Aplicação de design construtal para a análise geométrica de um dispositivo coluna de água oscilante no formato de duplo trapézio submetido a ondas regulares

O presente artigo aborda numericamente a forma geométrica de um dispositivo conversor de energia das ondas do mar em energia elétrica do tipo Coluna de Água Oscilante (CAO) no formato de um duplo trapézio. O sistema foi submetido a incidência de ondas regulares com períodos iguais a: T = 3,0 s, T = 7,5 s e T = 15,0 s, respectivamente. O objetivo é maximizar a potência hidropneumática disponível. Para a análise computacional é empregado um código de dinâmica dos fluidos computacional baseado no Método de Volumes Finitos (MVF). O modelo multifásico Volume of Fluid (VOF) é aplicado no tratamento da interação água-ar. O domínio computacional é representado por um tanque de ondas com o dispositivo CAO acoplado. É empregado o Design Construtal para a avaliação geométrica. O grau de liberdade analisado foi H1/L (razão entre a altura e o comprimento de entrada da câmara hidropneumática). As restrições do problema são a área de entrada da câmara hidropneumática e a área total da câmara CAO que são mantidas constantes e a razão L1/L (razão entre largura da câmara CAO e a largura de entrada da câmara), que foi predeterminada como uma constante c com valores específicos: 1,25 / 1,50 / 1,75. A partir dos dados obtidos são analisados: fator de amplificação, vazão mássica, pressão e potência hidropneumática. Os resultados indicam que a análise de configuração geométrica de dispositivo CAO conduz ao máximo aproveitamento da potência hidropneumática disponível, sendo que o caso de maior desempenho obtido para a potência hidropneumática, quando H1/L = 0,0230, é cerda de 1200 vezes maior que o pior resultado obtido nesse estudo.

Estimativa do Transporte Sedimentar Induzido por Ondas de Norte na Porção Sul da Margem Oeste do Canal do Canal de Acesso ao Porto do Rio Grande (4ª Secção da Barra do Rio Grande, RS)

O estudo buscou estimar o transporte sedimentar médio induzido pelas ondas provenientes da Lagoa dos Patos, RS. Foram adquiridos, dados de ondas da Lagoa dos Patos, utilizando o modelo SWAN calibrado por Lemke (2015), dados sedimentológicos (D50 médio encontrado igual a 0,1618 mm) e dados batimétricos, tudo com o objetivo de alimentar o modelo DELFT 3D – módulo morfológico, que é capaz estimar o transporte sedimentar médio da região. Os maiores valores encontrados de transporte sedimentar médio foram para as regiões mais próximas da incidência da onda, ou seja, com a onda incidindo de direção Norte, o maior valor de transporte ocorreu à jusante do cais do TECON. Apesar de toda limitação de dados das forçantes físicas atuantes, concluiu-se que, nos casos considerados, há um rápido decaimento na altura da onda ao longo do canal, sendo quase que imperceptível a sua ocorrência na parte mais a Sul. Essa situação implicou diretamente nos resultados dos volumes transportados na margem estudada, pois com a propagação desses casos de ondas, não houve energia suficiente para mobilizar sedimentos na extremidade oposta à entrada das ondas. Ainda, cabe dizer que não é possível considerar as taxas encontradas como erosão/acreção de área, isto porque outras forçantes importantes não foram incluídas ao modelo.

Numerical study of oil spill in the Franceses Bridge region, Patos Lagoon estuary

The consumption pattern of the world population is based on derivatives petroleum, which despite contributing to the improvement of the quality of life, has negative aspects, mainly in the environmental scope. The number of oil spills in water slide has increased significantly in recent years. Considering the complexity of the marine environment, the present work aims to apply a identification system of the dynamics and dispersion of oil, using the numerical modeling in the region of Franceses Bridge, near to Patos Lagoon-RS, Brazil. The study of hypothetical events of oil leakage in the region is of fundamental importance, since the Riograndense Petroleum Refinery is located inside of the Patos Lagoon estuary. A data structure of atmospheric and oceanic circulation was organized and inserted in the coupling between the hydrodynamic module Telemac-3D and the ECOS oil model, during the period between 2010 and 2013. The coupling of these models gave a good approximation to the solution of the problem, besides demanding a level of computational effort propitious to obtaining results capable of giving technical and scientific support to studies such as those of environmental impacts and contingency plans.

Desenvolvimento de um modelo numérico para a predição de um escoamento em bocal do tipo H.O.M.E.R

No presente estudo é desenvolvido um modelo numérico para a abordagem de escoamentos turbulentos no regime permanente em bocais do tipo H.O.M.E.R (do inglês: High-speed Orienting Momentum with Enhanced Reversibility) que consiste na mistura de dois jatos incidentes sobre superfícies de Coanda. Essa superfície causa uma deflexão no escoamento permitindo que o bocal atue como um dispositivo de manobra em aplicações aeronáuticas. O principal objetivo é avaliar o modelo numérico desenvolvido comparando com resultados numéricos da literatura. As equações de conservação de massa e quantidade de movimento médias no tempo são resolvidas numericamente através do método de volumes finitos. Para resolver o problema do fechamento da turbulência foi empregada modelagem clássica (RANS – do inglês: Reynolds Averaged Navier Stokes) com modelo k – ε. Primeiramente, um teste de independência de malha será realizado, com o intuito de dispender menos recursos computacionais e obter resultados precisos. Em seguida, serão feitas as simulações em regime permanente, com o objetivo de obter os ângulos de deflexão (α) gerados com a diferença das vazões mássicas injetadas em cada um dos canais do bocal H.O.M.E.R (m*). Posteriormente, esses resultados são comparados com os obtidos numericamente na literatura. Os resultados obtidos tiveram o mesmo comportamento obtido na literatura, onde o aumento da diferença entre os jatos de entrada conduziu a um aumento no ângulo de deflexão do jato no bocal. Com exceção de um valor específico (m* = 0.2) os resultados obtidos no presente trabalho apresentaram uma boa concordância com os preditos numericamente na literatura.

Identificação de setores com necessidade de dragagem na hidrovia da Lagoa Mirim – RS, Brasil

O transporte hidroviário está entre os meios de transporte mais antigos e usados no mundo, além disso, quando comparado com outros modais de transporte mais utilizados no Brasil, apresenta uma melhor eficiência energética e acarreta menores impactos sociais e ambientais. Atualmente se tem discutido sobre a ampliação do potencial de transporte de cargas entre o Brasil e o Uruguai com a reabertura da Hidrovia da Lagoa Mirim. Portanto, conhecer a variabilidade natural do nível das águas desse ambiente é de extrema importância social, econômica e ambiental, uma vez que, a hidrodinâmica do corpo de água afeta diretamente as condições de navegabilidade, padrões de deposição de sedimentos e as operações de dragagem. No presente trabalho, investigamos a hidrodinâmica da Lagoa Mirim através de modelagem numérica, o foco principal é analisar as séries temporais de profundidade desse corpo lagunar e apontar os locais a serem dragados. Concluiu-se que a variabilidade do nível dessa lagoa é governada principalmente pela descarga dos rios em escalas intra-sazonais e anuais, e pelos ventos em escalas sinóticas de tempo. Através dos resultados obtidos, foi possível inferir que as regiões que necessitam de dragagem estão na parte norte, um pequeno trecho central e no extremo sul da Lagoa Mirim.

Desenvolvimento de método para avaliação do grau de saturação em concretos revestidos com argamassa

Pouco se sabe sobre a influência dos revestimentos de argamassa na penetração de íons cloreto nas estruturas de concreto. Em estruturas de concreto armado, localizadas em regiões costeiras, onde há frequente variação do grau de saturação e grande incidência de agentes agressivos, esses revestimentos podem trazer uma proteção complementar ao concreto. Este trabalho demonstra o desenvolvimento de uma metodologia para estudos relacionados à penetração de íons cloreto em concretos revestidos com argamassas em situações de variação de grau de saturação. A metodologia é baseada em experimentos realizados em corpos de prova de concreto revestidos com argamassa, submetidos a ensaios de secagem, imersão e estabilização para verificação de alterações no grau de saturação entre os diferentes materiais que os constituem, além da avaliação sobre a viabilidade da execução do processo de extração de material para análises químicas. Os resultados mostram que a utilização de concreto com chapisco e revestimento de argamassa apresenta boa resposta ao processo de extração, e apresentam uma forma satisfatória ao estudo da difusão, contanto que se observem, especialmente, fatores como a disposição dos corpos de prova no processo de estabilização, a selagem e a retirada de ar para que não haja perda de umidade e a confecção de número adequado de corpos de prova para cálculo de absorção.

Estudo numérico das propriedades viscoelásticas no domínio do tempo em misturas asfálticas do tipo CPA

O artigo apresenta as simulações numéricas do ensaio de fluência estática (Creep Compliance) para várias misturas asfálticas tipo CPA (camada porosa de atrito). Os ensaios de fluência estática foram realizados a 25°C e resultam nos parâmetros constitutivos representados pela série de Prony. Os parâmetros constitutivos viscoelásticos são obtidos a partir das relações entre as funções no domínio do tempo: a função fluência e o modulo de Relaxação. Para a modelagem numérica foi utilizado o método dos elementos finitos e são modelados em 3D corpos de prova com dimensões aproximadas de 66 a 62 mm de altura e 102 mm de diâmetro. Para realizar a modelagem numérica foi utilizado o elemento finito C3D20R, com integração reduzida, já que baseado em estudos de convergência anteriores mostrou resultados mais acurados para analises de problemas similares. Foram determinadas dois conjuntos de parâmetros e comparados os resultados de simulações numéricas em várias misturas asfálticas. Os resultados mostram que para as misturas estudadas a escolha do método para determinar os parâmetros constitutivos tem pouca influência nos resultados numéricos.

Estudo numérico de trocador de calor solo-ar considerando variação anual realística de temperatura do ar e da superfície do solo em região da Universidade Federal do Rio Grande-FURG

Com o propósito de melhorar a condição térmica no interior de ambientes construídos e, consequentemente, reduzir o consumo de energia elétrica, o Trocador de Calor Solo-Ar (TCSA) é um dispositivo que utiliza a energia renovável proveniente da radiação solar que atinge a superfície do solo e é armazenada como energia térmica. Seu princípio de funcionamento consiste em forçar o ar ambiente a escoar no interior de um ou mais dutos enterrados no solo, que devido a sua inércia térmica permite a troca de calor com o ar em escoamento. Dessa forma, o solo retira calor do ar em estações do ano de temperaturas mais elevadas, e cede calor ao ar em estações do ano em que as temperaturas são mais baixas. Sendo assim, este trabalho tem o objetivo de analisar numericamente o comportamento térmico de uma instalação de TCSA, considerando o solo de uma região da Universidade Federal do Rio Grande (FURG), bem como a variação anual realística de temperatura do ar e da superfície do solo dessa mesma região. Através de um modelo computacional, validado e verificado, foram realizadas simulações numéricas no software Fluent (baseado no Método dos Volumes Finitos). Os resultados apontaram que a profundidade de instalação ideal para o TCSA é de 2,00 m, existindo potencial térmico para melhoria da condição térmica de ambientes construídos tanto no verão quanto no inverno.

Modelagem e simulação de derrames de dois tipos de petróleo baseado na experiência de Tramandaí/RS

Tendo em vista a dependência global do petróleo e os riscos ambientais iminentes do manuseio e transporte de óleo no mar, o presente trabalho tem como objetivo reproduzir o incidente de vazamento de óleo na monoboia de Tramandaí – RS do dia 26 de Janeiro de 2012, e analisar a ação do intemperismo em dois tipos diferentes de óleo sujeitos às condições ambientais no dia do acidente. Este trabalho utilizou de dois diferentes softwares, o modelo de derrame de óleo ECOS acoplado ao modelo hidrodinâmico TELEMAC-3D. Devido ao histórico de vazamentos na região de Tramandaí, delimitou-se essa área como área de estudo a fim de estudar o comportamento do óleo. Com a pesquisa foi possível reproduzir as condições hidrodinâmicas do dia do incidente utilizando o TELEMAC-3D. Os processos de intemperismo implementados não influenciaram no tamanho da mancha de óleo. A influência do processo de emulsificação se mostrou importante na massa específica do óleo. O coeficiente implementado no modelo tende a estabilizar a emulsificação em 70 % para óleos crus e óleos pesados, mas que na realidade deveria variar de acordo com a massa específica de cada óleo. Assim, o resultado de emulsificação foi o mesmo para as duas simulações, não condizendo com o que poderia acontecer em condições reais. A evaporação se mostrou bem implementada no modelo, variando de acordo com cada massa específica do óleo. Os valores obtidos foram de 4 % de evaporação para a simulação A, 19,5 % para a simulação B.

Análise da discretização temporal para a simulação numérica de um espectro de ondas do tipo Pierson – Moskowitz

O presente trabalho apresenta uma metodologia para a simulação numérica de espectro de ondas em tanques. O objetivo é obter recomendações sobre a discretização temporal. Para tanto, o espectro de ondas de Pierson-Moskowitz utilizado no presente estudo possui algumas características como altura significativa da onda (HS) de 1,5 m e período significativo da onda (TS) de 7,5 s. O domínio computacional é bidimensional e representa um tanque de ondas numérico. Além disso, uma importante atualização no modelo computacional é a eliminação da reflexão das ondas através de uma região de amortecimento, chamada de praia numérica. Para a solução numérica foi empregado um código de dinâmica dos fluidos computacional, FLUENT® baseado no Método de Volumes Finitos (MVF). A geometria e a geração da malha são desenvolvidas no software GAMBIT®. O modelo multifásico Volume of Fluid (VOF) é aplicado no tratamento da interação água-ar. Os resultados obtidos indicam que é possível reproduzir numericamente a propagação de espectro de ondas em tanques com acurácia, sendo este um avanço em representar os fenômenos oceânicos de forma mais realística. Com isto, esses resultados poderão ser utilizados em trabalhos futuros, principalmente no estudo numérico de dispositivos conversores de energia das ondas do mar em energia elétrica, como por exemplo, os dispositivos de coluna de água oscilante (OWC) e de galgamento.