[pt] A evolução das turbinas a gás industriais resultou em um processo de combustão mais eficiente que permitiu a elevação da temperatura dos gases na exaustão dessa máquina. Assim, caldeiras de recuperação de calor cada vez mais complexas foram desenvolvidas com o intuito de aproveitar ao máximo o potencial energético na exaustão das turbinas. Dessa forma, modelos computacionais capazes de prever as condições de operação do equipamento se mostraram necessários de maneira a analisar o comportamento da máquina em diferentes situações, visando à máxima eficiência do processo. Esta dissertação descreve um modelo computacional capaz de simular o funcionamento fora do ponto de projeto, em regime permanente, de uma caldeira de recuperação de calor operando em uma usina de ciclo combinado, enfatizando sua utilização em sistemas de diagnóstico. As rotinas foram desenvolvidas em FORTRAN e os trocadores de calor presentes na HRSG foram modelados individualmente e calibrados através de um sistema de otimização utilizando algoritmos genéticos, responsável por minimizar o desvio do modelo. O programa desenvolvido foi validado contra dados de operação de uma usina real e mostrou resultados satisfatórios, que confirmam a robustez e fidelidade do modelo de simulação. / [en] The heavy duty gas turbines evolution and, consequently, a more efficient combustion process, allowed the temperature rising of the machines’ exhaust gases. Thus, more complex heat recovery steam generators were developed in order to maximize the use of that energy potential. Therefore, computational models capable to predict the operational conditions of the equipment may be needed in order to analyze the machine’s behavior for different situations, in a way to maximize the process efficiency. This thesis describes a computational model able to simulate the off-design behavior of a heat recovery steam generator operation in a combined cycle plant, emphasizing its utilization in diagnostics systems. The routines were developed using FORTRAN, each heat exchanger inside the Heat Recovery Steam Generator (HRSG) was designed individually and the calibration was done by a genetic algorithm responsible for minimizing the model’s deviations. The developed program was validated against operational data from a real plant and showed satisfactory results, confirming the robustness and fidelity of this simulation model.

[pt] O problema tratado nesta dissertação é a relação oposta entre a tensão de excitação de geradores e compensadores síncronos e a tensão controlada, quando o sistema de transmissão da área encontra-se muito carregado. Neste caso, a capacidade nominal de um gerador / compensador não seria útil para manter a tensão controlada. Devido à relação oposta, uma maior excitação da máquina iria abaixar a tensão controlada. O controle automático iria continuar agindo, abaixando ainda mais a tensão. Este mecanismo pode levar o sistema ao colapso e foi verificado em ponto de operação real do sistema brasileiro. Esse fenômeno ocorre quando a injeção de potência na rede de transmissão ou distribuição é elevada. Com o advento da geração distribuída, co-geração e produtores independentes, usualmente conectados à rede existente em níveis de tensão mais baixas, têm-se observado ocorrências do fenômeno. O objetivo do trabalho é então entender melhor as situações operativas reais que levam à ocorrência do fenômeno, principalmente quando existem vários equipamentos de controle de tensão ao redor do gerador em análise. A abordagem do problema baseou-se na verificação do comportamento do gerador / compensador como dispositivo de controle de tensão, no domínio do tempo e em regime permanente. Avaliaram-se as ações de controle do mesmo a partir de sete tipos de análise distintas para pontos de operação na região normal e anormal da curva SV. A real existência do fenômeno foi comprovada através de algumas destas análises. Porém, conclui-se que nem todas as formas de análise no domínio do tempo fazem uma avaliação completa do fenômeno. Dentre essas, estão a análise dinâmica agregada e a análise dinâmica agregada sob influência dos equipamentos de controle de tensão, que para pontos de operação na região anormal da curva SV não responderam em concordância com os outros tipos de análise. / [en] The problem addressed in this research is the opposite relationship between the , synchronous generator / compensator excitation voltage and the controlled voltage when nearby network is heavily loaded. In this situation, the nominal capacity of a generator / compensator would not keep the voltage controlled. Due to the opposite relationship, the higher the excitation voltage the lower is the controlled voltage. So, the automatic control would continue acting lowering the voltage. This mechanism, verified in a real operational point of the Brazilian Electric System, can lead the system to collapse. This phenomenon occurs when the power injection into the network is high. It is prone to occur in the new scenario of distributed generation connected to already existing low voltage networks. The objective of this work is to understand the actual operative situations that lead to the occurrence of the phenomenon, mainly when there are several voltage control devices nearby the generator. The analysis of the problem was based on the verification of the generator behaviour as a voltage control device, in time domain simulation and in steady state. The control actions were evaluated from seven different ways for operating points in the normal and the abnormal region of the SV curve. The actual existence of the phenomenon was proven through some of these analyses. However, some of the time domain simulations did not evaluated the phenomenon completely. Among them, the aggregated dynamic analysis and the aggregated dynamic analysis under influence of other voltage control devices have not got the expected responses for the abnormal region of the SV curve, in comparison with other analysis.

[pt] Reservatórios carbonáticos respondem por mais de 50 por cento da produção mundial de hidrocarbonetos. No Brasil, ganharam mais importância com o descobrimento do Pré-Sal, em 2006. A principal ferramenta de previsão e gerenciamento de reservatórios é a simulação numérica que, tradicionalmente, tem na compressibilidade do poro o único parâmetro geomecânico. Normalmente é adotado apenas um valor, mantido constante, deste parâmetro para todo o reservatório. Porém, a rocha-reservatório sofre deformações durante a explotação do campo, as quais induzem redução da porosidade e permeabilidade. Enquanto o primeiro efeito não é bem representado pela compressibilidade, o segundo não sofre qualquer alteração. Além disso, cada fácies tem um comportamento tensão versus deformação diferente. Por isso a importância de se fazer modelagens acopladas de fluxo e geomecânica em que cada tipo de rocha é representado individualmente. Visando essas análises integradas, mas sem aumento do custo computacional, utiliza-se o pseudoacoplamento, o que permite que esses modelos sejam usados de forma rotineira pelos engenheiros de reservatórios. Esse tipo de acoplamento atualiza a porosidade e a permeabilidade com base em tabelas que relacionam poropressão com multiplicadores de porosidade e permeabilidade. Visando uma boa representação do comportamento da rocha-reservatório, as tabelas de pseudoacoplamento são elaboradas com base em ensaios mecânicos laboratoriais realizados com amostras do próprio campo, representativas de cada fácies. São realizadas análises comparativas utilizando modelos homogêneos e heterogêneos, variando o tipo de representação da geomecânica, que pode ser através da compressibilidade ou do pseudoacoplamento. Conhecidos os efeitos geomecânicos da compactação, a etapa final desta metodologia consiste no estudo de um modelo que visa atenuá-los. / [en] Carbonate reservoirs are responsible for over 50 per cent of world hydrocarbon production. In Brazil, they started to gain more importance after the Pre-Salt discovery, in 2006. The main method to predict and manage reservoirs is numerical simulation in which, traditionally, the only geomechanical parameter is the rock compressibility. Usually it is adopted one single value for the whole model, which is kept constant. During exploitation, though, the reservoir-rock deforms, causing porosity and permeability reduction. While the first effect is not well predicted by rock compressibility, the second is simply kept constant. Besides that, each facies has its own stress-strain behavior. That is why it is so important to model the reservoir flow coupled to geomechanics representing each rock type in a single layer. With the aim of obtaining these integrated analyses, but without additional computational cost, the pseudo-coupling is used, which lets such models to be ran on day-by-day basis by reservoir engineers. This kind of coupling updates both porosity and permeability based on tables that correlate porepressure and porosity and permeability multipliers. In order to have the mechanical behavior of the reservoir-rock well represented, the pseudo-coupling tables are elaborated based on laboratory mechanical tests with samples from the same field to be modeled. In this way, each facies represented on the model has its own table that takes to reservoir simulation the geomechanical effects through porosity and permeability variation. Comparative analyses are done using homogeneous and heterogeneous models, varying the type of geomechanical representation, through rock compressibility or pseudo-coupling. Once known the compaction geomechanical effects, it is simulated a model that tries to attenuate them.

[pt] A presente pesquisa tem como objetivo explorar as diferentes possibilidades de aplicação de Digital Human Models em projetos para as áreas do Design, Arquitetura, Arte e Engenharia. A partir da construção de um panorama temporal das culturas antigas, com a redescoberta de valores o período do Renascimento e culminando na Revolução Industrial, seguindo com o fator humano sendo agregado aos requisitos de projeto na Revolução Industrial. Do contexto histórico da curiosidade humana por replicar sua imagem até a implementação da representação da forma humana como parâmetro projetual para o setor produtivo. Espera-se com a pesquisa um melhor entendimento dos Digital Human Models como ferramenta para o desenvolvimento de projetos, sua aplicabilidade e perspectivas futuras, possibilitando assim a consequente disseminação de seu uso e maior acessibilidade ao usuário final, bem como um mapeamento das etapas e tecnologias de criação dos modelos. / [en] The present research intends to explore the different possibilities on the application of Digital Human Models on projects for Design, Architecture, Arts and Engineering. Building a panorama over the time starting on ancient cultures, rediscovering values from the antiquity on the period of Renascence, and culminating on the Industrial Revolution, following with the human factor been adopted as a project requirement during the Industrial Revolution. From a historical panorama of the human curiosity for replicating its own image until the implementation of human representation as project parameters into the productive sector. The main goal of this research is to obtain a better understanding of Digital Human Models as a tool to be used on projects development, its applicability and future perspectives, allowing with it a consequent dissemination of its use and a bigger accessibility to the final user, as well as a mapping of the stages and technologies on creating those models.

[pt] Simulações de Ambientes Virtuais (VES) são um tipo especial de simulação, normalmente utilizado para implementar jogos ou jogos sérios com representação em espaço virtual e utilizando a técnicas de avanço do tempo de simulação para o próximo evento ou dirigida por tempo. Um exemplo de uso é a aplicação em simulações de apoio a Jogos de Guerra. O uso de Simulações Baseadas em Sistemas Multiagentes (MABS) para implementar VES é adequado devido a possibilidade de modelar e implementar o sistema com ênfase nos atores e seus comportamentos dinâmicos. Contudo, quando os agentes da simulação passam a controlar o avanço do tempo de simulação de forma individualizada, surge uma situação semelhante á simulação paralela, o que implica na necessidade de tratar questões como disputa por recursos computacionais pelos agentes, atrasos em tempo de execução e a perda de consistência da própria simulação. A situação torna-se mais complicada em sistemas desenvolvidos com Java, devido a particularidades desta tecnologia. Este trabalho apresenta uma abordagem para controlar estes atrasos em tempo de execução e assim apoiar o desenvolvimento de VES utilizando MABS com Java. / [en] Virtual Environment Simulations (VES) are a special type of simulation, often used to implement games and serious games with virtual space representation and using both the next-event or stepped–time simulation time advance approach. An example of serious games is the simulation used to support War Games. Multiagent Based Simulation (MABS) are suitable to implement these simulations because of their ability to handle with complexity and individual actors modeling. However, when agents are responsible for advance their own simulation time, a situation similar to a parallel simulation arises. This implies in treat issues such as delays in performing scheduled actions (i.e tardiness) and its consequences in the virtual space representations. This situation is worst in Java based MABS, because of Java technology particularities. This work presents an approach to tame this tardiness and help the development of these cited VES using agent oriented paradigm.

[pt] Este trabalho apresenta uma nova proposta para a implementação de um sistema de partículas em GPU. A simulação é feita inteiramente no processador gráfico, o que elimina a transferência de dados entre a CPU e a GPU. O sistema proposto é capaz de simular partículas de diferentes diâmetros em ambientes confinados, incluindo tratamento de colisão entre partículas, restrições e colisão de partículas com o ambiente. A detecção de colisão entre as partículas é feita com base numa estrutura de subdivisão do espaço em uma grade regular de células. Em GPUs atuais, o sistema é capaz de simular um milhão de partículas a taxas iterativas. Também é proposto um método flexível para modelar os obstáculos que compõe o ambiente, permitindo a criação de diferentes cenas sem necessidade de re-codificação de shaders. O sistema é composto por diferentes shaders, responsáveis por cada etapa da simulação. Um programa de fragmentos é responsável por fazer a atualização da posição das partículas. Em seguida, um programa de vértices faz a montagem da estrutura de subdivisão espacial. As etapas seguintes (detecção e tratamento de colisão e de restrições) são efetuadas apenas por programas de fragmentos usando a técnica de relaxação. / [en] This work presents a new proposal for the implementation of a GPU-based particle system. The simulation runs entirely on the graphic processor, thus eliminating data transfer between the CPU and the GPU. The proposed system is able to simulate particles with different diameters in confined environments, including support for inter-particle collisions, constraints, and particle-obstacle collisions. Inter-particle collision detection is accomplished by subdividing the space into a regular grid of cells. On modern graphics cards, the system is able to simulate up to one million particles at interactive rate. It is also proposed a flexible approach for modeling the obstacles that define the environment, allowing the creation of different scenes without relying on shader re-coding. The system is divided in different shaders responsible for each stage of the simulation. One fragment program is responsible to advance the particles in time. After that a vertex program builds the space subdivision structure. The following stages (collision detection and response, and constraint solving) are performed only by fragment programs using the relaxation method.

[pt] Os laboratórios analíticos de universidades e instituições de pesquisa privadas sem fins lucrativos estão expostos a um ambiente competitivo bem como à descontinuidade e contingenciamento de recursos financeiros oferecidos pelos órgãos de fomento. Objetivando a auto-sustentabilidade operacional, esses laboratórios estão buscando fontes de recursos próprios com a oferta crescente de prestação de serviços especializados a diferentes setores industriais. Contudo, as atividades de prestação de serviço são distintas quando comparadas às atividades de P&D&I, pois as primeiras são caracterizadas pela necessidade imediata ou de curto prazo e as últimas são caracterizadas pelo longo prazo. Neste contexto, torna-se necessário avaliar o trade-off entre ambientes competitivos e cooperativos (serviços e pesquisa) e estabelecer estratégias competitivas sustentáveis, além de práticas e técnicas de gestão que garantam a eficiência operacional sem prejuízo da qualidade e do nível de atendimento do laboratório analisado. O objetivo geral deste trabalho é, portando, analisar o desempenho do LabDRX da PUC-Rio em um cenário auto-sustentável através de um modelo de simulação de eventos discretos. Conclui-se que em tal cenário o desempenho do Laboratório atende a política de atendimento acordada com as categorias de clientes, desde que se faça a implementação conjunta de limitação dos pedidos de urgência na disciplina de fila do sistema e do aumento de capacidade com uma proposta de inovação em processo, o Distance Rietveld. A metodologia apresentada neste trabalho pode ser adaptada para outros laboratórios semelhantes que procurem sustentabilidade operacional através de prestação de serviços tecnológico para indústria. / [en] Private non-profit universities and research institutes have their analytical laboratories exposed to a competitive environment, as well as to discontinuity and limitation of financial resources offered by funding agencies. Aiming to operational self-sustainability, these laboratories are searching complementary resources by increasing the offer of specialized services to different industrial sectors. However, service activities are distinct from R&D&I activities, because the former are characterized by immediate or short-term need and the latter, by long-term need. In this context, it becomes necessary to evaluate the trade-off between competitive and cooperative environments (services and research), and to establish sustainable competitive strategies, as well as management practices and techniques that assure operational efficiency without quality losses or decrease in the service level. The objective of this work is, therefore, to analyze the performance of LabDRX at PUC-Rio in a self-sustainable scenario through discrete-event simulation. It was found that, in the self- sustainable scenario considered, the performance of the Laboratory satisfies the contracting policy agreed with the customer categories, as long as one makes simultaneous implementation of a limited urgent queue discipline and a capacity increase through an innovation proposal: Distance Rietveld. The methodology presented in this work can be adapted for many other similar laboratories searching for operational sustainability by offering technological services to industry.

[pt] Deposição de parafinas é um dos mais críticos problemas operacionais no transporte de óleo cru, nos dutos que operam em ambientes frios. Portanto, uma predição acurada da deposição de parafinas é crucial para o projeto eficiente de linhas submarinas. Infelizmente, a deposição de parafinas é um processo complexo e os mecanismos de deposição ainda não são bem compreendidos. Visando identificar a importância relativa dos diferentes mecanismos de deposição, dois deles foram investigados: Difusão Molecular e Browniana. Para determinar a quantidade de depósito, as equações de conservação de massa, quantidade de movimento linear, energia, concentração da mistura e concentração da parafina fora da solução foram resolvidas numericamente pelo método de volumes finitos. Um sistema de coordenadas móveis não ortogonais que se adapta a interface do depósito da parafina foi empregado. Apesar da obtenção de uma concordância razoável do perfil de depósito, obtido com os mecanismos selecionados no regime laminar, com resultados disponíveis na literatura, uma discrepância significativa foi observada durante o transiente. O emprego do mecanismo de difusão browniana levou a uma pequena melhora na predição da solução nas regiões sub- resfriadas. A influência do regime turbulento como o mecanismo de difusão molecular também foi investigado, empregando o modelo de turbulência para baixo Reynolds K- (Taxa de dissipação viscosa da energia cinética turbulenta).Os resultados obtidos apresentaram coerência física, com uma taxa menor de aumento do depósito com o tempo, pois a região próxima à interface com temperatura abaixo da temperatura de aparecimento de cristais é menor no regime turbulento. / [en] Wax deposition is one of the major critical operational problems in crude oil pipelines operating in cold environments. Therefore, accurate prediction of the wax deposition is crucial for the efficient design of subsea lines. Unfortunately, wax deposition is a complex process for which the mechanisms are still not fully understood. Aiming at the identification of the relative importance of the different deposition mechanisms, two of them were investigated: Molecular and Brownian Diffusion. To determine the amount of deposit, the conservation equations of mass, momentum, energy, concentration of the mixture and wax concentration outside the solution were numerically solved with the finite volume method. A non-orthogonal moving coordinate system that adapts to the wax interface deposit geometry was employed. Although for the laminar regime, the deposition profile predicted with the selected deposition mechanisms presented a reasonable agreement with available literature results for the steady state regime, a significant discrepancy was observed during the transient. The employment of the Brownian diffusion mechanism led to only a small improvement in the transient solution prediction in sub-cooled regions. The influence of the turbulent regime with the Molecular diffusion mechanism was also investigated by employing the Low Reynolds ê−turbulence model. The results obtained were physically coherent, presenting a smaller deposit thickness, since the region with temperature below the wax appearance temperature is smaller in the turbulent regime.

[pt] Os aços inoxidáveis Duplex são materiais metálicos que tendem a aliar uma excelente resistência à corrosão em meios agressivos com elevada resistência mecânica devido à sua microestrutura bifásica. Essa microestrutura é composta por uma matriz ferrítica e ilhas de austenita, a temperatura ambiente, com frações volumétricas aproximadamente iguais dessas duas fases. Com isso, estas ligas costumam ser utilizadas em tubulações e equipamentos industriais onde se requer elevada relação resistência/peso, especialmente em empreendimentos de construção e montagem off-shore. Este trabalho apresenta uma metodologia desenvolvida com a utilização de um modelo numérico parametrizado baseado no método de elementos finitos para analisar o efeito dos ciclos térmicos de soldagem nos aços duplex e leanduplex. O modelo desenvolvido faz uso da análise térmica transiente da soldagem, em que as propriedades térmicas dos materiais envolvidos são termo dependentes, e grandes gradientes térmicos são gerados entre a região da solda e as áreas afastadas dela. Procedimentos experimentais para medição dos ciclos térmicos empregados sob determinados regimes de soldagem são utilizados para calibrar o modelo numérico. A metodologia é aplicada ao estudo do comportamento de uma solda na forma de cordão sob chapa contendo um único passe, realizada com o processo GMAW, em chapas planas de 10mm de espessura dos aços duplex UNS32205 e leanduplex UNS32304, através de um modelo de elementos finitos. Os resultados mostram uma boa correspondência entre o modelo numérico e o resultado experimental. / [en] Duplex stainless steels are metallic materials that tend to combine excellent corrosion resistance in aggressive environment with high mechanical strength due to their biphasic microstructure. This microstructure is composed of a ferritic matrix and austenite islands, at room temperature, with approximately equal volume fractions of these two phases. As a result, these alloys are often used in pipes and industrial equipment where high resistance / weight ratio is required, especially in offshore assembly and construction field. This work presents a methodology developed with the use of a parameterized numerical model based on the finite element method to analyze the effect of thermal welding cycles on duplex and leanduplex stainless steels. The developed model uses the transient thermal analysis of welding, in which the thermal properties of the materials involved are thermo-dependent, and large thermal gradients are generated between the region of the weld and the areas away from it. Experimental procedures for measuring the thermal cycles employed under certain welding conditions are used to calibrate the numerical model. The methodology is applied to the study of the behavior of a weld in the form of a strand in sheet form containing a single pass, realized with the GMAW process, in flat plates of 10mm thickness of the duplex steels UNS32205 and leanduplex UNS32304, through a finite element model. The results show a good correspondence between the numerical model and the experimental result.

[pt] O mercado financeiro tem apresentado grande crescimento na automatização de decisões e execução de estratégias que consigam atingir boas rentabilidades a partir de investimentos realizados. Conseqüentemente, a necessidade de ambientes cada vez mais robustos e confiáveis, que permitam analisar diferentes estratégias de investimentos, tem aumentado. Baseado nessa necessidade, essa dissertação apresenta o A Multi-Agent System Framework For Automated Stock Exchange Simulation (FrAMEX), framework que permite a criação de diferentes simuladores para o mercado financeiro baseado no paradigma de agentes de software. No documento são apresentados simuladores intradiário e diário criados a partir do FrAMEx, além da análise de diferentes estratégias de investimentos utilizadas em tais ambientes e executadas a partir de agentes investidores. Como diversos desses agentes alcançaram bons desempenhos em suas execuções, eles participaram de duas versões da competição MASSES, sendo dois deles os agentes campeões. Assim, a descrição de como foi o desempenho de cada agente desenvolvido também é apresentado. / [en] The financial market has presented significant growth in the automation of decisions and execution of strategies that can achieve good returns from investments. Consequently, the need for an increasingly robust and reliable environment, allowing to analyze different investment strategies, has increased. Based on this need, this work presents A Multi-Agent System Framework For Automated Stock Exchange Simulation (FrAMEX), which allows the creation of different simulators for the financial market based on the paradigm of software agents. Intraday and interday simulators created from FrAMEx are presented in the document. Besides the analysis of different investment strategies used in such environments and executed by agents run from investors. Since these agents achieved good performances in their executions, they participated in two versions of the MASSES competition. Thus, the description of the performance of each agent developed is also presented.