[pt] A previsão para dados de alta freqüência é fundamental para a segurança e confiabilidade da operação do sistema elétrico. Os métodos de amortecimento exponencial, em particular o método de Holt-Winters e suas variações, são apropriados para este contexto devido à sua alta adaptabilidade e robustez. Este trabalho visa à previsão a cada quinze minutos para sete dias à frente, isto é, 672 passos à frente, para dados de energia elétrica de uma concessionária da região sudeste do Brasil. Para tanto, será utilizado o método de Holt-Winters com dois ciclos, que foi proposto recentemente por J. Taylor. Além disso, será incluído o tratamento de feriados e a influência da temperatura, que serão aplicadas de forma exógena ao modelo. / [en] The forecast for high frequency data is fundamental for the safety and reliability of the electric power system operation. The methods of exponential smoothing, particularly the Holt-Winters approach and its variations, are appropriate for this type of data due to its highly adaptability and robustness. This work seeks to produce forecasts, every fifteen minutes, for a time horizon of seven days ahead, that is, 672 steps of fifteen minutes ahead, for a brazilian load series of an important distribution utility located in the southeast region of the country. It is considered the two-cycle version of the Holt-Winters approach as proposed recently by J. Taylor, including some improvements, such as, the treatment of bank holidays and the influence of temperature, acting as exogenous inputs.

[pt] Escoamentos espiralados incidentes em superfícies são escoamentos altamente complexos, envolvendo uma variedade grande de regimes. A previsão numérica deste tipo de escoamento pode auxiliar na compreensão dos diversos fenômenos envolvidos, o que poderá permitir o desenvolvimento de processos mais eficientes, assim como auxiliar na avaliação de modelos de turbulência. Visando avaliar o desempenho de diferentes modelos de turbulência para a previsão de um jato axi-simétrico espiralado incidindo em uma placa quente, determinou-se numericamente o escoamento com o auxílio da ferramenta computacional FLUENT, utilizando duas metodologias. A primeira baseada na média de Reynolds (RANS) e a segunda na simulação de grandes escalas (LES). Diversos modelos RANS de duas equações diferenciais foram testados, visando identificar a validade de aplicação de cada um deles através da comparação com dados experimentais disponíveis. A metodologia LES foi avaliada utilizando o modelo dinâmico de sub-malha de Smagorinsky. Apesar do alto custo, devido à necessidade de utilizar grande espaço de memória e tempo de simulação, os resultados obtidos com a metodologia LES foram significativamente superiores, uma vez que o escoamento apresenta alta anisotropia, a qual os modelos RANS apresentam dificuldade em prever. / [en] Incident swirling jets are complex flow, which involve a large variety of regimes. The numerical prediction of this type of flow can help understand the several phenomena present, which could allow development of more efficient processes, as well as assist in the evaluation of turbulence models. Aiming to evaluate the performance of different turbulence models in the predict of an axi-symmetric swirling jet impinging to a hot plate, the flow field was determined with the computational tool FLUENT, by employing two methodologies. The first one is based on the Reynolds average (RANS) and the second one is based on the Large Eddy Simulation (LES). Several two differential equations RANS models were tested, in order to identify their range of validity, by comparing with available experimental data. The methodology LES was evaluated with the dynamic Smagorinsky sub-grid model. In spite of the high cost, due to the need of utilizing a large memory space and simulation time, the results obtained with the LES methodology were significantly superior, due to the high anisotropy of the flow, which the RANS models have difficult to predict.

[pt] O presente trabalho descreve o programa ATS, desenvolvido para o cálculo das distribuições de temperatura em um veículo espacial. O satélite é divido em nós isotérmicos, sendo, então, calculados os acoplamentos radiativos e condutivos entre os diversos elementos da discretização. A geometria e a carga térmica dissipada no interior do satélite, de cada nó são consideradas dados de entrada. As equações de balanço térmico são resolvidas pelo método de Runge – Kutta. / [en] The present work describes the program ATS developed to calculate the temperature distribuition on a spacial vehicle. The satelite is divided into isotherm nodes, where the radiative and condutive couples between the diferents discretization elements are calculated. The geometry of the satelite and the thermal energy dissipated on each node are considered entry data. The thermal balance equations are solved using the runge-kutta method.

[pt] Esta dissertação apresenta um estudo sobre o comportamento da carga de energia agregada em intervalos temporais dentro de um mesmo dia. Esse tipo de agregação já vem sendo utilizado no setor elétrico brasileiro, sob a forma de três patamares de carga, denominados leve, média e pesada. No entanto, tais patamares são sempre obtidos indiretamente, a partir da agregação da carga horária, não tendo sido encontrado, até a publicação dessa dissertação, nenhum tratamento de forma direta dos mesmos. O trabalho desenvolvido na dissertação descreve matematicamente o cálculo dos três patamares de carga e faz uma análise das séries dessas variáveis, verificando suas características próprias, relações entre si e a influência de variáveis exógenas. Apresenta, também, a modelagem de alguns métodos de previsão para essas séries, empregando técnicas tanto estatísticas quanto de inteligência computacional e propõe um modelo híbrido de previsão, combinando regressão dinâmica, classificador de padrões, lógica nebulosa e um método para combinar os padrões. No modelo proposto, a regressão dinâmica é empregada na previsão da carga diária global, usada para adequar os perfis, descritos de forma normalizada, aos níveis reais das séries. Os perfis são obtidos a partir de um classificador de padrões baseado na técnica subtractive clustering. A combinação dos perfis, que compõem a previsão dos patamares para o horizonte desejado, é feita por um sistema de lógica nebulosa, que usa a temperatura como variável de entrada, tratando de forma intrínseca relações não lineares entre essas variáveis, e um método que trata a saída do sistema nebuloso de forma empírica. / [en] This dissertation presents a study of electricity load aggregated in time intervals into the same day. This type of aggregation has been used by the Brazilian´s electrical sector in the form of three load levels called low, middle and high. However, these load levels were always indirectly achieved from the hourly load aggregation, and it was not found any direct treatment of them as a series up to this publication. The work developed in this dissertation describes mathematically the calculation of the three levels of load and makes an analysis of the series formed by these variables checking their own characteristics, the relationship among themselves and the influence of exogenous variables. It also shows the modeling of some forecast methods for such series employing techniques of both statistics in computational intelligence, introduces the level profile concept and proposes a hybrid model of forecasting, formed by dynamic regression, pattern classification and fuzzy logic, to predict the load level pattern. In the proposed model, the dynamic regression is used in the forecasting of the daily global load that is used to match the resulting pattern, described in a normalized way to the actual load values. The profiles are obtained from a classifier based on the subtractive clustering technique. The combination of the profiles that compose the level pattern forecast to the desired horizon is carried out by a fuzzy logic system that uses the temperature as input variable intrinsically treating non-linear relationships between load level and temperature variables.

[pt] O presente trabalho descreve o desenvolvimento e avaliação de um sistema de dessorção térmica ex situ desenhado na PUC - Rio destinado a remediação de solos contaminados por hidrocarbonetos de petróleo. Trata-se de um sistema modular que emprega altas temperaturas para volatizar o contaminante do meio poroso. O principal módulo do sistema consiste de caixas metálicas onde o solo escavado é disposto e submetido ao tratamento. No interior de cada caixa são inseridas resistências que permitem a aplicação de altas temperaturas através da rede elétrica. A temperatura durante o ensaio é controlada por um sistema que permite a aplicação de rampas e patamares. O sistema também possui uma unidade de aeração que evita o coqueamento do material a ser tratado. A avaliação do sistema foi realizada com o tratamento ex situ de um solo contaminado oriundo de um antigo posto de serviços no Bairro do Grajaú, Rio de Janeiro. O sistema mostrou ter um bom desempenho reduzindo a contaminação do solo a valores abaixo do limite de detecção do analisador de gases Thermo modelo GasTech Innova SV. O tratamento realizado apresentou um custo de R$ 0,43 por quilograma de solo tratado, valor este bem abaixo do cobrado por unidades de incineração do Estado do Rio de Janeiro (i.e., cerca de R$ 3,00/kg). / [en] This dissertation describes the development and assessment of an ex situ thermal desorption system designed at PUC - Rio aimed on treating petroleum hydrocarbon contaminated soils. The modular system employs high temperatures to volatilize the contaminants presented in the porous media. The main component of this system comprises steel boxes where the contaminated soil is disposed and treated. In each box, electrical resistances are inserted enabling the application of very high temperature. The temperature during testing is controlled by a system that allows the use of ramps and steps. The system also has a unit of the aeration which prevents coking of the material to be treated. The system was assessed employing a contaminated soil excavated from a former gas station in Grajaú, Rio de Janeiro. The system showed a good performance reducing the contamination to levels below the limit detection of a Thermo GasTech Innova SV gas analyzer. The treatment presented a cost of R$ 0,43/kg, well below the average cost charged by incineration units in the State of Rio de Janeiro (i.e., circa R$ 3,00/kg).

[pt] Neste trabalho são estudados diferentes tipos de estruturas sujeitas a carregamentos térmicos e sob condições de apoio distintas, com o objetivo de analisar o mecanismo de Thermical Ratchet. Tal fenômeno é previsto no aspecto de segurança de usinas nucleares, uma vez que vasos de pressão e tubulações podem sofrer deformações permanentes devido a diferenças térmicas. Um primeiro modelo estuda o comportamento de um conjunto de dois tubos ligados por suas extremidades e sujeitos a variações lineares de temperatura ao longo de suas seções transversais. Também são determinadas condições para que ocorra acúmulo de deformações plásticas. O terceiro modelo simula um vaso cilíndrico livre ou ligado à um flange a variações térmicas lineares na espessura, através do estudo de vigas sobre base elástica. Neste caso não se admite a estrutura sofrendo ciclos de temperatura e apenas o comportamento para o caso de aquecimento ou resfriamento é estudado. / [en] Different types of structures submitted to thermal loadings under different conditions of support are studied in this work, with the purpose of analysing the thermal Ratchet Mechanism. This phenomena is na important criteria of safety of nuclear power systems. A first model was used to simulate the bahavior of a structure free of bending, submitted to temperature fluctuation. The conditions for Ratcheting are determined. A second model was used to simulate the behavior of two tubes joinned at theirs ends, and submitted to a linear profile of temperature in its cross-section. A third model was used to beams on elastic foundation. This may be used to simulate the behavior of a cilindrical vessels submitted to thermal loadings.

[pt] As linhas de transmissão têm um papel fundamental no funcionamento do sistema elétrico, efetuando a ligação entre as usinas geradoras e os centros de carga. Quando o sistema de transmissão atinge sua capacidade limite de transferência de potência torna-se necessário expandir o sistema, quer construindo novas linhas quer aumentando a capacidade das existentes. Entre os fatores que limitam a capacidade de transporte de uma linha destaca-se a sua temperatura limite de operação, estabelecida por questões econômicas e de segurança. Pela sua extensão geográfica, a construção de uma linha de transmissão envolve tanto um custo quanto um impacto ambiental elevados. Por estes motivos a recapacitação de linhas existentes, no sentido de aumentar sua capacidade de transporte, tornou-se um assunto prioritário e uma opção estratégica para expansão do sistema elétrico. Neste trabalho analisa-se o problema da temperatura de operação dos condutores de linhas aéreas de transmissão. Descreve-se a metodologia atualmente utilizada para definir o limite operativo das linhas, destacando-se a possibilidade de aumentar sua capacidade limite pelo conhecimento mais preciso da temperatura de operação dos seus condutores.Descreve-se o desenvolvimento de uma série de dois modelos para previsão da temperatura de operação de condutores, um modelo completo, baseado em previsões das diversas variáveis meteorológicas e um modelo direto de previsão que utiliza as séries de valores de temperatura. No desenvolvimento dos modelos de previsão foram utilizados modelos estocásticos, lineares, de amortecimento exponencial e Box-Jenkins e técnicas de Redes Neurais Artificiais. Apresenta-se uma série de testes de validação, que mostram um desempenho muito bom dos métodos de previsão, e ilustra-se as possibilidades de aplicação dos modelos desenvolvidos. / [en] Transmission lines have a fundamental role in the electric system performance,connecting power sources to load centers. When the transmission system attains it`s transmission capability limit, the system must be expanded, either constructing new lines, or upgrading existing ones. Among the factors that can limit a transmission line transfer capability is the operating temperature limit, established for both economic and safety reasons. Due to its geographic extension the construction of a transmission line involves a big economic as well as environmental cost. For this reasons the upgrade of existing lines, in the sense of increasing it`s transmission capability, has become a priority to electric utilities and a main option for system expansion. In this work the problem of transmission line conductors` operational temperature is analised and the methodology presently used to establish it`s operational limit is described. Two models to forecast transmission line conductors` temperature are developped:a complete model which uses forecasts of the relevant metheorological variables,and a direct model using univariate methods on temperature series. In the development of forecasting models, linear stochastic methods such as exponential smoothing and Box-Jenkins, as well as Artificial Neural Networks techniques were used.Finally model validation is presented, showing very good performance of the proposed forecasting models, and some potential applications are suggested.

[pt] Este trabalho tem como objetivo investigar a influência de temperaturas elevadas no comportamento à flexão de compósitos poliméricos reforçados com fibra de vidro fabricados pelo processo de pultrusão. São analisados quatro diferentes compósitos constituídos por matrizes de resinas poliéster isoftálica, éster vinílica ou fenólica, reforçados por fibras de vidro tipo E dispostas na forma de rovings, manta de filamentos contínuos e véus. Fundamentos teóricos associados aos comportamentos mecânico e físico de materiais compósitos poliméricos reforçados com fibra de vidro são apresentados e os resultados de um programa experimental que envolveu ensaios à flexão, antes e após exposição às temperaturas de até 320 graus Celsius, análises da degradação dos materiais através de ensaios de termogravimetria e ensaios à tração, são reportados e analisados. As análises das propriedades mecânicas envolveram: estudo do módulo de elasticidade, tensão de ruptura e deformação. Os resultados mostraram que, apesar da degradação aparente, as propriedades mecânicas apresentaram melhoras em temperaturas próximas de 200 graus Celsius e não apresentaram significativas alterações após exposições até 320 graus Celsius. Os compósitos de matriz éster vinílica apresentaram as maiores resistências e o compósito de matriz fenólica se mostrou menos resistente e com comportamento mais frágil. Por fim, amostras dos materiais foram analisadas no microscópio eletrônico de varredura (MEV), antes e após a exposição à temperatura elevadas, com o objetivo de se verificar danos microestruturais em sua estrutura. / [en] This work aims to investigate the influence of high temperatures on the flexural behavior of pultruded glass fiber reinforced polymeric profiles made by the pultrusion process. Four different composites constituted by isophthalic polyester, ester vinilic or phenolic resins reinforced with E-glass fibers arranged in form of rovings, continuous filaments and veils are analyzed. Theories associated with the mechanical and physical behavior of glass fiber reinforced polymer composites are presented and the results of an experimental program involving bending tests, before and after exposure to temperatures up to 320 degrees Celsius, thermogravimetric material degradation analyzes and tensile tests, are reported and analyzed. The analysis of the mechanical properties involved: study of modulus of elasticity, tensile strength and strain. The results showed that, despite the apparent degradation, the mechanical properties showed improvements at temperatures close to 200 degrees Celsius and did not show significant changes after exposures up to 320 degrees Celsius. The composites of the vinyl ester matrix showed the highest strengths and the phenolic matrix composite showed lower resistant and fragile behavior. Finally, samples of the materials were analyzed in the scanning electron microscopy (SEM), before and after exposure to high temperatures, in order to verify microstructural damages in its structure.

[pt] O presente trabalho analisa o impacto do envelhecimento dos materiais compostos (fibra de vidro e resina epóxi) utilizados como elemento estrutural de reforço em dutos (reparo). O estudo envolveu etapas de revisão bibliográfica, desenvolvimento de métodos experimentais de envelhecimento, execução de testes e análise estatística dos resultados. Um procedimento envolvendo testes com amostras que sofreram envelhecimento acelerado foi desenvolvido objetivando encontrar possíveis parâmetros indicativos de envelhecimento estrutural (módulo de elasticidade E, deformação máxima delta e limite de resistência a tração Su) para materiais compostos de fibra de vidro e resina epóxi. Os testes envolveram amostras submetidas a ambientes com radiação UV, de temperatura de 70°C e água a temperatura de 70°C. Para desenvolvimento do estudo, foram utilizados 10 espécimes de tubos de aço com 75 mm de diâmetro e 2 mm de espessura de parede, onde em 9 deles foram usinados rebaixos na superfície externa para simular defeitos longitudinais, representando perdas de espessura por corrosão. Em seguida, os espécimes com defeito foram reparados com 8 camadas de material composto. Foram confeccionados ainda 49 corpos de prova retangulares, a partir de placas de 25cmx25cm, para a realização de ensaios de tração e flexão. Depois de envelhecidos, os espécimes foram submetidos a ensaios de tração (ASTM – 3039), flexão (ASTM D790) e ruptura dos tubos submetidos à pressão interna, objetivando investigar variações dos parâmetros estruturais E, delta e Su, para verificar a possível ocorrência de degradação. Assim, através de observações visuais e da variação das propriedades, pode-se perceber que em nenhum dos resultados, foi possível comprovar de fato o envelhecimento do material. Alguns resultados apresentaram variações no E e Su, porém estas não foram significativas e/ou conclusivas para garantir o comprometimento do uso de tal material. / [en] The findings of a research program on the impact of aging of composite materials used as structural elements for pipe repairs are presented in this paper. The research involved literature review, planning and development of experimental methods for accelerated aging, testing of specimens, and statistical analysis of test results. An accelerated aging process was designed and developed in order to determine the effects of aging on the mechanical properties of glass reinforced epoxy composites subject to environments with UV radiation or air and water temperatures of 70 degrees Celsius. Ten samples of three-inch diameter thin walled pipes were used for testing. Nine of the samples had longitudinal defects machined on their external surface in order to simulate metal loss or thinning caused by localized corrosion. The sample pipes were subsequently repaired with eight layers of composite material. To complement the study, 49 samples with rectangular cross-sections were aged and tested by traction and bending. After the simulated aging process was completed, the specimen samples were subjected to tensile tests (ASTM - 3039), bending, or internal pressure until ruptured in order to assess their possible degradation levels. ISO 24817 standards were used to help with test result analysis. Considering visual observation and measured variation of mechanical properties, it was concluded that aging of the material could not be ascertained from any of the results. Although, some of the results showed variation on the Young Modulus (E) and Rupture Strength (Su), the results were neither significant nor conclusive in order to guarantee that structural deterioration of the material or of the specimens had occurred at non acceptable levels.

[pt] Neste trabalho se faz uma análise numérica da influência da temperatura na estabilidade de um talude em rocha. Com esta finalidade, analisou-se um escorregamento de rocha que ocorreu na cidade do Rio de Janeiro, Brasil, no ano 2009. Nos estudos feitos, depois do escorregamento, por parte de Geo-Rio (Geo-Rio, 2009) não se encontrou nenhuma evidência de algum fator desencadeante, como água subterrânea, pluviosidade, sobrecarga na crista do talude, que poderia haver desencadeado o escorregamento; por tal motivo se fez a consideração de que o fator desencadeante poderia ser a flutuação da temperatura na rocha. Chavez (Chavez, 2007) fez um trabalho experimental para avaliar a influência das oscilações térmicas na estabilidade de um maciço rochoso, isto ajudou para determinar as equações de variação da temperatura, e assim poder definir as condições de contorno para a modelagem. A modelagem se faz no software 3DEC (3 Dimensional Distinct Element Code) (Itasca, 2007). O software representa o meio descontínuo através de uma montagem de blocos, esta característica é de utilidade, já que pode representar, de forma aproximada, as geometrias dos blocos que escorregam. O método numérico que utiliza o 3DEC é o método de elementos distintos ou discretos. Na análise foi feita em duas etapas, na primeira a temperatura do modelo se mantem constante, e na segunda a temperatura do modelo varia respeito ao tempo. Dentro destas duas etapas também foi mudado o ângulo de atrito. Os resultados obtidos indicaram que quando se tem flutuação da temperatura, com alta frequência, e um menor valor de ângulo de atrito, se geram as condições para que aconteça o escorregamento do talude. / [en] This research made a numerical analysis of the influence of the temperature on the stability of the rock slope. For this purpose, it analyzed a landslide of rock that occurred in the Rio de Janeiro, Brasil, in 2009. The studies made by Geo-Rio (Geo-Rio, 2009) after the landslide, did not find any evidence of a triggering factor, such as underground water, rainfall, overload on the top of the slope, which could be triggered the slipping; therefore was done the consideration that the triggering factor could be the fluctuation of the rock temperature. Chavez (Chavez, 2007) made an experimental study to evaluate the influence of the temperature fluctuation on the stability of the rock mass; this helped to determine the equations of the variation of the temperature, and be able to define the boundary conditions for the numerical model. The modeling was done in 3DEC software (3 Dimensional Distinct Element Code) (Itasca, 2007). The software represents the discontinuous medium such as assemblage of discrete blocks; this feature is useful because it can represent, approximately, the geometries of the slide blocks. The numerical method that 3DEC uses is the discrete element method. The analysis was done in two stages, the first stage the temperature model keeps constant, and in the second stage the temperature of the model varies with respect to time. In these two stages was also changed the angle of friction. The results indicated that when one has fluctuation of the temperature, with high frequency, and slow value of the angle friction are generated the conditions for that the slope slipping.