[pt] Este trabalho apresenta a modelagem e a simulação de um dinamômetro para motores elétricos empregados nos veículos terrestres em escala, e a especificação dos principais componentes, mecânicos e eletrônicos, necessários para a constrição de um dinamômetro do tipo Flywheel. Todos os componentes que compõe um dinamômetro foram modelados matematicamente e simulados individualmente, para posterior simulação do conjunto nas condições de operação dos motores elétricos aplicados em veículos rádio-controlados. Estas simulações, que visam validar os modelos, como o monitoramento das principais variáveis de cada componente do sistema, foram empregados motores cujos parâmetros e desempenho eram conhecidos. Foi desenvolvido ainda um programa em LabView para ler e tratar dos dados gerados na simulação, a fim de manipular e exibir o desempenho dos motores em testes. / [en] The present work shows the modeling and simulation of a dynamometer for electrical Motors applied in scale vehicles and the specifications of the mair, mechanical and eletronic components needed to build a Flywheel type dynamometer. Every component was mathematically modeled and individualy simulated for futher simulation of the whole system used in a radio-controled vehicle with electrical motors in normal operational conditions. This simulations were performed to validate the models with variables monitored and motors with known parameters and performance were used. In addition, a LabWiew program was developed to read, analyse and display the tested motors performance data.

[pt] Esta tese aborda diversos problemas que podem ser tratados mediante modelos de dinâmica de opiniões, segundo os quais os indivíduos, conectados de acordo com redes complexas, interagem mediante regras que moldam as preferências e o posicionamento desses indivíduos com relação a uma determinada questão. A metodologia utilizada para investigar os padrões emergentes dessas interações consiste na utilização de diversas técnicas da física estatística. A tese está organizada em torno de quatro problemas distintos, com uma questão particular a ser respondida em cada caso, buscando sempre a validação empírica dos resultados teóricos e computacionais. No primeiro trabalho, é respondida a seguinte questão básica sobre propriedades da rede que podem ter impacto sobre os processos de propagação: quais são os valores típicos das distâncias, coeficiente de aglomeração e outras grandezas estruturais da rede, quando considerado o ensemble de redes aleatórias com uma assortatividade fixa? No segundo trabalho, investigamos os padrões que surgem na avaliação de filmes, considerando como fonte o IMDb (Internet Movie Database). Encontramos que a distribuição de votos apresenta um comportamento livre de escala com um expoente muito próximo de 3/2. Curiosamente, esse padrão é robusto, independente de atributos dos filmes como nota média, idade ou gênero. A análise empírica aponta para um mecanismo de propagação de adoções simples, que gera uma dinâmica de avalanches de campo médio. No terceiro trabalho, abordamos o problema de múltiplas escolhas por meio de um modelo que inclui a possibilidade de indecisão e onde as escolhas dos indivíduos evoluem segundo uma regra de pluralidade. Mostramos que essa dinâmica em redes com a propriedade de mundo pequeno produz diferentes estados estacionários realísticos, que dependem do número de alternativas e da distribuição de graus: consenso, distribuição de adoções larga similar à reais e situações onde a indecisão predomina, quando o número de alternativas é suficientemente grande. Por último, investigamos o surgimento de posições extremas na sociedade, mediante pesquisas em uma ampla gama de questões. O aumento de atitudes extremas tem como precursor uma relação não linear entre a fração de extremistas e a de moderados. Propomos um modelo, com regras de ativação baseadas na teimosia dos indivíduos, que permite interpretar o início da não linearidade em termos de uma transição abrupta do tipo percolação de inicialização onde acontecem cascatas de extremismo. Como conclusão geral, destacamos que esta tese ilustra como os modelos de opinião, aliados às enormes bases de dados, fornecem resultados com poder de interpretação e predição dos padrões empíricos. / [en] This thesis addresses several problems that can be treated through models of opinion dynamics, according to which individuals, connected according to complex networks, interact through rules that shape their preferences and opinions in relation to a particular issue. The methodology used to investigate the patterns that emerge from those interactions relies on the use of various techniques of statistical physics. The thesis is organized around four distinct problems, with a particular question to be answered in each case, always looking for empirical validation of the theoretical and computational results. In the first work, it is answered the following basic question about network properties that can have impact on the spreading processes: what are the typical values of the distances, clustering coefficient and other structural quantities, when considering the ensemble of random networks with fix assortativity? In the second study, we investigated the patterns that emerge in the ratings of films, considering as source IMDb (Internet Movie Database). We found that the distribution of votes has a scale-free behavior with a exponent close to 3/2. Interestingly, this pattern is robust, independently of movie attributes such as average note, age or gender. The empirical analysis points to a simple mechanism of adoption propagation, that generates mean-field avalanches. In the third study, we discuss the problem of multiple choices by means of a model which includes the possibility of indecision and where the choices of individuals evolve according to a plurality rule. We show that this dynamics on top of networks with the small-world property produces different stationary states that depend on the number of alternatives and on the degree distribution: consensus, wide adoption distributions similar to actual ones and situations where indecision prevails when the number of alternatives is large enough. Finally, we investigate the appearance of extreme positions in society, through the polls on a wide variety of questions. The increase of extreme opinions has as precursor a non-linear relationship between the fraction of extremists and that of moderates. We propose a model with activation rules, based on the stubbornness of the individuals, which enables interpreting the beginning of the non-linearity in terms of an abrupt transition of the class of bootstrap percolation, where activation cascades occur. As a general conclusion, we emphasize that this thesis illustrates how opinion models, combined with huge databases, provide results with power of interpretation and prediction of empirical patterns.

[pt] O alto forno é um reator metalúrgico cujo objetivo consiste na produção de ferro-gusa. O consumo de combustível/redutor no processo de redução de minério de ferro em altos fornos, representa mais de 50 por cento do custo do gusa. No sentido de aumentar a produtividade e reduzir o consumo de combustível/redutor são empregadas técnicas de injeção de combustíveis auxiliares pelas ventaneiras dos altos fornos. A combustão de gás natural (GN) injetado nas ventaneiras produz grande quantidade de hidrogênio, esse gás é melhor redutor se comparado ao monóxido de carbono, pois ele possui velocidade de reação maior com os óxidos de ferro e, além disso, a geração de CO2 no processo de redução é diminuída quando comparado ao uso do carvão pulverizado (PCI), que é atualmente o material de injeção mais usado no Brasil. Este trabalho propõe a simulação da combustão de GN injetado pelas ventaneiras de um alto forno, utilizando o software CHEMKIN. As simulações provenientes deste software são amplamente utilizadas para otimização da combustão, sendo possível explorar rapidamente o impacto das variáveis de projeto sobre o desempenho do processo. Os resultados provenientes dessa simulação computacional em condições típicas de alto forno permitiram a previsão da temperatura de chama adiabática e a quantificação dos gases redutores de óxidos de ferro: H2 e CO. A partir da variação dos parâmetros de processo foi possível obter resultados úteis para a tomada de decisão, visando controlar e otimizar o processo. / [en] The blast furnace is a metallurgical reactor whose goal is to produce pig iron. The fuel / reductant in the reduction of iron ore in the blast furnace process, represents more than 50 percent of the cost of the iron. In order to increase the productivity of the blast furnace and reduce fuel consumption / reducer injection techniques are employed by tuyeres of materials that act as fuel / reducer. The combustion of natural gas injected into the tuyeres produces large amounts of hydrogen, which replaces part of the carbon monoxide as reducing gas in the tank. The hydrogen gas is better compared to the reductant carbon monoxide, because it has reaction rate with the iron oxides and, moreover, the CO2 generation in the process of reduction is decreased when compared to the use of pulverized coal (PCI), which is currently the material most commonly used injection by tuyeres in Brazil. This paper proposes the simulation of combustion of natural gas injected into the tuyeres of a blast furnace, using the CHEMKIN software package. Simulations from this software are widely used for optimization of combustion, which can quickly explore the impact of design variables on the performance of the process, using accurate models of chemical kinetics. The computer simulation results from the combustion of natural gas at typical conditions of blast furnaces allowed the prediction of the adiabatic flame temperature and the reaching of the reducing gases of iron oxides: H2 and CO. From the variation of process parameters was possible to obtain useful results in order to control and optimize the process.

[pt] Na exploração e produção de petróleo em águas profundas e ultraprofundas, um dos problemas mais freqüentes é a contenção da fragmentação do reservatório durante a produção do óleo, quando o mesmo é proveniente de arenitos inconsolidados, facilmente encontrados na Bacia de Campos e demais fronteiras Offshore ao longo da costa Brasileira. O ingresso do material particulado do reservatório na coluna produtora irá criar problemas de erosão e deposição nas tubulações e demais equipamentos de superfície. Para evitar estes problemas, atualmente está sendo empregada de forma intensiva a técnica de contenção de areia chamada de Gravel Packing em poço aberto (OHGP - Open Hole Gravel Packing). Dadas as condições críticas encontradas quando se perfura em águas profundas e ultra-profundas, tais como baixo gradiente de fratura das formações, aliado à necessidade de se perfurar poços com trechos horizontais cada vez mais extensos, é imperativo que se faça o deslocamento do Gravel- pack com precisão operacional suficiente para garantir o sucesso da tarefa. Como a tecnologia para a perfuração e completação de poços horizontais extensos (trechos acima de 600m) foi desenvolvida a poucos anos atrás, somente recentemente, foi notado que tais trechos horizontais acarretam em um problema para o escoamento, ou seja, nestes poços não se tem um perfil homogêneo de produção, levando a uma drenagem não uniforme do reservatório e a uma baixa eficiência de recuperação. Isto sem contar a chegada antecipada da água injetada e a formação de cones de água e gás. Portanto, dispositivos para a equalização do escoamento da produção estão sendo desenvolvidos, através de projetos de pesquisa em diversos lugares. Telas de Gravel-pack dotadas de uma furação não-uniforme no seu tubo base consiste em uma destas novas tecnologias. O foco desta dissertação será apresentar o desenvolvimento do modelo matemático aplicado para o cálculo da vazão nos furos e para a checagem da melhor disposição dos mesmos, nos tubos base das telas de Gravel-pack. Tal furação deverá ter a capacidade de uniformizar o fluxo do óleo produzido ao longo do trecho de poço aberto horizontal, provendo uma melhor drenagem do reservatório, garantindo o deslocamento do Gravel-pack sem que a sobrepressão gerada, durante a operação, devido a baixa concentração de furos do tubo base (junto ao calcanhar do poço), frature a formação produtora e, ao mesmo tempo, garantindo o deslocamento através de ondas alfa e beta sem que, a concentração excessiva de furos (junto ao dedão do poço), leve ao embuchamento prematuro. Os resultados obtidos são validados através de um trabalho experimental de simulações físicas em escala próxima à real. / [en] One of the most common problems in deep and ultradeep water explorations are the sand control during production time, even in unconsolidated sandstones reservoirs, easily found in Campos Basin and others Offshore frontiers along the Brazilian coast. The reservoir particles entrance in the production pipe may create erosion inside the column and deposition problems in the surface and subsurface equipments. In order to avoid all of these problems Open Hole Gravel-Packing (OHGP) is the most applied sand control technique in such scenarios. Due to the critical conditions found in deep and ultradeep waters such as low fracture gradient, ally long horizontal section requirements, is imperative that the Gravel-Packing operation be done with accuracy. Since the long horizontal wells technology it was developed few years ago, only recently has been noted that such wells brings other flow problem, that is: the wells delivery a non-uniform production profile, that leads to a non-uniform reservoir drainage as well as a low recovery efficiency. This phenomenon is also related to the early breakthrough of water and to water and gas conning problems. Therefore, flow equalization devices are being developed, through research projects, for several teams. Gravel-Pack screens with an unevenly holes pattern perforated in the base-pipe consist in one of these new solutions. The main focus of this work consist in present the mathematical model development applied to the flow rate calculus in the holes and the checking of the best hole pattern in the base- pipe. Such pattern should have the capacity to promote the production profile equality, providing the best reservoir drainage, guaranteeing the total Gravel-Package without the overpressure created, during the operation, due to the few concentration of base-pipe holes (close to the heel), may cause the formation fracture and, at same time, guaranteeing the displacement through alfa/beta waves without, the excessive holes concentration (close to the toe), lead to premature screen-out. The computational results obtained are validated through an experimental work by physical simulations.

[pt] Em consequência de modificações econômicas, populacionais e nos padrões de consumo, a utilização de água doce aumentou significativamente nos últimos 100 anos. Notoriamente, a medição mostra-se primordial para estimular a conservação da água. Sendo assim, esta dissertação tem por intuito contribuir para o aprimoramento das tecnologias dos hidrômetros, mais especificamente para medição do volume de água escoado em uma tubulação de unidades autônomas em edifícios. Com isso, o presente estudo objetiva avaliar a aplicabilidade de um sensor resistivo de filme fino (bend sensor), com diferentes revestimentos e comprimentos, para implementação em sistemas de medição individualizada de água. Além disso, a motivação deste trabalho é propor um hidrômetro utilizando as válvulas de controle de fluxo que, normalmente, já estão presentes nas instalações hidráulicas condominiais, evitando, assim, a necessidade de obras maiores em prédios antigos, que possuem medição coletiva de consumo de água. Metodologicamente, apresenta-se o sistema desenvolvido para as caracterizações eletromecânica e térmica do sensor, a simulação computacional do sensor realizada por meio do software Ansys e do circuito eletrônico feita no software LTspice (marca registrada) , o treinamento de uma rede neural artificial e as estimativas de volume a partir de pulsos trapezoidais. Os resultados obtidos permitiram avaliar, levando em consideração o tipo de revestimento, que o sensor revestido com poliéster possui um melhor comportamento para o hidrômetro proposto. Além disso, esta avaliação permitiu concluir que o bend sensor demonstrou viabilidade para ser utilizado como transdutor deste medidor volumétrico, podendo ser facilmente inserido dentro de algum componente hidráulico, como uma válvula de controle de fluxo, por exemplo. / [en] As a result of economic, population, and consumption patterns changes, the use of freshwater has increased significantly in the last 100 years. Notably, measurement is essential to encourage water conservation. Therefore, this dissertation aims to contribute to the advancement of water meter technologies, specifically for measuring the volume of water drained in a pipeline of autonomous units in buildings. Thus, the present study aims to evaluate the applicability of a thin-film resistive sensor (bend sensor) with different coatings and lengths for implementation in individualized water measurement systems. In addition, the motivation of this work is to propose a volumetric meter using flow control valves that, ordinarily, are already present in the buildings hydraulic installations, thus avoiding the need for large-scale works in old buildings, which have collective measurement of water consumption. Methodologically, it is presented the system developed for the electromechanical and thermal characterization of the sensor, the computational simulation of the sensor performed using the Ansys software, and of the electronic circuit designed in LTSpice (trademark) software, the training of artificial neural network and the volume estimates from trapezoidal pulses. The results obtained allowed us to assess that, taking into account the type of coating, the sensor coated with polyester has better behavior for the proposed hydrometer. In addition, this evaluation allowed to conclude that the bend sensor demonstrated the feasibility to be used as a transducer of this volumetric meter and can be easily inserted inside a hydraulic component, as a flow control valve, for example.

[pt] A Gestão Estratégica de Curto Prazo é uma abordagem gerencial que interliga as ações do dia-a-dia no chão-de-fábrica e os objetivos estratégicos das organizações, através do uso de simuladores computacionais, baseados na lógica da capacidade finita. Utilizando o simulador, o programador da produção consegue gerar cenários alternativos de programas de produção para acionar o chão-de-fábrica e avaliar os impactos de suas decisões através de diversos indicadores de desempenho. Baseada em experiências acumuladas no desenvolvimento e na implantação destes simuladores em diversas empresas, esta dissertação está organizada em duas partes. A primeira, voltada para uma dimensão tecnológica, tratando dos aspectos relevantes da modelagem de simulação para a geração de programas de produção aderentes à realidade do chão-de-fábrica. A segunda, dirigida para uma dimensão organizacional e humana, onde é proposta uma metodologia de implantação da Gestão Estratégica de Curto Prazo. Dentre os impactos do uso dessa tecnologia de gestão, identificados numa aplicação, destacam-se a redução de estoques em processo, um aumento na flexibilidade do chão-de-fábrica para acomodar variações de mix e volume da demanda e, ainda, uma redução no tempo despendido pelos planejadores para programar as atividades da fábrica. / [en] The Strategic Short-Term Shop-floor Management is a management approach that links decisions taken on a daily-basis at the shop-floor with the strategic goals of the organization, by using a finite capacity scheduling simulator. Using this system, the production planner is able to generate alternative production schedules (scenarios) for the shop-floor and to evaluate the impacts of her (his) decisions through different operational and economical performance measures. This thesis is based on the knowledge accrued in developing and implementing these simulators in different industrial sites and is organized into parts. The first part addresses a technological dimension by examining aspects of the simulation model that are relevant for generating schedules adherent to the shop-floor reality. The second part focuses on an organizational and human dimension and describes a methodology for implementing the Strategic Short- Term Shop-floor Management. Among the results obtained in an actual application of this managerial approach, the following stand out: a reduction of work-in-process, more flexibility in the shop-floor for dealing with mix and volume variations of demand, and a decrease in the time spent by planners for scheduling the plant activities.