Seminários e Teses

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Esta semana (de 19/09 a 25/09)
Seminário da pós-graduação
22/09
TideWise, using robotics to change the way we work at sea
Dr. Sylvain Joyeux, Tidewise, TideWise

Data: 22/09/2021 às 16h e 0min
Local: por acesso remoto

Área de Concentração: Termociências

Resumo

Resumo: TideWise develops and operates its own unmanned marine vessels (USVs). Our vision is one of a marine industry where most tasks can be done either autonomously or from the shore, removing people from harm's way, and reducing environmental impact while doing so. This presentation will talk briefly about the company, and we will then dive a bit in the technology - how we believe that system integration of hardware and software components is the key to turning the algorithms into a functioning remotely operated - and in the future fully autonomous - system.

Link zoom: 

https://puc-rio.zoom.us/j/97552489743?pwd=OXZHbFpOb3BUNnZFRDlnZTNpOTNndz09

Meeting ID: 975 5248 9743
Passcode: 579833


Próxima semana (de 26/09 a 02/10)
Dissertação de Mestrado
28/09
Breakup dynamics of thin liquid sheets with viscous interfaces
Vitor Heitor Cardoso Cunha, PUC-Rio

Data: 28/09/2021 às 09h e 0min
Local: por acesso remoto


Orientador: Márcio Carvalho
Área de Concentração: Termociências

Resumo

Thin liquid films play a big role in many real-life applications and are of indisputable interest to scientific and industrial researchers. Evidence of thin films are observed in nature in large scales such as snow avalanches in the mountains, lava flows on volcanoes and landslides, and in small scales such as the pulmonary airways and the eye surface. They are also widespread in many industrial applications, ranging from high-resistance thin film resistors, atomization, soft-lithography methods and several coating techniques such as dip, roll, slot, spin and curtain coating. Understanding the physical mechanisms contributing to the stability of thin liquid films is a challenging problem, as thin films' flows present a fluid-fluid interface which is free to deform. The interface is bounded between two liquids or a liquid and a gas, typically having its own dynamic properties from which interfacial tension effects and complex interfacial rheological behavior arises. Instability is usually driven by long-range intermolecular forces, also known as van der Waals attractions, and may result in the rupture of the layer. Numerical investigation is often used to understand the breakup dynamics of thin liquid sheets by addressing the evolution of the film thickness using either asymptotic derivations of the lubrication theory or interface tracking techniques. In this work, a computational investigation of the breakup dynamics of a stationary thin liquid sheet bounded by a passive gas with a viscous interface is presented. The Arbitrary Lagrangian-Eulerian method (ALE) is used to track the interface position. The rheological behavior of the viscous interface is modeled by the Boussinesq-Scriven constitutive law, and the numerical solution is obtained through finite element approximation. The results show that thin liquid film stability is influenced both by surface rheology and disjoining effects and that the viscous character of the interface delays the sheet breakup, leading to more stable films.

Link da defesa:
https://puc-rio.zoom.us/j/99250740248?pwd=NFhuNURLM2sra2ozUkVlM2owS2Nmdz09

Meeting ID: 992 5074 0248
Passcode: 384835


Dissertação de Mestrado
29/09
Caracterização da comunicação entre transdutores ultrassônicos piezocerâmicos sob influência da deformação mecânica e da variação de temperatura
Isabel Giron Camerini, PUC-Rio

Data: 29/09/2021 às 10h e 0min
Local: por acesso remoto


Orientador: Arthur Braga e Paula de Gouvêa
Área de Concentração: Mecânica Aplicada

Resumo

Ondas acústicas, sônicas ou ultrassônicas, podem ser empregadas para a telemetria sem fio como alternativa a sistemas eletromagnéticos, transferindo dados e energia ao longo de um canal formado por uma ou mais camadas de sólidos elásticos ou fluidos acústicos. Um exemplo é a interrogação de sensores passivos através de uma parede metálica. Nesta configuração, pelo menos um transdutor acústico é fixado em um lado da parede (face externa), onde uma fonte de alimentação elétrica é disponível. No lado oposto (face interna), onde os sensores estão instalados, são fixados um ou mais transdutores. Na maioria das aplicações estes transdutores são cerâmicas piezelétricas que geram e recebem sinais ultrassônicos. Ondas acústicas ultrassônicas se propagam ao longo do sólido elástico, transferindo energia e dados entre as duas faces, possibilitando a alimentação e interrogação dos sensores. Este tipo de configuração pode ser empregado em aplicações onde o uso de penetradores elétricos ou ópticos não é recomendado. Entretanto, a resposta das piezocerâmicas pode sofrer influências de variações de temperatura e da própria deformação mecânica da parede metálica na qual são fixados.
O presente trabalho procurou quantificar a influência da deformação mecânica e da variação de temperatura na comunicação entre dois transdutores piezocerâmicos ultrassônicos, aderidos à uma placa metálica por meio de adesivo epóxi. No estudo, tomou-se como parâmetro quantitativo o sinal S21, que é o logaritmo da razão entre a potência recebida pela saída do sistema (face interna da parede) pela potência transmitida pela entrada (face externa da parede). O trabalho apresenta comparações entre resultados experimentais e simulados através de um modelo numérico de elementos finitos desenvolvido no COMSOL Multiphysics®.
Os ensaios experimentais foram realizados com pastilhas piezocerâmicas circulares, do tipo PZT4, com diâmetro e espessura de 25 e 2 mm, respectivamente. Os transdutores foram fixados, de forma concentricamente alinhada e por meio de um adesivo epóxi, nas duas superfícies de uma placa de aço inoxidável AISI 316 L com 6 mm de espessura. O trabalho apresenta tabelas e funções para a amplitude do sinal S21 na frequência onde a transferência de potência é maximizada. Para os casos estudados, observou-se que a frequência ideal muda muito pouco com a temperatura ou a deformação da placa sobre a qual os transdutores são fixados, permanecendo com valores entre 0,988 e 0,995 MHz em todas as condições avaliadas. Em função da deformação da placa metálica, a amplitude do sinal S21 também variou muito pouco, de -3,70 para -3,14 dB, desde a condição indeformada da placa até a máxima deformação aplicada, que foi de 1250 µm/m. Quanto à variação com a temperatura, na faixa de 30 a 100 ˚C, mais uma vez observou-se apenas um pequeno aumento de 0,8 dB na amplitude do sinal S21. Entretanto, para temperaturas acima de 100 ˚C, o sinal passa a cair rapidamente. Em nenhuma das condições estudadas neste trabalho foi observado prejuízo na transferência de potência entre os transdutores, indicando que este tipo de comunicação pode ser uma alternativa robusta ao uso de penetradores elétricos.


Seminário da pós-graduação
29/09
Permanent Well Abandonment – A Gigantic Wave Is Coming
Mahmoud Khalifeh, Ph.D., University of Stavan

Data: 29/09/2021 às 16h e 0min
Local: por acesso remoto

Área de Concentração: Termociências

Resumo

When wells reach the end of their life cycle, there are permanently plugged and abandoned.  Plug and abandonment can easily contribute to 25% of the total cost of drilling exploration wells offshore Norway. The cost of running a plug and abandonment operation on some offshore production wells may have a cost impact similar to the cost of the original drilling operation. Therefore, cost efficient plug and abandonment technology is a necessity without compromising the scope of the operation.

Biografia:

Mahmoud Khalifeh is Associate Professor at University of Stavanger (UiS).  He holds a PhD in plug and abandonment of wells with a focus on materials optimized for permanent P&A.  Dr. Khalifeh has developed the permanent P&A (Plug and Abandonment) subject (MSc level) at UiS.  He has published several articles in scientific journals and conferences.  Dr. Khalifeh represents UiS as observer at Norwegian Plug and Abandonment Forum (PAF) since 2012. 

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Semana de 03/10 a 09/10
Dissertação de Mestrado
06/10
Application of machine learning algorithms to predict fuel efficiency based on trip parameters: a heavy haul railway case of study
Rodolfo Spinelli Teixeira, PUC-Rio

Data: 06/10/2021 às 15h e 0min
Local: por acesso remoto


Orientador: Ivan Menezes
Área de Concentração: Petróleo e Energia

Resumo

Fuel consumption in companies in the rail transport sector represents one of the largest operating expenses and one of the biggest concerns in terms of pollutant emissions. The high fuel consumption also entails a high representation in the emissions scope matrix (more than 90% of railroad emissions come from fossil fuel consumption). Aiming to seek constant operational improvement, numerous studies have been carried out proposing new tools to reduce fuel consumption in the operation of a freight train. In this way, it is important to highlight the improvement of train driving parameters that can be calibrated to reduce fuel consumption. To accomplish this goal, the present work implements two machine learning models to predict the energy efficiency of a freight train: random forest and artificial neural networks. The random forest achieves the best performance against the models, with an accuracy of 91%. To calculate how much each parameter influences the prediction model, this work also uses the technique of accumulated local effects for each parameter related to energy efficiency. The final results show that, within the four analyzed calibration parameters, the traction per transported ton indicator presented greater representation in terms of absolute impact on the energy efficiency of a freight train.


Seminário da pós-graduação
06/10
Computational methods for suspension flows: potential and applications
Prof. Anthony Wachs, University of Britis

Data: 06/10/2021 às 16h e 0min
Local: por acesso remoto

Área de Concentração: Termociências

Resumo

I will discuss methods to compute and model dry and saturated granular flows of non-Brownian, non-cohesive, and non-spherical rigid bodies at the particle scale. In the case of rigid bodies suspended in a fluid, saturated means that the surrounding fluid is a single-phase fluid. I will leave most of the hard core scientific computing details aside and elaborate on the potential of these methods as discovery-enabling tools complementary to experiments and theory. While promising, these methods feature limitations and offer challenges, both conceptual and computational. One of the conceptual challenges is related to how the particle-scale models can be upscaled (i.e. coarse grained) to tractable macro-scale models or constitutive equations, while computational challenges are primarily associated to resolving finer length and time scales in a faster way. I will attempt to partly address these limitations and challenges and illustrate what can be achieved with such computational models on 3 examples: (i) buoyancy driven rising and settling on single non-spherical particles in a Newtonian fluid, (ii) coarse grained model of drag, lift and torque coefficients in inertial suspensions of spheres and (iii) dry granular slumping of non-convex and entangled rigid bodies.

 Biografia:

Anthony Wachs is currently a full professor at the University of British Columbia (UBC). He is affiliated with the department of Mathematics and the department of Chemical and Biological Engineering, and is also an associate member of the department of Computer Science. He received his PhD in Mechanical Engineering in 2000 from the University of Grenoble, France, and right after worked for 15 years for IFP Energies nouvelles, a national lab in France specialized in the field of energy. He joined UBC in 2015 and since that date has been an active member of the well established UBC Fluids group (Frigaard, Balmforth, Feng, Elfring, Wachs) specialized in multiphase and non-Newtonian fluid flows. His and his group's research interests are particle-laden flows, viscoplastic fluids, computational methods and high performance computing. 

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Dissertação de Mestrado
07/10
Avaliação de componentes sob carregamento quase estático usando termografia por infravermelho
Luiz Cezar Mendes da Silva, PUC-Rio

Data: 07/10/2021 às 15h e 0min
Local: por acesso remoto


Orientador: José Luiz Freire
Área de Concentração: Mecânica Aplicada
Dissertação de Mestrado
07/10
Nonlinear Dynamic Behavior of Oil-Well Drill Strings
Luiz Pereira Aguiar Neto, PUC-Rio

Data: 07/10/2021 às 09h e 0min
Local: por acesso remoto


Orientador: Ivan Menezes e Ludimar de Aguiar
Área de Concentração: Mecânica Aplicada

Resumo

This work studies the nonlinear dynamic behavior of oil well drillstring, which is a long slender flexible structure responsible for the drilling. Its elements and functions are presented, and numerical analyses are performed later. The work develops a computational code using the software MATLAB® for the numerical simulation of the column’s dynamic behavior using the finite element method. The corotational formulation is used for the implementation of geometric nonlinearity. The structure's discretization uses a beam element with six degrees of freedom per node and employs Euler-Bernoulli’s beam formulation. The Newton-Raphson method is responsible for solving the nonlinear system of equations. In addition, the solution procedure users the Newmark method for the time integration of the problem’s movement equations. A linear setup spring model is proposed to represent the contact between the borehole wall and the column. The proposed methodology and computational code capabilities are evaluated by comparing some results to analytical or numerical results of examples available in the literature. These results give reliability to analyze drillstring problems, which present the displacements and forces time series of the whole column and the buckling modes generated. The results show that the column is very sensitive to any boundary condition changing, which corroborates the complexity of the problem. Hence, the work proposes a reasonable basis for further developments, allowing the entire coupled drillstring analysis.


Dissertação de Mestrado
08/10
Análise de sensibilidade na modelagem 2D da contenção de fraturas hidráulicas
Rafael Fonseca de Mesquita, PUC-Rio

Data: 08/10/2021 às 08h e 0min
Local: por acesso remoto


Orientador: Ivan Menezes e Luis Carlos Junior
Área de Concentração: Petróleo e Energia

Resumo

Este trabalho faz uma análise da variação dos parâmetros que têm importância na propagação de fraturas hidráulicas e da influência desses parâmetros na contenção do fraturamento. Os experimentos numéricos foram feitos em um modelo 2D utilizando um simulador de elementos finitos com acoplamento sequencial hidrodinâmico, tendo como premissa o comportamento estacionário dos processos envolvidos. Inicialmente, foram feitos testes de validação das soluções numéricas empregadas neste trabalho a partir de casos cujas soluções são bem conhecidas. Então, efeitos de variações de poropressão, de estado de tensões, propriedades das rochas, intervalos de início da fratura hidráulica, efeitos térmicos e o dano à formação permoporosa foram utilizados para avaliar a contenção da fratura hidráulica. Primeiramente, os efeitos foram avaliados separadamente e, em seguida, foram combinados aos pares, por meio de sorteio, e então avaliados. Os estudos levaram à conclusão de que o fator de maior influência para o início da propagação da fratura hidráulica na rocha capeadora (primeiros metros) é o valor da tensão mínima de confinamento do reservatório e a continuidade da propagação vertical na rocha selante é dominada pelo contraste de tensões entre rochas reservatório e capeadora. Entretanto, os demais parâmetros exercem influência na contenção do fraturamento hidráulico e devem ser levados em consideração neste tipo de estudo, principalmente os que servirão de insumo para a tomada de decisões.


Dissertação de Mestrado
08/10
Avaliação de Reparos Compósitos na Restauração da Integridade Estrutural de Dutos com Corrosão Externa
Jonathan Strefling Aguiar, PUC-Rio

Data: 08/10/2021 às 09h e 30min
Local: por acesso remoto


Orientador: José Luiz Freire
Área de Concentração: Petróleo e Energia

Resumo

O presente trabalho apresenta evidências e visa confirmar as tendências gerais de que reparos feitos de materiais compósitos podem ser utilizados para restaurar completamente a integridade estrutural, desconsiderando efeitos de tempo, de segmentos de dutos que apresentam anomalias (defeitos) de perda de metal em sua superfície externa, causados por corrosão ou erosão. Sete espécimes tubulares de API 5L Gr. B e dez espécimes tubulares de API 5L X65 foram testados até a ruptura por meio de testes hidrostáticos monotônicos, com diâmetro externo nominal de 323,9 mm e espessura nominal de 8,38 mm. Duas amostras testadas não tinham defeitos. Seis espécimes apresentavam defeitos e não foram reparados. Nove espécimes apresentavam defeitos e foram reparados usando três sistemas de reparo de compósito diferentes. Os defeitos continham profundidades variando entre 40%, 55% e 70% da espessura do tubo. Os sistemas de reparos foram baseados em compósitos de epóxi e fibra de carbono, epóxi e fibra de vidro, e poliuretano e fibra de vidro. (FREIRE, VIEIRA, et al., 2019)
Para a constatação dos resultados experimentais foram implementadas metodologias analíticas e numéricas. O método analítico utiliza equações normativas semiempíricas (ISO 24817 e ASME PCC-2) e da teoria de reparos para dutos (Equação de Equilíbrio). A avaliação numérica consiste no método de elementos finitos para modelagem do problema através do software ANSYS®.
Os sistemas de reparo dos três fornecedores mostraram ser eficazes e que reparos de compósitos podem restaurar completamente a integridade estrutural de dutos com defeito externo, desconsiderando efeitos de tempo, conforme o Fator de Resistência Remanescente (RSF) calculado. Os resultados dos testes mostraram que métodos analíticos e numéricos podem ser usados para compreensão do comportamento mecânico do problema.