriedades das rochas e dos fluidos pode impactar na produção de hidrocarbonetos e na ordem de grandeza da compactação e subsidência. Outro objetivo igualmente importante é a criação de um fluxo de informações que permite estimar as propriedades mecânicas das rochas a partir de dados provenientes de perfilagem, de maneira a dar maior acurácia aos dados utilizados. Dessa forma, as análises feitas utilizaram a metodologia desenvolvida pelo GTEP/PUC-Rio, a qual permite que sejam feitas simulações parcialmente acopladas de duas vias entre o simulador de fluxo IMEX e o programa de análise de tensões CHRONOS. Os resultados obtidos permitiram concluir que o início da liberação de gás dentro do reservatório tem impacto não só na explotação de fluidos, como também na desaceleração do processo de compactação do reservatório. Além disso, mudanças de propriedades nas rochas adjacentes não geram comportamentos semelhantes de deslocamentos para todos os horizontes observados.

[en] In a conventional reservoir simulation, usually the fluid flow model of an area of interest receives more attention than the geomechanics model. In these studies, the pore pressure, fluid saturation and reservoir temperature variations resulting from the production and injection of fluids during the field exploitation phase are analyzed. However, less attention is given to the mechanical behavior of rock, also called geomechanical effects in the petroleum industry, which is approximated in a conventional reservoir simulation using only a single mechanical parameter: the compressibility of the rock, which is insufficient to adequately evaluate the effect that the variation of the stress state in the reservoir and in the adjacent rocks exerts on the pore pressure in the reservoir. Because of that, this work aims at analyzing how the variations of rocks and fluids properties may affect the production of hydrocarbons and the order of magnitude of compaction and subsidence. Another equally important objective is the creation of an information flow that allows the estimation of the mechanical properties of the rocks, based on log data, in order to give greater accuracy to the data used. Thus, the…

[pt] Configurações novas e tradicionais de sistemas de refrigeração comerciais foram comparadas considerando sua operação com fluidos refrigerantes alternativos. Primeiramente, desenvolveram-se modelos termodinâmicos para o ciclo transcrítico de dois estágios com refrigerante CO2 (CO2 booster) e para o sistema indireto com CO2 bifásico operando como fluido secundário (pumped CO2). Tais tecnologias foram, em seguida, comparadas com o ciclo de expansão direta (DX) por meio do COP e do consumo anual de energia. Nessa análise, R404A, CO2, e misturas não-azeotrópicas de baixo GWP foram utilizados como fluidos refrigerantes. Em segundo lugar, desenvolveu-se modelo de parâmetros concentrados para simular a operação em regime permanente do sistema de expansão direta com múltiplos compressores e evaporadores. O método multizona foi utilizado na modelagem dos trocadores de calor tubo-e-aleta, com a consideração de diferentes tipos de aletas e superfícies internas para os tubos. Resultados da simulação foram comparados com dados experimentais e, em seguida, calculou-se o impacto ambiental do sistema operando com diferentes refrigerantes de baixo GWP, por meio da metodologia LCCP.

[en] Comparison of new and conventional commercial refrigeration systems, operating with typical and alternative refrigerants, was performed. First, thermodynamic models for the pumped CO2 and the CO2 booster cycles were developed. The COP and the annual energy consumption of these novel designs were compared to those of the traditional direct expansion system in different geographic locations, to take into account year-round climate data. Refrigerant R404A, CO2 and new low-GWP non-azeotropic blends were considered as working uids in this analysis. Second, a component-based lumped parameter model to simulate the steady-state operation of a multicompressor multi-evaporator direct expansion system was developed. The modeling effort considered a multizone approach for the tube-and-fin heat exchangers, as well as addressing enhanced internal surfaces and different fin patterns. Predicted results were compared with experimental data, and a life cycle climate performance (LCCP) analysis was performed to compare the environmental impact of new low-GWP refrigerants.

[pt] A proposta deste trabalho é viabilizar e acelerar a simulação de um sistema de grãos implementado inteiramente na GPU, utilizando o Método dos Elementos Discretos (MED). O objetivo de implementar todo o sistema na GPU é evitar o custo de transferência de informações entre a placa gráfica e a CPU. O sistema proposto simula partículas de diferentes diâmetros, com tratamento de colisão entre partículas e entre partículas e o ambiente. Com o Método dos Elementos Discretos são consideradas forças normais e forças tangenciais aplicadas sobre as partículas. Algoritmos paralelos foram desenvolvidos para construção e armazenamento do histórico de forças tangenciais existente em cada contato entre partículas. São comparadas duas propostas de construção de grade regular de células para realizar a detecção de contato. A primeira proposta é muito eficiente para partículas com raio fixo, enquanto que a segunda se mostra com maior escalabilidade para modelos com variação de raio. O sistema é composto por diversos algoritmos executados em threads, responsáveis por cada etapa da simulação. Os resultados da simulação foram validados com o programa comercial PFC3D. O sistema de partículas em GPU consegue ser até 10 vezes mais rápido do que o programa comercial.

[en] The purpose of this work is to make possible and speed up a grain system simulation implemented entirely on GPU, using the Discrete Element Method (DEM). The goal of implementing all the system on GPU is to avoid the cost of data transfer between the graphics hardware and the CPU. The proposed system simulate particles of different diameters, with collision treatment between particles and between particles and the environment. The Discrete Element Method consider normal forces and tangential forces applied on the particles. Parallel algorithms were designed to construct and storage the tangential forces history present in each contact between particles. Two ideas for the construction of the regular grid of cells are proposed and compared to perform the collision detection. The first one is very efficient to particles with fixed radius, while the second one shows more scalability in models with radius variation. The system consists of several algorithms running in threads, responsible for each step of the simulation. The results of the simulation were validated with the commercial program called PFC3D. The GPU particle system can be up to 10 times faster then the commercial program.

[pt] No presente trabalho, é desenvolvido um modelo matemático para a simulação do processo de liquefação de gás natural APCI C3MR com dois estágios. O primeiro estagio consta de um ciclo de pré-resfriamento por compressão de vapor, com propano como refrigerante, o qual reduz aproximadamente até -35 ºC a temperatura do gás natural, em quatro níveis de pressão. No segundo estagio para a liquefação de gás natural o ciclo de compressão de vapor tem como refrigerante uma mistura composta de nitrogênio, metano, etano e propano. Nos dois estágios os evaporadores trabalham em três diferentes níveis de pressão. Os evaporadores do ciclo de pré-resfriamento são usados como condensadores para o ciclo de liquefação. Para os dados de entrada da simulação foi considerado o projeto da Planta de Liquefação de Gás Natural Pampa Melchorita, no departamento de Ica, ao sul de Lima, Peru, com produção prevista de 4,7 MTPA. As propriedades da mistura de refrigerante e do gás natural foram calculadas a partir do programa REFPROP, desenvolvido no NIST, EUA. Dos valores obtidos das propriedades termodinâmicas construírem-se equações de ajustes que foram utilizadas no modelo matemático. O sistema de equações algébricas não-lineares foi resolvido em plataforma EES.

[en] In the present work a mathematical model for the simulation the APCI C3MR process for natural gas liquefaction, in two vapor compression refrigeration stages, is presented. In the first stage, with propane as the working fluid, the temperature of natural gas is reduced to -35 ºC. The second stage uses a mixture of nytrogen, methane, ethane and propane as refrigerant. The evaporators of the pré-cooled cycle are used as condensers for the liquefaction cycle. The mathematical model is formed by the mass and energy conservation equations, applied to adequate control volumes, and by the thermodynamic properties equations, from the computational package REFPROP, developed by NIST, USA. A computational program was developed in platform EES, to solve the resulting non-linear system of algebraic equations. As input for the program, data from an existing NG liquefaction plant in Pampa Mechorita, south of Lima, Peru, were used.

[pt] Neste trabalho é estudado um meio de se determinar os parâmetros de um regulador de tensão. È também discutida a determinação do modelo para o regulador. São mostrados exemplos diferentes aos reguladores de ação não contínua. Foi desenvolvido um programa digital para simular os testes de campo realizados com os reguladores.

[en] A study is made of a way of determining the parameters of a voltage regulator. Some thoughts are also given on the determination of the model representing the regulator. Sample cases are given for the noncontinuosly acting regulators. A digital program was developed for simulating the tests that were with the regulators.

[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…

[pt] O presente trabalho descreve uma investigação referente ao movimento relativo entre partículas rígidas e fluidas de natureza Newtoniana ou Não-Newtoniana. Experimentos inéditos envolvendo partículas rígidas esféricas e cilíndricas são realizados com o objetivo de se validar uma teoria, que permite que parâmetros relevantes do escoamento perturbem pela presença de partículas rígidas, possam ser calculado em função de parâmetros do escoamento não perturbando-escoamento em ausência da partícula perturbadora. Embora a teoria refira-se, indistintamente, ao escoamento relativo entre a partícula rígida e o fluido, no âmbito do presente trabalho, e sem perda generalidade, estudou-se sempre a queda de partículas em um meio fluido estacionário. Três diferentes classes de sistema fluido-partícula foram investigadas-partícula cilíndrica e fluida Newtoniano, (ii) partícula e fluido Não-Newtoniano e (iii) partícula esférico e fluido Não Newtoniano. Para o caso de fluidos Newtonianos, além de se comprovar a teoria dentro dos limites do domínio de validade inicialmente previstos para esta (Rep menor que 2,0), são realizados experimentos que extrapolam este domínio, obtendo-se resultados surpreendentes, entre os quais, a constatação experimental da validade da teoria - originalmente desenvolvida para o Regime de Oseen, além deste regime. Apresenta-se, também, uma análise física fundamentada nas equações de movimento, objetivando explicar uma complexa transição de comportamento observada. Transição esta que, embora já detectada em trabalhos anteriores, carecia de uma interpretação física adequada. Experimentos envolvendo fluidos Não-Newtonianos puramente viscosos do tipo power law-apresentando diferente valores do expoente power law - 0,75 menor que n menor que 0,91 - e partículas rígidas esféricas ou cilíndricas, foram realizados no regime hidrodinâmico com Reynolds variando de 0,03 a 46. Os resultados obtidos comprovam a validade da teoria, ampliando seu domínio de validade a situações até então não investigadas. Com base no presente trabalho é sugerida uma original abordagem a respeito do comportamento da teoria, com a generalização e ampliação do seu domínio de validade. O trabalho apresenta, também, uma contribuição ao complexo processo de fabricação de fluidos Não-Newtonianos, com propriedades reológicas pré-determinadas, resumindo e criticando outras experiências esparsamente publicadas na literatura. Diferentes técnicas de viscosimetria são testadas objetivando-se a obtenção das propriedades reológicas dos fluidos utilizados. Com base em intercomparações de métodos realizadas, bandas de incerteza mais realistas foram propostas com condicionantes inerentes aos diferentes métodos testados. Finalmente, é apresentado um estudo relativo a influência que a proximidade das paredes do duto exerce na força de atraso viscoso atuante sobre a partícula.

[en] This work describes an investigation concerning the relative motion of solid particles in Newtonian and Non-Newtonian flows. Inedit experiments involving particles of…

[pt] A redução drástica no valor do barril de petróleo em decorrência do crescimento desacelerado das maiores economias do mundo e da queda no consumo está promovendo uma mudança no comportamento da Indústria de Petróleo, uma vez que a redução dos custos de produção associado ao aumento da produtividade é essencial para o setor. Além disso, os aspectos ambientais estão em evidencia devido ao aumento da temperatura global nos últimos anos. Sendo assim, o Método de Recuperação Avançado WAG (Water Alternating Gas) com injeção de dióxido de carbono (CO2) é capaz de aliar aumento de produção de óleo com redução da emissão de dióxido de carbono na atmosfera. Essa dissertação tem o objetivo de estudar o efeito do WAG-CO2 sobre o fator de recuperação e sequestro de dióxido de carbono em reservatório arenítico. Para isso, serão realizadas simulações numéricas de fluxo contínuo em modelos blackoil e composicional utilizando as ferramentas WinProp, Builder, IMEX e GEM, do pacote de simuladores da CMG (Computer Modelling Group). Sendo o IMEX usado para modelos black-oil e o GEM para composicional. O conhecimento das permeabilidades, fenômenos de histerese e tensão interfacial para a simulação numérica são fundamentais para definir o plano de desenvolvimento e as variáveis do processo, responsáveis pelo acréscimo do fator de recuperação e economicidade. Porém, o IMEX e o GEM não permitem que a tensão interfacial e histerese sejam estudos simultaneamente. O fator de recuperação das simulações considerando tensão interfacial foram, em média, 3 por cento maiores que para os casos com histerese, e 0,6 por cento superiores nas injeções iniciando com o gás. Além disso, o aumento no número de poços produtores e injetores melhorou o varrido do reservatório, porém, aspectos como pressão do reservatório, produção de gás e de água devem ser monitorados.

[en] The drastic reduction in the amount of oil as a result of slowed growth of the world s largest economies and the fall in consumption, is promoting a change in the behavior of the Petroleum Industry, since the reduction in production costs coupled with increased productivity is essential for the sector. Moreover, environmental aspects are evident due to the global temperature rise in recent years.Therefore the Advanced Recovery Method WAG (Water Alternating Gas) with carbon dioxide injection (CO2) is able to combine oil production increase with a reduction in carbon dioxide emissions in the atmosphere. This dissertation is intended to study the effect of WAG-CO2 on the recovery factor and carbon dioxide sequestration in sandstone reservoir. For this, numerical simulations streaming will be held in black-oil and compositional models using the WinProp tools, Builder, IMEX and GEM, the simulator package CMG (Computer Modelling Group). Being the IMEX used for black-oil models and the GEM to compositional. Knowledge of permeability, hysteresis phenomena and interfacial tension for the numerical simulation are essential to define the development plan and the process variables responsible…

[pt] O conhecimento do que acontece no reservatório em produção a partir de variações temporais dos atributos sísmicos devido aos processos dinâmicos vem atingindo um valor crescente na indústria do petróleo, especialmente em arenitos. Este processo possui vários desafios, focados em grande parte a desvendar a superposição dos diferentes efeitos provocados pelas mudanças do reservatório nos dados sísmicos. As propriedades sísmicas são afetadas de maneira complexa por vários fatores, sendo a saturação um dos mais importantes, principalmente em rochas porosas como o arenito. Esta propriedade influencia no módulo elástico da rocha e sua resposta sísmica e, ao mesmo tempo, introduz dispersão da velocidade (variação da velocidade com a freqüência). A transição de fluido efetivo (distribuição homogênea e menores velocidades) para fluido com distribuição heterogênea (e maiores velocidades) estabelece um mecanismo de dispersão presente para freqüências sísmicas in situ, especialmente no arenito. O método mais utilizado para aplicar a técnica de substituição de fluidos se baseia na teoria de Gassmann (1951), que considera o meio poroso estático (estado de isostress), onde o fluido não é afetado pela perturbação da onda. No entanto, pesquisas mostram que as velocidades acústicas em rochas saturadas de fluido dependem da freqüência, do tipo de fluido e sua distribuição no meio poroso, viscosidade e outras propriedades que tornam as ondas dispersivas. Neste trabalho são realizadas simulações de fluxo de reservatórios, transformações de física de rochas, upscaling e modelagem sísmica em cenários de injeção de gás com o objetivo de esclarecer a importância de levar em conta a dispersão da velocidade na análise time-lapse. Para isso, são analisados para cada modelo mapas de saturação, velocidade, impedância e sismogramas sintéticos (seções de contraste) calculados com as teorias de substituição Gassmann (1951) e Mavko E Jizba (1991). Os resultados mostram que a resposta sísmica pode ter um incremento de até 15 por cento quando a dispersão devida ao fluxo local é considerada. Porosidade e tortuosidade são parâmetros essenciais que influenciam de maneira diferente na resposta sísmica.

[en] The evaluation of reservoir dynamics during production through time-lapse interpretation has reached a substantial importance in the petroleum industry, mainly in sandstones. This evaluation presents many challenges, mainly concerned to unmask the overlapping of different effects in seismic data due to reservoir changes. Several factors affect seismic properties and saturation is one of the most important. This property influences the rock bulk modulus and seismic response and also causes a velocity dependence on the frequency. This phenomenon is known as velocity dispersion. Furthermore, the transition from effective homogeneous fluid to heterogeneous saturation represents a dispersion mechanism that appears for seismic frequencies in situ in sandstones. The most commonly method used to perform the fluid substitution technique is based in…

[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] Nesta dissertação será apresentada uma metodologia para utilização da técnica de simulação como ferramenta de apoio à decisão na solução do problema do dimensionamento da capacidade de armazenamento. O objeto de estudo é uma unidade logística de armazenamento de produtos de petróleo (Terminal ou Base de Distribuição), seja ela existente na cadeia de suprimento, ou em projeto. A principal contribuição da metodologia apresentada deverá se traduzir em agilidade, tanto na análise, quanto na escolha da melhor opção (quando possível) de tancagem ou estocagem.

[en] This work is concerned with the utilization of simulation techniques as a decision support tool for the resolution of the tank farm sizing problem and the related decision-making process. The focus is a logistic storage facility (a terminal or a distribution center) for oil products, supposed to be already part of the supply-chain, or still in project. The methodology herein should provide more agility and expertise in further analysis of results, allowing for the best choice (when possible) for the tank farm capacity or product stock levels.

[pt] Nesta dissertação aborda-se um problema pouco estudado - o processo de planejamento/programação de saída de contêineres de importação, movimentados por reach stackers. Clientes pré-agendam a retirada de seus contêineres em janelas de tempo de duas horas, sem especificação de horário. Efetua-se a présegregação dos contêineres na noite anterior à da efetiva entrega, com a formação de pilhas por faixa de horário e área buffer para a movimentação. A proposta deste trabalho é identificar e avaliar comparativamente as variáveis de desempenho envolvidas no atendimento de um máximo de 30 contêineres em cada janela de tempo, estruturados em seis pilhas de cinco contêineres de altura cada. São analisadas duas regras de sequenciamento diversas: (a) Primeiro a entrar, primeiro a sair (PEPS) e (b) Tempo de processamento mínimo (SPT) ou Movimentação Mínima (que se confundem neste problema). O modelo é necessariamente de simulação, uma vez que o processo em estudo envolve a movimentação de pilhas de contêineres (formadas aleatoriamente), com acesso por equipamentos stackers (segundo políticas de acesso típicas), e chegada das carretas com ordenamento aleatório, segundo distribuição própria. Com a aplicação do modelo, conclui-se que, num regime de atendimento PEPS, a janela de tempo de duas horas é insuficiente para atender à demanda de 30 (trinta) contêineres em um regime de chegada segundo Poisson. Já no segundo regime de atendimento estudado, com atendimento seletivo de fila de espera segundo critério decisório de movimentação mínima esperada, os resultados foram bastantes mais promissores embora insuficientes ao atendimento das carretas, em média, na janela de tempo disponibilizada e nas condições operacionais oferecidas pela instalação. Cenários outros foram simulados e seus resultados devidamente avaliados.

[en] In this work, the focus is on a rarely studied problem in the technical literature - the inbound containers (importation) process delivery, with reach stackers for moving the containers . In this process, customers schedule their containers withdrawal in one of the several allowable time windows - two hours time, without fixed arrival order. Containers pre-segregation occurs in the night before the effective delivery day. Thirty containers are stacked by time windows in six stacks five containers high and a buffer area allocated for subsidiary movements. The purpose of this work is to identify and to evaluate comparatively the key performance indicators associated with the thirty containers maximum delivery levels in each time window. The model is necessarily a simulation one, because it involves the container stack packing (random), its access and movement by reach stacker equipment (with typical access policies) and the truck arrival for withdrawing the container (also random). Two different sequencing rules are compared - first in, first out (FIFO) and smallest processing time (SPT). Solving the model in a FIFO delivery discipline, the conclusion is that the two hours time window is insufficient to deal with…

[pt] Este trabalho descreve um estudo teórico e sua aplicação computacional sobre a operação de usinas hidráulicas num sistema elétrico de potência. Parte-se das equações dinâmicas do sistema, considerando os parâmetros que influenciam um sistema multireservatório (afluências e potência demandada, aleatória, tempo de percurso da água entre dois reservatórios). Essas equações são um conjunto de equações diferenciais de 1º ordem, quais são aproximadas por um conjunto de diferentes finitas, com a finalidade de que o sistema em um instante t só dependa do instante anterior (t-1). Quando apresenta-se o problema do tempo de percurso da água entre dois reservatórios, t(i), o sistema em um instante t vai depender de (t-l) e de (t-t(i)). Então as equações recorrentes com transmissão não instantânea são transformadas em um conjunto de equações de estado, que representam estados intermediários entre os reservatórios, assim aumentando o número de equações de estado, faz-se com que o retardo de tempo t(i) não apareça explicitamente. Tendo definido o modelo matemático do sistema, o objetivo é maximizar a quantidade de água armazenada, satisfazendo uma demanda de potência aleatória e as restrições em hidráulicidade (características hidráulicas do sistema) e em instalações. São usados os métodos de relaxação e de intervalos iguais. Os programas foram feitos para o sistema IBM 370-165 da PUC/RJ.

[en] This thesis describes a theorectical study and its computational application for the operation of hidraulic plants within an electric power system. It is besed on the dynamic equations of the system, considering the parameters wihich influence a multi-reservoir (water inflows and demended power both aleatory quantities, transit time of water between two reservoirs).These equations are a first order diferential equations, which are aproximated by a set of diference-equations, in order that in a given instant t, the water transit-time problem between two reservoirs, t(i), is presented. The system in an instant t will depend on (t-l) and (t-,t(i)). Then the recurrence equations with noninstantaneous transmission are transformed in a set of state variables, these represent intermediary states between the reservoirs, so that, increasing the number of state equations the time delay in is eliminated. Once the mathematical model is defined, the objective is to maximize the stored water quantity satisfying an aleatory demand power and the restrictions on hidraulicity and instalations. The relaxation and equal-intervals methods are used the computer programs were implement for the IBM 370-165 system of the PUC/RJ.

[pt] Visando aumentar a produção de hidrocarbonetos, a indústria do petróleo desenvolveu métodos de recuperação cujo objetivo é obter uma maior produção. Assim, diversos problemas podem ser encontrados quando se faz uso destas técnicas, principalmente a convencional, em reservatórios geologicamente complexos. Por outro lado, a consideração de estruturas geológicas na engenharia de reservatórios, como as falhas, tem caráter fundamental para a determinação de respostas realísticas quanto à produção de hidrocarboneto. No caso específico da falha, a sua consideração no modelo apresenta importância significativa no âmbito atual, principalmente no que diz respeito à possibilidade de reativação, relacionada com o surgimento de um caminho preferencial para o hidrocarboneto, implicando, nos casos mais críticos, no escape de fluido e na possível perda da estanqueidade do reservatório. Neste contexto, foram idealizados quatro modelos de reservatório com inclinações de falha e zona de falha de 80 graus e 60 graus. Aliado às simulações hidromecânicas, foram estudadas duas abordagens numéricas para tratar o plano/zona de falha. A primeira metodologia empregada faz uso de interações de contato e a falha foi tratada como um plano. A segunda metodologia considera uma zona de falha cujo comportamento é dado pelo critério de plastificação de Mohr-Coulomb. Pela análise dos resultados foi observado que o emprego de interações de contato requer a utilização de um modelo de atrito que leve em consideração a queda das tensões normais efetivas no critério de ruptura. O modelo de plasticidade apresentou resultados consistentes em relação ao processo de reativação da zona de falha para os modelos construídos. Como conclusão geral do trabalho, afirma-se que a consideração de planos de falha ou zonas de falha em reservatórios devem ser definidas cautelosamente no modelo geomorfológico, uma vez que a modelagem destes tipos de estruturas geológicas requer a utilização de diferentes técnicas numéricas para determinar seu comportamento hidromecânico.

[en] Aiming to increase hydrocarbon production, the oil industry has developed recovery methods whose purpose is to get more production. Thus, several problems may be encountered when making use of these techniques, mainly the conventional, in geologically complex reservoirs. In addition, consideration of geological structures in reservoir engineering, such as faults, has fundamental character for determining realistic response for the production of hydrocarbons. In the specific case of faults, its consideration in the model has significant importance currently, especially with regard to the possibility of reactivation associated with the emergence of a preferential path for the hydrocarbon, implying, in the most critical cases, in the leakage of fluid and possible loss of tightness of the reservoir. In this context, four reservoir models were developed with slope of 80 degrees and 60 degrees for the cases of fault plane and fault zone. Using coupled hydro-mechanical simulations we studied two…

[pt] Este estudo mostra o comportamento de gotas de fluidos Newtonianos, de densidade menos que um, subindo em água purificada e cobrindo os valores de Rei de 1 a 1200, em regime laminar. Os diâmetros equivalentes das gotas variam de 10mm, sendo as menores de forma esférica e as maiores esferóides com acentuado achatamento na parte superior. Noata-se pulsações na subida das maiores gotas, até atingirem a velocidade de translação vertical constante. Apresentam-se gráficos de variação de velocidade de translação vertical com o diâmetro equivalente e coeficiente de arraste com Rei e Reo, encontrando-se fórmulas empíricas para estas curvas. Faz-se ainda comparações com o movimento de bolhas ascendentes e gotas descendentes em líquidos. Após as gotas adquirirem velocidade de translação constante, a trajetória segue um caminho aproximado de uma hélice elíptica hiperbólica, que é determinada pelas condições iniciais, tendendo para uma subida retilínea vertical, enquanto a distância necessária para chegar a translação vertical depende somente do sistema. Para precisar a trajetória foram utilizadas duas câmaras fotográficas colocadas em planos verticais perpendiculares, contendo o eixo da trajetória em gota. O caso particular de subida em gotas e o método fotográfico usado, são ambos novos para o conhecimento do autor.

[en] The present work studies the behavior of Newtonian fluid drops of density less than one, rising in purified water in laminar regime, Internal Reynolds number varies from 1 to 1200 and equivalent diameter of drops from 2 to 10mm. The smaller ones are spherics and the larger ones oblated spheroids on their superior part. Pulsation of great drops hás been observed before their reaching a Constant velocity of vertical translation. Graphs showing variations of vertical translation velocity VS. Equivalent diameter and drag coefficient vs. Rei and Reo are given. Empirical formulae have also been found for this curves. Comparison with bubbles rising and drops falling in liquids is also shown. After having reached Constant translation velocity, the trajectory of the drops follows a path closely approximated by an elliptic hyperbolic helix, tending to vertical rectilinear rise. The path of a drop rising with Constant velocity was found to be a function of the initial conditions, whereas the necessary distance to reach vertical translation was found to depend only on the system. In order to Record exactly the trajectory of the drops, twho photografic câmeras placed in perpendicular vertical planes, containing the axis of the trajectory, were used. The particular case of drops rising in water and the photograpic method used, are both new to the Best of the author’s knowledge.

[pt] A geração de cenas realísticas de fenômenos naturais em tempo real é uma das mais importantes áreas de pesquisa para aplicações em jogos e simuladores. No início da computação gráfica para tempo real, a maioria das aplicações tratava a superfície da água como um plano com uma textura. Essa abordagem produz uma visualizaçãomuito pouco realística da superfície da água, além de não reproduzir o comportamento hidrodinâmico correto da água. Nesse contexto, muitos grupos de pesquisa desenvolveram técnicas para a visualização realística da superfície da água, contudo, a maioria desses trabalhos foca no processo off-line e poucos tratam da questão em tempo real. No entanto, os recentes avanços no desempenho do hardware permitiram a utilização de técnicas tradicionalmente usadas emoff-line para o escopo de tempo real, porém não há uma pesquisa-guia que descreva tais técnicas e faça uma análise comparativa das mesmas. Sendo assim, sem tal pesquisa-guia é muito difícil escolher a melhor técnica para um hardware específico ou se determinada técnica provê o controle de simulação necessário para uma aplicação específica.Nesse contexto, a presente pesquisa analisa as técnicas mais importantes para visualização e simulação de oceano em tempo real, utilizando a unidade de processamento gráfico como o processador principal. Além disso, ela realiza uma análise comparativa de desempenho de cada técnica e estuda os prós e contras delas. Ainda, alguns métodos off-line clássicos são adaptados para uso na GPU.

[en] The synthesis of realistic natural scenes in real time is one of the most important research areas for applications in games and simulators. In the beginning of real-time computer graphics, most of the applications treated water surface as a textured plane. This approach produces a very low realistic rendering of the water surface and does not reproduce the correct hydrodynamics behaviour of the water. So, a lot of research groups developed techniques for realistic water rendering, most of them for off-line processes and a few for real-time use. However, current improvementson hardware performance allow the usage oftraditional off-line techniques for real-time proposes, but there is no research work that describesthese techniques and makes a comparative analysis of them. Then, without this comparative analysis, it is very difficult to choose the best technique for a specific hardware or to decide if a particular technique provides the simulation control that a certain application needs.In this context, the present research work analyses the most important techniques for real-time ocean water simulation and visualization using the graphics processor unit as a main processor. Moreover, it makes a performance comparative analysis of each technique and analyses the pros and cons of them. Furthermore, some classic off-line methods are adapted for GPU use.

[pt] O alto forno é um reator metalúrgico cujo objetivo consiste na produção de ferro-gusa. O consumo de combustível/redutor no processo de redução de minério de ferro em altos fornos, representa mais de 50 por cento do custo do gusa. No sentido de aumentar a produtividade e reduzir o consumo de combustível/redutor são empregadas técnicas de injeção de combustíveis auxiliares pelas ventaneiras dos altos fornos. A combustão de gás natural (GN) injetado nas ventaneiras produz grande quantidade de hidrogênio, esse gás é melhor redutor se comparado ao monóxido de carbono, pois ele possui velocidade de reação maior com os óxidos de ferro e, além disso, a geração de CO2 no processo de redução é diminuída quando comparado ao uso do carvão pulverizado (PCI), que é atualmente o material de injeção mais usado no Brasil. Este trabalho propõe a simulação da combustão de GN injetado pelas ventaneiras de um alto forno, utilizando o software CHEMKIN. As simulações provenientes deste software são amplamente utilizadas para otimização da combustão, sendo possível explorar rapidamente o impacto das variáveis de projeto sobre o desempenho do processo. Os resultados provenientes dessa simulação computacional em condições típicas de alto forno permitiram a previsão da temperatura de chama adiabática e a quantificação dos gases redutores de óxidos de ferro: H2 e CO. A partir da variação dos parâmetros de processo foi possível obter resultados úteis para a tomada de decisão, visando controlar e otimizar o processo.

[en] The blast furnace is a metallurgical reactor whose goal is to produce pig iron. The fuel / reductant in the reduction of iron ore in the blast furnace process, represents more than 50 percent of the cost of the iron. In order to increase the productivity of the blast furnace and reduce fuel consumption / reducer injection techniques are employed by tuyeres of materials that act as fuel / reducer. The combustion of natural gas injected into the tuyeres produces large amounts of hydrogen, which replaces part of the carbon monoxide as reducing gas in the tank. The hydrogen gas is better compared to the reductant carbon monoxide, because it has reaction rate with the iron oxides and, moreover, the CO2 generation in the process of reduction is decreased when compared to the use of pulverized coal (PCI), which is currently the material most commonly used injection by tuyeres in Brazil. This paper proposes the simulation of combustion of natural gas injected into the tuyeres of a blast furnace, using the CHEMKIN software package. Simulations from this software are widely used for optimization of combustion, which can quickly explore the impact of design variables on the performance of the process, using accurate models of chemical kinetics. The computer simulation results from the combustion of natural gas at typical conditions of blast furnaces allowed the prediction of the adiabatic flame temperature and the reaching of the reducing gases of iron oxides: H2 and CO. From the variation of process parameters was possible to…

[pt] Uma máquina de busca precisa constantemente revisitar páginas Web para manter seu repositório local atualizado. Uma política de revisitação deve ser empregada para construir um escalonamento de revisitações que mantenha o repositório o mais atualizado possível utilizando os recursos disponíveis. Para evitar sobrecarga de servidores Web, a política de revisitação deve respeitar um tempo mínimo entre requisições consecutivas a um mesmo servidor. Esta regra é chamada restrição de politeness. Devido ao porte do problema, consideramos que uma política de revisitação é eficiente se o tempo médio para escalonar uma revisitação é sublinear no número de páginas do repositório. Neste sentido, quando a restrição de politeness é considerada, não conhecemos política eficiente com garantia teórica de qualidade. Nesta pesquisa investigamos três políticas eficientes que respeitam a restrição de politeness, chamadas MERGE, RANDOM e DELAYED. Fornecemos fatores de aproximação para o nível de atualização do repositório quando empregamos as política MERGE ou RANDOM. Demonstramos que 0,77 é um limite inferior para este fator de aproximação quando empregamos a política RANDOM, e apresentamos uma conjectura de que 0,927 é um limite inferior para este fator de aproximação quando empregamos a política MERGE. As políticas também são avaliadas através da simulação da execução destas políticas para manter o nível de atualização de um repositório contendo 14,5 milhões de páginas Web. Um repositório contendo artigos da Wikipedia também é utilizado nos experimentos, onde podemos observar que a política MERGE apresenta melhores resultados que uma estratégia gulosa natural para este repositório. A principal conclusão desta pesquisa é que existem políticas simples e eficientes para o problema de revisitação de páginas Web, que perdem pouco em termos do nível de atualização do repositório mesmo quando consideramos a restrição de politeness.

[en] A search engine needs to continuously revisit web pages in order to keep its local repository up-to-date. A page revisiting schedule must be defined to keep the repository up-to-date using the available resources. In order to avoid web server overload, the revisiting policy must respect a minimum amount of time between consecutive requests to the same server. This rule is called politeness constraint. Due to the large number of web pages, we consider that a revisiting policy is efficient when the mean time to schedule a revisit is sublinear on the number of pages in the repository. Therefore, when the politeness constraint is considered, there are no existing efficient policies with theoretical quality guarantees. We investigate three efficient policies that respect the politeness constraint, called MERGE, RANDOM and DELAYED. We provide approximation factors for the repository’s up-to-date level for the MERGE and RANDOM policies. Based on these approximation factors, we devise a 0.77 lower bound for the approximation factor provided by the RANDOM policy and we present a conjecture that 0.927 is a lower…

[pt] Este trabalho descreve uma metodologia para modelagem de cargas elétricas, utilizando dados de tensão e corrente registrados durante distúrbios no sistema de potência. Estes modelos são utilizados na representação de subsistemas da rede elétrica em simulações computacionais que preveem o comportamento dinâmico do sistema de potência após perturbações em suas condições normais de operação.São apresentados resultados práticos da metodologia proposta, onde a carga é definida como um sistema cuja saída é a variação da potência consumida e a entrada é a variação da tensão, ambas medidas em barramentos de 69 kV da Companhia Hidroelétrica do São Francisco (CHESF), ponto de entrega de energia para concessionárias distribuidoras de energia do nordeste brasileiro. Estas distribuidoras são modeladas como cargas, supridas pelo sistema de transmissão da CHESF e todos os elementos consumidores de energia são agregados nestes modelos equivalentes, parametrizados para simular o maior número de contingências típicas medidas em cada um destes barramentos de carga.A técnica de estimação de parâmetros dos modelos de cargas é o Algoritmo Genético (AG) cujos resultados apresentaram precisão para a simulação de contingências de características bem distintas, caracterizando a abrangência alcançada no processo de identificação de sistemas.Ao final do trabalho são apresentadas curvas de desvios de potência ativa e reativa causadas por afundamentos de tensão, ambos registrados nos barramentos das subestações da CHESF. Estas curvas foram utilizadas para estimar os parâmetros dos modelos, obtidos individualmente para cada uma das subestações estudadas.

[en] This work describes a measurement-based load modeling methodology, using voltage and current data registered during power system disturbances. These load models are used on computational simulations for predicting power system stability after disturbances of system operational points. Practical results are presented of the proposed methodology, defining load as a system whose output is power deviation from its operational state and input is voltage sags, both measured at 69 kV bus bars of São Francisco Hydroelectric Company (CHESF), points of common coupling (PCC) between CHESF and local distribution utilities. Therefore, distribution utilities are seen as loads supplied by CHESF’s transmission system. All devices consuming power from the PCC are aggregated into an equivalent model, parameterized to simulate most typical contingencies measured by these 69kV load bars. Optimization technique used for load model parameter estimation is Genetic Algorithm (GA), showing his flexibility on implementation and good coverage and accuracy in the final results. At the end, it will be presented a set of active and reactive power curves during and after voltages sags, measured on CHESF’s substations. These curves were used as estimation data to parameterize load models for each substation chosen.