En el presente proyecto se diseñó un sistema de producción de hielo fluido para pequeñas embarcaciones pesqueras. El sistema propuesto está compuesto por varios subsistemas. El proceso se inicia con el ingreso de agua a un tanque elevado de almacenamiento y luego desciende hasta al productor a través de tuberías. Luego el agua es rociada por medio de orificios sobre la superficie interna de un cilindro refrigerado externamente. Posteriormente, conforme va descendiendo se forma la capa de hielo que es raspada continuamente empleando una cuchilla. Finalmente el hielo raspado sale del productor hacia la cámara para enfriar el producto de la pesca. Como fuente de potencia del sistema se seleccionó un motor estacionario de pequeña capacidad ya que en las embarcaciones no se cuenta con flujo eléctrico. El motor se encargará de accionar al compresor y a la cuchilla de raspado. En el caso del sistema de refrigeración empleado se seleccionó como refrigerante al propano (R-290) debido a sus adecuadas propiedades físicas y que es de fácil adquisición en el mercado nacional. El presente proyecto abarcó el diseño térmico y mecánico del productor de hielo, el diseño del dispositivo de expansión, la selección de componentes del sistema de refrigeración y del sistema de transmisión. / Tesis

A Termodinâmica foi concebida através da observação da eficiência no funcionamento mecânico de máquinas que dependiam da troca de temperatura e calor com meio. O paradigma de modelo nesses estudos foram máquinas idealizadas que operavam em ciclos tais como o ciclo de Carnot (o mais eficiente possível) e o ciclo de Otto. Esses ciclos de operação das máquinas ditas térmicas podem ser decompostos em trechos em que processos termodinâmicos, tais como adiabático e isotérmico, atuam. Contudo, embora a compreensão da eficiência no funcionamento dessas máquinas tenha sido o primeiro passo, esta teoria não ficou limitada a tal, se desenvolvendo ao ponto de ser considerada um dos pilares da Física moderna. Atualmente tem-se visto um crescimento substancial dos estudos da Termodinâmica considerando sistemas pequenos e/ou fora do equilíbrio termodinâmico. Resultados curiosos têm sido obtidos quando considerados sistemas pequenos tais que efeitos quânticos têm grande relevância. Nesta situação surge o que tem sido chamado de Termodinâmica quântica: as leis da Termodinâmica sendo obtidas a partir de flutuações descritas pela Mecânica Quântica. Naturalmente, um dos primeiros problemas a ser tratado nesta nova circunstância foi a eficiência de máquinas térmicas. Para a descrição dessas máquinas quânticas foi-se primeiro construído o que seriam os diferentes processos termodinâmicos que guiam o funcionamento da mesma. Baseado nesses resultados, as versões quânticas dos ciclos de Carnot e Otto, através dos quais essas máquinas operavam, foram também determinados e as propriedades das máquinas térmicas puderam ser exploradas e comparadas com seu análogo clássico. Nesta dissertação estudaremos diferentes tipos de máquinas térmicas operando no ciclo de Otto. Essas máquinas são descritas por Hamiltonianos de dois spins 1/2 que apresentam interação. Algumas características desses Hamiltonianos são exploradas e o papel das mesmas sobre a eficiência da máquina foram determinado. Comparamos também esta eficiência com os limites dados pelo ciclo de Carnot e o limite dado pela situação em que o acoplamento entre os spins é nulo. Diferentes situações físicas são exploradas e suas consequências determinadas. Por fim, proporemos algumas discussões sobre o papel da Mecânica Quântica no funcionamento destas máquinas. / Thermodynamics was conceived by observing the efficiency of the mechanical operation of machines that depended on the temperature and heat exchange with the surroundings. The paradigm model in these studies were idealized machines operating in cycles such as the Carnot cycle (the most efficient one) and the Otto cycle. These thermal operating cycles of the machines can be decomposed into parts that thermodynamic processes, such as isothermal and adiabatic, act. However, while the understanding of efficiency in the functioning of these machines has been the first step, this theory was not limited to this, being developed the point of being considered one of the pillars of modern Physics. Currently, it has seen a substantial growth of Thermodynamics studies considering small systems and / or out of equilibrium thermodynamical systems. Curious results have been obtained when considered small systems such that quantum effects are highly relevant. In this situation arises what has been called quantum thermodynamics: the laws of thermodynamics being derived from fluctuations described by Quantum Mechanics. Of course, one of the problems to be addressed in the new condition was the efficiency of heat engines. For a description of these quantum machines first was built what would be the different thermodynamical processes that guide the operation. Based on these results, the quantum versions of Carnot and Otto cycles, through which these machines operate, were also determined and the properties of thermal machines could be explored and compared with its classical analog. This thesis will study different types of heat engines operating in Otto cycle. Such machines are described by two spin 1/2 Hamiltonian presenting interaction. Some characteristics of these Hamiltonians are explored and the role of them on the machine efficiency were determined. We also compared this efficiency with the limits given by the Carnot cycle and the limit given by the situation which the coupling between the spins is zero. Different physical situations are explored and its consequences determined. Finally, we propose some discussions about the role of quantum mechanics in the operation of these machines.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2009. / Submitted by Jaqueline Ferreira de Souza (jaquefs.braz@gmail.com) on 2011-05-14T01:49:09Z No. of bitstreams: 1 2009_NataliaBorgesMarcelino.pdf: 16270401 bytes, checksum: 5818209268b5d2a04c5224a5d4f62dc0 (MD5) / Approved for entry into archive by Jaqueline Ferreira de Souza(jaquefs.braz@gmail.com) on 2011-05-14T01:49:41Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2009_NataliaBorgesMarcelino.pdf: 16270401 bytes, checksum: 5818209268b5d2a04c5224a5d4f62dc0 (MD5) / Made available in DSpace on 2011-05-14T01:49:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2009_NataliaBorgesMarcelino.pdf: 16270401 bytes, checksum: 5818209268b5d2a04c5224a5d4f62dc0 (MD5) / O presente trabalho tratou do resfriamento por convecção natural de uma, três e cinco fontes localizadas em uma parede vertical de uma cavidade retangular. Numericamente foi aproximado o campo de temperatura, no estado estacionário, para diferentes posições em cada caso. A condutância e a dissipação de entrância foram avaliadas em todos os casos e suas predições de ótima configuração foram comparadas. Para as simulações numéricas foi escolhido o método de volumes finitos, função de interpolação Power-Law, acoplamento pressão-velocidade pelo método SIMPLE e solução dos sistemas lineares por TDMA. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT / In the present work the cooling was treated by natural convection of one, three and five sources localized in a vertical wall of a rectangular cavity. One has approximated numerically the temperature field in the stationary state at different positions for each case. The conductivity and the dissipation of entransy were evaluated in all these cases and their predictions for optimal configuration were compared. In the numerical simulations one has chosen the method of finite volumes, the Power-Law interpolation function, the coupling of the pressure-velocity by SIMPLE method and the solution of linear systems by TDMA.

A Termodinâmica foi concebida através da observação da eficiência no funcionamento mecânico de máquinas que dependiam da troca de temperatura e calor com meio. O paradigma de modelo nesses estudos foram máquinas idealizadas que operavam em ciclos tais como o ciclo de Carnot (o mais eficiente possível) e o ciclo de Otto. Esses ciclos de operação das máquinas ditas térmicas podem ser decompostos em trechos em que processos termodinâmicos, tais como adiabático e isotérmico, atuam. Contudo, embora a compreensão da eficiência no funcionamento dessas máquinas tenha sido o primeiro passo, esta teoria não ficou limitada a tal, se desenvolvendo ao ponto de ser considerada um dos pilares da Física moderna. Atualmente tem-se visto um crescimento substancial dos estudos da Termodinâmica considerando sistemas pequenos e/ou fora do equilíbrio termodinâmico. Resultados curiosos têm sido obtidos quando considerados sistemas pequenos tais que efeitos quânticos têm grande relevância. Nesta situação surge o que tem sido chamado de Termodinâmica quântica: as leis da Termodinâmica sendo obtidas a partir de flutuações descritas pela Mecânica Quântica. Naturalmente, um dos primeiros problemas a ser tratado nesta nova circunstância foi a eficiência de máquinas térmicas. Para a descrição dessas máquinas quânticas foi-se primeiro construído o que seriam os diferentes processos termodinâmicos que guiam o funcionamento da mesma. Baseado nesses resultados, as versões quânticas dos ciclos de Carnot e Otto, através dos quais essas máquinas operavam, foram também determinados e as propriedades das máquinas térmicas puderam ser exploradas e comparadas com seu análogo clássico. Nesta dissertação estudaremos diferentes tipos de máquinas térmicas operando no ciclo de Otto. Essas máquinas são descritas por Hamiltonianos de dois spins 1/2 que apresentam interação. Algumas características desses Hamiltonianos são exploradas e o papel das mesmas sobre a eficiência da máquina foram determinado. Comparamos também esta eficiência com os limites dados pelo ciclo de Carnot e o limite dado pela situação em que o acoplamento entre os spins é nulo. Diferentes situações físicas são exploradas e suas consequências determinadas. Por fim, proporemos algumas discussões sobre o papel da Mecânica Quântica no funcionamento destas máquinas. / Thermodynamics was conceived by observing the efficiency of the mechanical operation of machines that depended on the temperature and heat exchange with the surroundings. The paradigm model in these studies were idealized machines operating in cycles such as the Carnot cycle (the most efficient one) and the Otto cycle. These thermal operating cycles of the machines can be decomposed into parts that thermodynamic processes, such as isothermal and adiabatic, act. However, while the understanding of efficiency in the functioning of these machines has been the first step, this theory was not limited to this, being developed the point of being considered one of the pillars of modern Physics. Currently, it has seen a substantial growth of Thermodynamics studies considering small systems and / or out of equilibrium thermodynamical systems. Curious results have been obtained when considered small systems such that quantum effects are highly relevant. In this situation arises what has been called quantum thermodynamics: the laws of thermodynamics being derived from fluctuations described by Quantum Mechanics. Of course, one of the problems to be addressed in the new condition was the efficiency of heat engines. For a description of these quantum machines first was built what would be the different thermodynamical processes that guide the operation. Based on these results, the quantum versions of Carnot and Otto cycles, through which these machines operate, were also determined and the properties of thermal machines could be explored and compared with its classical analog. This thesis will study different types of heat engines operating in Otto cycle. Such machines are described by two spin 1/2 Hamiltonian presenting interaction. Some characteristics of these Hamiltonians are explored and the role of them on the machine efficiency were determined. We also compared this efficiency with the limits given by the Carnot cycle and the limit given by the situation which the coupling between the spins is zero. Different physical situations are explored and its consequences determined. Finally, we propose some discussions about the role of quantum mechanics in the operation of these machines.

En el presente proyecto se diseñó un sistema de producción de hielo fluido para pequeñas embarcaciones pesqueras. El sistema propuesto está compuesto por varios subsistemas. El proceso se inicia con el ingreso de agua a un tanque elevado de almacenamiento y luego desciende hasta al productor a través de tuberías. Luego el agua es rociada por medio de orificios sobre la superficie interna de un cilindro refrigerado externamente. Posteriormente, conforme va descendiendo se forma la capa de hielo que es raspada continuamente empleando una cuchilla. Finalmente el hielo raspado sale del productor hacia la cámara para enfriar el producto de la pesca. Como fuente de potencia del sistema se seleccionó un motor estacionario de pequeña capacidad ya que en las embarcaciones no se cuenta con flujo eléctrico. El motor se encargará de accionar al compresor y a la cuchilla de raspado. En el caso del sistema de refrigeración empleado se seleccionó como refrigerante al propano (R-290) debido a sus adecuadas propiedades físicas y que es de fácil adquisición en el mercado nacional. El presente proyecto abarcó el diseño térmico y mecánico del productor de hielo, el diseño del dispositivo de expansión, la selección de componentes del sistema de refrigeración y del sistema de transmisión.

En la actualidad, se ha vuelto común que los estudiantes realicen actividades académicas durante largas horas sin tomar descansos, lo que los lleva a agotarse mentalmente y mermar su capacidad para aprender de manera efectiva. Debido a los cortos tiempos que tienen disponibles para prepararse algún alimento nutritivo, adquieren hábitos erróneos de alimentación en su día a día, comprometiendo a la vez su aprendizaje. Por esta razón, resulta importante conocer los momentos en que el rendimiento cognitivo es deficiente, para así dejar de realizar una actividad académica y tomar un descanso saludable, teniendo un periodo de desconexión total. El presente trabajo, propone entonces el diseño de una máquina automática de cocción de granos de maíz basada en un sistema de aire caliente, la cual opera sin requerir la supervisión del usuario; y su sistema de activación mediante una Interfaz cerebro-computador (BCI), la cual detecta el momento previo a un bajo rendimiento cognitivo durante sesiones de estudio para brindar un descanso saludable mediante la preparación de un alimento nutritivo de tal manera que el usuario pasará a recoger el alimento una vez que esté listo, dependiendo si se detecta un bajo rendimiento cognitivo o no. Para evaluar el desempeño cognitivo de las personas y realizar la activación de la máquina, se consideró el desarrollo de un método para evaluar las tendencias de tres estados mentales: atención, fatiga mental y estrés como los más representativos, en diferentes conjuntos de datos, el primero en experimentos en simuladores de manejo monótonos, y el segundo grabado con el dispositivo EEG g.Nautilus Pro durante sesiones de estudio específicamente para validar el método propuesto. Durante los primeros cinco minutos, que corresponden al periodo de calibración, se calculó un baseline, que permita re-referenciar los estados mentales asociados a dicha sesión, antes de aplicar un conjunto de reglas para enviar la señal de advertencia al usuario y producir la activación e indicándole cuando se haya terminado con el proceso de preparación para que se levante a recoger el alimento y descansar. Los resultados obtenidos para 62 sesiones dentro de un simulador de manejo monótono, cuya duración promedio por sesión fue de 78.5 22.4 minutos, y con un momento de detección promedio a los 35.3 18.9 minutos; y para 3 sesiones de estudio, con una duración promedio por sesión de 27.5 5 minutos y con un tiempo de detección promedio de 11.5 2.2 confirman la evidencia de que las actividades que demandan una carga cognitiva no pueden realizarse en periodos prolongados, ya que el rendimiento cognitivo no es constante, por lo que brindar un descanso para desconectarse resulta importante para recuperarse y volver con motivación para continuar con la actividad.