O fator de Dancoff, em sua formulação clássica, corrige a corrente de nêutrons incidente na superfície de uma vareta combustível devido à presença das demais varetas da célula. Alternativamente, esse fator pode ser interpretado como a probabilidade de um nêutron oriundo de uma vareta de combustível entrar em outra vareta sem colidir no moderador ou no revestimento. Para combustíveis perfeitamente absorvedores essas definições são equivalentes. Entretanto, quando se assume a hipótese de absorção parcial no combustível, essa equivalência não se verifica. Então, os fatores de Dancoff devem ser determinados em termos de probabilidades de colisão. Ao longo dos últimos anos, vários trabalhos, usando ambas as definições, vêm relatando melhorias no cálculo dos fatores Dancoff. Neste trabalho, esses fatores são determinados através do método de probabilidades de colisão para células em geometria cluster com contorno externo quadrado, assumindo-se absorção total (Black Dancoff Factors) e parcial (Grey Dancoff Factors) no combustível. A validação dos resultados é feita através de comparações com a célula cilíndrica equivalente. O cálculo é realizado considerando-se reflexão especular, para a célula quadrada, e condição de contorno difusa (white) para a célula cilíndrica equivalente. Os resultados obtidos, com o aumento do tamanho das células, evidenciam o comportamento assintótico da solução. Além disso, são computados fatores de Dancoff para as células canadenses CANDU-37 e CANFLEX por ambas as metodologias de cálculo, direta e probabilística. Finalmente, os fatores de multiplicação efetivo, keff, para as células com contorno externo quadrado e a cilíndrica equivalente, são determinados e as diferenças registradas para os casos onde se assumem as hipóteses de absorção total e parcial. / In its classical formulation, the Dancoff factor for a perfectly absorbing fuel rod is defined as the relative reduction in the incurrent of resonance neutrons into the rod in the presence of neighboring rods, as compared to the incurrent into a single fuel rod immersed in an infinite moderator. Alternatively, this factor can be viewed as the probability that a neutron emerging from the surface of a fuel rod will enter another fuel rod without any collision in the moderator or cladding. For perfectly absorbing fuel these definitions are equivalent. In the last years, several works appeared in literature reporting improvements in the calculation of Dancoff factors, using both the classical and the collision probability definitions. In this work, we step further reporting Dancoff factors for perfectly absorbing (Black) and partially absorbing (Grey) fuel rods calculated by the collision probability method, in cluster cells with square outer boundaries. In order to validate the results, comparisons are made with the equivalent cylindricalized cell in hypothetical test cases. The calculation is performed considering specularly reflecting boundary conditions, for the square lattice, and diffusive reflecting boundary conditions, for the cylindrical geometry. The results show the expected asymptotic behavior of the solution with increasing cell sizes. In addition, Dancoff factors are computed for the Canadian cells CANDU-37 and CANFLEX by the Monte Carlo and Direct methods. Finally, the effective multiplication factors, keff, for these cells (cluster cell with square outer boundaries and the equivalent cylindricalized cell) are also computed, and the differences reported for the cases using the perfect and partial absorption assumptions.

A aplicação de modelos matemáticos baseados em técnicas numéricas aumentou com o avanço da informática através da criação de microprocessadores mais velozes e periféricos de armazenamento de dados com grande capacidade. Buscando uma maior produtividade e a melhoria da qualidade final do produto solidificado, propõe-se neste trabalho, desenvolver um modelo computacional de origem físico para o crescimento de grão no Lingotamento Contínuo. O modelo é simulado utilizando o Método de Monte Carlo juntamente com o Método das Diferenças Finitas, com o objetivo de obter e caracterizar a transição colunar-equiaxial através desse método. As simulações foram realizadas utilizando a programação Fortran 90/95 no ambiente Linux através do software Developer Studio e aplicados nos aços SAE 1015 e 1020. A seguir, foram realizadas comparações entre as macroestruturas simuladas e as macroestruturas das amostras dos aços obtidas pelo Laboratório de Fundição (LAFUN) da UFRGS. Destas simulações observou-se que o modelo oferece a possibilidade da simulação de diferentes condições operacionais para prever a evolução macroestrutural de lingotes. / The application of mathematical models based on numerical techniques increased with the advancement of information technology by creating faster microprocessors and peripherals with high data storage capacity. Seeking for a major productivity and the improvement of the final quality of the solidified product. In this assignment, the development of a computational model with a physical origen for the growth of the continuous casting, is proposed. The model is simulated by using the Monte Carlo Method with the Finite Differences Method, the goal is to obtain and characterize the columnar-equiaxed transition through this method. The simulations were performed using the Fortran 90/95 programming in Linux environment using the Developer Studio software and applied to the steel SAE 1015 and 1020. Following it, comparisons were made between the macro and simulated macrostructures of the samples obtained by the Laboratory of Steel Casting - Laboratório de Fundição (LAFUN) at UFRGS. From these simulations, it was observed that the modified model offers the possibility of simulating different operating conditions to predict the evolution of macrostructural ingots.

Esta tese tem por objetivo avaliar a incerteza de medição no ensaio de fadiga do aço inoxidável AISI 316L em corpos de prova instrumentados ensaiados em temperatura ambiente em três níveis de rugosidade. Para isso, foi utilizado o método matemático de Monte Carlo para calcular o valor da incerteza com base nas variáveis de entrada. Para atingir esse objetivo foram realizados diversos ensaios de fadiga utilizando um número de corpos de prova suficientes para garantir confiabilidade estatística conforme norma ASTM E739-10 (ASTM, 2010), a uma frequência de ensaio de 20 Hz e razão de carregamento de 0,1. Nesta etapa 36 corpos de prova foram divididos em três grupos com valores de tensão 480, 500 e 520 MPa com três níveis de rugosidade distintos. Para o desenvolvimento do modelo matemático, cada fonte de incerteza teve distribuição de probabilidade determinada com base no comportamento estatístico característico de cada variável. Sendo assim, a partir de um modelo matemático desenvolvido foi possível determinar incerteza de medição do valor da tensão corrigida e do n° de ciclos, com uso do software Matlab®. Os resultados de incerteza de medição foram comparados aos valores obtidos pelo método Kragten, mostrando valores semelhantes entre os dois métodos matemáticos. / This thesis aims to evaluate the measurement uncertainty in the fatigue test of AISI 316L stainless steel in instrumented specimens tested at room temperature in three levels of roughness. For this, the mathematical method of Monte Carlo was used to evaluate the value of uncertainty based on the input variables. To achieve this goal several fatigue tests using a number of specimens sufficient to ensure statistical reliability according to ASTM E739-10 (ASTM, 2010) at test frequency of 20 Hz and stress ratio of 0.1 were tested. In this step 36 specimens were divided into three stress values of 480, 500 and 520 MPa with three different levels of roughness. For the mathematical development, each source of uncertainty probability distribution was initially determined based on the statistical behavior characteristic of each variable. A mathematical model was derived to determine the uncertainty of the stress value and number of cycles, using the Matlab® software. The combined uncertainty of results were compared to values obtained by Kragten method, showing similar values between the two mathematical methods.

Neste trabalho exploramos um modelo de gás de rede em uma rede triangular em duas dimensões que apresenta dois tipos de interações: interação de curto alcance e interação tipo ligações de hidrogênio. Exploramos o modelo com o intuito de verificar se um sistema com interações de duas escalas apresenta anomalia na densidade. Em primeiro lugar, analisamos o comportamento do sistema com ligações de hidrogênio opostas e simétricas frente a mudanças de temperatura e potencial químico. Mostramos que o sistema apresenta as seguintes fases: gás, liquido de baixa densidade, líquido de alta densidade e fluido. Além disso, o sistema tem uma região de pressão onde, à pressão constante, a densidade apresenta um máximo. Em segundo lugar, analisamos os efeitos no diagrama de fases de potencial químico versus temperatura, da inclusão de estados com distorções nas ligações de hidrogênio. Encontramos que as distorções mantém as fases gás, líquido de baixa densidade, líquido de alta densidade e a anomalia na densidade. As distorções, no entanto, levam as fronteiras de fase e a anomalia para temperaturas mais baixas em decorrência do aumento da entropia devido ao acréscimo no número de estados de ligações de hidrogênio. Tanto o modelo com ligações rígidas quanto o modelo proposto com distorções foram estudados por métodos de simulação de Monte Carlo, e seus diagramas de fases esboçados, de forma a compreender-se o quanto o mecanismo que leva `a anomalia é robusto com respeito a pequenas mudanças no modelo. Uma abordagem analítica foi empregada para estudar o diagrama de fases de potencial químico versus temperatura e da pressão versus temperatura para uma versão simplificada do modelo. Estas simplificações permitiram o cálculo exato da função de partição e de suas derivadas para uma rede finita com condições de contorno periódicas. Utilizando uma aproximação de “rede finita”, foram obtidas expressões analíticas para densidade e energia, e obtivemos os diagramas de fases de pressão versus temperatura e potencial químico versus temperatura do modelo simplificado. Finalmente, propusemos uma expressão analítica para o comportamento da densidade como função da temperatura e potencial químico, e apresentamos uma interpretação para o comportamento da densidade neste modelo. / In this work, we explore a triangular lattice gas model in two dimensions, taking account of two different types of interactions: short-range interactions and hydrogen bonds. We explore the model aiming to verify if the system with two-scale interactions presents anomaly in the density. First, we analyze the behavior of the system with opposite and symmetrical hydrogen bonds with respect to changes in temperature and chemical potential. We showed that the system presents the following phases: gas, low-density liquid, high-density liquid and fluid. In addition, the system has a region of pressure where, at constant pressure, the density has a maximum. Secondly, we analyzed the effects of the inclusion of states with distortions in the hydrogen bonds on the phase diagram“chemical potential versus temperature”. We found that the distortions keep the phases gas, low density liquid, high density liquid and the anomaly in the density. The distortions, however, bring the phase boundaries and the anomaly to lower temperatures because the increase in the number of states of hydrogen bonds leads to an increase in the entropy of the system. Both models with rigid bonds and the proposed model with distortions were studied by Monte Carlo simulations and the respective phase diagrams were generated, in order to understand to which extent the mechanism responsible for the anomaly is robust with respect to small changes in the model. An analytical approach was used to study the phase diagram“chemical potential versus temperature”and“pressure versus temperature”for a simplified version of the model. Such simplifications allowed the exact calculations of the partition function and some of its derivatives for a finite lattice with fixed size. Using an approximation that we call ”finite lattice”, we obtained analytical expressions for density and energy and phase diagrams of pressure versus temperature and chemical potential versus temperature for the presented models were generated. Finally, we proposed an analytical expression for the behavior of the density as a function of temperature and chemical potential, and made an interpretation of the formation of the maximum of density for this model.

Neste trabalho, é apresentado um estudo sobre sistemas de transmissão de energia com o uso de bobinas fracamente acopladas magneticamente. A análise é feita levando-se em conta os efeitos parasitas dos componentes em um circuito equivalente considerando-se somente uma única frequência e o circuito já no regime estacionário. Esse circuito é alimentado por uma fonte de tensão senoidal e conectado a uma carga puramente resistiva por simplificação. São analisadas a potência de saída e a eficiência do circuito. Portanto um exercício de otimização dessas duas variáveis é desenvolvido ao longo desse trabalho com diferentes possíveis configurações. Um novo método de compensação do circuito utilizando quatro capacitores é apresentado. Além disso, é explorada a possibilidade de se melhorar ainda mais o resultado da compensação através do ajuste da frequência de ressonância. Inicialmente, o circuito básico sem compensação é analisado. A seguir, são desenvolvidas equações para as máximas eficiência e potência na saída para os circuitos contendo somente um capacitor de compensação. Também são demonstradas as configurações normalmente utilizadas para compensação com dois capacitores. Então a compensação de um circuito com quatro capacitores sem perdas é analisada. Finalmente, após serem adicionadas todas as perdas resistivas dos componentes do circuito, um método de busca é empregado para encontrar os valores ótimos (ou subótimos) dos capacitores que fazem o circuito alcançar a máxima eficiência ou potência na saída. Um algoritmo baseado no método Monte Carlo é apresentado de modo a obter boas soluções para o problema de otimização proposto e assim evitar a análise direta do intrincado sistema de equações resultantes da compensação com mais do que dois capacitores. Para verificar experimentalmente os resultados teóricos e das simulações foi construído um protótipo que possibilita uma variação linear e de maneira controlada do coeficiente de acoplamento entre as bobinas. Os resultados são comparados e, ainda, melhorados através do método da sintonia da frequência. / In this work, we present a study of power transmission systems using magnetically loosely coupled coils. The analysis is done taking into account the effects of parasitic components in an equivalent circuit considering only a single frequency and the circuit already in the steady state. This circuit is powered by a sinusoidal voltage source and connected to a purely resistive load for simplification. Improvements in the output power and efficiency of the circuit are the main topic. So an exercise in optimization of these two variables is developed throughout this work with different possible configurations. A new compensation method using four capacitors of the circuit is presented. Moreover, the possibility is exploited to further improve the result of compensation by adjusting the resonance frequency. Initially, the basic circuit without compensation is analyzed. The following equations are designed for maximum efficiency and output power for the circuits containing only one compensation capacitor. Also, the settings normally used to offset two capacitors are presented. So the compensation of a circuit with four capacitors lossless is analyzed. Finally, are added all the resistive losses of the circuit components, an search method is employed to find the optimal values (or suboptimal) capacitors that make the circuit to achieve maximum efficiency or power output. An algorithm based on Monte Carlo method is presented to solve the proposed optimization problem and thus avoid direct analysis of the intricate system of equations resulting from the clearing of more than two capacitors. To experimentally verify the theoretical results of simulations a prototype was constructed which allows for linear variation and a controlled coefficient of coupling between the coils. The results are compared and, moreover, improved by the method of tuning the frequency.

A disputa por parcelas de mercado impõe condições severas às empresas sob diversas perspectivas. Dentre elas salienta-se a crescente demanda por alta variedade de produtos, que por sua vez cria um ambiente de decisões gerenciais complexas e por vezes conflitantes. Neste contexto, dois pontos relativos a processos produtivos tornam-se cada vez mais importantes na implantação de estratégias diferenciadas: a programação da produção e a gestão de estoques. Esta dissertação apresenta uma sistemática que visa embasar decisões relativas a tais pontos, aprimorando o processo produtivo. Como primeira etapa, trata-se o problema relativo à programação da produção diária. Para tanto, é apresentada uma sistemática de seleção de variáveis de clusterização para agrupamento de produtos, a qual é integrada à Simulação de Monte Carlo (SMC) com objetivo de maximizar lucro. Os cenários propostos são aplicados em clusters (famílias de produtos) e não nos produtos de forma individual, simplificando e agilizando a programação da produção. O erro percentual em relação à situação real foi de 1%. A segunda etapa desta dissertação foca na seleção de variáveis de clusterização com vistas à gestão de estoques. Desta forma, é apresentada uma abordagem de seleção de variáveis para clusterização de 76 produtos em três clusters, sendo que para cada cluster são geradas políticas simultâneas de reposição dos produtos. Tais políticas são confrontadas, em termos de custos de colocação de pedidos e guarda de estoques, com os resultados gerados pelo Lote Econômico de Compras (LEC). A redução do volume de pedidos anuais se aproximou de 90%, enquanto que o incremento de custos relativos à guarda de produtos e processamento de pedidos foi de 0,2% frente ao custo gerado pelo LEC. / The dispute for larger market shares imposes hard conditions to companies in several perspectives. The growing demand for high variety of product models gives rise to complex productive scenarios, requiring precise managerial decisions. In this context, two points relating to production processes become increasingly important when implementing managerial strategies: production scheduling and inventory management. This dissertation presents an approach aimed at supporting decisions related to such points. As a first step, we tackle the daily scheduling problem presenting a systematic for selecting the most relevant variables for clustering products with similar features into groups; such groups are then integrated to a Monte Carlo Simulation (MCS) tailored to maximizing profit. In our propositions, managing clusters of products leads to simpler and faster managerial decisions regarding the production schedule. A proper training of the MCS parameters yielded a 1% deviation when compared to the real situation. The second part of this dissertation focuses on variable selection for clustering tailored to inventory management. For that matter, we present a variable selection approach for clustering 76 products into three clusters; such clusters are then integrated to a simultaneous inventory policy. The simultaneous policy aims at reducing costs of orders placement and simplifying the inventory management. When compared to the Economic Quantity Order (EOQ), our propositions reduced the number of order placements in 90%, while increasing costs related to inventory keeping in 0.2%.

A água é uma das substâncias mais importantes em nosso planeta. São conhecidas atualmente 70 anomalias para a água. Uma das principais anomalias da água é a anomalia na densidade, através da qual a densidade da água aumenta com a diminuição da temperatura e atinge um máximo. É devido a ela que o gelo flutua em água e assim animais aquáticos sobrevivem quando a temperatura ambiente é muito baixa. Podemos citar também a anomalia na difusão, na qual a molécula de água se difunde mais rapidamente quando o sistema está mais denso. Acredita-se que as anomalias da água surgem devido a possibilidade de formação de ligações de hidrogênio entre suas moléculas. A combinação de ligações de hidrogênio e de interações de van der Walls leva à formação de dois tipos de estrutura: uma em que as moléculas formam quatro ligações de hidrogênio e que implica em moléculas mais distantes, e outra estrutura mais compacta sem tantas ligações de hidrogênio. Acredita-se que a competição entre estas duas estruturas seja responsável pela existência de anomalias na água. Nos modelos atomísticos, a direcionalidade das ligações de hidrogênio é considerada ingrediente importante para presença de anomalias. Além disso, as interações atrativas consideradas são igualmente importantes. Neste trabalho verificamos se a direcionalidade e as interações atrativas são fundamentais para a presença de anomalia. Estudou-se um modelo puramente repulsivo de duas escalas. O modelo estudado possui 3 diferentes fases para T = 0: duas fases ordenadas, uma na qual 1/4 da rede encontra-se ocupada e outra de 1/3 de ocupação, e a fase gasosa com rede vazia. Para temperatura não nula o sistema apresenta as duas estruturas ordenadas já observadas em temperatura nula e uma fase fluida desordenada. Foi obtido o diagrama de fases a potencial químico vs temperatura para o modelo. As transições de fase foram analisadas. Além disso foi observada a transição entre os comportamentos forte e fraco para a difusão, além das anomalias na densidade e no coeficiente de difusão para uma certa região do diagrama de fases. Observou-se que a linha de temperatura de máxima densidade engloba a região de anomalia na difusão no diagrama de fases, e estas anomalias encontram-se na região reentrante da linha de coexistência, próxima ao ponto bicrítico. / Water is one of the most important substances in our world. Nowadays 70 anomalies are known for water. One of the major anomalies of water is the density anomaly, in which water density increases with the decrease of temperature and reaches a maximum. Because of this anomaly ice floats on liquid water and aquatic animals can survive when room temperature is too low. We can also cite the anomaly in the diffusion, where a water molecule can spread faster when the system has higher density. It is believed that water anomalies rise from the possibility of hydrogen bonds interaction between two water molecules. The combination of hydrogen bonds and the van der Waals interactions leads to the formation of two kinds of structures: one of them where water molecules form four hydrogen bonds and implies on more distant molecules; the other structure is more compact and doesn’t have so much hydrogen bonds. It is believed that the two structures competition is responsible for the existence of water anomalies. In the atomistic models the directionality of hydrogen bonds is considered an important ingredient for the presence of anomalies. Furthermore, the attractive interactions considered are equally important. In this work we verified if the directionality and the attractive interactions are fundamental for the presence of anomalies. We studied a purely repulsive model with two scales. The studied model has three different phases when temperature T = 0: two ordered phases, one with a 1/4 of the lattice occupied and other with density 1/3 occupied sites, and a gas phase that is all empty. For temperature greater then zero the system presents the same two ordered structures and a fluid disordered phase. We obtained the temperature vs chemical potential phase diagram for this model. The phase transitions were analyzed. Moreover, we have observed the transition between the fragile and strong behaviors for diffusion, besides the density and diffusion coefficient anomalies for a certain region of the phase diagram. We have observed that the temperature of maximum density encompasses the diffusion anomaly region in phase diagram, and these anomalies are in the reentrant coexistence line region, near to the bicritical point.

O filtro cuno faz parte do circuito de tratamento de água do reator IEA-R1 que , quando saturado, é substituído, se tornando um rejeito radioativo que deve ser gerenciado. Neste trabalho foi realizada a caracterização primária do filtro cuno do reator nuclear IEA-R1 do IPEN utilizando-se espectrometria gama associada ao método de Monte Carlo. A espectrometria gama foi realizada utilizando-se um detector de germânio hiperpuro (HPGe). O cristal de germânio representa o volume ativo de detecção do detector HPGe, que possui uma região denominada camada morta ou camada inativa. Na literatura tem sido reportada uma diferença entre os valores experimentais e teóricos na obtenção da curva de eficiência desses detectores. Neste trabalho foi utilizado o código MCNP-4C para a obtenção da calibração em eficiência do detector para a geometria do filtro cuno, onde foram estudadas as influências da camada morta e do efeito de soma em cascata no detector HPGe. As correções dos valores de camada morta foram realizadas variando-se a espessura e o raio do cristal de germânio. O detector possui 75,83 cm3 de volume ativo de detecção, segundo informações fornecidas pelo fabricante. Entretanto os resultados encontrados mostraram que o valor de volume ativo real é menor do que o especificado, onde a camada morta representa 16% do volume total do cristal. A análise do filtro cuno por meio da espectrometria gama, permitiu a identificação de picos de energia. Por meio desses picos foram identificados três radionuclídeos no filtro: 108mAg, 110mAg e 60Co. A partir da calibração em eficiência obtida pelo método de Monte Carlo, o valor de atividade estimado para esses radionuclídeos está na ordem de MBq. / The Cuno filter is part of the water processing circuit of the IEA-R1 reactor and, when saturated, it is replaced and becomes a radioactive waste, which must be managed. In this work, the primary characterization of the Cuno filter of the IEA-R1 nuclear reactor at IPEN was carried out using gamma spectrometry associated with the Monte Carlo method. The gamma spectrometry was performed using a hyperpure germanium detector (HPGe). The germanium crystal represents the detection active volume of the HPGe detector, which has a region called dead layer or inactive layer. It has been reported in the literature a difference between the theoretical and experimental values when obtaining the efficiency curve of these detectors. In this study we used the MCNP-4C code to obtain the detector calibration efficiency for the geometry of the Cuno filter, and the influence of the dead layer and the effect of sum in cascade at the HPGe detector were studied. The correction of the dead layer values were made by varying the thickness and the radius of the germanium crystal. The detector has 75.83 cm3 of active volume of detection, according to information provided by the manufacturer. Nevertheless, the results showed that the actual value of active volume is less than the one specified, where the dead layer represents 16% of the total volume of the crystal. A Cuno filter analysis by gamma spectrometry has enabled identifying energy peaks. Using these peaks, three radionuclides were identified in the filter: 108mAg, 110mAg and 60Co. From the calibration efficiency obtained by the Monte Carlo method, the value of activity estimated for these radionuclides is in the order of MBq.

Submitted by Almir Azevedo (barbio1313@gmail.com) on 2013-12-09T12:17:20Z No. of bitstreams: 1 dissertacao_mestrado_ien_2012_01.pdf: 1805099 bytes, checksum: c22681117de84a4db428c8b495af3eab (MD5) / Made available in DSpace on 2013-12-09T12:17:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_mestrado_ien_2012_01.pdf: 1805099 bytes, checksum: c22681117de84a4db428c8b495af3eab (MD5) Previous issue date: 2012 / A computação em cluster tem sido amplamente utilizada como uma alternativa de relativo baixo custo para processamento paralelo em aplicações científicas. Com a utilização do padrão de interface de troca de mensagens (MPI, do inglês Message-Passing Interface), o desenvolvimento tornou-se ainda mais acessível e difundido na comunidade científica. Uma tendência mais recente é a utilização de Unidades de Processamento Gráfico (GPU, do inglês Graphic Processing Unit), que são poderosos coprocessadores capazes de realizar centenas de instruções ao mesmo tempo, podendo chegar a uma capacidade de processamento centenas de vezes a de uma CPU. Entretanto, um microcomputador convencional não abriga, em geral, mais de duas GPUs. Portanto, propõe-se neste trabalho o desenvolvimento e avaliação de uma abordagem paralela híbrida de baixo custo na solução de um problema típico da engenharia nuclear. A ideia é utilizar a tecnologia de paralelismo em clusters (MPI) em conjunto com a de programação de GPUs (CUDA, do inglês Compute Unified Device Architecture) no desenvolvimento de um sistema para simulação do transporte de nêutrons, através de uma blindagem por meio do Método Monte Carlo. Utilizando a estrutura física de cluster composto de quatro computadores com processadores quad-core e 2 GPUs cada, foram desenvolvidos programas utilizando as tecnologias MPI e CUDA. Experimentos empregando diversas configurações, desde 1 até 8 GPUs, foram executados e comparados entre si, bem como com o programa sequencial (não paralelo). Observou-se uma redução do tempo de processamento da ordem de 2.000 vezes quando se comparada a versão paralela de 8 GPUs com a versão sequencial. Os resultados aqui apresentados são discutidos e analisados com o objetivo de destacar ganhos e possíveis limitações da abordagem proposta. / Cluster computing has been widely used as a low cost alternative for parallel processing in scientific applications. With the use of Message-Passing Interface (MPI) protocol development became even more accessible and widespread in the scientific community. A more recent trend is the use of Graphic Processing Unit (GPU), which is a powerful co-processor able to perform hundreds of instructions in parallel, reaching a capacity of hundreds of times the processing of a CPU. However, a standard PC does not allow, in general, more than two GPUs. Hence, it is proposed in this work development and evaluation of a hybrid low cost parallel approach to the solution to a nuclear engineering typical problem. The idea is to use clusters parallelism technology (MPI) together with GPU programming techniques (CUDA – Compute Unified Device Architeture) to simulate neutron transport through a slab using Monte Carlo method. By using a cluster comprised by four quad-core computers with 2 GPU each, it has been developed programs using MPI and CUDA technologies. Experiments, applying different configurations, from 1 to 8 GPUs has been performed and results were compared with the sequential (non-parallel) version. A speed up of about 2.000 times has been observed when comparing the 8- GPU with the sequential version. Results here presented are discussed and analysed with the objective of outlining gains and possible limitations of the proposed approah.

Made available in DSpace on 2014-06-12T23:15:47Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo9271_1.pdf: 3117344 bytes, checksum: 7e3891199e4672408f72d2f95dbc6a6c (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2004 / Simulações computacionais com o método de Monte Carlo foram realizadas para a água, para o metanol e mistura água-metanol, em condições ambiente e algumas próximas da crítica, utilizando os modelos de quatro (TIP4P) e cinco (TIP5P) sítios para a água e um modelo de três sítios para o metanol. As estruturas geradas nas simulações, foram então utilizadas para análise das ligações de hidrogênio e presença de padrões de small-world. O comportamento de small-world foi caracterizado para água supercrítica, ao passo que para a água em condições ambiente um cluster gigante é formado e observa-se a percolação no sistema. De forma análoga a mistura água-metanol percola no sistema em condições ambiente e apresenta padrão de small-world na condição supercrítica (500 bar e 400oC). No caso do metanol verificamos uma estrutura que o distancia do comportamento randômico, entretanto, a presença ou não de padrões de small-world ainda é inconclusiva. Simulações computacionais com o método de Monte Carlo também foram realizadas para sais contendo o cátion BMI+ (1-Butil-3-Metilimidazólio) e os ânions Cl- e BF4 -. Os sais deste cátion e ânions são líquidos à temperatura ambiente, sendo então denominados de líquidos iônicos. Verificou-se que a flexibilidade da cadeia n-butil é provavelmente a responsável pela desordem dos sais que os mantém no estado líquido. As simulações de líquidos, geralmente, necessitam de um grande número de moléculas, de modo que o cálculo das interações pode tornar-se impraticável. Sendo assim, foi testado um método alternativo baseado em redes neurais artificiais (RNAs). Esta técnica foi testada para a água e extendida para descrever as interações entre as espécies iônicas formadoras dos líquidos iônicos. Superfícies de energia potencial (SEPs) foram então preditas por estes modelos baseados em RNAs, com pequenos erros randômicos, tanto para água líquida, como para o par [BMI+][BF4 -]. Contudo, estes erros ainda são suficientemente grandes para produzir simulações de Monte Carlo da água líquida inconsistentes com os resultados obtidos usando o modelo TIP5P. É importante citar que as simulações de Monte Carlo realizadas usando RNAs são 2 a 12 vezes mais rápidas do que aquelas usando os potenciais analíticos