O desenvolvimento de técnicas que deem sobrevida a navios com mais de 20 anos de navegação interior é crucialmente importante para um país com a demanda de mobilidade como a que tem o Brasil. Nesse sentido, uma técnica que pode ser citada é a determinação da vida útil potencial (VUP), que propõe uma forma de avaliar o aumento da vida útil de embarcações de navegação interior. Na busca por índices globais que identifiquem as condições do navio, considera-se o cálculo do momento fletor último da seção mestra do navio. O presente trabalho apresenta, de forma detalhada, a aplicação dos principais métodos de cálculo do momento fletor último em três casos de estudo: um perfil caixão, o perfil reduzido de embarcação de fundo duplo (estudada por Nishihara, 1983) e a seção mestra de uma embarcação típica utilizada para navegação na Bacia do Sudeste (NT Guarita). Os métodos empregados para o cálculo do momento fletor último são: métodos direto e iterativo propostos pela Associação Internacional de Sociedades Classificadoras (IACS 2008), Método da Resistência Direta, Método da Largura Efetiva e análises não lineares através do Método dos Elementos Finitos. Com o intuito de obter uma resposta mais coerente, é proposta uma modificação no Método Iterativo [IACS, 2008]. O método modificado é então utilizado no estudo de sensibilidade do momento fletor último frente à redução de espessura das chapas de convés (considerando a seção mestra da embarcação NT Guarita). Os resultados obtidos, bem como as conclusões a respeito, são apresentados ao final do trabalho. Adicionalmente, é proposto um índice para uso na avaliação do nível de não linearidade da resposta dos elementos locais, quando submetidos a reduções de espessura. / The increasing of ships life extension can only be provided by new methodologies development. A new method to determine the potential ship shelf life is being proposed, being part of the new method, in this document the ultimate bending momentum of the master ship section is study. The study presents the application of the most popular methods to calculate the ultimate bending for three different cases: box section, double hull ship studied by Nishihara, 1983 and master section of a typical boat used in Bacia do Sudeste, NT Guarita. The methods applied to calculate the ultimate bending momentum are: direct and iterative methods proposed by the International Association of Classification Societies, IACS 2008, Direct Strength Method, Method of Effective Width and also non-linear analysis using the Finite Element Method. In order to obtain a more coherent response, a change in the Iterative Method [IACS, 2008] has been proposed. The new method is used to study the sensitivity of the ultimate momentum to the reduction of deck thickness applied the NT Guarita. The results and conclusions will be presented in this study. Additionally, will be proposed an index to evaluate the level of non-linearity of the local elements response, when exposed to thickness reduction.

Neste trabalho desenvolvemos um PSE (Ambiente para Soluca-o de Problemas) para gera,c-ao de malhas O programa chamado MAKEGRID fornece uma interface amig avel para a definica-o da regi-ao f 1sica a ser discretizada Esta regi-ao pode ser simplesmente ou multiplamente coneXa V arios geradores de malha foram implementados entre m etodos alg ebricos e el 1pticos in- cluindo o gerador TTM n-ao-homogAeneo para atrac-ao da malha para um ponto ou linha coordenada espec 1fica O programa tamb emoferece ferramentas graficas para a an alise qualitativa da malha gerada Utilizando as id eias do m etodo MAC introduzimos o uso de uma malha de estados para a identifica,cao das c elulas em uma malha generalizada Assim cada ponto da malha possui um valor associado informando se este ponto pertence a um corte uma c elula fict 1cia ou a condi,c-ao de contorno que deve ser aplicada neste ponto Pode-se especificar uma condi,c-ao de contorno diferente para cada ponto da malha para cada vari avel primitiva utilizada O programa retorna arquivos contendo a malha de estados e a discretiza,c-ao das condic es de contorno requeridas Os arranjos co-localizado e diferenciado s-ao apresentados como poss 1veis escolhas para a discretizaca-o dos operadores gradiente divergente e Laplaciano Estes s-ao implementados para malhas cartesianas e generalizadas / A PSE (Problem-Solving Environment) on Mesh Generation was developed The program entitled MAKEGRID provides a friendly interface for the definition of physical region boundaries which can define simply or multiply-connected domains Several options for mesh generators among algebraic and elliptical methods were implemented including the inhomogeneous TTM method for attracting a mesh to a grid point or coordinate line Besides the programoffers graphical tools for a qualitative analysis of the generated grid Based on the ideas of the MAC method we introduce the use of a state grid for identification of cells in a general mesh Each grid point receives a associated value which indicates if this point belongs to a cut branch to a fictitious cells or what boundary condition is required for this point The used methodology permits the definition of a different boundary condition for each grid cell The user can define the boundary cells and the conditions to be applied on these cells in a practical way receiving a state grid and a file containing the discrete formof the specified boundary conditions as result The co-localized and staggered schemes are presented as possible choices for the gradient divergent and Laplacian operators discrete form .

Este trabalho descreve uma metodologia para a geração de programas CNC para otimizar um sistema produtivo. Quanto às informações geométricas, o sistema caracteriza-se por utilizar os ciclos de usinagem que o comando da máquina disponibiliza, por possibilitar a aplicação de ciclos desenvolvidos com recursos de programação parametrizada e por gerar novos ciclos, através de uma linguagem genérica, proposta neste trabalho, em um editor de programação parametrizada. Quanto aos dados tecnológicos, ou seja, as condições de usinagem definidas no código de programação, o sistema permite a otimização dos parâmetros de corte através de um banco de dados com informações realimentadas com resultados obtidos da produção. A análise da viabilidade da metodologia proposta é realizada através da implementação de um protótipo de um sistema dedicado à programação de tornos CNC. O protótipo é composto de aplicativos computacionais desenvolvidos e orientados à otimização do sistema produtivo. A metodologia para geração de funções CAD/CAM foi implementada e testada mostrando resultados eficientes. O protótipo implementado como um conjunto de ferramentas aplicativas integradas é de fácil operação e utilização unindo todos os módulos projetados. / This study describes a methodology for the generation of CNC programs to optimize a productive system. Regarding geometrical information, the system is characterized by the use of machining cycles that the machine tool control provides because a allows the application of cycles developed with parameterized programming and by generation of new cycles, through a generic language, proposed in this study on a parameterized programming editor. As for technological data, i.e. the machining conditions set out in the programming code, the system allows the optimization of cutting parameters through a data base with information fed back with results of production. The feasibility analysis of the proposed methodology is accomplished through the implementation of a prototype of a system dedicated to programming CNC lathes. The prototype consists of computer applications developed and oriented to the optimization of the production system. The methodology for the generation of CAD/CAM functions has been implemented and tested showing effective results. The prototype implemented as an integrated set of applicative tools is of easy operation and use connecting all designed modules.

O presente trabalho apresenta um estudo numérico sobre o desempenho de trocadores de calor com microcanais. Primeiramente, para a verificação da ferramenta numérica, uma comparação com um estudo experimental conhecido é realizado. Em seguida, aperfeiçoamentos disponíveis na literatura são testados e comparados. As simulações numéricas são realizadas com o software Fluent utilizando o Método dos Volumes Finitos (MVF). O resultado numérico da resistência térmica do dissipador do estudo experimental em que a primeira parte desse trabalho foi baseada ficou em 0,097 °C/W (com uma temperatura máxima de 373 K), enquanto o resultado experimental ficou em 0,090 °C/W, o que representa uma diferença de 7,2 %. São realizados aperfeiçoamentos integrando o trocador de calor a um sistema de refrigeração. Isso reduz a temperatura de entrada e, consequentemente, a temperatura máxima encontrada no sistema (350 K para uma mesma potência dissipada) não havendo mudança na resistência térmica, porém trazendo um ganho em confiabilidade. São apresentadas mudanças na geometria do dissipador diminuindo a área de entrada, com uma sensível piora nos resultados da resistência térmica, fazendo com que a resistência aumentasse de 0,097 °C/W para o canal original para 0,272 °C/W para o canal com menor altura. Apresenta-se um trocador de calor cujos microcanais em suas dimensões longitudinais possuem ondulações, porém os efeitos esperados de melhor mistura e maior área de contato para o fluxo de calor não foram observados para as condições de contorno do experimento original; a resistência térmica calculada foi de 0,102 °C/W. A última análise apresenta uma idealização onde o fluxo de calor é distribuído uniformemente no volume de silício, encontrando-se uma resistência térmica de 0,084 °C/W. / This paper presents a numerical study on the performance of heatsinks with microchannels. For the validation of the numerical tool, a comparison with a known experimental study is carried out, then improvements available in the literature on the subject are tested and compared. The numerical simulations are performed with the Fluent software using the Finite Volumes Method (MVF). The numerical result of the thermal resistance of the heatsink from the experimental study which the first part of this paper is based was 0.097 °C/W, whereas the experimental result was 0.090 °C/W (with a maximum temperature of 373 K), representing a difference of 7.2%. An improvement is performed by integrating the heatsink to a HVAC (Heating, ventilation and air conditioning) system, which lowers the inlet temperature and consequently lowers the highest temperature found in the system (350 K for the same dissipated power) without changing the thermal resistance, but providing gains in reliability. Changes in the heatsink geometry are presented by decreasing the inlet area, with a significant worsening in the thermal resistance results, causing the resistance to vary from 0.097 °C/W for the original channel to 0.272 °C/W for the channel that has the lowest height. A heatsink whose microchannels have waves in their longitudinal dimensions is shown, but the expected effects of better mixing and greater contact area for the heat flux were not observed for the boundary conditions of the original experiment, the calculated thermal resistance was of 0.102 °C/W. The last analysis presents an idealization where the heat flux is evenly distributed in the silicon volume, with a thermal resistance of 0.084 °C/W.

White dwarf stars are the most common final stage of stellar evolution, corresponding to 99% of all stars in the Galaxy. White dwarf models can be used to obtain the age of stellar populations, to build an initial to final mass relation to understand the connection between the properties of white dwarfs and their progenitors, determine the upper mass limit that separates white dwarfs progenitors from Type II supernovae, enhance the comprehension of the physical properties of high density matter and derive ages and masses for observed white dwarfs from the cooling tracks. The literature is populated with low mass and intermediate mass white dwarf models, however the massive white dwarfs are often forgotten and the evolutionary sequences are incomplete. In this dissertation, we compute full evolutionary sequences for massive white dwarfs, exploring the evolution of hydrogen-rich and hydrogen-deficient white dwarfs stars with masses between 1.012 and 1.307 M , and initial metallicity of Z = 0.02. These sequences are the result of main sequence stars with masses between 8.8 and 11.8 M . The simulations were performed with the Modules for Experiments in Stellar Astrophysics - MESA code, starting at the zero-age main sequence, through thermally pulsing and mass-loss phases, ending as the white dwarfs at the cooling sequence. Our simulations are full evolutionary, in which we consider the entire evolutionary history of the progenitors. We present reliable nuclear chemical profiles for the whole mass range considered, covering the different expected central compositions, i.e. C/O, O/Ne and Ne/O/Mg, and their dependence with the stellar mass. In addition, we present detailed chemical profiles of hybrid C/O-O/Ne core white dwarfs, found in the mass range between 1.024 and 1.150 M . We present the initial-to-final mass relation, mass-radius relation, and cooling times with improved crystallization limits, considering the effects of atmosphere and core composition.

Edifícios altos têm pouca rigidez lateral devido a suas dimensões. Os principais carregamentos laterais nestas estruturas são de sismos e vento. Portanto, suas propriedades dinâmicas e a correta estimativa das mesmas são fundamentais. Todavia, mesmo havendo muita pesquisa nesta área, a predição de frequências naturais de vibração livre de edifícios altos com precisão não é trivial. Métodos computacionais e fórmulas de normas ao redor do mundo divergem, ao passo que cidades brasileiras estão crescendo com a construção de maiores estruturas com frequências naturais estimadas abaixo de valores esperados. Neste trabalho, as incertezas acerca da estimativa de frequências naturais são investigadas através da comparação de resultados de diferentes metodologias. Primeiramente, frequências naturais estimadas ainda na fase de projeto de 8 prédios altos construídos ou em construção no Brasil são comparadas com formulações típicas baseadas em dados experimentais. Em um segundo momento, 3 edifícios altos têm suas primeiras frequências naturais estimadas através de: um método simplificado proposto neste trabalho; 2 programas de MEF diferentes; um modelo em MEF incluindo diagonais de compressão a fim de replicar o comportamento da alvenaria de fechamento e, finalmente, através da aplicação de um fator para calibrar a frequência natural obtida via programação em MEF. Tal fator é oriundo de uma formulação elaborada neste estudo para corrigir a frequência natural estimada sem a consideração do acréscimo de rigidez causado pela alvenaria de fechamento. Os resultados evidenciam que as baixas frequências naturais são semelhantes a medições de resposta sísmica. Também é relatada uma boa convergência para diferentes métodos computacionais enquanto os resultados das análises com alvenaria não estrutural revelam uma ótima convergência. Este estudo apresenta um melhor entendimento das razões para as baixas frequências naturais dos arranha-céus brasileiros enquanto expõe avanços na estimativa de frequências naturais com alta precisão. / Tall buildings have low lateral stiffness due to their dimensions and the main lateral forces on these structures are wind and seismic loads. Therefore, an accurate estimation of their dynamic properties is essential. Nevertheless, even with plenty of studies in this area, predicting natural frequencies of tall buildings is not trivial. Numeric computational methods and simplified procedures around the world diverge, whereas Brazilian cities are growing with the construction of higher buildings with lower estimated values for natural frequencies than the expected. In this work, the uncertainties are investigated through the comparison of different methods of estimating natural frequencies. Firstly, the natural frequencies estimated during project phase of 8 buildings, recently constructed or under construction in Brazil, are compared with formulas based on experimental measurements. Secondly, the natural frequencies of 3 buildings are estimated with different methods: two FEM models made with two computer programs commercially available, a simplified method proposed in this work, a FEM model with diagonal elements representing the masonry infill and a method based on applying a correction factor on the natural frequency obtained with another method. This last method is proposed here in order to consider the effect of infill masonry on the stiffness. The results evince that the low frequencies are similar to the ones measured on seismic response. The different computational methods have a good convergence while the analysis including the infill masonry has an outstanding convergence. This study reveals a better understanding of the reasons for low natural frequencies of the Brazilian tall buildings while presents improvements on estimating natural frequencies with high precision.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:57:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissRB.pdf: 3410137 bytes, checksum: 75aa0317bec922b4072abef227bf9acd (MD5) Previous issue date: 2006-03-09 / Universidade Federal de Sao Carlos / Studies accomplished in the structure of tubular fixed beds proved that the porosity in these systems presents an oscillatory behavior along the radial direction. The non-uniformity of the porosity generates a behavior of the velocity profile, inside the bed, characterized by oscillations in the central region and a peak of larger width in the region close to the wall. This velocity profile determines the residence time of the reactants, for example, and presents a strong influence in the heat and mass transfer coefficients of these systems. In spite of the progress obtained in that subject, it is still difficult to obtain the measure of flow velocity inside the bed without causing disturbances in its structure. Due to this restriction, indirect forms of experimental measure of the velocity distribution in these systems have been proposed to evaluate the fluid dynamics inside the bed. The most common way to obtain, experimentally, the velocity distribution inside the bed is to measure it outside the bed, at a certain distance from its exit, and then infer it inside the bed by considering that the flow measured at this point maintains the fluid dynamics characteristics at the interface. Looking for an alternative way to infer the velocity profile inside the fixed bed, this work proposes a measure of the change in flow characteristics from the exit of the fixed bed to the point of experimental measurement. The measure proposed before takes into account the change in the radial mean velocity evaluated over an area close to the central part of the flow. This measure is based on simulated results accomplished between these two points, located outside the fixed bed, from an appropriated boundary condition at the interface. This boundary condition at interface is the result of other simulations performed inside the fixed bed, from a convenient model proposed for this region. Both simulations were accomplished by using a simulator developed in FORTRAN language, based on a CFD numeric technique for outside and a standard finite difference method for inside the fixed bed. The validity of the proposed procedure was verified by comparing the velocity distribution simulated at a position pointed out in an experimental measurement of the velocity distribution obtained in the literature, and with similar operational conditions. By doing this validation, it was established a relationship between the change in flow characteristics and the axial position of measurement. As a result, it was possible to infer how much of the flow characteristics in the interface are observed from the position chose for measurement along the axial direction of the flow. Better results were observed in systems with a high dimensionless D/Dp relation and low values of Reynolds number for the flow simulations accomplished in the exit area of the bed. Deviations from experimental data, varying between 2,97% and 30,23%, were verified for different operational conditions of the system. Through the central velocity simulation along in the empty tube axial position, were possible to map the empty tube influences on the flow in the fixed bed exit area, evaluating the difference of that central medium velocity with the calculated for the bed exit. / Estudos realizados na estrutura de leitos fixos tubulares já comprovaram que a porosidade neste sistema apresenta um comportamento oscilatório na direção radial. A não-uniformidade da porosidade gera um comportamento do perfil de velocidades, no interior do leito, caracterizado por oscilações na região central e um pico de maior amplitude na região próxima à parede. Este perfil de velocidades determina o tempo de residência de reagentes, por exemplo, e apresenta uma forte influência na transferência de calor e massa no sistema. Apesar dos avanços nesse tema, ainda é muito difícil obter uma medida de velocidade de escoamento no interior do leito sem causar-lhe perturbações ou alterações de sua estrutura. Devido a esta restrição, formas indiretas de medida experimental da velocidade neste sistema têm sido propostas para avaliar a fluidodinâmica no interior do leito. Uma das formas mais comuns para obter experimentalmente essa velocidade é medi-la em regiões do escoamento fora do leito, a uma determinada distância da saída do mesmo, considerando-se que o escoamento nesse ponto de medida mantenha as características fluidodinâmicas da interface. Frente aos questionamentos sobre a validade de inferir a velocidade de escoamento no interior do leito fixo a partir de medidas experimentais realizadas fora do mesmo, o presente trabalho aborda um estudo sobre a perda das características do escoamento a partir da saída do leito fixo até o ponto de medida experimental. Para a avaliação do problema, são realizadas simulações na região compreendida entre a interface leito-tubo e a posição de medida do perfil de velocidades, utilizando como condição de contorno na interface a resposta de um modelo proposto para o interior do leito fixo. As simulações foram realizadas utilizando-se um simulador desenvolvido em linguagem FORTRAN, baseado em uma técnica numérica de Fluidodinâmica Computacional. Utilizando-se condições semelhantes à literatura verificou-se a confiabilidade do modelo proposto para a fluidodinâmica no interior do leito, através da comparação de resultados experimentais medidos fora do leito com resultados simulados, para a posição de medida. Avaliou-se também a extensão do efeito do tubo vazio sobre o comportamento do escoamento na região de saída do leito, discriminando-se quanto do comportamento do escoamento no interior do leito é observado pela medida realizada fora do mesmo. Observou-se melhores resultados em sistemas com um elevado adimensional D/Dp e baixos valores do número de Reynolds para as simulações do escoamento realizadas na região de saída do leito. Nestes resultados verificaram-se desvios variando entre 2,97% e 30,23% em relação a dados experimentais, para diferentes condições operacionais do sistema. Através da simulação da velocidade central ao longo da posição axial no tubo vazio, foi possível mapear a influencia do tubo vazio sobre o escoamento na região de saída do leito fixo, avaliando a diferença dessa velocidade média central com relação a mesma calculada à saída do leito.

No presente trabalho são apresentadas soluções analíticas das equações de difusão de nêutrons bidimensionais com dois grupos de energia, a saber, nêutrons rápidos e térmicos em uma placa com propriedades homogêneas. Alem disso, são resolvidos detalhadamente os problemas onde a placa homogênea é substituída por duas e quatro regiões, tornando-os não-homogêneos. A partir da aplicação da transformada de Laplace e da Técnica da Transformada Integral Generalizada (GITT), respectivamente, é resolvida em uma forma analítica o problema de autovalor resultante para o fluxo de nêutrons. No problema heterogêneo são usados filtros para homogenizar as condições de contorno não-homogêneas. Esta é a condição para a aplicação da GITT. Os três problemas mencionados acima são resolvidos aplicando primeiramente a GITT, o qual reduz a dimensão da equação de difusão, seguida da aplicação da transformada de Laplace, o qual reduz a ordem da equação. Deste procedimento, resulta um sistema de equações algébricas dependente das constantes de integração. 0 sistema é resolvido usando a técnica da eliminação de Gauss. Os fluxos transformados pela GITT são recuperados invertendo-se analiticamente a transformada de Laplace usando a expansão de Heaviside, os quais ainda dependem das constantes de integração. A partir da aplicação das condições de contorno e de interface (para os problemas não-homogêneos) obtém-se um sistema de equações algébricas homogêneas, de onde é determinado o fator de multiplicação efetivo Keff pelo método da bissecção. As constantes de integração são determinadas fazendo use da potencia prescrita da placa. Assim, os fluxos de nêutrons transformados pela GITT ficam determinados e os fluxos de nêutrons rápidos e térmicos são recuperados através da formula da inversa da GITT, usando a expansão do potencial. Resultados são comparados com a solução do método de diferenças finitas. / In the present work we present analytical solutions of the bi-dimensional neutron diffusion equation with two energy groups, i.e. fast and thermal neutrons in a sheet with homogeneous properties. Further we solve the detailed problem where the homogeneous sheet is substituted by two and four regions, rendering the problem a non-homogeneous one. Upon application of the Laplace transform and Generalized Integral Transform Tecnique (GITT), respectively, we solve in an analytical fashion the resulting eigenvalue problem for the neutron flux. In the heterogeneous problem, we use filter functions in order to homogenize the non-homogeneous boundary conditions. This is a condition for the application of GITT. We solve the three problems mentioned above applying first GITT, which reduces the dimension of the diffusion equation followed by the Laplace transform, which reduces the order of the equation. This procedure yields a non-homogeneous algebraic system depending on integration constants. The system is solved using the elimination technique by Gauss. The transformed fluxes by GITT are recovered upon inverting analytically the Laplace transform using Heaviside's expansion which depend still on the integration constants. Upon application of the boundary and interface conditions (for the non-homogeneous problem) one obtains a system of homogeneous algebraic equations, where we determine the effective multiplication factor keff by the bisection method. The integration constants are determined making use of the predefined power of the sheet. Thus the neutron fluxes transformed by GITT are determined and the fast and thermal neutron flux are recovered by the inverse formula of GITT, using the potential expansion. Results are compared to the solution by the finite difference method.

Este trabalho apresenta metodologias para a construção e a sintonia de estimadores de estados não-lineares visando aplicações práticas. O funcionamento de um estimador de estados não-linear está calcado em quatro etapas básicas: (a) sintonia; (b) predição; (c) atualização da matriz de covariância de estados; (d) filtragem e suavização dos estados. As principais contribuições deste trabalho para cada uma destas etapas podem ser resumidas como segue: (a) Sintonia. A sintonia adequada da matriz de covariância do ruído de processos é fundamental na aplicação dos estimadores de estado com modelos sujeitos a incertezas paramétricas e estruturais. Sendo assim, foi proposto um novo algoritmo para a sintonia desta matriz que considera dois novos métodos para a determinação da matriz de covariância dos parâmetros. Este algoritmo melhorou significativamente a precisão da estimação dos estados na presença dessas incertezas, com potencialidade para ser usado na atualização de modelos em linha em práticas industriais. (b) Predição. Uma das etapas mais importantes para a aplicação do estimador de estados é a formulação dos modelos usados. Desta forma, foi mostrado como a formulação do modelo a ser usada em um estimador de estados pode impactar na observabilidade do sistema e na sintonia das matrizes de covariância. Também são apresentadas as principais recomendações para formular um bom modelo. (c) Atualização da matriz de covariância dos estados. A robustez numérica das matrizes de covariância dos estados usadas em estimadores de estados sem e com restrições é ilustrada através de dois exemplos da engenharia química que apresentam multiplicidade de soluções. Mostrou-se que a melhor forma de atualizar os estados consiste na resolução de um problema de otimização sujeito a restrições onde as estimativas fisicamente inviáveis dos estados são evitadas. Este também preserva a gaussianidade dos ruídos evitando que estes sejam mal distribuídos. (d) Filtragem e suavização dos estados. Entre as formulações estudadas, observou-se também que a melhor relação entre a acuracidade das estimativas e a viabilidade de aplicação prática é obtida com a formulação do filtro de Kalman estendido sujeita a restrições (denominada Constrained Extended Kalman Filter - CEKF), uma vez que esta demanda menor esforço computacional que a estimação de horizonte móvel, apresentando um desempenho comparável exceto no caso de estimativas ruins da condição inicial dos estados. Como uma solução alternativa eficiente para a estimação de horizonte móvel neste último caso, foi proposto um novo estimador baseado na inclusão de uma estratégia de suavização na formulação do CEKF, referenciado como CEKF & Smoother (CEKF&S). / This work presents approaches to building and tuning nonlinear state estimators aiming practical applications. The implementation of a nonlinear state estimator is supported by four basic steps: (a) tuning; (b) forecast; (c) state covariance matrix update; (d) states filtering and smoothing. The main contributions of this work for each one of these stages can be summarized as follows: (a) Tuning. An appropriate choice of the process-noise covariance matrix is crucial in applying state estimators with models subjected to parametric and structural uncertainties. Thus, a new process-noise covariance matrix tuning algorithm is presented in this work which incorporates two new methods for the parameter covariance matrix computation. The algorithm has improved significantly the state estimation accuracy when the presence of such uncertainties, with potential to be applied in on-line model update in industrial practice. (b) Forecast. One of the most important stages in applying state estimators is the used model formulation. In this way, it has been shown that the model formulation to be used in state estimator can impact on the system observability and noisecovariance matrices tuning. In this work it is also presented the main recommendations to formulate an appropriated model. (c) State covariance matrix update. The numerical robustness of the state covariance matrices used in unconstrained and constrained state estimators is illustrated by two chemical engineering examples tending to multiple solutions. It has been shown that the best technique to update the states consists in solving an optimization problem subjected to constraints, since it prevents from physically unfeasible states. It also preserves the noise gaussianity preventing from bad noise distribution. (d) States filtering and smoothing. Among the studied formulations, it was also noticed that the better relationship between performance and practical application is obtained with an extended Kalman filter formulation subjected to constraints (called Constrained Extended Kalman Filter - CEKF) because it requires small computational effort than MHE with comparable performance, except in case of poor guesses of the initial state. As an efficient solution for moving horizon estimation in the last case, it was proposed a new estimator based on the addition of a smoother strategy into the CEKF formulation, referred as CEKF & Smoother (CEKF&S).

No desenvolvimento de projetos de iluminação de ambientes, um dos objetivos que se destaca é a busca pelo conforto visual, que emprega metodologias de resolução conhecidas, como o Método dos Lumens e o Método Ponto a Ponto. A luz visível está contida no espectro da radiação térmica e, portanto, o fluxo luminoso pode ser relacionado ao fluxo de radiação térmica. Determinar as posições e as competências das fontes de luz necessárias na superfície de projeto ganha importância quando o comportamento, em termos de uniformidade ou de fluxo radiante, é especificado. O presente trabalho visa a estabelecer diferentes valores de fluxo em duas regiões distintas da superfície do projeto. Por meio do posicionamento das fontes de luz, é estabelecido um fluxo maior na região denominada principal e um fluxo menor na região denominada secundária. A modelagem matemática da radiação térmica (Método das Radiosidades) é aplicada ao projeto de iluminação, considerando-se as características da visão humana e o comportamento das fontes de luz. Na modelagem, é considerada uma cavidade retangular tridimensional com superfícies cinza e com condição de parede fria, na qual o poder emissivo das paredes é nulo. As fontes de luz são representadas por unidades de malha no teto. A relação de equações é resolvida por metodologia inversa, usando o algoritmo de Otimização Extrema Generalizada (GEO). Este algoritmo é classificado como um método de otimização estocástica de busca global para a resolução de sistemas considerados inicialmente mal condicionados. A posição e a potência das fontes luminosas são determinadas pela resolução do sistema de equações, de forma a proporcionar um fluxo de radiação duas vezes maior na região principal em relação à região secundária. A função objetivo do processo consiste em minimizar a diferença entre o fluxo desejado e os valores de fluxo de radiação incidente nas duas regiões da superfície de projeto. Em virtude das características de simetria do problema, a relação é estabelecida para apenas um quarto da cavidade. Assim, por exemplo, aplicar a metodologia com 9 fontes de luz a um quarto da região resulta em 36 fontes de luz em toda a cavidade. Os resultados mostram que é possível encontrar um arranjo de fontes de luz preestabelecendo-se duas condições de potência. / In the development of environmental illumination projects, one of the main goals to be achieved is the visual comfort, which is usually done by known methodologies, like the Lumens Method and the Point by Point Method. Since the visible light is contained in the spectrum of thermal radiation, the luminous flux can be related to the thermal radiation flux. The determination of the position and power of the light sources required by the design surface gains an higher importance whenever a behavior is specified, should it be in terms of uniformity or in therms of radiant flux. In this work, we describe a method that allows the establishment of different flux values in two distinct regions of the design surface, which are referred by the names main region and secondary region. Through the spatial arrangement of the light sources, the method sets a more intense flux in the main region and a less intense one in the secondary region. The mathematical model of thermal radiation, known as Radiosity Method, is applied to the illumination design, along with the characteristics of the human vision and the behavior of light sources. In this model, a rectangular three-dimensional cavity is considered. It has gray surfaces and exhibits the conditions of a cold wall, in which the emissivity power of the walls is null. The light sources are represented by a mesh unit in the ceiling. The system of equations is solved by inversemethodology, using the Generalized Extremal Optimization (GEO) algorithm. This algoritm is classified as being a stochastic optimization method of global search to solve systems that are initially considered ill-conditioned. By solving this system, the position and power of light sources can be determined, and this is done in such a way that the flux radiation in the main region is twice more intense then the one in the secondary region. The target function of the whole process is to minimize the difference between the desired flux and the incident flux radiation values for each one of the two design surface regions. We further explore the problem symmetry, solving the equation system for only a quarter of the cavity. This way, if the methodology is applied with nine light sources into a quarter of the region, the entire cavity will behave as if it has 36 light sources. Our results show that, given two prescribed conditions of power, it is possible to find an arrangement of light sources.