Orientador: José Antônio Perrella Balestieri / Banca: Guilherme Eugênio Filippo Fernandes Filho / Banca: Jânio Itiro Akamatsu / Banca: Jorge Isaias I. Beltran / Banca: Irlan Von Lisingen / Resumo: As iniciativas destinadas ao uso racional da energia, em virtude da característica integradora de conceitos desse tema, revelam-se tanto nas ações mais elementares, como a eliminação do desperdício, quanto nas análises mais rebuscadas, envolvendo estudos técnico-econômicos para a escolha de uma determinada intervenção. Nesse leque de opções, a educação é um elemento sempre lembrado e tido como condição de significativa importância para levar adiante a mudança de valores dos consumidores de energia em prol da economia de recursos naturais e de capital. Todavia, a abordagem educacional do uso racional da energia, apesar das iniciativas pioneiras, necessita ser focalizada no indivíduo, no que se refere aos processos afetivos e cognitivos, para posteriormente agregar as informações de caráter técnico, visandose o incentivo à ação social. Para esse desenvolvimento, além dos estudos oriundos das atividades do setor energético, agregaram-se informações de domínio da psicologia e da educação, balizando-se pela legislação vigente e pelos critérios paramétricos da educação no Brasil. A característica transversal do tema, através do ensino contextualizado, cria condições favoráveis à construção do conhecimento a respeito da energia e seu uso e, portanto, tem potencial de promover o desenvolvimento sustentável pela cidadania. O presente modelo educacional para a conservação da energia tem o objetivo de contribuir com o setor energético visando sistematizar os conteúdos nos ensinos fundamental, médio e superior a partir de ferramentas efetivas para os processos de ensino-aprendizagem, auxiliando os educadores desses segmentos no planejamento do ensino. / Abstract: The initiatives aimed to energy conservation, due to its integrating characteristics, conduct many actions, since the energy waste elimination to the most sophisticated tool of intervention, as viability studies. In this range of options, the education always is remembered, because it is an important way to get the change of human values in a favor to save natural resources and capital. However, the educational broach of rational energy use, in spite of pioneering actions, needs to be person focused, relatively to the affective and cognitive process, to aggregate subsequently the technical information, looking for the social actions. For this development, beyond studies with origin in energy sector, information of psychology and educational domain was considered, aligning with present Brazilian legislation and educational parametric criteria. The transverse characteristic of this topic, by a contextualized teaching, create favorable conditions to knowledge build in relation to energy and its consumption and, hence, it has potential to promote the sustainable development by citizenship. The present educational model to the energy conservation has the objective to contribute with energy sector, in direction to systematize the contents at fundamental, middle and superior educational levels, starting from effective tools in teaching and learning process, helping teachers in these segments at teach planning. KEYWORDS: Energy conservation, teaching for citizenship, education. / Doutor

Orientador: Oscar Armando Astorga Maldonado / Banca: Júlio Santan Antunes / Banca: Maria Luiza Viana Lisboa / Resumo: Neste trabalho é apresentada uma proposta de sistema de cogeração utilizando motor de combustão interna à gás natural, visando otimizar a utilização da energia primária em um estudo de caso de uma empresa produtora de chapas pré-pintadas. Este grupo moto-gerador foi adquirido para suprir a escassez de energia elétrica no ano de 2001 no Brasil, e hoje tem sua operação inviável economicamente se utilizado somente como gerador. Para isso realizou-se uma auditoria energética na empresa em questão, uma análise do mercado energético atual, da legislação vigente sobre cogeração, da viabilidade técnico-econômica da implementação do sistema proposto, das perspectivas de expansão do parque industrial da empresa e dos aspectos estratégicos no que diz respeito a diversificação na obtenção da energia elétrica. Estudou-se também as características do sistema elétrico existente e as características dos equipamentos responsáveis pela geração de energia térmica. O estudo realizado buscou propor a melhor forma de utilização do grupo moto-gerador, com o menor impacto no sistema elétrico atual e sem prejuízos para o processo de produção. Os resultados deste trabalho convergiram para um sistema de cogeração compacto que melhor se adaptou às particularidades da empresa estudada. Além da vantagem financeira que este trabalho constatou, também existem vantagens técnicas e estratégicas. Assim sendo, este trabalho proporciona o suporte técnico necessário para a tomada de decisões de como melhor aproveitar o potencial energético do equipamento adquirido pela empresa em questão e para outras empresas que apresentam um panorama semelhante. / Abstract: In this work is presented a proposal of a cogeneration system using internal combustion engine using natural gas, with the objective to improve the employment of the primary energy in the case study in a manufacturer company of pre-painted metallic sheets. This moto-generation group was acquired in 2001 in order to supply the lack of providing of the electrical energy that Brazil confronted in the same year and now its utilization is not economic feasibility. An energetic audit has been carried out in the industry, an analysis of current energy market, the rules cogeneration's legislation, a technical–economic feasibility of the cogeneration system proposed an analysis regarding the company's expansion plan and the flexibility for supplying energy of the other sources. This work also analysed the existent electrical system and the characteristics of the equipment responsible for the thermal energy generation. This work has focused on a better utilization of the moto-generation group with a minimum number of changes in the electrical system and without causing any disturbance damages for the manufacture's production process. The results of this work indicated that a compact cogeneration system is the best solution considering the characteristics of the enterprise studied. Besides the financial advantages verified, there are technical and strategic advantages. So, this work will give technical support for decisions about the best advantage the energetic potential of the equipment acquired by company in matter and for other companies that present a similar panorama. / Mestre

Orientador: José Manoel Balthazar / Banca: Angelo Marcelo Tusset / Banca: Bento Rodrigues de Pontes Junior / Resumo: Nos últimos anos, a pesquisa sobre captura de energia, tem aumentado substancialmente. Muitos pesquisadores têm concentrado seus esforços em encontrar a melor configuração para estes sistemas e para otimizar sua potência de saída. No processo de captura de energia, a energia elétrica é obtida através da conversão de energia mecânica, criado por uma fonte de vibração do ambiente através de um transdutor, por exemplo, um fino filme piezocerâmico. Diferentes mecanismos de acoplamento eletromecânico têm sido desenvolvidos para dispositivos de captura, e um interesse particular tem sido dado ao uso de modelos que transformam a vibração mecânica em corrente elétrica utilizando um elemento piezoelétrico. Neste trabalho, foi proposto um modelo de captura de energia de vibrações, incluindo não-linearidades no acoplamento piezoelétrico e uma excitação não-ideal. Demonstrou-se que a potência capturada foi influenciada pelo efeito das não-linearidades do acoplamento piezoelétrico, alterando o comportamento dinâmico do sistema. Com o acoplamento fraco, um comportamento caótico foi encontrado causando instabilidade. Com o aumento do acoplamento ocorreu um aumento da energia capturada até um certo limite onde o aumento da não-linearidade teve um efeito amortecimento sobre as vibrações não-lineares da estrutura causando a perda de energia. Realizando simulações numéricas o comportamento do modelo foi analisado através dos expoentes de Lyapunov, retratos de fase, históricos de deslocamentos no tempo onde um comportamento caótico também foi observado, causando a perda de energia ao longo do tempo de simulação. Usando uma técnica de perturbação, foi encontrada uma solução analítica aproximada para o sistema não-ideal. Então, aplicou-se três técnicas de... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In recent years, research on energy harvesting, has increased substantially. Many researchers have concentrated their efforts on finding the best configuration for these systems and to optimize its power output. In the process of energy harvesting, electric power is obtained by converting mechanical energy created by a vibration source from the environment through a transducer, for example, a thin film piezoceramic. Different mechanisms of electromechanical coupling devices have been developd to harvesting, and a particular interest has been given to the use of models that tranform the mechanical vibration into electrical current using a piezoelectric element. In this paper we propose a model to energy harvesting from vibrations, including non-linearities in the piezoelectric doupling and a non-ideal excitation. It was demonstrated that the power captured was influenced by the effect of the nonlinearities of the piezoelectric coupling, modifying the dynamic behavior of the system. With a weak coupling, a chaotic behavior was found causing instability. With the increase of the coupling has ocurred an increase in the energy captured until a limit, where the increase of non-linearity has a damping effect on vibrations of the non-linear structure causing the loss of energy. Performing numerical simulations the behavior of the model was analyzed using the Lyapunov exponents, phase portraits, historical displacements in time where a a chaotic behavior was also observed, causing the loss os energy throughout the simulation time. Using a perturbation technique, found an approximate analytical solution for the non-ideal system. Then, we applied three control techniques to maintain the proposed system in a stable condition. Both the method of equations of state-dependent Riccati (SDRE), the method (LQR) and the feedback... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre