O setor de refrigeração tem um papel fundamental e crescente na vida moderna. Seus usos vão desde processos industriais até conservação de alimentos passando por aplicações de conforto térmico. Tamanho peso econômico também se reflete nas emissões de poluentes do segmento. Acordos internacionais têm sido implementados com o objetivo de substituir fluidos refrigerantes que são danosos à camada de ozônio ou com alto potencial de aquecimento global. Essas iniciativas buscam mitigar o impacto direto da liberação desses gases na atmosfera. Outras abordagens visam reduzir o nível de emissões por meio da diminuição do consumo energético da operação desses sistemas. Melhorar as estratégias de monitoramento e controle de equipamentos residenciais de condicionamento ar certamente concorre para esse fim, uma que a venda desse tipo de aparelho cresce a cada ano. Neste trabalho investiga-se a implementação de uma estratégia baseada em controle preditivo para sistemas de expansão direta. O objetivo foi verificar ser o controlador baseado nessa abordagem seria capaz de controlar a temperatura interna de um ambiente. Os resultados mostram que controlador proposto foi eficaz em controlar a temperatura interna de em condições externas constantes, porém ineficaz em contexto dinâmico. Em paralelo, também se estudou a aplicação do método de estimação estados em horizonte móvel. Objetivo foi discutir se era possível inferir parâmetros do ciclo de refrigeração sem efetivamente mensurá-los. Os resultados mostram que o modelo de refrigeração proposto é observável em condições externas constantes. Além disso, uma comparação de desempenho entre o sistema operando com fluidos diferentes foi realizada. O intuito foi mostrar as possibilidades que método de estimação no que tange o cálculo de indicadores de desempenho.

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Os risers são importantes componentes na produção e exploração de petróleo e derivados. São responsáveis pelo transporte do óleo encontrado no reservatório até a Unidade Estacionária de Produção. A crescente demanda por esse produto faz com que a exploração seja feita em regiões com condições cada vez mais adversas. Tipicamente, um projeto deste porte exige um número muito grande de análises numéricas de elementos finitos e exigem uma experiência grande por parte do projetista a fim de obter uma solução viável. Esse desafio leva engenheiros a buscarem ferramentas consistentes e seguras que auxiliem nas etapas iniciais do projeto das configurações de risers e que sejam capazes de diminuir o número de análises totais exigidas. Uma dessas ferramentas éa utilização de métodos de otimização para obter de maneira consistente e segura os parâmetros que definem uma configuração. Este trabalho apresenta o método de Otimização Bayesiana, um método baseado em técnicas de aprendizado de máquina capaz de resolver problemas de otimização do tipo caixa-preta, de maneira eficiente, explorando o uso de aproximações analíticas da função objetivo, que se deseja otimizar. O método é aplicado em diferentes estudos de casos visando validá-lo como capaz de resolver uma gama de problemas de configuração de riser de maneira eficiente e consistente. Dentre os problemas aplicados estão diferentes configurações, diferentes casos realistas, mono-objetivos e multi-objetivos.

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Meeting ID: 989 9481 1566
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The motivation of this work consists in the use of four-roll mill in order to increase the phase separation of emulsions water-in-oil (W/O) present in the primary process of oil industry. With the mass and momentum conservation, the continuous phase is modeled by an incompressible, bi-dimensional and isothermal flow. Numerical simulations employing the finite element method were implemented to reveal the influence of the several flow configurations in the material mechanical behavior. From the obtained results, the standard way of classifying the flow in the four-roll mill according to the literature was proved inefficient. This work suggests local flow classifications for each position depending if it is occupied by the continuous or dispersed phase. The effect of the dispersed phase was described by a post-processing scheme. Microelements in shape of vectors were inserted in the domain and their deformations and pathlines were investigated. Thus, the deformation of droplets and their respective influences in the emulsion instability were analyzed.

Os sistemas dinâmicos desempenham um papel crucial no que diz respeito à compreensão de fenômenos inerentes a diversos campos da ciência. Desde a última década, todo aporte tecnológico alcançado ao longo de anos de investigação deram origem a uma estratégia suportada por uma poderosa entidade, permitindo a inferência de modelos capazes de representar sistemas dinâmicos. A entidade citada que, por sua vez, pode aparecer de várias formas, é amplamente conhecida como dados. Além disso, independentemente dos tipos de sensores adotados a fim de realizar o procedimento de aquisição de dados, é natural verificar a existência de uma certa corrupção ruidosa nos referidos dados. Genericamente, a tarefa de identificação é diretamente afetada pelo cenário ruidoso previamente descrito, implicando na falsa descoberta de um modelo generalizável. Em outras palavras, a corrupção ao ruído pode ser responsável pela geração de uma representação matemática infiel de um determinado sistema. Neste trabalho, sob as perspectivas de classificação e regressão, demonstramos como a hibridação de várias técnicas de aprendizado de máquinas melhora a robustez ao ruído no que diz respeito à tarefa de identificação. Especificamente, no trabalho atual, mostramos o sucesso da estratégia proposta a partir de exemplos numéricos, tais como o crescimento logístico, oscilador Duffing, modelo FitzHugh-Nagumo, atrator de Lorenz e uma modelagem Suscetível-Infeccioso-Recuperado do SARS-CoV-2.

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Meeting ID: 930 5825 8845
Passcode: 736516

In structure life prediction analysis occurrence of crack defects are of paramount importance to be considered. Basic studies using the Linear Elastic Fracture Mechanics approach shows that Stress Intensity Factor (SIF) parameter controls Fatigue crack growth (FCG). However, overloads may induce material “memory effects” that delay, arrest or accelerate FCG rate, a behavior not described by considering a single elastic parameter. To account for service variable amplitude loadings, the use of a prescribed stress-strain distribution has been proposed, in recent research studies, as the driving force of FCG using the critical damage approach. Due to the assumptions considered in the analytical derivations, the solutions provided by the method violate important equilibrium and compatibility conditions specially as using an idealized singular stress-strain field at the crack front region. In this work a comprehensive review of the recently published analytical results for solutions under the elastic and elastoplastic material behavior regimens are presented: Williams and HRR with singular stress distribution field and Creager-Paris with a non-singular stress field, but with material elastic approach. These solutions are compared, throughout the study, to results obtained from the numerical analysis using a 3D finite element discretization with elastoplastic von Mises yielding criteria employed for the modeling of the crack tip blunt and some comprehensive conclusions are derived regarding application limits of the theoretical models as well as the required extent of the numerical model representation. In addition to monotonic increasing applied loads, unloading was also considered in the numerical analysis, although no reference to this condition is present in the literature considering the analytical approach. For the numerical simulations considered elastoplastic algorithms were implemented in a plugin based framework.

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Meeting ID: 989 6425 2242
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Liquid dropout and accumulation in gas-condensate reservoirs, especially in the near wellbore region, hinder gas flow and affect negatively the produced fluid composition. Yet, condensate banking forecasting is commonly inaccurate, as experiments seldom reproduce reservoir extreme conditions and complex fluid composition, while most pore-scale models oversimplify the physical phenomena associated with phase transitions between gas and condensate. To address this gap, a fully implicit isothermal compositional pore-network model for gas and condensate flow is presented. The proposed pore-networks consist of 3D structures of constricted circular capillaries. Condensation modes and flow patterns are attributed to the capillaries according to the medium's wettability, local saturations and influence of viscous and capillary forces. At the network nodes, pressure and molar contents are determined via the coupled solution of molar balance and volume consistency equations. Concomitantly, a PT-flash based on the Peng-Robinson equation of state is performed for each node, updating the local phases saturations and compositions. For the proposed model validation, flow analyses were carried out based on coreflooding experiments reported in the literature, with matching fluid composition and flow conditions, and approximated pore-space geometry. Predicted and measured relative permeability curves showed good quantitative agreement, for two values of interfacial tension and three values of gas flow velocity. Following the validation, the model was used to evaluate wettability alteration and gas injection as prospect enhanced recovery methods for gas-condensate reservoirs. Results exhibited similar trends observed in coreflooding experiments and conditions for optimal flow enhancement were identified.

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Meeting ID: 990 6524 8068
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Com as novas regulamentações ambientais proibindo o uso de fluidos de perfuração que apresentassem em sua composição elementos como óleo diesel, se fez necessário a busca por novos componentes que, além de serem eficazes em sua função, apresentassem característica de biodegradabilidade sendo, assim, menos danoso ao meio ambiente. A base do fluido de perfuração escolhida para se enquadrar as novas regras foi estudada neste trabalho com objetivo de avaliar a sua estabilidade e o seu comportamento reológico. O fluido trabalhado é uma emulsão inversa cuja fase contínua é a olefina e a fase dispersa, salmoura de NaCl, acrescido de um emulsificante primário, Cybermul, e um secundário, Cyberplus. Para retardar o processo de desestabilização, majoritariamente caracterizado pela sedimentação, em um segundo momento, foi adicionada a cal hidratada. Os testes realizados foram divididos em duas etapas: a primeira avaliando emulsões preparadas a 5000 rpm, 7500 rpm e 10000 rpm sem cal em sua composição e a segunda avaliando emulsões preparadas com a mesma velocidade de rotação, entretanto com cal hidratada. A principal variável adotada foi a velocidade de rotação com objetivo de ratificar o conhecimento de que quanto maior a velocidade de agitação durante a emulsificação, menores são as gotas geradas e, consequentemente, mais estável a emulsão. Os testes foram compostos por tensão interfacial, bottle test, distribuição do tamanho de gotas (microscopia e espalhamento dinâmico de luz) e testes de comportamento reológico, que incluem, tensão constante, curva de escoamento e varredura de tensão e tempo. Os resultados obtidos permitiram relacionar o tamanho das gotas geradas com a estabilidade da emulsão e com a sua viscosidade.

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Well planning presents a major challenge in the oil & gas industry. Wellbore stability analysis is one of the most important steps during well planning and provides the technical basis for a safe drilling operation. Therefore, to be able to comprehend and to predict the physical response of wells is extremely valuable to drilling engineers. In order to achieve wellbore stability, drilling operators control, among other factors, the internal wellbore pressure using the perforation mud weight. The mud pressure is used to balance the stresses at the wellbore region and its value must remain inside a stable window to ensure a safe operation. In this work, we propose a novel simulator to perform wellbore stability analysis and to compute the optimal mud pressure window. The simulator is based on a plugin architecture, which provides a more flexible environment to develop and to extend the simulator or even perform different analyses by exchanging one or more plugins. The ideal internal pressure and mud weight window are computed by solving a root-finding problem based on different failure criteria for the well. The simulator uses the Finite Element Method to solve each geomechanical analysis during the solution procedure, assuming the fluid-mechanical coupling and elastoplastic behavior around the wellbore. The simulator was validated using various examples and wellbore stability analyses were performed on a set of case studies from the literature.

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During the last decades, large investments were made towards the development of numerical models and methods to forecast and analyze the different aspects of oil and gas recovery. In this context, modern simulators must be able to incorporate a wide variety of options to answer questions related to reservoir management accurately and effectively. In this work, we present a reservoir simulator based on a plugin architecture, where different formulations, solvers, and models can be developed, extended, and enhanced. With this approach, we use the black-oil model to implement traditional and state-of-the-art techniques, including fully- and adaptive- implicit methods, heuristic and PID time-step controllers, Newton-Raphson and Inexact Newton, and C1-continuous and conventional phase-potential two-point flux approximations. Several plugin configurations were tested and validated with commercial simulators, and their performances were used to determine which are the most suitable to solve multiphase flow problems.

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Meeting ID: 989 6605 0034
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Actuators based on piezoelectric materials are portable, manage small displacements while maintaining high resolution, frequency and stiffness. Those properties make them ideal for application such as acoustic transmission and micromanipulation. But inherent nonlinearities to those actuators, such as hysteresis and creep, greatly increases the challenge to control such devices. Furthermore, the increasing need for more precise and faster actuators, allied with frequent changes in the environmental conditions and complex dynamics related to the mechanical displacement induced by the excitation signal fur-ther worsens the problem. Analytical models are application-specific, mean-ing that they are not easily and efficiently scalable to all systems. Also, with increased complexity, the understating of underlying phenomena is not fully documented, making it difficult to develop such models. This work investigates those challenges from the perspective of the system identification methodology and data-driven models for piezoelectric actuators. Those are powerful tools that vary considerably according to the modeling criteria and the black-box approach is tested with experimental data acquired in a laboratory setting for a micromanipulator and acoustic transmission test benches. The results show good capabilities to compensate the nonlinearities for the micromanipulator, by predicting the hysteresis at different input frequencies. The acoustic trans-mission system was successfully modeled and although the results show that are still room for improvements, it provides insights in possible optimizations for the setup as the models here devised are useful for short prediction win-dows. Furthermore, this encourages further research in the pursuit of better data-driven abstractions for the piezoacoustic transmission and micromanipu-lation applications.

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Meeting ID: 930 5616 2034
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Due to their physical-chemical behavior, water-soluble polymers are used extensively in various phases of drilling, completion, workover, and production of oil and gas wells. Therefore, it is fundamental to predict and to control in-situ porous medium behavior in order to understand polymer performance. Experiments were conducted to study the degradation of a semi diluted (2000 ppm) aqueous solution of PEO, using two capillaries with different entrance radii (50 mm and 100 mm) both with 25 mm radius constriction, creating Fast-Transient Flows in their center. Different injection rates were imposed in order to observe different shear and extensional rates in the system. The effluent of the flow was collected, and reinjected, and rheological properties of the fluids were used as proxies for the degradation of the solution. We observed that for the more abrupt contraction, the minimum flow rate needed for degrading the polymer solution is lower. This result, when analyzed purely under shear rate perspective, is not reasonable, since the shear rates to which the polymer is subjected are equal at both capillaries.  Therefore, we inferred that the abruptness of the contraction plays a role in the degradation, which means elongational rate may be responsible for the lower critical flow rate. It was also observed a pattern for how the degradation occurs with subsequent injections.  We could infer that subsequent injections cause incremental degradation before approaching a stabilization plateau and that higher flow rates generated lower degradation plateaus.

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Meeting ID: 940 6829 8062
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O sucesso da operação de perfuração de poços de petróleo provém da incessante pesquisa científica que busca soluções e melhorias às diversas etapas deste processo. A correta formulação dos fluidos de perfuração e suas medições reológicas são parte fundamental neste cenário. O objetivo deste estudo é investigar o funcionamento de um viscosímetro Fann 35A e a metodologia utilizada para caracterização reológica de fluidos de perfuração, mediante comparação com um reômetro rotacional. Por conseguinte, diferentes fluidos, tais como soluções poliméricas e fluidos de perfuração, foram analisados com a finalidade de propor novas recomendações e aprimorar o uso do equipamento, comumente utilizado pelas companhias de petróleo. Curvas de escoamento e testes de força gel foram executados e, os resultados mostraram que as equações API são responsáveis pela determinação errônea dos parâmetros reológicos destes fluidos. Além disso, foi realizado um estudo teórico da relação entre a pressão e vazão em escoamento em tubo e espaço anular. Observou-se que a escolha precisa da função de viscosidade é imprescindível para correto dimensionamento de bomba. Ademais, uma geometria ranhurada foi projetada e desenvolvida a fim de evitar os efeitos do deslizamento aparente em baixas taxas de cisalhamento. A força gel, medida importante para avaliar o reinício do escoamento em poços de petróleo, também foi avaliada e apresentou resultados bastante divergentes dos obtidos no reômetro. O gel adicional exibiu respostas significativas e assim, sua utilização é indicada. Por fim, as melhorias e metodologias propostas mostraram-se promissoras, embora em alguns casos não possua valia pelo custo benefício. A incorporação das recomendações obtidas no presente estudo garante aquisição com maior acurácia da reologia de fluidos de perfuração e, consequentemente, desempenho correto de algumas funções atribuídas ao mesmo, evitando assim ocorrência de sérios problemas operacionais, ambientais e financeiros.

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Reynolds Average Navier Stokes (RANS) models are among the most employed models to solve turbulent flows, due to their low computational cost. The majority of RANS models use the Boussinesq approximation, based on a linear relation between the deviatoric part of Reynolds stress tensor and the rate of strain tensor, with the turbulent viscosity as the positive proportionality parameter. However, these models fail in several situations, and a great deal of effort has been made by the scientific community aiming to improve model prediction through the development of non-linear models. Analysis of higher-order models employing objective orthogonal tensors has shown that these are very promising to improve the prediction of the normal components of the Reynolds stress. At the present work, turbulent characteristic velocity and length based on the intensity of the rate of strain tensor were examined, and new wall damping functions were developed presenting very good results. Further, a new one-equation turbulent model based only on the turbulent kinetic energy transport equation was proposed coupled with a new algebraic closure equation to model the turbulent kinetic energy dissipation. Very good results were obtained with the new developed models, when compared with DNS data and with the predictions of previous works.

O estudo reológico de hidratos vem se tornando cada vez mais importante graças à constante expansão da indústria de óleo e gás, principalmente em águas ultra profundas. O processo de formação de hidratos é uma grande preocupação, principalmente porque, em muitos casos, leva ao bloqueio total dos dutos de produção, causando interrupção na produção, além de perda de tempo de dinheiro. Hidratos são compostos cristalinos formados por água e pequenas moléculas de gás, em condições termodinâmicas de alta pressão e baixa temperatura. A fim de estudar este fenômeno, por analogia, compostos químicos que facilitam esta formação, à pressão atmosférica, como ciclipentano (CP) e tetrahidrofurano (THF) são utilizados. No presente trabalho, emulsões compostas por CP, óleo Primol, água deionizada e Span 80 (agente estabilizador) foram utilizadas e analisadas no reômetro Physica MCR301. A partir de uma perturbação térmica, pôde-se caracterizar vários parâmetros que influenciam a formação dos hidratos, tais como: taxa de cisalhamento, temperatura de indução, fração volumétrica da água, taxa de resfriamento etc. Além disso, foram realizados testes que avaliam a habilidade de reconstrução dos hidrato com o tempo e a existência de uma tensão limite de escoamento, a partir de testes oscilatórios.

O fenômeno de retorno de chama em tubos é conhecido e estudado há várias décadas. Sua análise clássica é baseada na determinação do gradiente de velocidade crítico, Gc, que o delimita como função das propriedades das misturas combustíveis. Entretanto, não é conhecido o efeito da diluição por CO2, importante para a previsão da segurança das instalações do pré-sal. Por isto são aqui desenvolvidos estudos específicos do retorno de chamas pré-misturadas em escoamentos laminares.
O objetivo geral deste trabalho é determinar experimentalmente a influência da diluição por CO2 sobre o retorno de chamas (flashback) em misturas de hidrocarbonetos (CH4 e propano) e de ar. O levantamento do estado da arte permitiu especificar as características da instalação experimental para o estudo deste fenômeno e, também, identificar as principais questões a serem abordadas. Foi projetado e construído um aparato experimental para o estudo do flashback em escoamentos laminares.
Os resultados originais obtidos mostram como a propensão ao retorno de chama é influenciada pela natureza do combustível, pela estequiometria da mistura e pela diluição. Misturas de propano possuem maior propensão ao flashback e maiores valores de Gc do que as de metano. Também foi mostrado que há uma redução da propensão ao flashback com o aumento da diluição. Esta propensão foi relacionada aos números adimensionais que caracterizam a combustão, isto é, os números de Lewis, Péclet, Karlovitz e Zel'dovich. Para este último, uma proposta original visando sua determinação é apresentada, que envolve uma expressão da taxa de liberação de calor da reação química global controlada por uma variável de progresso.

Microcapsules are applied in several sectors of industry when a physical barrier between the core material and the external environment is required. They protect their cargo and ultimately release it in a controlled way. In the present work, microcapsules with hydrogel-based shells are produced. Monodispersed microcapsules are formed by ionotropic gelation of gellan gum from monodispersed oil-in-water-in-oil (O/W/O) double emulsion templates obtained using glass-capillary microfluidic devices. An oil extraction step was added after the shell gelation process to enable the dispersion of the microcapsules in an aqueous medium. We report the operability window for the production of monodispersed microcapsules as a function of the flow rate of each fluid phase and the dimensions of the device. Microcapsules with mean diameters ranging from 95 to 260 μm and a maximum coefficient of variation of 5% were formed. The results show how to independently control the capsule diameter and shell thickness by varying the outer and middle phase flow rates. After that, we experimentally investigate the flow of monodispersed gellan gum microcapsules through a constricted capillary tube by measuring the evolution of the pressure difference and flow visualization. The maximum pressure difference and capsule deformation is obtained for capsules with different diameter and shell thickness. We map the conditions at which the capsule membrane ruptures during the flow, releasing its internal phase. Then, the gastro-resistance of gellan microcapsules is verified through an in vitro test that mimics the gastric and intestinal phases of digestion. Confocal fluorescence microscopy is used to track microcapsules integrity and we show that microcapsules cargo is released in the intestine mostly due to its pH. Finally, we demonstrate that it is possible to produce magnetic microcapsules with well controlled magnetic response by adding different amounts of ferrofluid to their core or shell. The microcapsules produced have great potential for different applications in food, biomedical, pharmaceutical and oil and gas industries.

Corrosion is a natural phenomenon that affects virtually every material, consumes billions of dollars annually worldwide and may result in catastrophic events. Coating is the most utilized technique to prevent corrosion. In this sense, epoxies are widely applied in all sectors of industry. Despite being high performance polymers, epoxies present issues, such as the use of toxic crosslinkers and long curing time. Benzoxazines are an emerging class of high performance self-curing thermosets. While typical monomers are based on mono- and difunctional derivatives, higher functional benzoxazines, prepared without using solvents, but purified with nontoxic solvents, are more desirable towards a greener synthesis of PBZ for high performance applications. Herein, we describe an environment-friendly approach to synthesizing a trifunctional benzoxazine from melamine, phenol, and paraformaldehyde. The chemical structure of the synthesized benzoxazine was confirmed by spectroscopic analyses, while the polymerization was monitored by thermal analysis. The synthesized benzoxazine monomer is, then, copolymerized with a commercial difunctional epoxy resin. We investigate the synergistic effect on improved thermal properties using differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetric analysis (TGA). Results showed that a glass transition temperature of up to 268 °C was obtained. A higher thermal stability was also achieved with an onset degradation of nearly 400 °C and char yield of 22 wt% at 800 °C. Later, the copolymer was combined with silica to produce anticorrosion coatings. Results revealed superhydrophobic surfaces with great scratch resistance and adhesion to steel substrate. Electrochemical test proved high effectiveness of the coatings as anti-corrosion barrier, with increasing performance with the incorporation of silica.

The mathematical abstraction of a physical process is essential in engineering problems. There are many reasons for developing mathematical models of existing systems: i) for security and/or economic reasons, as it may be impractical or impossible to carry out experiments on the real system, ii) mathematical models are more flexible than physical prototypes, allowing a quick refinement of system designs to optimize various performance measures. The applications of the models can be divided into four parts, namely: design, estimation, control and monitoring. Some specific applications are i) simulations, ii) soft sensors, iii) performance evaluation, iv) statistical quality control and, v) fault detection and diagnosis. This work aims to: i) develop different classes of models capable of accurately simulating the output variable of a system, ii) evaluate the efficiency of optimization algorithms used in the parameter estimation task, iii) assess which friction model is the most appropriate to describe this phenomenon in a positioning system. The results show that combining models is an effective alternative to obtain more accurate simulation results. Nonlinear friction models were more adequate to describe this phenomenon, which had an asymmetric character, in the positioning system. In addition, the simulations performed with parameters estimated by the evolutionary algorithms showed better results. The decision tree-based optimizer, used in the second case study, proved to be equally effective compared to evolutionary algorithms.

The flow of capsules suspended in a liquid phase through small channels and capillaries poses a complex problem presented in different applications, from red blood cells on hemodynamics to flow in porous media. In porous media applications, the understanding of micro-scale dynamics is fundamental to assess the macroscopic flow behavior. Constricted channels and capillaries can be used to model a pore-throat connecting two adjacent pore-bodies. The flow of a suspended capsule through such models was analyzed to evaluate the flow characteristics, including the maximum pressure difference required to push a capsule through the constriction as a function of capsule radius, initial membrane tension, membrane material, channel and capillary geometries, as well as flow conditions. Inner and outer liquid phases were described by the Navier-Stokes equations and capsule membrane dynamics was modeled by a 1-D spring-like flexible structure. The fluid-structure interaction problem was solved using the finite element method coupled with the immersed boundary method. Results showed the mobility reduction of the continuous phase due to the presence of a capsule as it flows through the constriction. Such results can be used to design microcapsules to block preferential water flow paths in oil displacement process in porous media.

Wax deposition in petroleum production and transportation lines is one of the most relevant problems faced by the industry in order to assure the flow of oil and gas at the designed economical rates. Significant losses occur due to decreased production, line replacements and maintenance costs associated with cleaning operations. Wax deposit formation on the inner wall of the pipes might occur when the warm oil from the well loses heat to the cold environment, typical of deep water production operations, and its temperature reaches a critical value at which wax crystal formation occurs. This critical temperature is the WAT, wax appearance temperature. The prediction of wax deposit formation by simulation models is of fundamental importance for the proper design and operation of petroleum lines. Several wax deposition models have been developed and employed over the years, incorporating different wax deposition mechanisms. In the present work, the wax deposition phenomenon was studied employing a model fluid flowing through an annular test section, built to offer simple and well-defined boundary and initial conditions for the deposition process. Optical access to the interior of the test section allowed for the registration of images of the wax deposit formation. A miniature temperature probe was designed and employed to obtain original information on the temperature profiles within the deposit as it was formed. Also, the probe registered the transient evolution of the deposit interface temperature for different flow rates and cooling rates. The transient formation of a cloud of wax crystals over the deposit interface and carried by the flow was registered by a high frame rate camera. The temperature within this cloud was measured by the temperature probe. The results have shown that the deposit interface temperature evolves from a value equal to the WAT for the fluid measured by microscopy, rapidly reaching a constant value which is intermediate between the WAT and the solution thermodynamic phase change temperature. This information contradicts one of the key assumptions included in the molecular diffusion deposition mechanism, and widely employed in academic and industrial simulation models. The presence of wax crystals in the solution at temperatures above the WAT indicates that, locally, the WAT might differ from that obtained by microscopy, and that the local prevailing cooling rates could be lower than those imposed at the cold wall, allowing crystal formation above the deposit interface. The data obtained in the present work are of good quality and can be used as a reference to test wax deposition simulation models.

O escoamento trifásico na indústria do petróleo é caracterizado pela presença das fases gás, óleo e água. A presença da terceira fase (água) traz complexidade a esse processo, visto que pode provocar a formação de diversos novos padrões de escoamento, além dos já conhecidos para escoamento bifásico. Adicionalmente, a presença de uma fase líquida dispersa na outra pode formar uma emulsão, alterando significativamente a viscosidade e, assim, influenciando diretamente na perda de carga. O foco do presente trabalho é na previsão do padrão de golfadas com dispersões de água e óleo utilizando um modelo transiente unidimensional de Dois Fluidos. A presença da água é modelada através da solução da equação de conservação de massa para a fase água. Visando prever com precisão a queda de pressão, assim como a distribuição das frações volumétricas de cada fase ao longo do domínio, desenvolveu-se um modelo de fechamento algébrico para avaliar o escorregamento entre as fases líquidas. Com o modelo proposto, os resultados obtidos para a velocidade de deslizamento no escoamento água/óleo foram comparados com dados experimentais e de outros modelos disponíveis na literaturaa, apresentando um excelente desempenho. O modelo foi então utilizado para analisar o escoamento trifásico no padrão de golfadas. As previsões para a queda de pressão e características das golfadas (comprimento, frequência e velocidade de translação) foram comparados com dados experimentais da literatura e os resultados são promissores.

Recently ultrasonic guided waves have shown great potential for nondestructive testing (NDT) and structural health monitoring (SHM) in a damage evaluation scenario. Measurements utilizing elastic waves are particularly useful due to their capability to propagate in different materials such as solid and fluid bounded media, and, also, the ability to cover broad areas. When enough guided waves measurements are available and advanced data-driven techniques such as machine learning can be applied to the problem, the damage evaluation procedure becomes then even more powerful and robust. Based on these circumstances, the present work deals with the application of machine learning models to provide fault evaluation inferences based on ultrasonic guided waves information. Two main case studies are tackled in the mentioned subject. Firstly, a carbon fiber reinforced polymer (CFRP) plate is assessed using open data of Lamb guided wave signals in the detection of dot type defects. Results demonstrated that a baseline dependent approach can obtain excellent results when using system identification feature extraction. Secondly, corrosion-like defects in an aluminium plate are classified according to its severity. The methodology is assisted by a mode separation scheme of SH guided waves signals of pre-acquired data. The achievement on the matter has proved that the adoption of mode separation can in fact improve the machine learning results.

16:00 Jesus Daniel Fernandez Escalante, Visualização do escoamento bifásico em um meio poroso com cavernas; 16:15 Rulliane Turba Goncalves, Cálculo numérico da influência de entalhes nos fatores de intensidade de tensão de trincas curtas; 16:30 Manoela Dutra Canova, Representação de características do escoamento em meio poroso em reservatórios de gás condensado usando simuladores em diferenças finitas.

16:00 Camila Leao Pereira, Controle Preditivo Baseado em Modelo aplicado a veículos militares autônomos; 16:15 Guilherme Rezende Bessa Ferreira, Artificial Intelligence methods applied to Guided waves-based Defect Monitoring; 16:30 Matheus Hoffmann Brito, Thermodynamic Properties Estimation of Dry Gas Seals Using Computational Fluid Dynamics Simulations and Machine Learning Stochastic sampling for the efficien; 16:45 Lucas do Nascimento Sagrilo, Stochastic sampling for the efficient solution of structural topology optimization problems with many load cases

16:00 Enrico Luigi Moreira Perroco, Influência da abertura e fechamento da válvula aórtica na aorta ascendente durante o ciclo cardíaco; 16:15 Fernanda da Silva Pimentel, Gaseificação de Biomassa; Fernando Francisco M.C Guama., Análise do escoamento óleo-água-gás em dutos horizontais com um modelo Multi-Fluido.

Devido aos efeitos nocivos dos combustíveis de origem fóssil, cresceu o interesse no uso de fontes sustentáveis de energia, em particular os derivados da biomassa. A gaseificação é um processo termoquímico de conversão de qualquer material orgânico carbonoso, occorendo a alta temperatura (geralmente entre 600 e 1000 °C) e com quantidade limitada de agente oxidante (vapor de água, ar ou oxigênio), que produz , carvões, bioleos e uma mistura gasosa, chamado gás de síntese ou syngas. O presente trabalho consiste no desenvolvimento de uma ferramenta de modelagem computacional baseado no equilíbrio termodinâmico. Assim, são avaliadas a flexibilidade, a confiabilidade e a estabilidade computacional das abordagens de equilíbrio estequiométrico e de minimização da energia livre de Gibbs para determinação das composições do syngas formado no processo. São investigados a influência da umidade relativa da biomassa (0, 20 e 40% em base mássica), da temperatura de gaseificação (800, 1100 e 1400 K), da razão ar combustível em relação a estoquiométria (0,2, 0,3 e 0,4) e da quantidade de oxigênio no agente de gaseificação (oxigênio puro, ar ou mistura equimolar dos dois) na composição do syngas, bem como nas eficiências energética e exergética, para biomassas compostas de carbono, oxigênio e hidrogênio. O melhor modelo é usado para otimizar as condições de gaseificação para biomassas com 20% de umidade relativa no ar, determinando as condições de concentração de agente oxidante e de temperatura que maximizem a eficiência energética. Esses dados, estão usados para desenvolver modelos matemáticos preditivos usando o conceito de análise de misturas. A robusteza desses modelos é avaliada por análise de variância (ANOVA) eeles estão usados para prever as condições de operações otimizadas da co-gaseificação de resíduos sólidos urbanos com bagaço de cana de açucar. Esses resultados estão comparados com as simulações realizadas em um modelo téorico considerando a cinética das reações. Observou-se que o metodo usando a minimização da energia livre de Gibbs apresentou os melhores resultados, mas os valores absolutos das eficiências estão fortemente dependente da aproximação feita nas correlações determinando o poder calorifico.

This thesis aims to investigate the cementing process of an oil well in presence of a filtrate loss zone. An experimental setup was designed, built and operated to simulate an annular well field-like geometry where cement would cure under controlled conditions. This well simulator consisted of an 8m concentric annular column with a section of semi-permeable external wall, equipped with pressure and temperature sensors. It allows the investigation of the cementing cure mechanisms, as well as the impact of the fluid loss zone in the pressure drop behavior. In order to predict this behavior on real oil wells, a 2D transient numerical model is proposed. A finite element model was implemented in Python with the aid of an open source library named FEniCs. Mass and momentum conservation equations are solved to obtain the pressure and velocity fields, and the cement mixture is considered an incompressible single-phase mixture composed of two chemical species: free-water and dissolved cement. The mass transport is modeled with an advection-diffusion equation and dissolved cement species is modeled as a viscoplastic fluid with shrinkage. Finally, the simulation results were confronted with the experimental data, and a good agreement was observed. Further investigation of numerical model parameters was performed, and a sensitivity analysis evaluated individual influence of those parameters in the pressure drop. The results indicate that pressure profile evolution has a strong dependency on thickening time, fluid loss flow rate magnitude and the Newtonian viscosity plateau for the evaluated shear rate regimen.

Polymers are used in a wide variety of applications and are present in all aspects of people’s daily lives; one of the main drawbacks related to their use, however, is their flammability. Major advances have been made in developing flame retardants (FRs) to be used in polymers, but most of the commercial FR additives in use today, mainly halogenated FRs, are extremely toxic both to humans and to the environment and are thus being increasingly regulated or banned throughout the world. Research into the use of renewable products as FRs for polymers has grown exponentially in the past two decades as a result, leading to the creation of many bio-based, environmentally-friendly FR systems. Acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) is one of the most widely used polymers in the world, but it is also one of the most flammable and one of the most challenging to flame retard due to its complex terpolymer structure. It is currently used commercially with toxic halogenated FRs, which face global restrictions or bans. Very little work has been performed on reducing ABS’s flammability using nature-derived or low-toxicity flame retardants. There is therefore an urgent need for the development of low-toxicity, bio-based FR systems to substitute halogenated FRs for commercial use in ABS.

The present work aims to contribute to the development of a bio-based flame-retardant solution for ABS. The first objective, a practical goal, is to develop a flame-retardant grade of ABS using mainly nature-derived additives, while maintaining acceptable mechanical properties. The second objective, having a scientific intent, is to comprehend the mechanisms of flame retardation of the bio-based FRs. The project consists of a two-phase study: (1) a Screening Phase, during which the effects of 8 different FRs and combinations thereof on ABS’s flammability are evaluated through microscale combustion calorimetry (MCC); and (2) a Detailed Analysis and Mechanistic Study Phase, in which the most promising candidates from Phase 1 are further analyzed through a variety of techniques with the objectives of better understanding their flammability and mechanical performances and of comprehending their mechanisms of flame retardation. Chapter 1 presents a brief introduction to the work followed by a literature review. Chapter 2 contains the experimental methodology used throughout the research. The Screening Phase is discussed in Chapter 3, which provides details about the experimental planning, preliminary tests, and the results of the screening experiments; the most promising samples and scientifically motivating synergies are identified. Chapter 4 contains the results of Phase 2, presenting in-depth discussions and hypotheses to explain the flame-retardation mechanisms of the bio-based FRs in ABS. Chapter 5 provides the main conclusions of the research and recommendations for future work.

Link da defesa:

https://cwru.zoom.us/j/99122416853?pwd=eGRDVzdKRXlvTi95aks3bDdRczVNdz09

Given the constant advances in technology, electronic devices have been going through a process of miniaturization while sustaining an increase in power. This trend proves to be a challenge for thermal management since commonly electronic cooling systems are air-based, so that the low heat transfer coefficient of air limits its capacity to keep up with the thermal needs of today’s industry. In this respect, two-phase cooling has been regarded as a promising solution to provide adequate cooling for electronic devices.
Two-phase thermosyphon loops combine the technology of two-phase cooling with its inherent passive nature, as the system does not require a pump to provide circulation for its working fluid, thanks to gravity and buoyancy forces. A micro-channel heat sink located right on top of the electronic device dissipates the heat generated. This makes for an energy and cost-efficient solution. Moreover, having a thermosyphon loop operating with a low GWP refrigerant such as R-1234yf results in low impact for the environment since it is an environmentally friendly refrigerant, and the system has low to none energy consumption.
This work provides a detailed numerical model for the simulation of a two-phase thermosyphon loop operating under steady-state conditions. The loop comprises an evaporator (chip and micro-fin heat sink), a riser, a tube-in-tube water-cooled condenser and a downcomer. Fundamental and constitutive equations were established for each component. A finite-difference method, 1-D for the flow throughout the thermoysphon’s components and 2-D for the heat conduction in the evaporator and chip, was employed. The model was validated against experimental data for refrigerant R134a, with good agreement. Additional simulations were performed to present a performance comparison between R134a and its environmentally friendly substitute, R1234yf.

A perfuração de poços marítimos em águas profundas e ultra-profundas é feita por sondas de perfuração flutuantes, que se conectam ao poço no leito marinho por meio do riser de perfuração. Essa conexão transmite esforços dinâmicos para a cabeça de poço e revestimentos, provocando fadiga nessa estrutura.
Levantou-se a hipótese de que as características dinâmicas do sistema mudam quando há aplicação de um carregamento elevado devido à deriva da sonda após um blackout, alterando o dano acumulado por fadiga.
A primeira etapa do trabalho envolveu a simulação estática deste carregamento extremo em um modelo solo-estaca em elementos finitos 3D. Com base nos resultados obtidos, realizou-se uma análise dinâmica para dois tipos de solo diferente, e para duas lâminas d’água diferentes.
Concluiu-se que o solo menos rígido sofre pouca influência sobre o dano acumulado, enquanto que para o solo mais rígido aumenta-se em cerca de 50% o dano percebido. A fadiga acumulada em lâmina d’água maior foi ordens de grandeza menor que para a lâmina d’água mais rasa.

O setor da refrigeração possui um papel essencial e crescente na economia global, com um aumento na quantidade de sistemas operantes. A necessidade de desenvolver novos refrigerantes tem sido cada vez mais frequente, a fim de atender a legislações ambientais cada vez mais rigorosas. Igualmente, medidas envolvendo a introdução de novos materiais, como os nanofluidos, tem sido uma constante. Neste trabalho, um sistema de refrigeração usando uma mistura nanolubrificante POE-diamante e refrigerante R410A foi simulado. Dados experimentais cedidos pela Universidade Federal de Uberlândia (UFU) foram usados para a elaboração e validação do modelo. O simulador utiliza a equação de Peng-Robinson para o cálculo das propriedades termodinâmicas e o método de fronteira móvel para a modelagem dos trocadores. O impacto das nanopartículas em relação aos parâmetros críticos foi avaliado a partir do princípio do isomorfismo e da natureza de ambos os materiais: fluido base e nanopartículas. A convergência da simulação do ciclo de refrigeração foi obtida com o método do simplex modificado mostrou-se adequado para tal aplicação, apresentando convergência satisfatória em todos os casos. As temperaturas de evaporação, condensação e de descarga do compressor são obtidas a partir das condições de operação do compressor, dos dois fluidos de transferência de calor, do grau de superaquecimento no evaporador e também do grau de subresfriamento no condensador. Superfícies de resposta foram criadas a fim de avaliar o efeito de cada uma das variáveis (temperatura de evaporação, frequência do compressor e concentração de nanopartículas) utilizadas no estudo s do coeficiente de performance (COP), da capacidade frigorífica e da potência do compressor. A temperatura de evaporação possui um impacto significativo sobre a capacidades frigorífica e o COP, enquanto que a potência é mais afetada pela frequência do compressor. A concentração de nanopartícula, apesar de possuir um efeito mais atenuado, não deve ser desprezada, devido à modificação que causa sobre as propriedades termofísicas da mistura.

Tradicionalmente, os testes de formação em poços de petróleo buscam caracterizar o campo de permeabilidades a partir da interpretação dos transientes de pressão (PTA) nos períodos de fluxo e estática baseados em modelos isotérmicos de escoamento em meios porosos. Com o avanço da instrumentação dos testes, registros mais precisos de temperatura passaram a estar disponíveis e fomentaram a pesquisa baseada em modelos não isotérmicos que possibilitaram a análise a partir dos transientes de temperatura (TTA). Além da caracterização de parâmetros do reservatório como permeabilidade e porosidade com a interpretação dos transientes de temperatura, os dados de pressão obtidos a partir de um modelo não isotérmico representa de forma mais fidedigna o fenômeno físico sobretudo quando os testes são submetidos a maiores diferenciais de pressão. Este trabalho consiste no desenvolvimento de um simulador para teste de formação que considera a modelagem não isotérmica de reservatório unidimensional radial acoplado a um poço produtor e na utilização deste simulador, associado a métodos de otimização multivariável, para resolução do problema inverso da caracterização de parâmetros do reservatório. Alguns métodos de otimização foram testados e o algoritmo do Simplex de Nelder-Mead apresentou melhor eficácia. Foram estabelecidos três tipos de problemas e utilizados em três casos hipotéticos considerando inclusive a imposição artificial de ruídos nos sinais de pressão e temperatura utilizados para resolução do problema inverso.

The optimized design of structures considering nonlinearities has been widely reasearched in the recent decades. The finite element analysis applied to topology optimization is jeopardized from excessive deformation of low-density elements under high compression, which hinders the process of finding an optimal solution. Two methods, Energy Interpolation and Additive Hyperelasticity, are implemented to overcome this difficulty in the minimum compliance problem, and hyperelastic material models are used to investigate their influence on the optimized topology. The Method of Moving Asymptotes is used to update the design variables whose sensitivities were calculated from the adjoint method. The state equation is solved through the Newton-Raphson method with an adjusting load step to reduce computational cost. Results for two benchmark problems are compared with those already estabilished in the literature. The use of different hyperelastic models presented little influence on the final design of the structure. The Energy Interpolation method was able to converge for much higher loads than the default method, while Additive Hyperelasticity did not show any significant improvements on plane strain.

O deslocamento de um líquido por outro em espaços anulares é comumente encontrado na indústria do petróleo, e a maioria deles envolve materiais não newtonianos. O espaço anular muitas vezes apresenta irregularidades causadas pela erosão, onde quantidades consideráveis de fluido de perfuração podem ser deixadas para trás durante o processo de deslocamento, comprometendo a qualidade da operação de cimentação. Motivados por esse processo industrial, testes de deslocamento entre líquidos a vazão constante foram realizados em espaços anulares cuja parede externa possui, em uma determinada posição axial, um aumento repentino de diâmetro seguido de uma diminuição repentina de diâmetro mais a jusante. O objetivo dos experimentos era determinar a eficiência do deslocamento em função da vazão, reologia dos fluidos e geometria da cavidade. Os resultados revelaram forte influência desses parâmetros na eficiência de deslocamento.
Ao mesmo tempo, um estudo numérico foi desenvolvido. Simulações numéricas das equações de Navier-Stokes em geometria axissimétrica para fluidos incompressíveis foram acopladas ao método Level-Set para captura da interface. Fluidos com viscosidade constante e o modelo newtoniano generalizado de Carreau-Yasuda foram utilizados. Isso permitiu simular deslocamentos entre dois fluidos newtonianos e entre um fluido newtoniano e outro não-newtoniano. Este foi utilizado tanto como fluido deslocador quanto como deslocado. Foram realizadas simulações para várias razões de diâmetros, viscosidades, tempos de relaxação, e números de capilaridade e de Reynolds. Identificamos quando a aproximação do espaço anular por duas placas paralelas pode ser aplicada e calculamos como a forma da interface depende dos parâmetros investigados.

A estimativa de produção de petróleo é um dos parâmetros essenciais para mensurar a economicidade de um campo e, para tanto, existem várias técnicas convencionais na área da engenharia de petróleo para predizer esse cálculo. Essas técnicas abrangem desde modelos analíticos simplificados até simulações numéricas mais complexas. Este trabalho utiliza Redes Neurais Artificias (RNA) para prever uma curva de produção de óleo que mais se aproxime da obtida por um simulador numérico. A metodologia consiste na utilização da rede neural do tipo feedforward para a previsão da vazão inicial e da curva de produção ao longo de dez anos para um poço produtor de óleo. Essa metodologia tem aplicação prática na área da exploração, visto que, nessa fase, ainda há muita incerteza sobre a acumulação de petróleo e, portanto, os modelos de reservatório tendem a não ser complexos. Os resultados foram obtidos a partir do treinamento de RNAs com dados coletados do simulador numérico IMEX, cujas saídas foram posteriormente comparadas com os dados originais da simulação numérica. Foi possível obter uma precisão de 97% na estimativa da vazão inicial do poço produtor de óleo. A previsão da curva de produção apresentou um erro percentual médio absoluto inferior a 10% nos dois primeiros anos. Apesar dos valores de erro terem crescido ao longo dos últimos anos, eles são menores quando comparados com a metodologia de declínio exponencial.

Two-phase intermittent pipeline flows are frequently found in industry, such as in the transportation of oil and gas. Their dynamics is commonly modeled through a one-dimensional approach, since long pipelines are employed, making 2D or 3D simulations unfeasible. The models always require an assessment of wall and interfacial friction factors, which are usually obtained by empirical correlations. In this work, from full 3D velocity fields across statistically developed slug unit cells, friction factors and momentum flux parameters were evaluated and new correlations for them are proposed. For that, several three-dimensional numerical simulations were performed by the software OpenFOAM. The Volume of Fluid (VOF) method and the k-ω Shear Stress Transport (SST) turbulence model were applied within a computational domain corresponding to a single slug unit cell, with periodic boundary conditions under imposed pressure gradient and overall void fraction. Liquid holdup, superficial gas and liquid velocities, slug parameters, turbulence quantities, liquid and gas velocity profiles, pressure distribution and wall shear stresses were also evaluated. Comparisons with experimental data and empirical correlations were performed, showing a quite good agreement. In summary, this work presents a methodology for assessing mean parameters of intermittent flows from three-dimensional fields, which may be further used to improve one-dimensional models.

A crescente demanda global por energia e a finitude dos recursos fósseis despertaram grande interesse pelo uso de energias renováveis e tecnologias menos poluentes. Neste contexto, este trabalho introduz uma simulação numérica de um sistema híbrido on-grid de uma unidade combinada de calor e potência (CHP) para microaplicações residenciais e industriais. O sistema é composto por uma célula a combustível tipo membrana polimérica (PEMFC) acoplada a um reformador de gás natural, painéis fotovoltaicos e baterias conectados à rede elétrica através de um inversor híbrido bidirecional. Uma análise energética foi desenvolvida para validar a rotina computacional e determinar a vazão de gás natural. Em seguida, foi realizada uma análise econômica baseada na evolução do fluxo de caixa dos usuários e no custo cumulativo total do sistema no horizonte de 2020 a 2040, de forma a investigar a influência das taxas de incremento das tarifas de energia elétrica e gás natural, diferentes configurações do sistema, do número de consumidores e do fator de aproveitamento de créditos na rede. Diferentes tipos de tarifa (convencional e branca) e a possibilidade de cogeração com o rejeito térmico da PEMFC também foram avaliados. Ao final, uma análise ambiental foi desenvolvida para avaliar a contribuição para o potencial de aquecimento global do micro-CHP. Paybacks entre 6 e 20 anos de operação do sistema foram alcançados para diferentes combinações dos parâmetros examinados considerando-se a adesão no ano de 2020. Adicionalmente, fortes reduções no custo cumulativo total foram obtidas levando-se em conta a queda prevista nos custos de aquisição dos componentes para as próximas décadas. Finalmente, emissões equivalentes até 30% inferiores às da eletricidade da matriz energética nacional e do fornecimento de calor por queima de gás natural foram calculadas com uso da cogeração no atendimento da demanda térmica dos usuários.

Com a necessidade de uma maior diversificação da matriz energética mundial e a inevitabilidade de investimento em fontes de energia limpa, a energia solar fotovoltaica se mostrou sem dúvidas a fonte energética mais promissora. Seu crescimento hoje é exponencial e se revela cada vez mais presente na matriz energética da maioria dos países. No Brasil, já se vê um mercado fotovoltaico sólido com geração de milhares de empregos e investimentos de bilhões de reais. Sua intermitência e imprevisibilidade é razão de grande pesquisa, no intuito de obter dados confiáveis que estimam a geração de um sistema solar fotovoltaico ao longo de seu ciclo de vida. Sendo assim, este trabalho conduz uma extensa revisão bibliográfica, passando pelos fundamentos básicos, até o desenvolvimento de um algorítmico robusto, onde é possível utilizar diversos modelos matemáticos presentes na literatura. Os dados de radiação solar, velocidade do vento e temperatura são obtidos de mapas gerados por 39 estações solarimétricas dentro e próximas das fronteiras do estado do Rio de Janeiro. O simulador também conta com uma extensa base de dados atual de módulos solares e inversores. Dessa forma, é possível simular e dimensionar sistemas solares fotovoltaicos para o estado do Rio de Janeiro, calculando indicadores de viabilidade econômico-financeira e ambiental e fluxo de caixa detalhado que refletem a viabilidade de um determinado projeto. Além disso, o simulador tem a capacidade de gerar mapas do Rio de Janeiro com dados destes indicadores em toda sua extensão.

Throughout the wax gelation, the network of paraffin crystals modifies the behavior of waxy crude oil. It changes from a low viscosity Newtonian to a high viscosity time-dependent material with yield strength. Now, it is totally challenging to find out the restart pressure for gelled crude oil flow with such a complex microstructure. Through my Master`s dissertation, we investigated two viscoplastic materials, namely a hair gel with a negligible thixotropy and a quite thixotropic 2% aqueous suspension of Laponite to mimic the startup flow of waxy crude oils. For both materials, the minimum axial pressure gradient required for the onset of flow was measured, and the measured values were in good agreement with the prediction of a conventional force balance. On the other hand, industry cases have exhibited that the just mentioned force balance leads to an overestimation of the minimum startup pressure gradient. In some studies, an elicited explanation is the thixotropic behavior of the gelled crude, but our above-mentioned results served to falsify it. Over the first part of my PhD thesis, we aimed to verify in the laboratory that why the force balance does not hold for gelled crude oil and then we sought a physically proper explanation for this discrepancy and also a reliable way to predict the minimum startup pressure gradient. Along these lines, we show the role of gelled crude oil's shrinkage in the discordance between static yield strength and required minimum pressure gradient to onset the flow, through rheometry and fluid flow in a tube. Then, we introduce a modified force balance equation with the role of shrinkage included to best estimate the minimum restart pressure gradient. Another essential element through the restart flow of gelled waxy crude is to find out a reliable strategy to mathematically model the material`s rheology. In most models that aim at predicting the rheological behavior of gelled waxy crude oil, the microstructure changes during flow are assumed to be thixotropic; reversible time dependent. But, we observed in our experiments with well-controlled flow and thermal histories that the irreversible character of time dependence is quite evident. Thus, in the second part of thesis we propose a model based on previous developments by Souza Mendes and co-workers that accounts for the irreversible time dependence observed experimentally in a waxy crude oil. The predictive capability of the proposed model is then assessed via comparisons with experimental data.

A camada geológica da costa brasileira conhecida como Pré-sal possui diversos reservatórios de petróleo cuja explotação encontra-se no início. Com o fim de explorar essas jazidas de forma mais segura e rentável, é essencial representá-las corretamente.Entretanto, não é uma tarefa simples. As rochas carbonáticas, típicas do Pré-sal, recorrentemente apresentam fraturas e carstes e o escoamento através dessas estruturas se comporta de forma diferente à da modelagem tradicional. Para solucionar o problema, desenvolveram-se técnicas que representam o fluxo através das demais mídias da rocha. No entanto, essas modelagens inserem diversas complexidades novas para a correta compreensão das formações e da previsão da produção. Nesse trabalho são analisados os impactos que as variáveis de reservatório têm no resultado das simulações com dupla permeabilidade.

A robótica móvel tem desempenhado um papel cada vez maior na sociedade moderna. Para cumprir suas tarefas, usualmente é necessário que os robôs móveis sejam capazes de navegar autonomamente pelo ambiente, partindo de um determinado local e chegando a um objetivo, evitando colisões. Uma etapa importante desse processo envolve a decisão dos caminhos a serem percorridos pelo robô ao longo de um mapa conhecido, que é executada por um programa chamado planejador de trajetórias. Muitos planejadores estão disponíveis na literatura, cada um com suas particularidades e aplicações. Esta dissertação apresenta um estudo comparativo entre cinco planejadores de trajetórias: Algoritmo de Dijkstra, Dynamic Programming, Probabilistic Roadmap (PRM), Rapidly-exploring Random Tree (RRT) e Hybrid A*, no qual são avaliados os tempos de processamento, os números de passos e os comprimentos das trajetórias resultantes. O estudo é executado por meio de simulações no ambiente MATLAB em três mapas diferentes, com objetivos diversos: o primeiro avalia a capacidade de se planejar uma trajetória em um ambiente complexo com múltiplos caminhos; o segundo testa a capacidade do planejador de evitar maiores obstáculos e lidar com passagens estreitas; e o último mapa, composto por longas retas e curvas abertas, tem o objetivo de avaliar o comportamento dos planejadores em trajetórias mais extensas. Cada planejador é submetido a séries de simulações em cada mapa, sendo que em cada uma alteram-se também suas características, para uma análise de sensitividade. Os melhores resultados de cada planejador para cada critério permitem identificar as principais vantagens e desvantagens de cada um.

Macroscopic rock properties such as porosity, permeability, and wave velocity describe petrophysical characteristics of rocks. In the particular case of heterogeneous rocks like carbonates, the estimation of equivalent petrophysical properties is challenging because of the presence of distinct rock structures in the same domain of interest. Also, the presence of voids with sizes of disparate orders of magnitude imposes extra difficulty to predict equivalent properties in carbonates. Equivalent properties can be determined through experimental measurements in the laboratory, which can be relatively slow and expensive, or via numerical simulation. In this study, we determined equivalent permeability of vuggy porous media using a Digital Rock Physics workflow, which is comprised of the microCT scan of the rock sample, the segmentation of the digital image, the mesh generation on the porous matrix and vuggy regions, and the solution of the Brinkman model using the finite element method. Digital Image Analysis (DIA) was used to determine the characteristics of the macropores (volume, surface area, pattern, among others), which were use to curve-fit the equivalent permeability resulting from solutions of the Brinkman model for many different samples. The goal was to be able to evaluate the equivalent permeability simply based on the image characteristics of the sample, without the need of solving the Brinkman model  

Wheeled-legged robots are an attractive solution for versatile locomotion in challenging terrain. They combine the speed and efficiency of wheels with the ability of legs to traverse challenging terrain. In general, the challenges with wheeled-legged locomotion involve trajectory generation and motion control for trajectory tracking. This thesis focuses in particular on the trajectory optimization task for wheeled-legged robots navigating in challenging terrain. For this, a motion planning framework is proposed that optimizes over the robot's base position and orientation, and the wheels' positions and contact forces in a single planning problem, taking into account the terrain information and the robot dynamics. The robot is modeled as a single rigid-body, which allows to plan complex motions for long time horizons and still keep a low computational complexity to solve the optimization quickly. The knowledge of the terrain map allows the optimizer to generate feasible motions for obstacle negotiation in a dynamic manner, at higher speeds. Such motions cannot be discovered without taking into account the terrain information. Two different formulations allow for either purely driving motions, where obstacle negotiation is enabled by the legs, or hybrid driving-walking motions, which are able to overcome discontinuities in the terrain profile. The optimization is formulated as a Nonlinear Programming Problem (NLP) and the reference motions are tracked by a hierarchical whole-body controller that computes the torque actuation commands for the robot. The trajectories are verified on the quadrupedal robot ANYmal equipped with non-steerable torque-controlled wheels in simulations and experimental tests. The proposed trajectory optimization framework enables wheeled-legged robots to navigate over challenging terrain, e.g., steps, slopes, stairs, while negotiating these obstacles with dynamic motions. 

Well formation tests are usually performed to determine the geological properties of a reservoir and the obtained data has often been interpreted based on an assumption that the reservoir is homogeneous in the vertical direction and described by a 1-D model. However, many reservoirs are found to be composed of different number of layers that have different characteristics. Production wells in such reservoirs may receive oil from more than one layer. In stratified reservoir system, the pressure and temperature behavior are not necessarily the same as in single layered system, and rarely reveals the same average properties of the entire system. The prediction of the characteristics of the individual layers is important to describe properly the reservoir and improve production management. This work presents a numerical transient-thermal model for a coupled wellbore/2D-reservoir considering Joule-Thompson heating/cooling, adiabatic fluid expansion, conduction and convection effects for both wellbore and reservoir for one phase fluid flow. The two-dimensional reservoir model allows the analysis of stratified zones and barriers. The model allows cross flow between the adjacent layers with different rock properties. Wellbore temperature and pressure at a certain gauge depth are evaluated numerically. Results show how pressure transient analysis (PTA) and temperature transient analysis (TTA) can be used to characterize different configuration of stratified reservoirs.

Recent advances in additive manufacturing techniques have increased their flexibility in making complex parts on a smaller scale. In this context, the design of porous microstructures has been standing out in the scientific community due to the ability to optimize the cell topology to meet the stress design requirements. However, there are several challenges that inhibit the fabrication of optimized parts obtained by the multi-scale topology optimization method, such as the connectivity of microstructures. The multiscale topological optimization consists of the optimization of both the macro-scale, global structure, and the micro-scale, microstructure of the material. The main objective of this work is to develop an effective scheme to guarantee compatibility in the transition between the different material microstructures obtained in multiscale optimization. The multiscale methodologies for simultaneous topological optimization of both scales and the homogenization procedures are described. The main numerical and computational aspects of these methods are presented, as well as representative examples to illustrate the capabilities of the proposed scheme. 

Neste estudo é apresentada a análise da interação da luz laser de alta potência com rochas nos processos de perfuração por fragmentação térmica, cujo objetivo principal do trabalho é estabelecer, através de um estudo experimental a possibilidade de utilizar a tecnologia a laser na perfuração de rochas duras, tais como o granito, quartzo entre outros. Encontrando sua motivação na aplicação de novas tecnologias para desenvolver ferramentas que melhorem a eficiência no processo de perfuração de poços (maior taxa de penetração), e conseguir retirar a maior quantidade de material fragilizado pela irradiação do laser. Para isto, foi necessário fazer uma montagem opto – mecânica envolvendo um sistema de limpeza que ajudasse a remover o material fragilizado pela ação do laser, usando-se gás nitrogênio a alta pressão. Foram analisados diferentes intervalos de tempo de exposição da radiação do laser nas rochas, para avaliar a taxa de volume retirado, a quantidade de energia especifica requerida para perfurar diferentes materiais, em função da potência e do tempo de irradiação do laser. Para este fim, foi necessário montar um sistema de limpeza que permitisse a remoção do material fragilizado pela ação do laser. Seguindo a revisão bibliográfica na seleção do material foram escolhidos três tipos de materiais (granito branco, granito cinza e travertino) conhecidos comercialmente no Brasil e que tem similitude com as rochas encontradas nos reservatórios do Pré-sal. A partir desta seleção foi indispensável conhecer a composição química dos materiais através de fluorescência, raios X, microscopia de varredura (MEV). Além disso, estudou-se o comportamento termomecânico das rochas carbonáticas a traves de analises térmicos (Termogravimetria e Analise Térmico Diferencial), para identificar e compreender os fenômenos envolvidos no processo de perfuração. Os resultados obtidos são analisados para parametrizar as variáveis em consideração, melhorando as condições do processo de perfuração por fragmentação térmica dependendo do material estudado.

16:00 Guilherme Henrigue Castro; O veículo elétrico e os impactos na matriz energética mundial e brasileira

16:15 Marcos Alexandre Izidoro da Fonseca;  Dimensionamento, simulação e otimização de uma usina termoelétrica a gás natural com banco de baterias

16:30 Beatriz de Rezende Barcellos Borges; Analise de Propagação de Doenças Epidemiológicas : Modelo Estocástico

16:45 Eduardo dos Santos de Castro; Propagação de trincas sob cargas variáveis

16:00 Caio Filippo Ramalho Leite; Estudo Numérico do Motor de Ignição por Compressão Controlada por Centelha

16:15 Edson de Souza Laya Junior; Estudo experimental e simulação numérica de uma unidade CHP combinando uma célula a combustível de tipo PEMFC, painéis fotovoltaicos e sistema de armazenamento para análise 4E

16:30 Michel Angelo O W de Carvalho; Simulação de produção de biogás para geração distribuída de energia

16:45 Leonardo Pedreira Pereira; Aguardando definição do título

17:00 Renan Mury Nepomuceno; Desenvolvimento de um sistema com atuador para controle do perfil de abertura e fechamento de válvulas de admissão em motores de combustão interna

O uso de juntas cardânicas ativas é restrito pela capacidade de torque de pequenos motorredutores e, atualmente, os dispositivos embarcados são obrigatórios para as aplicações robóticas. Nesta tese, um novo conceito de manipulador robótico acionado por juntas cardânicas com três graus de liberdade foi introduzido. O controle dinâmico é essencial para estudar as limitações desse dispositivo, portanto, o objetivo deste estudo foi controlar a junta cardânica ativa de três graus de liberdade usando simulações numéricas e experimentais. O manipulador foi projetado com apenas uma junta cardânica para que a sua cinemática e dinâmica sejam exploradas; por esse motivo, a junta foi construída com sensores de carga na base e sensor de unidade de movimento inercial na parte superior do efetuador do manipulador. Além disso, foram fabricadas três placas de controle: a primeira foi projetada para controlar os três acionamentos dos motores de passo; a segunda, para ler o sensor da unidade de movimento inercial; e a última, para ler os sensores de carga. Quatro problemas foram descritos para testar os limites deste dispositivo, analisando, além da cinemática e dinâmica, o atrito do rolamento, a identificação da folga e o torque do impacto. O primeiro problema mantém a posição do efetuador do manipulador constante enquanto transmite rotação entre os eixos. O segundo problema, o efetuador recebe um caminho planejado, por exemplo, um círculo, mas não transmite rotação entre os eixos. O terceiro problema é a combinação dos movimentos anteriores, em que o efetuador transmite rotação entre os eixos, enquanto segue por um caminho planejado. Para o quarto problema: uma nova abordagem é aplicada para mover o efetuador de um ponto para outro usando rotação cônica. Uma nova notação dinâmica é introduzida para esclarecer e simplificar a matemática usada para descrever a dinâmica de um corpo rígido 3D para resolver a cinemática e a dinâmica inversa, sendo os resultados numéricos do modelo físico comparados com os experimentais para definir os limites de aplicação da junta.

Em poços de petróleo, uma boa cimentação é fundamental para garantir o suporte estrutural do revestimento e isolar o poço de águas subterrâneas. A alteração das propriedades e o surgimento de defeitos no cimento podem levar a vazamentos e danos ambientais. Durante a desativação e o abandono do poço em operações conhecidas como P&A (Plug & Abandonment), é necessário avaliar a condição do cimento assim como a identificação de possíveis defeitos.
Desde 1950, ferramentas de perfilagem acústica capazes de analisar a condição do cimento vem sendo desenvolvidas e aprimoradas. As ferramentas mais famosas foram a “Cement Bond logging Tools” (CBT), baseada na técnica de operação CBL (Cement Bond Logging) e VDL (Variable Density Logging), e a “Cement Evaluation Tools” (CET). Contudo, essas ferramentas foram projetadas para operar somente em configurações com um único revestimento e sem a coluna de produção. Remover a coluna de produção é um processo caro, por isso, um desafio na indústria que permanece até os dias atuais é a criação de uma ferramenta capaz de operar em poços sem a necessidade de se remover a coluna de produção visando a redução dos custos do processo, ou em poços que possuem múltiplos revestimentos.
Nos últimos anos muitas patentes e artigos tem sido publicados abordando esse mesmo tema. Este trabalho possui como motivação analisar a eficiência da utilização de ondas ultrassônicas guiadas em poços com multicamadas para detecção de defeitos presentes na camada de cimento. Para isso, primeiramente se realizou uma vasta pesquisa bibliográfica buscando identificar os tipos mais frequentes de defeitos existentes, o princípio de funcionamento das principais ferramentas comerciais existentes e os avanços das pesquisas na fronteira do conhecimento desse assunto.
Modelou-se a partir da teoria de ondas e de suas equações analíticas o poço estudado, encontrando as equações de dispersão que regem o problema. Desenvolveu-se um código analítico-numérico capaz de resolver essas equações e de obter as curvas de dispersão.
Além disso, analisou-se como os defeitos e suas variações afetam as curvas de dispersão, identificando os comportamentos característicos para cada caso. Posteriormente, a distribuição da energia, obtida a partir do vetor de Poynting no poço, foi usado afim de se investigar os modos que concentram a energia na camada de cimento. Para o caso sem a coluna de produção, concluiu-se que os melhores modos de excitação estão em alta frequência, pois a energia se concentra no cimento. Já para o caso com a coluna de produção, encontrou-se que na frequência de 30,13 kHz a uma vagarosidade de 726,5 us/m a energia está praticamente toda concentrada no cimento o que é interessante para se analisar defeitos apenas no cimento e que em 39,17 kHz e 507 us/m a energia está distribuída entre o cimento e a coluna de produção, sendo interessante para analisar defeitos que envolvam ambos.
 

16:00 Tammy Beatriz BarbettaITimura; Otimizaçao de processo de secagem e cura de resinas revestidas sobre substratos não-porosos

16:15 Vinicius Mattoso Reis da Silva; Caracterização de reservatórios com base no ajuste de histórico de dados de pressão e temperatura utilizando o Conjunto Suavizado com Múltiplas Assimilações de Dados

16:30 Vitor Heitor Cardoso da Cunha; Breakup of liquid sheets with viscous interface

16:45 Mateus Aguiar Rodrigues de Lima; Liberação de ativos em microcápsulas utilizando gatilho térmico

17:00 Debora Yohane Cunha Azevedo Silva; Modelagem Composicional em Escala de Reservatório do Fluxo de Gás Condensado: Efeitos da Permeabilidade Relativa

Após uma jazida de petróleo ser encontrada, a produção de óleo ou gás é feita através de um poço produtor que é perfurado até atingir as camadas de rocha onde os hidrocarbonetos estão alojados. Com a constante produção, a pressão de reservatório decresce até atingir um nível que é  insuficiente para o aproveitamento econômico. Geralmente utiliza-se a injeção de água para manter o nível de pressão do reservatório. Nos estudos de um reservatório de petróleo é fundamental o conhecimento de propriedades básicas da rocha e dos fluidos nela contidos. São essas propriedades que determinam as quantidades de fluidos existentes no meio poroso, a sua distribuição, a capacidade desses fluidos se moverem e,mais importante, a quantidade de fluidos que pode ser extraída. Através do método convencional de injeção de água objetiva-se a manutenção da pressão do reservatório e o deslocamento de óleo em direção aos poços produtores. A água (fluido deslocante) tende a ocupar gradualmente o espaço antes ocupado pelo óleo (fluido deslocado), contudo, por efeitos capilares, uma parcela do óleo não é retirada do meio poroso configurando o que chamamos óleo residual. Em função da razão de mobilidade da água e do óleo, a frente de deslocamento não é uniforme, e um grande volume do reservatório não é atingido pela água de injeção. A adição de polímero à água de injeção visa o aumento da viscosidade da água, e assim, melhorar a razão de mobilidade água-óleo, aumentando a eficiência de varrido uma vez que uniformiza a frente de avanço, reduzindo a formação de caminhos preferenciais no reservatório. Além de diminuir a razão de mobilidade, soluções poliméricas podem contribuir para um melhor deslocamento de óleo em escala de poro, a partir de seu efeito elástico, reduzindo, portanto, a saturação de óleo residual. Contudo, tal mecanismo em micro-escala, ou seja, em escala de poro não é totalmente compreendido. O presente trabalho preocupa-se principalmente em analisar o fator de recuperação do óleo e saturação de óleo residual após processo de deslocamento de óleo por água salgada, solução polimérica de poliacrilamida parcialmente hidrolisada (HPAM) e solução de glicerina em testemunhos de Arenito Bentheimer. Um porta-testemunho especial foi utilizado para a realização dos testes de deslocamento, sendo monitoradas a variação de pressão ao longo da amostra, além dos volumes de injeção e produção de fluidos em função do tempo.

 

16:00 Luiz Pereira de Aguiar Neto; Estudo do comportamento dinâmico não linear de colunas de perfuração em águas ultra profundas

16:15 Mariana Morais Gioia; Fabricação de peças metálicas obtidas pelo método da otimização topológica multiescala utilizando o processo de sinterização seletiva a laser

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Several gels, suspensions, emulsions and foams found both in nature and industrial processes and products are complex yield stress materials that exhibit a rich variety of mechanical responses, like elasticity and time-dependence, in addition to yielding. A rigorous definition and physical interpretation of the related material functions are challenging. In this talk we discuss how this complexity affects fundamental concepts and measurements of these materials. Our discussion covers different related topics, such as (i) the need for the introduction of a yield stress tensor, (ii) thixotropy modeling---including the choice of the microstructure destruction agent, (iii) rheological characterization with quasilinear large amplitude oscillatory shear, and (iv) transient and steady-state shear banding.

16:00 Fabio Gaspar Santos Junior; Desenvolvimento de modelo 1D para previsão de deposição de parafina

16:15 Maria Clara de Jesus Vieira; Determinação da influência da diluição por CO2 sobre o retorno de chama em misturas combustíveis

16:30 Paulo Gustavo Candido de Oliveira; Análise de Mecanismos de Deposição de Parafina

16:45 Rodrigo Luis Formosinho C Branco; Previsão de diferentes padrões de escoamento com o modelo VOF

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O crescente uso de modelos integrados de produção (MIP) na indústria de petróleo como solução para representar o potencial de uma jazida se justifica pelos atuais cenários encontrados para o desenvolvimento de novos projetos, caracterizado por baixos preços de venda do petróleo e conceitos de produção de alta complexidade. Esta abordagem, onde diferentes partes de um sistema de produção são integradas, permite ao usuário um entendimento detalhado das interações entre reservatório, poços e rede de escoamento, e facilita a detecção de gargalos e consequentemente a otimização do plano de explotação.
Neste contexto, é fundamental obter uma modelagem satisfatória do fluido em todo o sistema de produção. O modelo deve honrar tanto o escoamento no meio poroso, isotérmico, quanto o escoamento nos poços e dutos, que precisa ser caracterizado em várias temperaturas. Além disso, o modelo deve ter tempo de simulação adequado.
Uma maneira criteriosa de modelar as propriedades de um fluido é através do ajuste de uma equação de estado (EOS). Uma EOS detalhada com 24 componentes determinada por cromatografia gasosa e EOS simplificadas com 14, 9, 7, 6, 5 e 4 pseudocomponentes foram geradas para avaliar este problema. As EOS foram usadas para representar as propriedades PVT em um MIP e ao final foram comparadas as respostas das EOS simplificadas e detalhadas, a fim de estabelecer resultados adequados com um tempo computacional adequado.
Os resultados obtidos mostram que o uso de EOS excessivamente simplificadas, apesar da melhoria no tempo computacional, podem gerar resultados insatisfatórios em modelos integrados de produção.

O estudo de bolhas de separação laminar em aerofólios que operam a baixos números de Reynolds é importante para diversas aplicações tais como: turbinas a gás, geradores eólicos, veículos aéreos não tripulados, dentre outros. A perda de performance desses equipamentos, normalmente, está associada a presença e a ruptura de bolhas de separação. Neste trabalho buscou-se investigar, experimentalmente, os efeitos relacionados a variação súbita no nível de perturbações do escoamento à montante da região de formação da bolha. A ideia é avaliar como o escoamento se comporta em uma situação onde o nível de turbulência do escoamento livre pode variar. No caso de turbinas, essa condição pode ser observada quando as esteiras dos aerofólios de um estágio influenciam àquelas do estágio seguinte. Apesar da relevância prática, o regime transiente foi pouco investigado na literatura. Para o presente estudo foi utilizado um canal de água do laboratório de Engenharia de Fluidos. O gradiente de pressão, necessário para a formação da bolha, foi gerado com uma placa convergente-divergente e o nível de perturbações na camada limite foi controlado através de um gerador do tipo fita vibrante. Os campos de velocidades na região da bolha foram medidos com a técnica de Velocimetria por Imagem de Partícula com alta resolução temporal. A geração de perturbações e as medições de velocidade foram sincronizadas, permitindo assim o uso de técnicas de extração de médias de eventos. Caracterizou-se a bolha em um regime estacionário, onde não houve excitação de perturbações controladas a montante da bolha. Os resultados foram comparados com referências da literatura, apresentando boa concordância. No regime transiente, analisou-se o escoamento desde o instante em que o gerador de perturbações foi subitamente desligado até a recuperação completa da bolha. Nessas condições, notou-se que bolha cresceu até atingir um comprimento maior do que o observado no regime estacionário. Somente após o desprendimento de um grande vórtice, a bolha voltou a exibir características similares àquelas do regime estacionário. Esse comportamento se assemelha àquele reportado na literatura para ruptura de bolhas (“bursting”) mas que ainda não é bem compreendido.

A produção de gás para os próximos anos continuará em ascensão devido ao aumento da demanda energética ao redor do mundo. A tendência global é a busca por energias mais limpas que o óleo e o carvão. O gás aparece como uma ótima opção pelo seu baixo custo e por ser menos poluente.
Gás em reservas mais profundas podem estar presentes em condição de gás retrógrado, a uma temperatura entre a temperatura crítica e cricondentérmica. O gás retrógrado em alta pressão e alta temperatura apresenta apenas a fase gasosa. Entretanto durante a produção, a pressão é reduzida na região mais próxima ao poço. Caso a redução da pressão atinja a pressão de orvalho da mistura, ocorrerá a formação de condensado. O acúmulo excessivo deste condensado ao redor do poço pode reduzir a permeabilidade efetiva do gás prejudicando a sua produção.
Para estudar a formação de condensado e como ela implica na redução da permeabilidade do gás e do líquido, foram realizados experimentos utilizando o Método do Regime Pseudo-Permanente em duas amostras de rochas em condições de alta pressão e alta temperatura.
Ao todo foram realizados 4 experimentos, sendo três utilizando uma amostra de arenito e o último uma amostra de carbonato. O fluido utilizado para representar o gás retrógrado foi uma mistura de etano/n-pentano em três níveis de formação de condensado. Os resultados obtidos mostraram que a permeabilidade relativa do gás e do líquido foram influenciadas pela quantidade de líquido produzido, vazão de gás e características da amostra.

A migração, induzida por cisalhamento, de partículas em suspensão tem sido o objeto de diversos estudos no passado, e alguns modelos já foram propostos a fim de prevê-la. A migração de gotas em emulsões, contudo, apresenta uma série de especificidades, especialmente nos casos em que fenômenos de floculação e coalescência estão presentes. Emulsões de água-em-óleo com surfactantes não-iônicos, tal qual o Span 80, tendem a formar agregados de gotas quando se encontram sob cisalhamento, e esses agregados podem afetar o deslocamento de partículas em um campo cisalhante não-homogêneo. Testes em diferentes taxas de cisalhamento e intervalos de tempo foram realizados em uma geometria transparente do tipo placa-placa na intenção de avaliar macro- e microscopicamente os processos de floculação e migração de gotas de água em uma fase contínua de óleo. Estes experimentos apresentaram uma rápida e intensa migração radial de gotas rumo ao centro da placa em altas taxas de cisalhamento, e uma formação significativa de flocos em taxas de cisalhamento mais baixas. O tamanho médio e concentração de gotas foram determinados para diferentes posições da placa ao longo do tempo.

The majority real-world engineering design, management and decision making problems, may be seen as a multi-objective optimization problem, while others may comprehend classification, prediction or regression tasks. The use of artificial intelligence (AI) techniques to address these problems is attractive since they i) are most recommended for MO problems when compared with classical mathematical programming methods, which requires significant computational cost and informations of the problem domain; and ii) present better results with a simpler structure, adaptability and the possibility to extract information from the problems, when compared with other methods. Therefore, this work considers the application of AI techniques in anti-lock braking system (ABS) improvement, heat exchanger design optimization and theft-sensitive leak detection system (LDS) problems to i) develop and improve AI techniques; ii) constitute an AI application guide for control and design MO problems, as well as for the feature extraction process and machine learning classifier training through supervised learning approach; and mainly iii) demonstrate AI methods potential in solving realworld mechanical engineering problems. The results showed that the novel AI optimization algorithm versions proposed performed well considering the Pareto front dominance, spacing, Euclidian distance and hypervolume for the ABS problem and two IGD-based metrics compared through wilcoxon rank sum test for the HE design problem. Also, the decision tree-based machine learning classifier, trained through supervised learning and principal component analysis feature extraction technique, detcted all fuel theft situations with no false alarms.

Ao longo do tempo de vida de um poço de petróleo, a produção de óleo pode sofrer uma variação significativa. Sendo assim, esta que, anteriormente, era composta em sua maioria de petróleo pode acabar se tornando em uma mistura de água e óleo, gerando a ocorrência de emulsões no sistema. Contudo, a presença dessas emulsões torna-se um problema recorrente para a indústria de petróleo, uma vez que acarretam em um aumento de custos de transporte e processamento do óleo.
Sendo assim, a verificação da eficiência de separação primária de emulsões ocorre, normalmente, com a utilização de emulsões reais retiradas dos campos. Todavia, tais emulsões são fluidos que podem apresentar comportamentos tóxicos, voláteis e inflamáveis [1]. Somado a isso, a falta da confiabilidade necessária para a aferição da eficiência dessas tecnologias de separação uma vez que há uma extrema dificuldade de repetibilidade das emulsões sintetizadas a partir do óleo cru, induz à necessidade de utilização de fluidos modelos que possuam comportamento similares ao petróleo.
O objetivo geral deste trabalho é, sobretudo, aprofundar o estudo das emulsões de petróleo e desenvolver um método para a síntese de fluidos de trabalho com características reológicas, de formação e de estabilidade semelhantes às de óleos e emulsões reais encontrados no campo. Assim, para o desenvolvimento deste trabalho, óleos modelo com características macroscópicas similares a dois diferentes petróleos (A e B) foram sintetizados. Verificou-se que as emulsões modelo obtiveram um comportamento mais similar às emulsões formadas a partir o petróleo A. Contudo, tais sistemas apresentaram um comportamento de shear-thinning no regime semi diluído, devido, sobretudo, a diferenças qualitativas na estrutura dos agentes tensoativos das emulsões de petróleo e os surfactantes comerciais utilizados em emulsões modelo.

This research focused on studying the rheology of W/O emulsions formed by different crude oils, with special attention to their behavior when subjected to Brownian and hydrodynamic forces. At a microscale level, particle-particle and particle-medium interactions, both of which are involved in the phenomenon of aggregation, define the emulsion’s rheological behavior due to the complex structures created by the droplets as their concentration rises. An experimental study was performed in order to visualize the emulsions characteristics according to its disperse phase concentration and the shear rate applied, verifying the existence of both coalescence and flocculation phenomena during shearing. The modeling of interactions between droplets allowed the prediction of the emulsion’s behavior by colloidal thermodynamics. With it, a methodology to fit the experimental data that included both the shear rate and disperse phase concentration parameters was proposed. This work emphasizes the importance of studying emulsion systems at a micro-scale level in order to obtain a better comprehension of the formation and breakage processes of complex and random aggregate structures. This allows the prediction of the emulsion’s rheological behavior, and the proposition of a phenomenological model to best describe it. risisualize the emulsions.

This work presents selected applications of topology optimization for non-Newtonian fluid flow problems using the virtual element method (VEM) in arbitrary two-dimensional domains. The objective is to design an optimal layout into a fluid flow domain to minimize dissipative energy governed by the Navier–Stokes–Brinkman and non-Newtonian Carreau–Yasuda model equations. The porosity approach proposed by (Borrvall and Petersson, 2003) [1] is used in the topology optimization formulation. To solve this problem numerically, the recently proposed VEM method is used. The key feature that distinguishes VEM from the standard finite element method (FEM) is that the interpolation functions in the interior of the elements do not need to be computed explicitly. This is because the integration is on lower-order polynomial and basis functions, and there is great flexibility by using a nonconvex element. Therefore, the computation of the main element matrices and vectors are reduced to the evaluation of geometric quantities on the boundary of the elements. Finally, several numerical examples are provided to demonstrate the efficiency of the VEM compared to FEM and the applicability of the topology optimization to fluid flow problems.

Infrared thermography has been used as a nondestructive evaluation (NDE) technique to detect flaws in structural components, playing an important role in manufacturing inspection, in-service inspection and maintenance programs.
An investigation program was launched with the objective of presenting combinations of analytical, experimental and numerical methods to predict and monitor fatigue initiation and fatigue damage progression in equipment such as pressure vessels, tanks, piping and pipelines with dents or complex-shaped anomalies.
The monitoring of fatigue initiation and propagation in the actual specimens used nondestructive inspection techniques such as thermoelastic stress analysis (TSA), three-dimensional digital image correlation (3D-DIC) and fiber optic Bragg strain gages (FBSG) to determine strains at fatigue hot spots locations. Strain fields determined from the experimental measurements and from the finite element method (FEM) were combined with the fatigue Coffin-Manson strain-life equation and the Miner’s fatigue damage rule to predict fatigue life (N).
Results from tested 3m long tubular (with nominal dimensions: 324mm external diameter and 6.35mm wall thickness) specimens containing complex-shaped dents were reported and fully analyzed.
This work confirmed that infrared rapid fatigue assessment methods are practical and efficient tools that can provide a reliable, non-destructive and faster results about the fatigue behavior of materials.
Good agreement among fatigue life estimations and actual fatigue lives of complex dent shapes in pipeline specimens can only be achieved if accurate measurements or numerical determinations of the circumferential strains actuating at the dent hot-spots were coupled with suitable fatigue strain-life curves. Coupling an experimental technique for accurately determining dent shapes to a numerical strain analysis technique will lead to good hot-spot strain estimations to be combined with the strain-life fatigue curves. The present conclusions can be applied to other structures that may present dents such as tanks and pressure vessels.

A industrialização e a crescente preocupação com o meio ambiente geram, cada vez mais, a busca por fontes de energia que emitam menos gases efeito estufa. A biomassa, devido a sua grande ocorrência ao redor do mundo e a sua diversidade, é uma forte alternativa aos combustíveis fósseis. Sua gaseificação gera um combustível gasoso chamado syngas. A problemática no manejo dos resíduos sólidos urbanos (RSU) e a grande disponibilidade do bagaço de cana-de-açúcar no Brasil, resíduo sólido agrícola, fizeram deles tipos de biomassa de interesse para este trabalho. Objetivou-se modelar no MATLAB ® a gaseificação de biomassa a partir de uma abordagem cinética para um gaseificador de leito fixo cocorrente e para o ar como agente gaseificador. O modelo foi validado com dados experimentais e numéricos da literatura e aplicado à simulação da co-gaseificação de RSU e bagaço de cana-de-açúcar, na qual a razão de co-gaseificação (RCG) representou a percentagem de RSU na biomassa de entrada. Um planejamento de experimentos composto central com 3 fatores e 3 níveis foi realizado, resultando em 27 ensaios variando os fatores RCG, umidade da biomassa e razão de equivalência. Foram criados modelos polinomiais para a composição do syngas obtido, para o PCI do syngas, para a eficiência energética do processo e para a soma das frações molares de CO e H2 em base úmida. Os modelos foram considerados robustos, com valores de R2 e R2 ajustado variando de 0,96082 a 0,99345 e 0,94007 a 0,98998, respectivamente. O impacto dos fatores escolhidos nas respostas foi analisado, e os modelos de eficiência energética e soma das frações molares de CO e H2 foram maximizados. O caso otimizado, com RCG 7,98%, umidade 5,00% e razão de equivalência 0,18, resultou em um syngas de composição 3,72% H2O, 29,68% CO, 7,87% CO2, 19,07% H2 e 0,80% de CH4 em mol, correspondendo a um PCI de 6,56 MJ/Nm3 e uma eficiência energética de 37,66%, Por fim, o processo demonstrou bom potencial para geração de um gás rico em CO e H2.

O objetivo dessa dissertação é apresentar a simulação termodinâmica de uma planta de etanol derivado de cana-de-açúcar, abrangendo o sistema de cogeração e hidrólise enzimática aplicáveis ao bagaço, e associada a uma planta de cultivo de microalgas para produção de biodiesel de terceira geração, por rota de transesterificação. Adicionalmente, foram avaliados estatisticamente, por planejamento composto central 32, os efeitos de duas variáveis – designação de bagaço para hidrólise enzimática (x1) e de etanol para desidratação (x2) – sobre parâmetros de performance energéticos e ambientais. Em um cenário base similar à realidade brasileira – coordenadas (0, 50%) –, observou-se que a integração pode produzir uma quantidade de biodiesel (26,6 kg.t-1 de cana) equiparável, em termos energéticos, à oferta de etanol (62,2 kg.t-1 de cana) na saída da planta. Nesse cenário, a demanda energética da seção de microalgas-biodiesel demonstrou-se semelhante à da planta de etanol tradicional. Os modelos produzidos demonstram-se robustos e precisos (R2 superiores a 0,998). As avaliações estatísticas indicaram que x1 afeta quadraticamente as respostas, e x2 promove efeitos nulos ou brandos. Destaca-se valores de NER entre 0,763 e 0,904, próximos a 1, e valores de FER entre 4,33 e 10,88, acima do limite mínimo de 3 para se determinar o caráter renovável do sistema. As otimizações das respostas para identificação de coordenadas ótimas, segundo cada parâmetro de performance definido, foram realizadas, encontrando-se um valor ótimo para eficiência exergética global nas coordenadas (92 %, 0). Por fim, a associação das plantas de etanol e de biodiesel forneceu resultados promissores, com perspectivas interessantes para eficiências energéticas, conversão de energia fóssil em renovável, e incremento de eficiência exergética original da planta de etanol.

16:00 Ana Lucia Martas Maria; Impacto da variação da compressibilidade de fraturas e vugs nas curvas de produção de um reservatório carbonático típico do pré-sal brasileiro;16:15 Joao Pedro Bezerra da Cunha, Persistência a deformação no "Four-Roll Mill; 16:30 Pedro Henrique Souza Calderano, Quebra de um filme de líquido composto por duas camadas; 16:45 Rubia de Albuquerque e V. Bodas, Controle do processo de gelificação de polímeros para recuperação de óleo utilizando microcápsulas; 17:00 Tatiana Naccache Rocinha, Normal stresses in yield stress materials; 17:15 Thiago Fernando M. Gonsalves, Desenvolvimento de uma metodologia de análise de dispersão de gases (CH4/H2S) em plataformas de petróleo utilizando ANSYS-CFX; 1730 Rodolfo Spinelli Teixeira, Medições do fluxo de calor por radiação em modelo reduzido de flare

16:00 Clarice Lima M. Watts, Desenvolvimento de correlações de ensaios veiculares em pista e dinamômetro para diferentes formulações de combustíveis 1615 Daniel Vaz Campos, Investigação de correlação entre simulação numérica 2D com modelos de duplo contínuo e a simulação utilizando modelo de brinkman em meios fraturados e vugulares em regime transiente, 16:30 João Pedro de M.W Rodrigues, Análise de diferentes misturas de combustíveis para combustão por meio de Reactivity Controlled Compression Ignition (RCCI), utilizando máquina de compressão rápida. 16:45 Naiara Rinco de M. e Carmo, Análise do impacto do teor de enxofre de combustíveis no processo de envelhecimento de catalisadores, 17:00 Rafael Fonseca de Mesquita, Uso de malhas não-estruturadas para a representação de padrões de falhamentos nas simulações de fluxo em meios porosos; 17:15 Thiago Sousa Bastos, A plugin based large-scale Black Oil reservoir simulator. 

16:00 Carolina de Oliveira Contente, On the Application of Nonlinear Time-based Features and Ensemble Learning for Damage Detection 16:15 Ciro dos Santos Guimaraes, Aplicação de Técnicas de Machine Learning na Previsão de Permeabilidade.; 16:30 Gabriela Wegmann Lima, Estudo experimental da propagação de trinca sob cargas de amplitude variável; 16:45 Henrique Reis Santiago, A Numerical Simulation Tool for Wellbore Stability Analysis; 17:00 Mateus Bastos Neiva; 17:15 Mateus Gheorghe de C. Ribeiro, Machine Learning Applied to Structural Damage Estimation with Guided Waves; 17:30 Matheus Rodrigues Goebel, Modelagem, Simulação e Controle do Robô Lagartixa Pneumática.

Durante anos a segurança de processos foi vista como mero requisito legal, sendo desse modo percebida como um custo para as organizações. Atualmente as grandes organizações  já compreendem que investir em segurança é parte da sustentabilidade empresarial. Uma empresa não existirá durante décadas se não investir de modo adequado em segurança. Dessa visão empresarial nasceu o RBPS, ou segurança de processos baseada em risco. Do RBPS, foi desenvolvido os sistemas de gestão em segurança PSM. O palestrante irá apresentar uma visão geral do PSM, e como a segurança de processos é atualmente parte integrante de qualquer negóc

O objetivo da palestra é apresentar a legislação atual da Geração Distribuída e demonstrar o novos desafios com a mudança da legislação que está por vir.
 

Neuroengineering combines techniques from engineering, informatics, and neuroscience to better understand the nervous system and develop potential clinical applications, such as neuroprostheses and brain-machine interfaces (BMI). BMIs allow direct translation of electric or metabolic brain activity into control signals for external devices or computers, bypassing the peripheral nervous and muscular systems. This recent technique has been applied both to humans and animals, with promising results in Parkinson's disease, stroke rehabilitation, communication with amyotrophic lateral sclerosis' patients, computer interaction, control of e.g. wheelchairs or a prosthetic arm, among other applications. In this talk, from a signal processing and computational neuroscience perspective, I will introduce the basic concepts of BMI and neurorobotics and discuss recent results from the literature.

Thin liquid sheets appears in wide range of practical applications such as atomization, paper manufacturing, and curtain coating. In curtain coating, a thin liquid sheet is formed and falls under the influence of gravity over a considerable height before it impinges onto a moving substrate.  Liquid curtain breaks below a critical flow rate, which is a function of the liquid properties. The breakup is a result of a very fast sequence of events: a small perturbation on the liquid interface grows and pinches-off the curtain, creating a small hole. Capillary forces expand the hole causing the curtain disintegration.  
The effect of viscoelastic forces on the hole growth speed in a liquid curtain was studied by high-speed visualization and a mathematical model based on mass and momentum conservation equations coupled with the Oldroyd-B constitutive model, modified by the long-wave theory. Different Boger-like aqueous solutions were used as the viscoelastic liquids in the visualization experiments. The results show the stabilizing effect of viscoelastic stresses on the capillary-driven hole growth and how liquid rheology may be optimized in order to achieve thinner coated films using curtain coating process.

...Several phenomena in the nature and industrial applications rely on a better understanding of the behavior of complex materials. Time-dependence is the most challenging rheological behavior to be comprehended and it is common in a wide range of industrial materials as gelled waxy crude oils, drilling muds, fresh cement pastes, clays, paints, adhesives and others. In this seminar will be described the main features of time-dependence yield stress materials and a new rheological model based on experiments. Finally, it will be shown the application of the model for three different materials (Laponite, Cement slurry and Waxy crude oil).

Intellectual Property (IP) protection is essential to fostering innovation and creativity, knowledge is one of the principal economic assets, and its management and protection have become the cornerstones of corporate strategy because ideas and innovation have become the principal drivers of economic growth and wealth creation in today’s Knowledge Economy. Patents are the primary form of IP protection to allow innovation to be promoted, captured, and put to use for the benefit of society. This presentation will summarize the key elements you need to know when dealing with your creative and inventive activities in in research centers.

Surfactantes são moléculas constituídas por uma parte apolar (cauda), em geral cadeias hidrocarbônicas, e outra parte polar (cabeça) podendo ser iônica ou não-iônica. Os surfactantes se agregam espontaneamente e podem formar, reversivelmente, uma variedade de estruturas ordenadas (cúbicas, hexagonais, lamelares, etc.) ou desordenadas (micelas esféricas, micelas cilíndricas, etc.), dependendo das condições físico-químicas dos sistemas. Os sistemas auto-associados estão amplamente presentes no nosso cotidiano, principalmente em alimentos, cosméticos, materiais de limpeza e higiene pessoal. Além disso, atualmente têm sido utilizados em aplicações industriais, como sistemas de aquecimento (ou resfriamento) por circulação de fluidos e operaçý µes realizadas em poços de petróleo.

A apresentação trata do uso da vibração induzida por escoamento ("Flow Induced Vibration" FIV) na medição de vazão em tubulações. A técnica é uma alternativa àquelas convencionais e tem a vantagem de ser não intrusiva. De modo geral, a vibração induzida por escoamento é um fenômeno tido como um problema operacional que ocorre em muitas plantas industriais. Entretanto, o uso para medição de vazão tem-se mostrado promissor. Nessa apresentação faz-se um resumo dos avanços no estudo da técnica e dos principais desafios que ainda precisam ser investigados.

Oportunidades para nacionalização de tecnologias e para o desenvolvimento de fornecedores de bens e serviços especializados para o setor de Petróleo e Gás.
 

Arthur Braga; Florian Pradelle; Jaime Castro; Monica Naccache; Marco A. Meggiolaro; José Alberto Parise; Paulo Roberto Mendes

Anderson Pereira; Angela Nieckele; Helon Ayala;  Igor Braga; José Luiz Freire; Luis Fernando Azevedo

Topology optimization is a powerful computational tool that has been extensively implemented in several commercial software, and successfully used in many industrial applications (e.g. aerospace and automotive). Because topology optimization is an iterative procedure, a major limitation is its computational expense. A topology optimization problem typically involves hundreds of design iterations, and in order to update the current design, the structural response needs to be solved to compute the sensitivity information. To handle large-scale topology optimization problems (e.g., problems involves millions of design variables and beyond), the associated computational cost could be enormous and one typically has to resort to parallel computing, advanced iterative solvers, or multi-scale and multi-resolution approaches.

In this work, we put forward a general machine learning-based topology optimization framework which greatly accelerates the design process of large-scale problems in 3D. The proposed framework has several novel features. First, unlike other machine learning-based framework in the topology optimization literature, the machine learning module of the proposed framework is trained simultaneously during the topology optimization. Second, the framework adopts a tailored discretization setup which enables a training strategy that is based on local data. The localized training strategy can improve both the scalability and accuracy of the proposed framework. Third, the framework incorporates an online update scheme which continuously reinforces the machine learning module to improve its accuracy. Finally, the proposed machine learning-based topology optimization framework is universal in the sense that it can work with any suitable machine learning model and has the potential to be applied in a wide range of topology optimization problems (minimum compliance, compliant mechanism, maximum thermal conductivity, and so on). Through numerical investigations and several design examples, we demonstrate that the proposed framework is highly scalable and can efficiently handle design problems with a wide range of discretization levels, different load and boundary conditions, and various design considerations.

Neste seminário apresentado um procedimento para a construção, em dimensão infinita, da solução de uma ampla classe de problemas não lineares de condução de calor. Em particular será abordados problemas envolvendo corpos com condutividade térmica dependente da temperatura e problemas envolvendo condição de contorno não lineares (tais como aqueles envolvendo troca de calor por radiação térmica entre o corpo e a vizinhança). O procedimento proposto consiste em representar a solução do problema original como o limite de uma sequência de funções as quais são obtidas a partir da minimização de funcionais quadráticos.

Florian Pradelle; Hans Weber; Helon Ayala; José Alberto Parise;  Roberta Lima; Rubens Sampaio

The present work focuses on a numerical investigation of the flow through porous media with macropores, such as carbonates. The presence of vugs and fractures have a strong effect on the flow characteristics. The flow through the porous matrix is usually described by the Darcy equation and the flow through the macropores by Stokes equation. The coupling between these two distinct approaches brings great complexity to the modeling of such flows. In this work, we use Brinkman formulation that is able to describe the flow, both in the porous matrix and macropores with a single differential equation. We solved the set of differential equations using the finite element model and implemented the code in the FEniCS platform. We first solved the 1-D flow through parallel plates with one of the walls being a porous material. The goal was to compare the predictions obtained with the Brinkman formulation to that obtained by using the Beavers-Joseph boundary condition. Then, we solved a 2-D flow through a porous medium with macropores. The geometry of the pore structure was obtained from 2D slices of tomographic images of carbonates. The goal of this analysis was to evaluate an equivalent permeability as a function of macropores area and structures.

Anderson Pereira; Arthur Braga; aime T. Castro; Marco A. Meggiolaro; Paulo Roberto Mendes; Rafael M. Oliveira

Angela Nieckele;Igor Braga;José Luiz Freire;Luis Fernando Azevedo;Marcio Carvalho;Mônica Naccache: Sérgio Braga.

16:00 Edson Sabino da Silva, Modelagem de um Sistema de Refrigeração em Cascata operando em Regime Transiente; 16:15 Jose Eduardo Sanson P de Carvalho, Estudo de um Sistema de Refrigeração Operando com Mistura Nanolubrificante-refrigerante: Modelagem Numérica e Análise Experimental; 16:30 Renato de Oliveira Gabriel, Geração Distribuição com Célula a Combustível; 16:45 Sergio Luiz Pinto Castineiras Filho; 17:00 Vanessa Bautista Paganelli, Desenvolvimento de Modelos para Análises Energética e Exergética de Caldeiras flama Tubulares Operando em Regime Permanente ou Transiente.

16:00 Alain Prais Neviere Coimbra, Modelagem de Combustão Turbulenta Pré-misturada com Swirl; 16:15 Jose Adriano Bento de Souza Cardoso, Modelo Acoplado Poço-Reservatório Estratificado, não Homogêneo, de Resposta de Pressão e Temperatura; 16:30 Julio Castello Branco de Mattos, Análise da Condição de Contorno na Interface entre uma Fratura e um Meio Poroso; 16:45 Rafael Ferrao Moura Cruz, Digital Rock Physics using Brinkman´s Equation; 17:00 Willer Planas Goncalves, Estimativa de Parâmetros de Reservatórios de Petróleo através da Análise de Transientes de Pressão e Temperatura; 17:15 Joao Pedro Aiex Naccache, Mimetização de Emulsão de Petróleo Modelo Reologicamente Semelhante ao Real.

16:00 Monique Gomes de Araujo, Estimativa de Simulação de Reservatório para Projeto Exploratório usando Redes Neurais; 16:15 Pedro Henrique L da S P Domingues, Meta-heurística Multiobjetivo Aplicada ao Ajuste de Sistemas de Controle de Freio; 16:30 Priscilla Sieira Chaves, Reologia de Piche; 16:45 Tiago de Magalhaes Correia, Perfilagem Acústica pela Coluna de Produção em Poços com Múltiplos Revestimentos.

O Dr. Nachbin desenvolve pesquisa na área de propagação de ondas.

O Professor Aragão, além de um físico renomado, tem grande experiência em gestão na área de ciência e tecnologia.

Compartilhará sua experiência no estabelecimento de empresas de base tecnológica, criadas a partir de projetos de pesquisa conduzidos em seus laboratórios ao longo dos anos.  

Nesta palestra serão apresentadas aplicações de algumas tecnologias para visualização e impressão de objetos 3D.

Anderson Pereira;Rafael Oliveira; Angela Nieckele; Igor de Paula e Luis Fernando Azevedo.

O Professor McQuay é pesquisador na área de combustão e possui larga experiência na área de propriedade intelectual, tendo atuado em grandes empresa nos EUA, Europa e Oriente.

Os furtos de combustíveis tornaram-se um  problema prioritário para as operadoras de dutos em todo o mundo devido aos potenciais danos que podem causar ao meio ambiente, às pessoas, além dos grandes prejuízos econômicos.

Soluções tecnológicas para detecção destes furtos ainda não estão disponíveis, e podem ser um tema relevante para pesquisa e desenvolvimento

Jaime T. de Castro; Marco A. Meggiolaro; Helon H. Ayala; Roberta Q. Lima; Rubens Sampaio; José Alberto R. Parise

16:00 Alandmara Rosa Dionizio Leoncio, titulo não informado pelo aluno; 16:15 Marcelo Coelho Fernandes, titulo não informado pelo aluno; 16:30 Patrick Repsold Santos, Estudo experimental da interação entre turbulência e polímeros redutores de atrito; 16:45 Raphael Chalhub Oliveira S. Ribeiro, Estudo experimental da recuperação avançada de óleo em um meio poroso através de microscopia confocal; 17:00 Veronica da Rocha Weaver, titulo não informado pelo aluno

16:00 Arnaldo Roberto Rady Peron, Comparação de Técnicas de Planejamento de Trajetórias para Robôs Móveis Autônomos; 16:15 Barbara Valeria de Abreu Lavor, Otimização Topológica de Estruturas utilizando o Método do Carregamento Estático Equivalente.; 16:30 Jose Dinarte Goulart, Modelagem de uma coluna de perfuração com estruturas de Cosserat; 16:45 Marcus Vinicius Araujo Moreno, Interação Fadiga-Fluência; 17:00 Rafael Dias, Aplicação do Método dos Elementos Virtuais na geomecânica de reservatórios

16:00 Bernardo Weber Landim Marques, Simulação de uma Usina Híbrida Termossolar; 16:15 Caroline Smith Lewin, Simulação e comparação de gaseificadores de leito fixo baseada na cinética e aplicada a resíduos sólidos urbanos; 16:30 Daniel Lomba Fonseca, Efeitos da deformação das gotas na estabilidade de emulsões de Água em Óleo 16:45 Pedro Carvalho de Oliveira, Análise energética e ambiental da geração de energia elétrica a partir de biogás de resíduos vegetais; 17:00 Roberto Vinicius Granha Fiuza, Simulação numérica da gaseificação de diferentes biomassas: Impacto das condições operacionais nas eficiências energéticas e exergéticas; 17:15 Yago Chamoun Ferreira Soares, Caracterização reológica das suspensões aquosas de óxido de grafeno com etileno glicol

Electromechanical systems deals with the mutual interaction between electromagnetic and mechanical parts. It simply means the connection of a DC motor and a mechanical part by some mechanism. This interaction is called coupling. The mechanical and the electromagnetic subsystems interact. To properly represent the dynamics of a coupled system, it is necessary to properly characterize how this interaction between the parts is. Any change in the modeling of the interaction affects the behavior of the entire system. Typically, the coupling between electromagnetic and mechanical parts is expressed by a set of coupled differential equations. The dynamics of the coupled system is given by an initial value problem comprising this set of coupled differential equations. Some claim that it is possible to neglect a term in this initial value problem without changing the interaction between the electromagnetic and mechanical parts. The hypothesis is based only on parameters values, it does not depend on the system being studied and does not depend on the type of mechanism that couples the mechanical end electromagnetic parts. Apparently it is a nice hypothesis, since it simplifies the problem greatly. However it leads to wrong  results, as is shown in this paper. The neglected of the term decouples the system. When the hypothesis is made, the differential equation related to the dynamics of the electromagnetic part becomes an algebraic equation. Thus, the initial value problem is maimed, it looses one differential equation and the initial condition related with the lost equation. The remaining equations represent only the dynamics of the mechanical part. The dynamics of the motor is ignored in a way that the electromagnetic part is decoupled from the system. To exemplify how the hypothesis misleads and changes the dynamics, simulations are performed for an electromechanical system neglecting the term and not neglecting it. Comparing the results, one sees, immediately, the big difference between the two dynamics. Beware of this simplification, it was made, at least, 17 years ago, and still persists in the literature."

Semi-empirical notch sensitivity factors have been used for a long time to quantify notch effects in fatigue
design. Recently, this old concept has been mechanically remodeled using sound stress analysis techniques to
calculate values from the basic fatigue properties of the material, its fatigue limit and its fatigue crack
propagation threshold, properly considering the notch tip stress gradient influence on the fatigue behavior of
mechanically short cracks. This model can thus consider all the loading and notch geometry characteristics
without the need for any data fitting parameter. Moreover, its predictions have been validated by proper tests,
and a criterion to accept tolerable short cracks has been proposed based on it. This same mechanics is then
extended to quantify notch sensitivity effects in environmentally assisted cracking problems, and its predictions
are verified by proper tests as well.

The concepts of Entropy in Thermodynamics, Classical and Statistical,  and in Information Theory are discussed and related. One starts giving a panorama of the Industrial Revolution that led  to the brilliant idea of Carnot, the creator of Entropy. Then the contribution of Lord Kelvin is discussed. After this two the time was ripe for  the formalization of  Clausius  for the classical concept. However something was missing -the understanding of the real meaning of Entropy. The understanding comes with the statistical concepts created by Maxwell, Boltzmann, and the synthesis of  Gibbs. Finally  one discusses the ideias of Shannon and Jaynes about  Information Theory.  It is also discussed  the roles of Bayes, Laplace, Jeffrey, in the Principle of Maximal Entropy for the construction of probabilistic models.  Some comments about the First and the Third law of Thermodynamics are made  and about the difficulty the scientists had in accepting atoms as a true thing, and not just a nice idealization.  In 1905 Einstein combined random walks with Maxwell-Boltzmann distributions to establish an equation that led Perrin in 1908 to prove the existence of atoms. How the results of Einstein and Perrin were related with Newtonian mechanics was not clear.  Langevin, in 1908, derived an equation showing the relation and explaining the dynamics of Brownian motions. The equation of Langevin can be considered the onset of uncertainties in Physics and the birth of stochastic differential equations.  The talk discusses the history of the main events and their importance

A Ciência de Dados tem tido grande evolução e destaque nos últimos anos, com impacto em nossas vidas pessoais e profissionais. O objetivo da palestra é apresentar o que é Ciência de Dados, como ela se relaciona com Inteligência Artificial e Aprendizado de Máquina, aplicações na Indústria e como desenvolver soluções na área. As aplicações serão ilustradas com casos reais desenvolvidos ou em desenvolvimento pelo apresentador.

A presença de umidade em materiais construtivos, geralmente causada por infiltração ou condensação,
especialmente nas camadas isolantes, pode trazer sérias consequências na eficiência energética de um edifício.
Prever o transporte de humidade de forma adequada depende da compreensão de como a água migra através da
superfície de uma edificação. Este tipo de análise geralmente é feita por meio de experimentos em laboratório
ou utilizando-se modelos analíticos, com solução numérica, através de procedimentos de simulação. Com o objetivo
de reduzir o consumo de energia, ferramentas computacionais vêm sendo utilizadas para simular edificações novas
e também já existentes. Em códigos computacionais que tentam simular a transferência de calor e umidade, é
comum encontrar dinâmicas não lineares afetando os perfis de temperatura dos materiais, fazendo com que a
qualidade dos resultados obtidos através desses modelos seja afetada. Este efeito deve-se ao acoplamento entre
a umidade e as propriedades térmicas do material em questão, afetando a convergência do modelo quando este
material é submetido a diferentes condições de contorno. Baseando-se nesses conceitos, esta apresentação
descreve alguns estudos de caso onde, ao invés de abordagens clássicas, foram utilizados métodos baseados em
inteligência computacional para reproduzir o comportamento higrotérmico de materiais construtivos através de
modelos caixa preta. Duas abordagens serão apresentadas, a primeira baseando-se um método de regressão conhecido
por Multivariate Adaptive Regression Splines (MARS) e a segunda através de um método de identificação conhecido
por Least Squares Support Vector Machines (LS-SVM). A primeira técnica foi aplicada a um estudo de caso com
dados coletados através de um experimento considerando um material de alta higroscopicidade. Já no segundo
estudo foram usados dados de um modelo numérico já validado, que tenta prever o risco de crescimento de mofo
em superfícies de edificações. Para avaliar o desempenho das técnicas em reproduzir a transferência de calor
e umidade em materiais construtivos, foram utilizados cinco coeficientes de desempenho distintos para as fases
de treinamento e validação dos modelos, onde as abordagens apresentaram resultados coerentes em relação a
aproximação dos dados experimentais e dos dados numéricos utilizados.”

A presença de umidade em materiais construtivos, geralmente causada por infiltração ou condensação,
especialmente nas camadas isolantes, pode trazer sérias consequências na eficiência energética de um edifício.
Prever o transporte de humidade de forma adequada depende da compreensão de como a água migra através da
superfície de uma edificação. Este tipo de análise geralmente é feita por meio de experimentos em laboratório
ou utilizando-se modelos analíticos, com solução numérica, através de procedimentos de simulação. Com o objetivo
de reduzir o consumo de energia, ferramentas computacionais vêm sendo utilizadas para simular edificações novas
e também já existentes. Em códigos computacionais que tentam simular a transferência de calor e umidade, é
comum encontrar dinâmicas não lineares afetando os perfis de temperatura dos materiais, fazendo com que a
qualidade dos resultados obtidos através desses modelos seja afetada. Este efeito deve-se ao acoplamento entre
a umidade e as propriedades térmicas do material em questão, afetando a convergência do modelo quando este
material é submetido a diferentes condições de contorno. Baseando-se nesses conceitos, esta apresentação
descreve alguns estudos de caso onde, ao invés de abordagens clássicas, foram utilizados métodos baseados em
inteligência computacional para reproduzir o comportamento higrotérmico de materiais construtivos através de
modelos caixa preta. Duas abordagens serão apresentadas, a primeira baseando-se um método de regressão conhecido
por Multivariate Adaptive Regression Splines (MARS) e a segunda através de um método de identificação conhecido
por Least Squares Support Vector Machines (LS-SVM). A primeira técnica foi aplicada a um estudo de caso com
dados coletados através de um experimento considerando um material de alta higroscopicidade. Já no segundo
estudo foram usados dados de um modelo numérico já validado, que tenta prever o risco de crescimento de mofo
em superfícies de edificações. Para avaliar o desempenho das técnicas em reproduzir a transferência de calor
e umidade em materiais construtivos, foram utilizados cinco coeficientes de desempenho distintos para as fases
de treinamento e validação dos modelos, onde as abordagens apresentaram resultados coerentes em relação a
aproximação dos dados experimentais e dos dados numéricos utilizados.”

Apesar de vários processos no setor da Saúde poderem se beneficiar enormemente de técnicas da
engenharia, intervenções técnicas na área biomédica ainda são insipientes. Recentes esforços de
pesquisa têm demonstrado a importância da colaboração entre as diferentes áreas para a resolução
efetiva dos principais desafios clínicos da atualidade. Esta apresentação irá abordar alguns
exemplos de sucesso de aplicações de métodos da engenharia para problemas biomédicos. No âmbito
de gestão de recursos, serão relatadas aplicações de modelagem estatística, mineração de dados
e otimização estocástica para o escalonamento de médicos e enfermeiras e a alocação de pacientes
a leitos. No que diz respeito a melhorias no diagnóstico e tratamento de pacientes, serão
apresentadas aplicações de Pesquisa Operacional para a modelagem da evolução do câncer de mama
e aplicações de otimização estocástica para a personalização do tratamento do câncer de próstata.

A AeroRio é uma equipe de desenvolvimento e construção de aeronaves não tripuladas, como drones e aviões de asa fixa. O grupo busca constantemente novos conhecimentos e desafios, participando de competições nacionais e internacionais, bem como atuando no desenvolvimento de projetos de pesquisa. A equipe é composta por alunos provenientes de diversas Engenharias, tais como: Elétrica, Mecânica, Controle e Automação, Computação, Civil, Produção, etc.
   A equipe já possui mais de 20 premiações, incluindo um tricampeonato brasileiro e um vice-campeonato mundial. Recentemente, em 2017, a equipe sagrou-se campeã da classe Advanced da SAE Brasil Aerodesign, evento que contou com a participação de mais de 90 equipes, de 76 instituições de ensino do Brasil e do exterior. Por sua vez, em 2018 a equipe conquistou o vice-campeonato da SAE Aerodesgn East, uma das principais competições mundiais de Aerodesign, realizada em Lakeland, FL, USA. O atual calendário de competições inclui eventos tais como a SAE Aerodesign Brasil (São José dos Campos, SP, Brasil) e a SAE Aerodesign East (Lakeland, FL, USA), além de novas competições de grande projeção internacional como o IMAV (International Micro Air Vehicles Conference and Competition) e o UAV Medical Express Challenge, ambas a serem realizadas na Austrália em suas próximas edições.
    As atividades conduzidas fornecem uma experiência profissional que integra teoria e prática, focada na multidisciplinaridade e no trabalho em equipe. São realizadas atividades tais como o dimensionamento mecânico estrutural, dimensionamento de motores para propulsão e servomotores para atuação nas superfícies de comando, além do desenvolvimento de sistemas eletrônicos embarcados capazes de monitorar diversos parâmetros da aeronave e transmiti-los por links de telemetria. Também têm sido conduzidos estudos no intuito de desenvolver sistemas eletrônicos embarcados capazes de realizar tarefas específicas de forma autônoma, utilizando-se técnicas de Inteligência Computacional. As atividades desenvolvidas permitem que se tenha uma visão de toda a cadeia de desenvolvimento, desde as fases iniciais do projeto até a construção final da aeronave.

A biomecânica é o estudo da mecânica dos organismos vivos”, é o estudo da estrutura
e da função dos sistemas biológicos utilizando métodos da mecânica aplicada. YC Fung Na atualidade os indivíduos estão vivendo mais e se acidentando mais. A indústria
médica é a das que mais cresce no mundo, fazendo com que o desenvolvimento da Engenharia
Biomecânica seja fundamental para dar suporte a esta crescente indústria.
   A Biomecânica, além de ser atualmente uma ciência com laboratórios específicos e
diversos níveis de pesquisas, é também uma especialidade e uma disciplina oferecida
pelos Cursos superiores de Educação Física, Fisioterapia e Terapia Ocupacional etc.
   Já a Engenharia Biomecânica que envolve a engenharia em estruturas, fluidos e
materiais etc, é uma área da engenharia e suas pesquisas têm se desenvolvido recentemente.
No Brasil diversas Universidades já têm pesquisadores envolvidos na área.
   Os encontros bienais, ENEBI (Encontro Nacional de Engenharia Biomecânica) ocorrem há
onze anos; Petrópolis (2007), Florianólopis (2009), Foz do Iguaçu (2011), Vitória (2013),
Uberlândia (2015) e Águas de Lindoia (2018).
   Como o Brasil é um país grande o sonho seria criar uma pós-graduação à distância com
aulas ministradas virtualmente pelos melhores pesquisadores deste Brasil afora.
   Diversas Universidades Internacionais têm Faculdades de Bioengenharia e em especial de
Engenharia Biomecânica; sendo dado incentivo especial aos seus pesquisadores e alunos,
entre elas estão Stanford, Georgia Tech, Imperial College, Cambridge, Berkeley, MIT, Oxford.
   O mercado para Engenheiros Biomecânicos nos Estados Unidos e na Europa está em ascensão,
sendo sido oferecidas nos Estados Unidos 15.700 novas vagas de trabalho em 2010, para graduados,
sem experiência ou treinamento, com um salário inicial anual de U$ 81.540,00. Espera-se um
acréscimo de 62% no número de vagas de trabalho no período 2010-2020 (muito acima da média
das outras áreas da engenharia).

Anderson Pereira; Florian A. Y. Pradelle; Luis Fernando F. Silva; José Alberto R. Parise; Sergio L. Braga

Angela O. Nieckele: Igor B. de Paula; Márcio da S. Carvalho; Mônica F. Naccache; Paulo R. de S. Mendes

José Luiz F. Freire; Jaime T. P.  de Castro Marco A. Meggiolaro: Roberta de Q. Lima: Rubens Sampaio

Data-driven methods are powerful tools for engineers, which may now resort to unparalleled
computational power, data availability and robust learning algorithms. In this context, system
identification methodologies have solid technical foundations and play an important role in the
construction of mathematical abstractions based on previous observations. The goals of the
talk are to illustrate the potentialities in the application of computational intelligence methods
to nonlinear black-box system identification, aiming at real world applications in the fields of
data-driven dynamic systems modeling and fault diagnosis to enable fault tolerant control of
e.g. aerospace systems. Firstly a contextualization of the system identification procedure is
provided, together with featured future research topics. Then two recent papers are shown
in detail which illustrate the aforementioned topics, following with "1-sliders" for possible
research topics for students.

Palestra Inaugural do Deparmento de Engenharia Mecânica, dada pelo coordenador Prof. Ivan Menezes

16:00 Edilson Gama dos Santos, Análise de Vibração Induzida por Escoamento Aplicada a Poços de Petróleo; 16:15 Felipe Garcia Wolff, Gas-lift na base do riser e seus impactos no sistema de produção submarino; 16:30 Isadora Nogueira Viçosa, Influência da corrosão sob tensão na propagagação de trinca em aços de alta resistência em meios contendo H2S; 16:45 Lucas Buffon, Representatividade do modelo de fluido em modelos integrados de produção; 17:00 Pedro Bruno Pereira Panisset, Investigação sobre os estágios iniciais de formação de bolhas separação laminar em camada limite; 17:15 Gabriela de Castro Almeida, Simulação numérica do fluxo sanguíneo em pacientes portadores de aneurisma de aorta ascendente; 17:30 Gustavo Silva Oliveira, Avaliação da perda de carga devido a injeção de gás pelo "bore de anular" da Árvore de natal; 17:45 Joao Paulo Oliveira de Moraes, Modelagem 1D de escoamento água/óleo e gás no padrão de golfadas

16:00 Andre Paolielo Modenesi, Estratégias de geração de malha não-estruturada para escoamento em meio poroso; 16:15  Diogo da Rocha Fonseca, Análise probabilística de Blowout em poços de petróleo devido a desconexão de emergência em sondas de posicionamento dinâmico; 16:30 Gabriela Cavalcante da Silva, Análise de sensibilidade de propriedades do fluido produzido no dimensionamento dos revestimentos à carga de WCD (Worst-Case Discharge; 16:45 Ilana Azevedo Muller, Análise de sensibilidade de propriedades do reservatório no dimensionamento dos revestimentos à carga de WCD (Worst-Case Discharge; 17:00 Leticia de Souza Barcellos, Ferramenta de desconexão de poço com acoplamento eletroacústico; 17:15 Renata Oliveira Vieira, Sistema integrado de Produção de Eletricidade e calor a partir do Biogás; 17:30 Ricardo Doria Loyola Implementação de modelos numéricos de escoamento de dupla e tripla porosidade; 17:45 Suzane Pereira dos S Nascimento, Estudo Experimental da Formação de Fuligem em Chamas Turbulentas

16:00 Fernando Bastos Fernandes, Análise da influência da pressão de bombeio e fraturas naturais no comportamento geomecânico de fraturas artificiais em operações de slickwater fracturing em shales;16:15 Ingrid Pires Macedo O. dos Santos, Não linearidades em sistemas mecânicos;16:30 Maira Fontes Bonafé, Modelagem de testes de injetividade com vazão variavel;16:45 Mariana Gomes Dias dos Santos, Vibrações não lineares: simulação e aproximação de soluções através de métodos analíticos;17:00 Monique Feitosa Dali, escoamento em meios porosos com macroporos usando o modelo de brinkman;17:15 Paulo Roberto de Castro Mendes Jr, Efeito da reologia de interface em superficies livres;17:30 Vinicius Motta Figueiredo, estudo de viabilidade técnico-economica de cenários de recuperação avançada em campos terrestres no NE brasileiro

O sucesso da estimulação por fraturamento é dependente da geração de condutividade. No fraturamento sustentado, a condutividade é governada pelas propriedades dos agentes de sustentação o qual é caracterizado por materiais uniformes, esféricos e de elevada resistência compressiva, capaz de manter a fratura condutiva mesmo em elevado estado de tensões. No fraturamento ácido, a condutividade depende da impressão irregular na superfície da fratura e da capacidade mecânica da rocha em sustentar um fluxo contínuo após o seu fechamento. A previsão de desempenho do reservatório requer entre outros parâmetros informações completas do modelo de fluxo e o decréscimo de pressão nas imediações do poço, a geometria e a condutividade resultante após o fraturamento possui grande influência nesta análise. O propósito deste trabalho visa investigar experimentalmente, a partir de testemunhos de carbonatos profundos, o comportamento de fraturas ácidas e sustentadas em diferentes estágios de tensão, desenvolver uma proposta de calibração do modelo empírico desenvolvido por Nierode e Kruk a fim de estimarmos a condutividade resultante utilizando dados de perfis com base em propriedades dinâmicas e composição mineralógica, e avaliar o impacto da condutividade na produtividade de um poço. Baseado da análise dos resultados concluiu que, é possível obter fratura ácida condutiva sob as tensões confinantes esperadas em carbonatos profundos e que fraturas sustentadas apresentam maiores condutividades, determinada pela característica do agente de sustentação utilizado, não sofrendo influência significativa com o incremento de tensão, ao contrário do fraturamento ácido. A partir dos dados indiretos obtidos de perfil a poço aberto, é possível obter uma estimativa da distribuição da condutividade de fraturas ácidas sem necessidade de testemunhos. Ao simularmos os ganhos de produtividade a partir de diversas variáveis disponíveis em cada técnica estudada de estimulação é possível ratificar que, não existe solução única indicada para carbonatos e que, a permeabilidade do meio é o fator preponderante na decisão. 

In the oil industry, a wide range of soft materials and products present complex behaviors under applied stresses. As the success and safety of different field operations may rely on proper design of transport processes involving these materials and products, it is crucial to know (i) which methods are appropriate to measure the mechanical response of these complex materials in different conditions and in a reliable and reproducible way, (ii) how these materials and products deform and possibly flow under applied stresses, and (iii) which mathematical models can be used to describe and predict the wide range of complex behaviors observed. In this talk, we discuss how the above-presented topics are applied to the design of waxy crude oil transportation processes and well cementing operations, and show some recent developments in this field.

Reologia é a ciência que estuda a deformação e o escoamento de materiais, ou seja,
analisa a resposta de materiais a perturbações mecânicas tais como: compressão,
extensão e cisalhamento. Em outras palavras, caracterizar reologicamente um materiais é,
de certa forma, medir sua consistência. Diferentes comportamentos reológicos podem ser
observados de soluções de surfactantes, uma vez que eles podem formar diferentes estruturas
auto-associadas. Surfactantes são moléculas constituídas por uma parte apolar (cauda), em geral
cadeias hidrocarbônicas, e outra parte polar (cabeça) podendo ser iônica ou não-iônica.
Os surfactantes se agregam espontaneamente e podem formar, reversivelmente, uma variedade
de estruturas ordenadas (cúbicas, hexagonais, lamelares, etc.) ou desordenadas (micelas esféricas,
micelas cilíndricas, etc.), dependendo das condições físico-químicas dos sistemas. Os sistemas
auto-associados estão amplamente presentes no nosso cotidiano, principalmente em alimentos,
cosméticos, materiais de limpeza e higiene pessoal.

O OpenFOAM � Open Source Field Operation and Manipulation � é uma ferramenta de ccódigo aberto criada 

no Imperial College. Trata-se de uma plataforma genérica de simulação. É composta por diversas bibliotecas
e executáveis para a solução de problemas da Mecânica do Contínuo, em especial para problemas de escoamento
de fluidos e transferência de calor (existem diversas outras aplicações). A ferramenta, desenvolvida em C++,
 é baseada no método de Volumes Finitos e é totalmente paralelizada em MPI. A comunidade de usuários vem
crescendo nos últimos anos e já existem diversos artigos publicados e pesquisas realizadas utilizando a ferramenta.
O OpenFOAM permite que o usuário utilize os solvers já disponíveis, crie seus próprios solvers ou modifique os
já existentes. Dentre os tópicos a serem abordados no seminário, destacam-se: (1) como se estrutura um projeto
no OpenFOAM; (2) formas de geração de malha; (3) inicialização de campos (velocidade, pressão, etc.):
(4) definição de condições de contorno; (5) como executar uma simulação; (6) pós-processamento no Paraview;
e (7) uma breve apresentação do código do OpenFOAM.

De-carbonisation of the world economy has become the only plausible and effective pathway to avert the further rise of the atmosphere temperature and the resulting climate change. Electricity generation has received much attention due it its heavy reliance on fossil based fuels, e.g. coal and oil. However, electricity generation amounts to around a quarter of CO2 emission worldwide. This talk will focus on potential solutions for de-carbonising beyond electricity, using Australian circumstance as an example. In particular, the talk will cover research into solar fuels, concentrated solar thermal (CST) use in industrial heat and mineral processing, hybridisation of combustion and CST and combustion. 

Análise modal consiste na caracterização de um sistema através dos

seus parâmetros modais. Quando a principal excitação é causada pelo ambiente

em que o sistema está inserido, essa caracterização é definida como

análise modal operacional (OMA). Nestes casos, os forçamentos não são conhecidos

(mensuráveis) e apenas as respostas são monitoradas. Por terem natureza

aleatória, esses sinais precisam ser incorporados ao modelo numérico

através de processos estocásticos. O principal objetivo desta apresentação

consiste em descrever as técnicas de identificação em OMA. Para isso, duas

vertentes foram criadas, uma teórica e outra experimental. Na parte teórica,

as hipóteses necessárias para a identificação de um sistema por OMA são

apresentadas. Uma análise dos erros causados por sinais ruidosos também

é feita, permitindo que a sensibilidade dos métodos seja avaliada. Além

de contemplar os principais métodos de identificação, dois novos métodos

são propostos. Ambos foram desenvolvidos a partir da Decomposição Ortogonal

Própria (POD) e combinam uma eficiência computacional com a

possibilidade de quantificar as incertezas dos parâmetros. Na vertente experimental,

o objetivo é ilustrar e validar a identificação de estruturas. Para

isso, três diferentes bancadas foram criadas: um prédio de dois andares,

uma pá eólica e uma ponte suspensa. Após a construção, essas estruturas

foram devidamente instrumentadas por diferentes sensores. Um sistema de

aquisição dados foi montado através de hardwares comerciais e analisados

através de uma interface gráfica desenvolvida especialmente para OMA pelo

Laboratório de Vibrações.

O processamento de metais no estado semissólido engloba uma família de processos de fabricação de componentes metálicos a partir de ligas parcialmente solidificadas, ou semissólidas; tais ligas apresentam características estruturais particulares, sendo constituídas de sólido primário globular envolto por líquido. Como resultado, comportam-se como uma pasta tixotrópica � suaa viscosidade mostra dependência com o tempo e diminui em função do aumento das taxas de cisalhamento. Esta família de processos difere, portanto, dos processos convencionais de fundição, seja no aspecto de processamento, por utilizar material parcialmente solidificado, seja no aspecto morfológico, por apresentar estrutura da fase primária globular ao invés das tradicionais dendritas. Algumas das vantagens do processamento de metais no estado semissólido contemplam a maior eficiência energética, uma vez que não é necessário manter o material no estado líquido por longos períodos de tempo, o preenchimento não turbulento do molde sem aprisionamento de ar e com baixa porosidade de contração, conferindo ao produto melhor qualidade, inclusive para seções com paredes finas, além da possibilidade de fabricação near net shape. Neste seminário será apresentada uma visão geral sobre o processamento de metais no estado semissólido, abordando sucintamente premissas necessárias, rotas e conceitos básicos de processamento e um panorama do atual estágio de desenvolvimento comercial e científico da tecnologia.

O crescente interesse no uso de técnicas de solução de problemas inversos para diversas aplicações em pesquisa e na indústria tem levado ao desenvolvimento de novas metodologias e abordagens. Além disso, com frequência, ao se quantificar experimentalmente parâmetros de modelos matemáticos de fenômenos físicos, resulta que valores numéricos e pontuais não transmitem toda a informação acumulada; por outro lado, uma abordagem estatística permite que o algoritmo de solução incorpore e leve em consideração esta informação até então desprezada. Com este objetivo em mente, novos algoritmos têm sido desenvolvidos para a solução de problemas inversos sob esta ótica. No caso particular da estatística Bayesiana, este campo de conhecimento é comumente conhecido pelo nome de "Abordagem Bayesiana de Problemas Inversos", onde o teorema de Bayes efetua a mediação entre os dados de entrada, o modelo matemático e a solução do problema inverso, com todos sendo descritos na forma de distribuições de probabilidades. Nesta apresentação, são introduzidas técnicas baseadas no Filtro de Kalman para soluções de problemas lineares e não lineares, metodologias para lidar com erros de modelagem e exemplos de aplicação em problemas de transferência e biotransferência de calor.

Data-driven methods are powerful tools for engineers, which may now resort to unparalleled computational power and data availability. In this context, system identification methodologies have solid technical foundations and play an important role in the construction of mathematical abstractions based on previous observations. The goals of the talk are to illustrate the potentialities in the application of computational intelligence methods to nonlinear black-box system identification and their implementation on FPGAs, aiming at real world applications with clock rates in the order of microseconds. Firstly a contextualization of the system identification procedure is provided, together with featured future research topics. Then two recent papers are shown in detail: (i) an original method for the automatic construction of models with an improved objective function using higher-order correlation functions and (ii) a novel architecture for hardware implementation of artificial neural networks with custom precision floating-point operations, aiming at the ad-hoc trade-off between precision and resources consumption

Os mancais de segurança são componentes mecânicos projetados para melhorar a segurança e a confiança de mancais magnéticos ativos. Estas máquinas são utilizadas em diversas instalações industriais como compressores e centrífugas para altas rotações com pouca dissipação energética. Os rotores levitados por ação magnética podem estar sujeitos à perda de levitação e consequentemente a impactos na estrutura, se houver falha no controle, que o mantém funcionando. Quando há impactos, o rotor poderá desenvolver um comportamento perigoso causado pela força de atrito chamado de precessão retrógrada anular completa (full annular backward whirl). Nesta situação, a trajetória descrita pelo centro do rotor percorre toda superfície de impacto com forças radias elevadas a uma frequência superharmônica. A permanência deste comportamento pode ocasionar danos permanentes ou falha total da máquina. Este é o motivo, pelo qual a pesquisa em mancais de segurança é de extrema importância se a precessão retrógrada foi evitada com êxito e a operação do rotor mantida.

Este trabalho tem sido desenvolvido em parceria entre a Universidade Técnica da Dinamarca (DTU) e a PUC-Rio, no qual diferentes tipos de mancais de segurança foram desenvolvidos, testados experimentalmente e, por fim, validados por um modelo teórico não-linear com impactos entre multi-corpos.

Nós investigamos o deslocamento de fluidos em espaços confinados em diferentes configurações e relacionamos como eles estão conectados a aplicações tecnológicas e a processos físicos. Em particular, investigamos fluxos confinados entre duas placas paralelas cuja espessura depende do tempo, e calculamos a força de adesão que precisa ser superada para separar as duas placas. Em seguida, exploramos fluxos confinados em sistemas girantes e discutimos métodos para estabilizar as instabilidades hidrodinâmicas. Essas fluxos girantes estáveis são relevantes para se obter precisão em processos de revestimento por rotação. Por fim, discutimos dois problemas de interesse para a indústria do petróleo: mostraremos simulações numéricas tridimensionais de instabilidades hidrodinâmicas que são importantes para aplicações em recuperação avançada de petróleo, e discutiremos a evolução do perfil de pressão numa coluna de cimento. O controle apropriado da pressão previne a ocorrência de graves problemas como o ‘blowout’ de um poço de petróleo.

A maioria dos critérios de classificação de escoamentos são baseados na cinemática do escoamento. Neste trabalho, termos dinâmicos que formam alguns critérios cinemáticos de classificação de escoamentos são examinados a fim de dissociar a influência de cada um desses termos. Esta abordagem é aplicada a escoamentos turbulentos em canal plano de fluidos newtoniano e viscoplástico com redução de arraste. A análise permite avaliar a relevância de alguns termos dinâmicos na classificação de escoamentos, bem como a influência da presença de polímeros diluídos nessa classificação. Finalmente, algumas características do fenômeno de redução de arraste podem ser observadas sob uma nova ótica.

Florian Pradelle;José A. Parise; Roberta Q. Lima; Rubens Sampaio; Sergio Braga

Anderson Pereira; Arthur Braga; Jaime Tupiassu; Luis Fernando Silva; Marco A. Meggiolaro

Angela Nieckele; Igor Braga; José Freire; Luis Fernando Azevedo; Marcio Carvalho; Mônica Naccache; Paulo R. Mendes

16:00 Andre Pimentel de Oliveira, "Aplicação da derivada topológica na otimização estrutural"; 16:15 Andre Xavier Leitao "Otimização Topológica considerando restrição à Fadiga"; 16:30 Bruno Henrique Salvador Amorim, "Técnicas de otimização para minimização do consumo de energia em operações de oleodutos"; 16:45 Paulo Henrique da Silva Cardoso, "Otimização da configuração de equilíbrio de risers rígidos de produção"; 17:00 Ralph Engel Piazza ¨Utilização de malhas não-estruturadas na Simulação Numérica de Reservatórios¨; 17:15 Waldy Jair Torres Zuniga "Otimização de Layout de Treliças Espaciais"

16:00 Gabriela Cristina Paiva Martins, "Estudo das trincas não-propagantes que nascem nas raízes dos entalhes"; 16:15 Leticia dos Santos Mota, "Modelagem em rede de capilares dos efeitos da molhabilidade na recuperação de oleo pela injeção de água"; 16:30 Mauricio da Silva Cunha Galvao, "Impacto do efeito térmico no registro da pressão em testes de pressão em poços de petróleo"; 16:45 Rita de Cassia Aragao de Oliveria, "Modelagem numérica integrada de geomecânica e geoquímica na região de drenagem de um poço em reservatório cabonático após injeção cíclica de CO2 em diferentes teores: avaliação da integridade do poço, da capeadora e dano no reservatório"; 17:00 Thiago dos Santos Pereira "A Formação de condensado no escoamento de gás retrogrado em Meios Porosos"; 17:15 Eduardo Enes Cota, "Avaliação do conservadorismo das previsões de fraturas elastoplásticas pelas normas."

16:00 Felipe Portes Lanes,"Diagnóstico da operação de sistemas de refrigeração comerciais a partir de grande volume de dados"; 16:15 Joao Gabriel Carvalho de Siqueira, "Modelagem de fases dispersas em regimes segregados de escoamentos bifásicos"; 16:30 Leandro Andrade Furtado, "Aumento de eficiência energética em usinas de cana-de-açucar utilizando ciclis híbridos termodinâmicos"; 16:45 Rodrigo dos Santos N de Mesquista; '"Medição de campos de velocidade de um escoamento bifásico, intermitente, em duto horizontal, utilizando técnica de velocimetria estereoscópica" 17:00 Felipe Warwar Murad, "Simulação e análise de modelos de turbulência RANS não lineares (NLEVM) com tensores ortogonais"

Uma nova metodologia para o projeto de suportes da zona de radiação e convecção de fornos do refino é apresentada. Esta metodologia representa, em seu conjunto, a possibilidade da aplicação de alguns algoritmos evolutivos na área de projeto mecânico de fornos durante a fase de projeto deste equipamento. Também são apresentados alguns aspectos práticos relacionados ao projeto de fornos industriais do refino. Estes são utilizados em refinaria de petróleo no
aquecimento do fluido que passa por tubos e são levados à torre de destilação, gerando-se derivados
do petróleo como gasolina e diesel. O projeto de otimização dos suportes laterais de fornos de
aquecimento visa minimizar o peso do material, atendendo às condições de segurança e
operacionais. O programa desenvolvido é baseado na norma API STANDARD 560, específica para o projeto de fornos industriais. 

Origami-inspired designs possess attractive applications to science and engineering
(e.g. deployable, self-assembling, adaptable systems). The special geometric arrangement
of panels and creases gives rise to unique mechanical properties of origami, such as
reconfigurability, which makes origami designs suitable for tunable structures.
However, due to the flexibility of thin sheets, additional soft modes exist in real origami
structures, which may influence their mechanical properties. Actual behavior of origami
structures usually involves significant geometric nonlinearity, which amplifies the influence
of additional soft modes. To investigate the nonlinear mechanics of origami structures with
deformable panels, we present a structural engineering approach for simulating the
nonlinear response of non-rigid origami structures. In this paper, we propose a fully
nonlinear, displacement-based implicit formulation for constructing static/quasi-static
analyses of non-rigid origami structures based on “bar-and-hinge” models. The formulation
leads to an efficient and robust numerical implementation. Agreement between real
models and numerical simulations hints at the ability of the proposed approach
to capture key features of origami behavior.

The virtual element method (VEM), based on mimetic technology, is extended to
finite deformations in the present work. Specifically, we present a projection-based
VEM framework for finite elasticity considering a two-field mixed formulation,
which emphasizes two issues: stabilization and element-level volume change
(volume average of the determinant of the deformation gradient). To address the
former issue, we introduce a novel stabilization scheme that evolves with the
deformation level, which better captures highly heterogeneous and localized
deformations. For the later issue, we provide exact evaluations of the average
volume change in both 2D and 3D on properly constructed local displacement spaces.
Inf-sup stability, convergence and accuracy of the proposed mixed VEM are
verified by means of numerical examples using unique element shapes inspired
by Escher (the artist), and an engineering application is demonstrated.

We propose an efficient probabilistic method to solve a fully
deterministic problem – we present a randomized optimization approach
that drastically reduces the enormous computational cost of optimizing
designs under many load cases for both continuum and truss topology
optimization. Practical structural designs by deterministic topology
optimization typically involve many load cases, possibly hundreds or
more. The optimal design minimizes a, possibly weighted, average of
the compliance under each load case (or some other objective). This
means that, in each optimization step, a large finite element problem
must be solved for each load case, leading to an enormous computational
effort. On the contrary, the proposed randomized optimization method
with stochastic sampling requires the solution of only a few
(e.g., 5 or 6) finite element problems (large linear systems) per
optimization step. Based on simulated annealing, we introduce a damping
scheme for the randomized approach. Through numerical examples in two
and three dimensions, we demonstrate that the stochastic algorithm
drastically reduces computational cost to obtain similar final topologies
and results (e.g., compliance) to those of standard algorithms.
The results indicate that the damping scheme is effective and leads
to rapid convergence of the proposed algorithm.

O crescimento da fração de energia de origem renovável apresenta várias vantagens, como uma
maior independência energética da matriz energética, o desenvolvimento de um novo segmento
industrial e uma redução das emissões de gases de efeito estufa. Porém, esta integração progressiva
dos biocombustíveis tem que ser feita de maneira a otimizar as sinergias entre uma busca da
sustentabilidade e uma  alta eficiência energética, dentro de uma política energética. Esta palestra
apresenta alguns projetos de pesquisa que têm como objetivo melhorar a eficiência dos biocombustíveis
nas diferentes etapas do seu ciclo de vida, da sua produção ao seu uso com tecnologias atual e futuros.

Inicialmente, serão apresentadas as etapas básicas da construção de poços de petróleo, assentamento de sapatas e classificação dos revestimentos de acordo com as suas finalidades. Em seguida, serão mostradas algumas das principais cargas aplicadas em diferentes tipos de revestimentos (tais como, cargas de colapso, pressão interna, cargas de tração/compressão). Além disso, será apresentado o cálculo do crescimento de pressão em anulares confinados (AFE). As principais etapas de construção de um poço serão discutidas a partir de softwares de 
engenharia que permitem estudos de análise estrutural e simulações térmicas que possibilitam o cálculo termo-hidráulico, tanto em regime transiente como permanente, durante as diferentes operações de perfuração e produção do poço. Finalmente, os resultados obtidos serão apresentados e discutidos sob o ponto de vista do dimensionamento estrutural.

Neste seminário apresentado um procedimento para a construção, em dimensão infinita, da solução de uma ampla classe de problemas nãoo lineares de condução de calor. Em particular será abordados problemas envolvendo corpos com condutividade térmica dependente da temperatura e problemas envolvendo condição de contorno não lineares (tais como aqueles envolvendo troca de calor por radiação térmica entre o corpo e a vizinhança). O procedimento proposto consiste em representar a solução do problema original como o limite de uma sequência de funções as quais são obtidas a partir da minimizações de funcionais quadráticos.