Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-23T17:36:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 259868.pdf: 6544108 bytes, checksum: 941e2f956d3762d523c1716611249510 (MD5) / O presente trabalho trata do problema da execução das funções de planejamento de processo e seqüenciamento da produção de forma integrada ou paralela, ao invés da abordagem tradicional e seqüencial. É esta nova forma de execução que se apresenta como o campo ideal para o emprego de planos de processos alternativos, buscando melhorias nas métricas do seqüenciamento, isto porque planos de processos pré-fixados contribuem, via de regra, para um desbalanceamento no carregamento de máquina, criando gargalos produtivos, além de gerar conflitos de seqüenciamento quando da alocação das máquinas. O contexto apresentado foi motivador para o desenvolvimento deste trabalho, através do qual busca-se responder questões relativas à (a) como os planos de processos alternativos, gerados durante o planejamento dinâmico, podem influenciar no seqüênciamento da produção, sob a ótica das diferentes flexibilidades a serem consideradas no planejamento do processo; (b) como representar estas flexibilidades de forma adequada em um modelo de simulação; (c) quais as métricas que devem ser adotadas para a medição da performance do seqüênciamento da produção; e (d) qual o tipo de layout a ser considerado como alvo deste tipo de correlação? São estas, entre outras, as questões que levam ao objetivo traçado para este trabalho de pesquisa, que é: Propor, implementar e validar um modelo de simulação baseado em uma sociedade multiagentes, que permita o estudo da correlação entre planos de processo alternativos, representados sob a forma de diferentes flexibilidades, e o seqüênciamento da produção em um ambiente de layout funcional. Para alcançar este objetivo foi definida uma sociedade baseada em agentes; criados protocolos de negociação e re-negociação que permitem aos agentes cooperar e coordenar suas ações; e finalmente foi desenvolvido e validado um protótipo de simulação para a integração entre planos de processos alternativos e o seqüenciamento da produção aderente às normas de padronização internacionais. Os objetivos descritos foram atingidos, com o modelo de simulação proposto permitindo a combinação entre quatro diferentes tipos de flexibilidades nos planos de processo: (a) de seqüência; (b) de operações; (c) de processo; e (d) de máquina. Além disto, o modelo ainda permite o uso de precedências entre as operações. Finalmente foi desenvolvimento uma extensão do modelo proposto, baseado em sistemas especialistas, que através da sugestão do roteamento inicial das peças, pode ser usado para minimizar a variabilidade do modelo.

Orientador: Alexandre Fontes da Fonseca / Banca: Fernando Sato / Banca: Francisco Carlos Lavarda / O programa de Pós Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi / Resumo: As propriedades especiais dos nanotubos de carbono (CNTs) inspiraram pesquisadores em diversas aplicações tecnológicas. Diversos produtos macroscópicos que são feitos ou contém nanotubos de carbono já existem como raquetes de tênis, tacos de beisebol, quadros de bicicletas, pás de turbinas eólicas e cascos de embarcações. A fim de de obter mais conhecimento sobre o comportamento desses produtos e materiais, seja para o desenvolvimento de novas aplicações ou melhorar as já existentes, é importante continuar investigação das propriedades físicas individuais dos nanotubos de carbono. Neste trabalho, utilizando ferramentas de simulação de dinâmica molecular, apresentamos os resultados para o coeficiente de expansão térmica de três nanotubos de carbono de duas camadas (DWCNTs "Double Walled (CNTs") (5,5)@(10,10), sem e com defeitos. Os defeitos considerados nesse estudo são de dois tipos: átomos de carbono intersticial e ligações do tipo sp entre as camadas. Validamos nossos métodos calculando o coeficiente de expansão térmica do nanotubo de carbono de uma camada (SWCNT "Single Walled CNT") (10,10) e comparando os resultados com os presentes na literatura. Nós mostramos que os defeitos reduzem, em módulo, o coeficiente de expansão térmica do (5,5)@(10,10) DWCNT. Discutimos esse resultado em comparação com o valor do coeficiente de expansão térmica do diamante / Abstract: The special properties of carbon nanotubes (NTs) have inspired researchers in many technological applications. Examples of macroscopic products that contain or are made of CNTs are tennis rackets, baseball bats, bicycle frames, ligthweiht wind turbine blades and boat hulls. In order to get more knowledge about the behavior of these products and materials, either to develop new applications or improve the actual ones, it is important to investigate the physical properties of individual CNTs in diverse situations. In this work, using tools of molecular dynamics simulations, we present three results for the coefficient of thermal expansion of the Double Walled CNTs (DWCNTs) (5.5)@(10,10) with and without defects. The types of defects considered here are carbon atoms at interstitial sites and sp connections between the walls of the (5,5)@(10,10) DWCNT. Our methods are, first, validate by the calculation of the coefficient of thermal expansion of the Single Walled CNT (SWCNT) (10,10) and the camparison of the result with that from the literature. We show that the coefficient of thermal expansion of the (5,5)@(10,10) DWCNT. This result is discussed in terms of the coefficient of thermal expansion of the diamond / Mestre

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T17:22:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 82654.pdf: 2666397 bytes, checksum: 6f6e054cd0889eb5fc494eaa824440a2 (MD5) Previous issue date: 1991 / Este trabalho trata do problema de planejamento de trajetórias de manipuladores servo controlados, com ênfase no uso dos polinômios cúbicos de hermite para a geração da trajetória. Esta é formada pela justaposição de vários trechos, onde cada trecho tem a sua formulação dada por um polinômio de Hermite. Com base neste princípio vários tipos de trajetórias foram formulados, como as de três trechos, a de quatro trechos, a genérica. Uma outra aplicação deste tipo de formulação é a definição de trajetórias adaptativas, com possibilidade de redefinição do objetivo da trajetória em tempo real. Estas formulações são usadas na simulação de um manipulador articulado, dentro de uma célula de trabalho.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T21:07:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 104166.pdf: 2341533 bytes, checksum: ebdb0b6c0e034b839883a4df181b449a (MD5) Previous issue date: 1996 / Algumas técnicas para evitar o problema do desacoplamento par-ímpar campo de pressão (também conhecido como campo de pressão do tipo tabuleiro de xadrez) na simulação numérica de escoamentos incompressíveis são discutidas e testadas. Essas técnicas são testadas em associação com algoritmos utilizados em Volumes Finitos para a simulação desse tipo de escoamento. Comparações do desempenho dos códigos implementados são mostradas. A eficácia das diversas técnicas é verificada na simulação de escoamentos bidimensionais laminares.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T22:43:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 107011.pdf: 23235072 bytes, checksum: 7965fc421c708a287dcd45689e410ac1 (MD5) Previous issue date: 1997

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-26T09:20:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 302119.pdf: 4004622 bytes, checksum: bf8996894da6398fe42c5c9624cf2149 (MD5) / Válvulas do tipo palheta são comumente utilizadas em compressores alternativos devido a sua simplicidade e baixo custo. A principal característica desse tipo de válvula é que seu movimento é governado pela diferença de pressão entre a câmara de compressão e as câmaras de sucção e descarga. Além da importância para as eficiências isentrópica e volumétrica do compressor, o projeto adequado dessas válvulas é também crucial para a confiabilidade do compressor, uma vez que válvulas estão sujeitas a tensões de flexão e impacto. Esta dissertação apresenta um procedimento de otimização da geometria de válvulas do tipo palheta que considera eficiência e confiabilidade. A fim de avaliar o desempenho de diferentes válvulas e seus níveis de tensão, um modelo de simulação de compressores é usado em conjunto com um modelo em elementos finitos para simular a dinâmica da válvula. Ambos os modelos são acoplados e um algoritmo genético é empregado para identificar diferentes geometrias de válvula que proporcionam o melhor compromisso entre desempenho e confiabilidade. Como exemplo, o procedimento é aplicado na otimização da válvula de sucção de um compressor alternativo utilizado para refrigeração doméstica. Como resultado do procedimento, diferentes geometrias ótimas são identificadas e os seus resultados de desempenho verificados experimentalmente. Além disso, uma das geometrias tem sua dinâmica prevista através de um modelo fluido-estrutura. Tanto os resultados experimentais quanto os obtidos através do modelo fluido-estrutura mostram resultados similares aos previstos pelo procedimento de otimização. O novo procedimento apresenta-se como uma importante ferramenta para a fase inicial de projeto de compressores, na qual se deseja obter um primeiro esboço das geometrias das válvulas em um curto período de tempo. / Reed type valves are commonly adopted in small reciprocating compressors due to their simplicity and low cost. In addition to the importance to the compressor volumetric and isentropic efficiencies, their suitable design is also crucial for reliability, since valves may be subjected to severe bending and impact stresses. The present work reports an optimization procedure for reed type valves considering efficiency and bending fatigue, which is attained by coupling a thermodynamic model for the compression cycle and a finite element model for the valve dynamics. Both models are coupled and a genetic algorithm is adopted to find different valve geometries that give the best compromise between efficiency and reliability. As an example, the method is applied to optimize the suction valve of a small reciprocating compressor. The optimal geometries found by the aforementioned procedure are prototyped and their performances verified through measurements in a compressor test bench. The dynamics and bending stress associated with one of the optimal geometries are predicted via a fluid-structure numerical simulation. Both the numerical and experimental results for the valve performance are found to be in good agreement with predictions obtained with the optimization procedure. The new procedure can be seen as an important tool in the initial phase of compressor design, when a first sketch of the valve geometry has to be found in a short period of time.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-26T10:26:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 302714.pdf: 4306894 bytes, checksum: ad690e1a06dcba1eb4a636327ce82b07 (MD5) / As eficiências volumétrica e isentrópica de compressores alternativos são reduzidas pelo superaquecimento do gás ao longo do sistema de sucção. Considerando que o escoamento nesses sistemas é pulsante, torna-se importante saber em que grau os transientes do escoamento afetam o superaquecimento. Assim, o presente estudo objetiva a caracterização da transferência de calor no escoamento pulsante de sistemas de sucção de compressores alternativos. Com este propósito, um sistema de sucção simplificado foi construído e instrumentado com transdutores de pressão piezelétricos e sondas de fio quente e de fio frio os quais são empregados para medições de transientes de pressão, velocidade e temperatura e pressão em pontos específicos do sistema de sucção, respectivamente, considerando três condições de operação do compressor. Para essas mesmas condições, o escoamento foi também simulado numericamente pelo método dos volumes finitos, com o emprego do modelo RNG - para previsão do transporte turbulento. A partir da investigação, pôde-se constatar um aumento significativo da temperatura do fluido junto à câmara de sucção do sistema no curto período de tempo em que a válvula encontra-se fechada. Além disto, verificou-se dos resultados numéricos que a taxa de transferência de calor no sistema de sucção para o escoamento transiente pode ser até 8% mais intensa do que aquela que ocorreria em regime estacionário. Por fim, observou-se que, para o sistema de sucção indireta testado, grande parte do superaquecimento ocorre no trajeto e mistura do gás entre o passador de sucção na carcaça e a entrada do sistema de sucção, sendo que o aumento médio da temperatura do gás no sistema de sucção propriamente dito é de apenas 9% do aumento total. / The volumetric and isentropic efficiencies of reciprocating compressors are reduced by the gas superheating through the suction system. Since a pulsating flow condition prevails in such systems, it is important to verify to what extent the transient flow regime affects the gas superheating. The present study is aimed at characterizing the heat transfer process in the suction systems of reciprocating compressors. For this purpose, a simplified geometry of suction system was adopted and instrumented with piezoelectric pressure transducers and hot wire and cold wire probes for measurements of pressure, velocity and temperature at specific points in the flow under three compressor operating conditions. In order to complement the analysis, the flow in the suction system was numerically solved via the finite volume method, with the RNG k-E model being employed to predict the turbulent transport. The analysis revealed a significant rise in the gas temperature near the suction chamber within the short period in which the suction valve is closed. Additionally, the numerical predictions have shown that heat transfer rate under the flow transient regime can be up to 8% greater than that which would occur in a steady flow regime. Finally, it has been found that superheating in the tested indirect suction system prevails inside the compressor shell due to mixing between hot and cold streams of gas that takes place between the compressor inlet and the suction system entrance, with the temperature increase in the suction system itself corresponding to only 9% of the total increase.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:17:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 323092.pdf: 1171082 bytes, checksum: 7e4ef5e3bbdba279d31cf885cadf1646 (MD5) Previous issue date: 2013 / Este trabalho apresenta métodos de otimização não-diferenciável aplicados à produção de petróleo. Na indústria do petróleo e gás, a produção de reservatórios, poços e sistemas relacionados pode ser predita com a utilização de simuladores numéricos. Este trabalho estuda técnicas de otimização que não fazem uso de derivadas da função objetivo, sendo adequadas para a utilização direta de ferramentas de simulação. São apresentadas a "busca direta direcional" e "região de confiança não-diferenciável". A primeira não faz qualquer uso de modelos, enquanto a segunda utiliza modelos que aproximam a função objetivo em uma região limitada. Ambas são estudadas em suas formas irrestritas e com restrições lineares nas variáveis. Foi feita uma análise computacional em que ambos os métodos foram utilizados para a alocação de gás de injeção a um campo de produção de petróleo, com as produções dos poços modeladas por funções suaves, que garantiam suas condições de convergência. Os dois métodos convergiram para os pontos ótimos, sendo que o de região de confiança apresentou maior eficiência. Uma segunda análise computacional, contemplando apenas o método de região de confiança foi realizada empregando um simulador fenomenológico de poços de petróleo. Ambos os algoritmos podem servir de base para a otimização também com restrições não-lineares. Para tanto, propomos a utilização do método de Lagrangiano aumentado, que substitui as restrições não-lineares por penalizações na função objetivo, transformando o problema não-linear em uma sequência de problemas com restrições lineares. É possível implementá-lo sem necessidade de informações sobre as derivadas. Apresentamos a teoria de como isto pode ser feito, porém sem uma análise numérica. <br> / Abstract : This work presented methods of nondifferentiable optimization applied to the production of petroleum. In the petroleum industry, the production of reservoirs, wells and related systems can be accurately predicted using numerical computer simulators. This work presented techniques of optimization that do not use the derivative of the objective function, hence better suited to use directly those simulation tools. The methods of directional direct-search and nondifferentiable trust-region are presented. The former does not make use of any model, whereas the latter samples the objective function to build models in a limited region. Both are studied in their unconstrained form and with linear constraints on the variables. A computational analysis has been carried out, in which both methods where employed in order to optimize the lift-gas allocation in a field of petroleum wells, modeled by smooth functions, so that their convergence conditions were satisfied. Both methods converged to the optimum, being the trust-region the more effective. A second analysis has been conduced, using only the trust-region method and a phenomenological simulator of petroleum wells. Both algorithms can be used also in optimization with nonlinear constraints. To that end, we propose the method of augmented Lagrangian, in which the nonlinear constraints are substituted by penalizations on the objective function, rendering the solution of nonlinear problem a sequence of subproblems with linear constraints. This method can also be used without knowledge of derivatives. Part of the underlying theory is presented.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2015 / Made available in DSpace on 2016-10-19T12:41:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 339519.pdf: 13007536 bytes, checksum: 9af518804aa14219849a294f23558e33 (MD5) Previous issue date: 2015 / Este trabalho apresenta um estudo e metodologia para analisar o desempenho de precipitadores eletrostáticos (PES). No intuito de otimizar o tempo computacional para aplicações em escala real, adotou-se a formulação fluidodinâmica multifásica contínua (MCFD) para obtenção das principais grandezas mecânicas do processo de limpeza de gases em PES. Outra parte do método calcula as grandezas elétricas, campo e potencial elétrico, a densidade de carga e de corrente e baseia-se no Método de Simulação de Cargas (MSC). Estes dois métodos são acoplados para avaliar o desempenho em alguns estudos de casos em PES de pequena e grande escala. Apresentam-se também, alguns procedimentos adotados para medir as principais propriedades que afetam a eficiência nos PES, como é o caso do diâmetro das partículas, a resistividade e a constante dielétrica de cinzas leves. Medições destas propriedades são realizadas e incluídas num dos estudos de caso dos PES simulados para uma usina termelétrica brasileira. Os resultados das simulações são comparados com os obtidos a partir de dados reais e de referências bibliográficas. As simulações apresentam resultados muito próximos aos obtidos a partir das referências citadas e também aos da planta real.<br> / Abstract: This work presents a methodology to study and analyze the performance of electrostatic precipitators (PES). In order to optimize the computational time for applications in real scale, it was adopted the continuous multiphase fluid dynamics formulation (MCFD) to obtain the mechanical quantities of interest in the gas cleaning process in PES. Another part of the method calculates the electrical quantities, field and electric potential, charge density and current and it is based on the Charge Simulation Method (MSC). These two methods are coupled to evaluate the performance of some case studies for ESPs in small and large scale. Some procedures are adopted to measure the most important properties affecting the efficiency of the PES, as the particle diameter, the resistivity and the dielectric constant of fly ash are also presented. These measurements are included in a model of coal-red power plant. The simulation results of these case studies are compared with those obtained from real data and different references. The simulations show results similar to those obtained in the cited references and also to the coal-fired power plant.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-10-19T12:48:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338915.pdf: 16725856 bytes, checksum: 055e5cfc8eb46f2bcff67dde1648ace8 (MD5) Previous issue date: 2015 / Um dos grandes desafios presentes na simulação numérica de reservatórios de petróleo diz respeito à resolução dos sistemas lineares obtidos pela discretização de equações elípticas. Essa tarefa torna-se ainda mais complexa quando campos de permeabilidade altamente heterogêneos são considerados. Diversas estratégias de solução diretas e iterativas foram desenvolvidas ao longo dos últimos anos e empregadas nesse contexto, restringindo-se às últimas, nota-se que os métodos iterativos construídos a partir de pré-condicionadores do tipo multigrid são os mais utilizados devido a sua robustez e eficiência. Nesse trabalho avaliam-se as propriedades matemáticas e o desempenho computacional de uma subclasse de pré-condicionadores desse último tipo conhecida como ?multiescala?. As alternativas estudadas são implementadas computacionalmente e empregadas em conjunto com diversos métodos iterativos para a resolução precisa e também aproximada de problemas elípticos desafiadores. Dentre os problemas testados, verifica-se que a melhor estratégia de configuração para o pré-condicionador multiescala é constituída por um operador de restrição do tipo galerkin, suavizador baseado em fatoração incompleta e razões de engrossamento ao redor de 10 ao longo de cada direção do reservatório. Diversas outras estratégias de solução direta e iterativa disponíveis no pacote científico PETSc são testadas para a resolução dos problemas em questão, da onde conclui-se que o pré-condicionador BoomerAMG associado ao método do gradiente conjugado e também o método direto Cholesky-UMFPACK são as mais eficientes em ambos quesitos matemático e computacional, inclusive em relação ao método multiescala de referência quando se deseja encontrar soluções com elevadas precisões. <br> / Abstract : One of the major challenges faced by reservoir simulation is about the solution of the linear systems obtained by the discretization of elliptic equations. This task turns out to be even more complex when highly heterogeneous permeability fields are present. Different strategies of direct and iterative methods have been developed in the last years and employed in this context. Considering the last ones, it s possible to note that iterative methods built by multigrid preconditioners are the most employed because of their robustness and efficiency. In this work, the mathematical properties and the computational performance of multigrid-like preconditioners called multiscale preconditioners are evaluated. The studied alternatives are implemented computationally and employed in conjunction of iterative methods for the precise and approximate solution of challenging elliptic problems. Given the tested problems, it was possible to verify that the best configuration properties for a multiscale preconditioner are composed by a galerkin restriction operator, smoothers based on incomplete factorization and coarsening ratios around of ten for each direction of the grid. Several others solutions strategies available in the scientific package PETSc were evaluated using the same set of problems as before and it was possible to conclude that the BoomerAMG preconditioner associated with the conjugate gradient method as well as the direct method Cholesky-UMFPACK are the most efficient ones in both mathematical and computational evaluation points and are even better than the multiscale preconditioner when the intention is to get a precise solution.