O presente trabalho tem como objetivo maximizar a potência hidropneumática convertida num dispositivo do tipo Coluna d'Água Oscilante (CAO). Para fazê-lo, o método Constructal Design é aplicado para aprimorar a geometria e a profundidade de submersão do dispositivo. No desenvolvimento do método Constructal são propostos e analisados três graus de liberdade: H1/L (razão entre a altura e comprimento da câmara do dispositivo CAO), H2/l (razão entre a altura da câmara e o comprimento da chaminé) e H3 (profundidade de submersão do dispositivo CAO). As restrições do problema (parâmetros constantes) são a área da câmara A1 e a área total do dispositivo CAO A2. O domínio computacional consiste de um dispositivo CAO inserido num tanque que é submetido a ondas na escala real. A malha é desenvolvida no software Ansys Icem®. O código de Dinâmica dos Fluidos Computacional Ansys Fluent® é empregado para encontrar a solução numérica a qual é baseada no método dos Volumes Finitos. O modelo multifásico Volume of Fluid (VOF) é usado na interação das fases água-ar. Os resultados indicam que a potência hidropneumática máxima obtida é de 190 W para razões de H1/L, H2/l e H3 iguais a 0,135, 6,0 e 9,5 m respectivamente. Por outro lado, o menor valor obtido da potência hidropneumática é de quase 11 W, o que mostra a utilidade do método Constructal, para fornecer uma relação entre o clima de ondas de um lugar determinado e as dimensões ótimas do dispositivo CAO. / The present work aims to maximize the hydropneumatic power converted in an Oscillating Water Column (OWC) device. To do this, Constructal Design is applied to optimize its geometry and submergence. For the development of Constructal method, it has been proposed and analyzed three degrees of freedom: H1/ L (ratio between the height and length of OWC chamber), H2/l (ratio between height and length of chimney), and H3 (submergence). The problem constraints (fixed parameters) are total area of the OWC chamber A1 and total area of OWC device A2. The computational domain consists of an OWC inserted in a tank where waves in a real scale are generated. The mesh is developed in ANSYS ICEM®. The Computational Fluid Dynamics code FLUENT® is used to find the numerical solution which is based on Finite Volume Method (FVM). The multiphasic Volume of Fluid (VOF) model is applied to tackle with the water-air interaction. The results show that the maximum hydropneumatic power obtained was 190 W for H1/L, H2/l e H3 ratios equal to 0.135, 6.0 and 9.5 m respectively. In contrast, the smaller value obtained for the hydropneumatic power is almost 11 W. So, it shows the utility of Constructal Method which provides a relationship between the wave climate of a particular place and the optimal dimensions for the OWC device.

A conversão da energia das ondas dos oceanos em energia elétrica é uma alternativa para o problema da falta de combustíveis fósseis. Uma das possibilidades de aproveitamento é através de dispositivos cujo princípio de funcionamento é o de Coluna de Água Oscilante (CAO). No presente trabalho o objetivo é, através da modelagem computacional e do emprego do Design Construtal, maximizar a potência hidropneumática de um dispositivo conversor de energia das ondas do mar do tipo CAO. São analisados diferentes eixos da restrição física, no formato elíptico, que representa a turbina, e duas formas geométricas na região de transição entre a câmara hidropneumática e a chaminé do dispositivo CAO: trapezoidal e semicircular. Considerando um domínio bidimensional, as restrições para estes problemas são: Área da restrição elíptica (AR), Área total do dispositivo (AT) e razão entre a área da restrição elíptica e a área total (ϕn). Os graus de liberdade analisados são: a razão entre os comprimentos dos eixos da restrição elíptica (d1/d2) para o caso da restrição física da turbina, o ângulo de inclinação da parede (α) para o caso com região de transição trapezoidal, o raio (r) e H2/l (razão entre altura e comprimento da chaminé de saída da câmara CAO) para o caso com região de transição semicircular. Para a solução numérica é empregado um código de dinâmica dos fluidos computacional, FLUENT®, baseado no Método de Volumes Finitos (MVF). O modelo multifásico Volume of Fluid (VOF) é aplicado no tratamento da interação água-ar. O domínio computacional é representado por um tanque de ondas com um dispositivo CAO acoplado. Os resultados obtidos indicam que, para o estudo da região de transição trapezoidal o desempenho do conversor tem aproximadamente o mesmo desempenho para todas as geometrias estudadas. A região de transição semicircular, apresenta resultados para os quais foi possível otimizar a potência hidropneumática. O estudo da turbina indica que foi possível determinar uma geometria capaz de converter a energia da onda incidente ao dispositivo, sem que ocorresse a obstrução do escoamento de ar na chaminé do dispositivo CAO. Assim, mostra-se a relação entre o método Design Construtal e o clima de ondas na definição das dimensões que maximizam a potência hidropneumática. / The conversion of ocean’s wave energy into electrical energy is an alternative for the scarcity of fossil fuels. One of the possibilities of energy use is through devices, whose operating principle is the Oscillating Water Column (OWC). In this work the aim is, through computer modeling and the Constructal Design, to maximize hydropneumatic power of a power converter device type OWC. Different axes of physical constraint with elliptical shape, representing the effect of the turbine , are analyzed. Two geometric shapes in the transition region between the hydropneumatic chamber and the chimney OWC device, trapezoidal and semicircular, are also analyzed. Considering a two-dimensional domain the restrictions for this problem are: Elliptical restriction area (AR), Total area device (AT) and the ratio between the area of the elliptical restraint and the total area (ϕn). The considered degrees of freedom are: the ratio between the lengths of the axes (d1/d2) of the elliptical restraint, for the turbine’s physical constraint case, the inclination angle (α) of the wall for the trapezoidal transition case, and the radius (r) and H2/l (ratio between height and length of output chimney CAO) for the semicircular transition region case. For the numerical solution, a commercial code of computational fluid dynamics, FLUENT®, which is based on the Finite Volume Method (FVM), is employed. The multiphase model Volume of Fluid (VOF) is applied in the treatment of water-air interaction. The computational domain is represented by a wave tank with a fixed OWC device. The obtained results indicate that, for the study of the trapezoidal transition region, the performance of converter don’t seems to be compensatory only by changing the geometry of the trapezoidal area. However, for the semicircular transition region, it was possible to optimize a hydropneumatic power. The study of turbine effect indicates a geometry capable of converting the energy of the incident wave to the device, without obstructing the air flow in the chimney of de OWC, showing the relationship between the Constructal Design method and the wave climate in the definition of the dimensions that maximize the hydropneumatic power.

Este trabalho fundamenta-se no desenvolvimento e aprimoramento de metodologias para a melhor representação do aterramento elétrico sob uma análise transiente. O estudo concentrase no estabelecimento de contribuições ao estado da arte associadas à análise e modelagem de aterramento impulsivo e em altas frequências. O estudo vincula-se também à avaliação da suportabilidade de seres humanos submetidos a potenciais produzidos na superfície do solo, provenientes da corrente elétrica gerada por um surto atmosférico. A concepção das metodologias propostas baseou-se no uso do Método da Modelagem por Linhas de Transmissão em uma dimensão (TLM-1D). Destacam-se três grandes tópicos da pesquisa. O primeiro concentra-se no desenvolvimento de formulação para a inclusão do fenômeno de ionização do solo ao Método TLM-1D clássico. A formulação desenvolvida tem como característica ser uma técnica generalista, independente das propriedades do meio, dimensões do eletrodo e do surto atmosférico. O segundo foco concentra-se no aprimoramento e desenvolvimento de equacionamento analítico para a estimação de potenciais gerados na superfície do solo, originados pela corrente elétrica estabelecida sobre eletrodo de aterramento. Tal equacionamento tem grande aplicabilidade em conjunto com metodologias numéricas unidimensionais, as quais não são capazes de determinar diretamente os referidos potenciais. Por fim, a realização de estudo de suportabilidade e segurança de seres humanos em contato com eletrodos de aterramento submetidos a surto atmosférico, considerando modelo representativo baseado em circuitos elétricos, consolida o trabalho desenvolvido. / This work is based on the development and improvement of methodologies for the best representation of the electrical grounding under a transient analysis. The study concentrated on establishing contributions to the state of the art related to the analysis and modeling of impulsive and high frequencies grounding systems. The study is also associated to the evaluation of the supportability of human beings submitted to the potentials produced on the soil surface from the electric current generated by a lightning. The conception of the proposed methodology was based on the Transmission Line Modeling Method in one dimension (TLM- 1D). Three major research topics can be highlighted. The first involves the development of a formulation to include the soil ionization phenomenon in the classic TLM-1D algorithm. The developed formulation is a generalist technique, independent of the medium properties, characteristic of the electrode and lightning surge. The second aims at the improvement and development of analytical equations for estimating the generated potential on the soil surface, originated by the electric current calculated in the grounding electrode. Such equationing has great applicability in conjunction with one-dimensional numerical methods which are not able to determine such potential directly. Finally, the achievement of a supportability study and personal safety of humans in contact with the grounding electrodes subjected to a lightning, considering a representative model based on electrical circuits, consolidates the developed work.

A contínua miniaturização das tecnologias CMOS oferece maior capacidade de integração e, consequentemente, as variações de temperatura dentro de uma pastilha de silício têm se apresentado cada vez mais agressivas. Ademais, dependendo da aplicação, a temperatura ambiente a qual o CHIP está inserido pode variar. Dessa maneira, procedimentos para diminuir o impacto dessas variações no desempenho do circuito são imprescindíveis. Tais métodos devem ser incluídos em ambos fluxos de projeto CMOS, analógico e digital, de maneira que o desempenho do sistema se mantenha estável quando a temperatura oscilar. A ideia principal desta dissertação é propor uma metodologia de projeto CMOS analógico que possibilite circuitos com baixa dependência térmica. Como base fundamental desta metodologia, o efeito de coeficiente térmico nulo no ponto de polarização da corrente de dreno (ZTC) e da transcondutância (GZTC) do MOSFET são analisados e modelados. Tal modelamento é responsável por entregar ao projetista analógico um conjunto de equações que esclarecem como a temperatura influencia o comportamento do transistor e, portanto, o comportamento do circuito. Essas condições especiais de polarização são analisadas usando um modelo de MOSFET que é contínuo da inversão fraca para forte. Além disso, é mostrado que as duas condições ocorrem em inversão moderada para forte em qualquer processo CMOS. Algumas aplicações são projetadas usando a metodologia proposta: duas referências de corrente baseadas em ZTC, duas referências de tensão baseadas em ZTC, e quatro circuitos gm-C polarizados em GZTC. A primeira referência de corrente é uma Corrente de Referência CMOS Auto-Polarizada (ZSBCR), que gera uma referência de 5uA. Projetada em CMOS 180 nm, a referência opera com uma tensão de alimentação de 1.4 à 1.8 V, ocupando uma área em torno de 0:010mm2. Segundo as simulações, o circuito apresenta um coeficiente de temperatura efetivo (TCeff ) de 15 ppm/oC para -45 à +85 oC e uma sensibilidade à variação de processo de = = 4:5% incluindo efeitos de variabilidade dos tipos processo e descasamento local. A sensibilidade de linha encontrada nas simulações é de 1%=V . A segunda referência de corrente proposta é uma Corrente de Referência Sem Resistor Auto-Polarizada com Capacitor Chaveado (ZSCCR). O circuito é projetado também em 180 nm, resultando em uma corrente de referência de 5.88 A, para uma tensão de alimentação de 1.8 V, e ocupando uma área de 0:010mm2. Resultados de simulações mostram um TCeff de 60 ppm/oC para um intervalo de temperatura de -45 à +85 oC e um consumo de potência de 63 W. A primeira referência de tensão proposta é uma Referência de Tensão resistente à pertubações eletromagnéticas contendo apenas MOSFETs (EMIVR), a qual gera um valor de referência de 395 mV. O circuito é projetado no processo CMOS 130 nm, ocupando em torno de 0.0075 mm2 de área de silício, e consumindo apenas 10.3 W. Simulações pós-leiaute apresentam um TCeff de 146 ppm/oC, para um intervalo de temperatura de 55 à +125oC. Uma fonte EMI de 4 dBm (1 Vpp de amplitude) aplicada na alimentação do circuito, de acordo com o padrão Direct Power Injection (DPI), resulta em um máximo de desvio DC e ondulação Pico-à-Pico de -1.7 % e 35.8m Vpp, respectivamente. A segunda referência de tensão é uma Tensão de Referência baseada em diodo Schottky com 0.5V de alimentação (SBVR). Ela gera três saídas, cada uma utilizando MOSFETs com diferentes tensões de limiar (standard-VT , low-VT , e zero-VT ). Todos disponíveis no processo adotado CMOS 130 nm. Este projeto resulta em três diferentes voltages de referências: 312, 237, e 51 mV, apresentando um TCeff de 214, 372, e 953 ppm/oC no intervalo de temperatura de -55 à 125oC, respectivamente. O circuito ocupa em torno de 0.014 mm2, consumindo um total de 5.9 W. Por último, circuitos gm-C são projetados usando o conceito GZTC: um emulador de resistor, um inversor de impedância, um filtro de primeira ordem e um filtro de segunda ordem. Os circuitos também são simulados no processo CMOS 130 nm, resultando em uma melhora na estabilidade térmica dos seus principais parâmetros, indo de 27 à 53 ppm/°C. / Continuing scaling of Complementary Metal-Oxide-Semiconductor (CMOS) technologies brings more integration and consequently temperature variation has become more aggressive into a single die. Besides, depending on the application, room ambient temperature may also vary. Therefore, procedures to decrease thermal dependencies of eletronic circuit performances become an important issue to include in both digital and analog Integrated Circuits (IC) design flow. The main purpose of this thesis is to present a design methodology for a typical CMOS Analog design flow to make circuits as insensitivity as possible to temperature variation. MOSFET Zero Temperature Coefficient (ZTC) and Transconductance Zero Temperature Coefficient (GZTC) bias points are modeled to support it. These are used as reference to deliver a set of equations that explains to analog designers how temperature will change transistor operation and hence the analog circuit behavior. The special bias conditions are analyzed using a MOSFET model that is continuous from weak to strong inversion, and both are proven to occur always from moderate to strong inversion operation in any CMOS fabrication process. Some circuits are designed using proposed methodology: two new ZTC-based current references, two new ZTC-based voltage references and four classical Gm-C circuits biased at GZTC bias point (or defined here as GZTC-C filters). The first current reference is a Self-biased CMOS Current Reference (ZSBCR), which generates a current reference of 5 A. It is designed in an 180 nm process, operating with a supply voltage from 1.4V to 1.8 V and occupying around 0:010mm2 of silicon area. From circuit simulations the reference shows an effective temperature coefficient (TCeff ) of 15 ppm/oC from 45 to +85oC, and a fabrication process sensitivity of = = 4:5%, including average process and local mismatch. Simulated power supply sensitivity is estimated around 1%/V. The second proposed current reference is a Resistorless Self-Biased ZTC Switched Capacitor Current Reference (ZSCCR). It is also designed in an 180 nm process, resulting a reference current of 5.88 A under a supply voltage of 1.8 V, and occupying a silicon area around 0:010mm2. Results from circuit simulation show an TCeff of 60 ppm/oC from -45 to +85 oC and a power consumption of 63 W. The first proposed voltage reference is an EMI Resisting MOSFET-Only Voltage Reference (EMIVR), which generates a voltage reference of 395 mV. The circuit is designed in a 130 nm process, occupying around 0.0075 mm2 of silicon area while consuming just 10.3 W. Post-layout simulations present a TCeff of 146 ppm/oC, for a temperature range from 55 to +125oC. An EMI source of 4 dBm (1 Vpp amplitude) injected into the power supply of circuit, according to Direct Power Injection (DPI) specification results in a maximum DC Shift and Peak-to-Peak ripple of -1.7 % and 35.8m Vpp, respectively. The second proposed voltage reference is a 0.5V Schottky-based Voltage Reference (SBVR). It provides three voltage reference outputs, each one utilizing different threshold voltage MOSFETs (standard-VT , low-VT , and zero-VT ), all available in adopted 130 nm CMOS process. This design results in three different and very low reference voltages: 312, 237, and 51 mV, presenting a TCeff of 214, 372, and 953 ppm/oC in a temperature range from -55 to 125oC, respectively. It occupies around 0.014 mm2 of silicon area for a total power consumption of 5.9 W. Lastly, a few example Gm-C circuits are designed using GZTC technique: a single-ended resistor emulator, an impedance inverter, a first order and a second order filter. These circuits are simulated in a 130 nm CMOS commercial process, resulting improved thermal stability in the main performance parameters, in the range from 27 to 53 ppm/°C.

Neste estudo investigam-se as possibilidades de Cenários Educacionais Informatizados como alternativas estratégicas de uso de produtos da tecnologia informática para o desenvolvimento de processos cognitivos. São propostos indicadores de aprendizagem na forma de Pegadas Cognitivas. Tais Pegadas são o resultado gráfico de uma distribuição espacial de pontos correspondentes aos indicadores de aprendizagem e suas dimensões nos cenários pesquisados. Em cada caso, a “pegada” resulta da ligação entre tais pontos, formando um diagrama onde a disposição dos indicadores, comparando-se as situações ideal e real, permitiu avaliar o desvio em que se encontra a situação real, comparativamente à situação ideal. Sua construção permitiu simbolizar a provisoriedade de cada situação de aprendizagem e inspirar ações para as correções que se fizerem necessárias. Utilizaram-se: software de modelagem computacional – Modellus; espaços virtuais de comunicação – chat, e-mail, listas de discussão, whiteboard, forms, entre outros; Mapas Conceituais/Mentais; imagens e representações; ações ligadas às atividades endógenas permanentes dos aprendizes em função de seu imaginário e dos espaços virtuais e recursos da telemática em atividades de aprendizagem, na área de físico-química, visando ao estudo de como ocorrem as reações químicas. A partir dos resultados obtidos realizou-se o confronto entre as possibilidades reais do ambiente com o imaginado, sobre o tema, por alunos do ensino médio que integram o grupo denominado Grupo Imagem. O caminho que representa a linha mestra deste referencial teórico encontra-se nas Ciências Cognitivas no que se refere às questões relativas às formas de representação, às estratégias cognitivas utilizadas pelo sistema humano de processamento de informação e às aplicações de modelagem computacional em situações de aprendizagem. Considerou-se uma abordagem que leva em conta arquiteturas cognitivas e influências do meio ambiente sobre a capacidade humana de aprender. Aprender no sentido de assimilar novas informações, armazená-las e, ao acessá-las, desenvolver estratégias cognitivas que promovam a evolução das estruturas do conhecimento, numa dinâmica caracterizada pela inovação, pela capacidade humana de estar constantemente em mudança, através de ações situadas, contextualizadas, na Sociedade da Informação, geradora da Sociedade do Conhecimento. Tal sociedade impõe desafios a ser enfrentados com estratégias que permitam a todos, independente de sua situação na escala social, a acessibilidade e a mobilidade informacional e de tecnologias cada vez mais especializadas em todas as áreas, sejam acadêmicas, econômicas ou de bem-estar pessoal que produzam não apenas a mundialização de recursos materiais e físicos, mas que incluam as diferenças de pensamentos e ações que permitem aos seres humanos serem individuais e únicos em sua essência. A Aprendizagem à Distância – AAD – utilizada neste fazer investigatório evidenciou competência para solucionar as dificuldades relativas à flexibilidade dos programas disponíveis para compor cenários educacionais que privilegiem a aprendizagem significativa, em escolas de ensino médio, por exigirem novos posicionamentos e novas habilidades de educandos e de educadores. Entre as habilidades de aprendizagem individual e coletiva que os aprendizes devem possuir ou desenvolver para cooperar com o grupo em AAD, destacam-se: autonomia, responsabilidade, liderança, capacidade para negociação e decisão, capacidade de inferência, dedução, possibilidade de realização de análise e síntese, regras de conduta que permitam a convivência e as trocas de conhecimentos.

[pt] Arquitetos de software utilizam cada vez mais mecanismos de auto- organização para projetar sistemas distribuídos em um ambiente dinâmico, com ruído e imprevisível. Neste cenário, além de não existir uma entidade centralizadora que possua o conhecimento completo do estado do ambi- ente como um todo, mecanismos de auto-organização são principalmente inspirados pela natureza e permitem o comportamento com controle de- scentralizado. Existem duas linhas de pesquisa que direcionam esta tese: a primeira, como é o caso de qualquer paradigma de engenharia de soft- ware, o sucesso e abrangência de uso de sistemas auto-organizáveis requerem notações que exploram o uso de abstrações relacionadas a auto-organização e promovam a rastreabilidade a partir de modelos de projeto à código, e re- querem métodos de engenharia para prover know-how e guiar um engenheiro durante o projeto da aplicação. A segunda linha de pesquisa foca no incen- tivo do reuso de software em sistemas auto-organizáveis. Os objetivos desta tese são: prover um método de engenharia baseado em simulação para apoiar o projeto, desenvolvimento, simulação, validação e refinamento de sistemas multi-agentes auto-organizáveis; e prover uma arquitetura baseada em sim- ulação. Um projeto arquitetural ajuda no desenvolvimento de uma estrutura de programa modular e na representação dos relacionamentos de controle entre módulos e encoraja o engenheiro de software a se concentrar no pro- jeto arquitetural antes de se preocupar com otimizações e código. Esta tese apresenta: um ciclo de vida de desenvolvimento iterativo baseado no Pro- cesso Unificado, SSOA - uma arquitetura de auto-organização baseada em simulação, e o framework que implementa a arquitetura. O método de pro- jeto e a arquitetura foram avaliados através de três domínios de aplicação diferentes: veículos guiados automatizados, contratos que governam sistemas multi-agentes emergentes, e modelagem computacional do comportamento de células-tronco. / [en] Software architects are increasingly relying on self-organizing mechanisms to design distributed systems within a dynamic, noisy and unpredictable envi- ronment. At any point in time, no centralized entity has complete knowledge of the state of the environment as a whole and self-organizing mechanisms are mainly naturally-inspired which enables the decentralized control. There are two tracks that drive the research in this thesis: first, as it is the case with any new software engineering paradigm, the successful and widespread deployment of self-organizing systems require notations that explore the use of self-organizing related abstractions and promote the traceability from the design models to code, and engineering methods that provides know-how and guides an engineer during an application design. The second research track is to promote software reuse of self-organizing systems. This thesis’s goals are: to provide a simulation-based engineering method to support the design, development, simulation, validation and refinement of self-organizing multi-agent systems; and to provide a simulation-based architecture. An ar- chitectural design helps on the development of a modular program structure and on the representation of the control relationships between modules and encourages the software engineer to concentrate on architectural design be- fore worrying about optimizations or code. We present: an iterative develop- ment life-cycle based on a customization of the Unified Process, the SSOA – Simulation-based Self-Organizing Architecture –, and the framework that implements the architecture. We have evaluated the design method and ar- chitecture using three different application domains: the automated guided vehicles, the contracts that govern emergent multi-agent systems, and the stem cell behavior computational modeling.

O conhecimento de zonas potencialmente instáveis no fundo do mar é de fundamental importância para o desenvolvimento das estruturas marinhas, pois permite posicionar estruturas offshore em áreas mais seguras, reduzindo-se possíveis danos, custos e eventual poluição ambiental. Nesse contexto, o objetivo do presente trabalho é investigar, através de uma abordagem analítico-numérica, a estabilidade de maciços submarinos submetidos ao carregamento cíclico da onda. O efeito das ondas de água sobre o leito submerso é descrito pela propagação de uma onda de pressão ao longo de sua superfície, empregando-se a teoria linear de Stokes. São considerados maciços com superfície superior horizontal e inclinada, constituídos por material coesivo (argilas) e material granular (areias). Em maciços constituídos por solos finos, a capacidade resistente do material é modelada pelo critério de Tresca não-homogêneo e a análise da estabilidade é desenvolvida em condição não drenada. Por outro lado, em leitos granulares, a resistência do meio depende explicitamente do valor da poropressão, sendo descrita classicamente pelo critério de Coulomb sem coesão. A análise de estabilidade é então desenvolvida em tensões efetivas e o gradiente de poropressão atua como uma força volumétrica sobre o esqueleto, caracterizando o modo de carregamento principal deste material. Em razão da tendência a se densificar quando submetido a um estado de tensões desviadoras cíclicas, ocorre, em geral, a acumulação de excesso de poropressão no maciço granular. Consequentemente, o acoplamento entre o comportamento do material e o carregamento cíclico tem fundamental importância sobre o cálculo do excesso de poropressão desenvolvido. Para determinação das forças de percolação, considera-se uma abordagem simplificada baseada na partição das deformações em contribuições reversível e irreversível, que permite desacoplar o cálculo da pressão intersticial induzida pela onda. Aplicando-se conceitos da teoria da Análise Limite é possível formular limites inferiores e superiores da máxima amplitude segura do carregamento da onda. Finalmente, os efeitos da declividade da superfície do leito e da espessura de camada de solo sobre a estabilidade são analisados. / The knowledge of potentially unstable areas on the seabed is of fundamental importance to the development of marine structures, because it allows to install offshore structures in safer areas, reducing possible damages, costs and eventual environmental pollution. In this context, the objective of the present work is to investigate the stability of submarine soil masses subjected to the wave cyclic loading through analytical-numerical approaches. The effect of water waves on the submerged bed is described by the propagation of a pressure wave along its surface, using the Stokes’s linear theory. Soil masses with horizontal and sloped upper surface, composed of cohesive material (clays) and granular materiais (sands) are considered in this study. In soil masses constituted of fine soil, the material strength capacity is modeled by the non-homogeneous Tresca criterion and the stability analysis is carried out in undrained condition. On the other hand, in granular beds, the strength explicitly depends on the pore pressure value, being classically described by the Coulomb criterion without cohesion. Then, the stability analysis is developed in effective stress and the pore pressure gradient acts as a volumetric force on the skeleton, characterizing the main charging mode of this material. Due to the tendency to densify when subjected to a cyclic deviatoric stress state occurs, in general, the build-up of pore pressure excess in the granular mass. Consequently, the coupling between the material behavior and the cyclic loading has fundamental importance in the calculation of the pore pressure excess generated. In order to define the seepage forces, a simplified approach based on the partition of deformations in reversible and irreversible contributions is considered, which allows to decouple the wave-induced pore pressure calculation. Applying the concepts of the limit analysis theory it is possible to formulate upper and lower boundaries of the maximum safe amplitude of the wave loading. Finally, the effects of the seabed surface steepness and of the soil layer thickness on the stability are analyzed.

Este trabalho mostra a comparação dos efeitos das falhas provocadas pelos Single-Event Effects em dispositivos 28nm FDSOI, 28nm FDSOI High-K e 32nm Bulk CMOS e células de memória 6T SRAM feitas com estes dispositivos. Para conseguir isso, foram usadas ferramentas TCAD para simular falhas transientes devido a impacto de íons pesados a nível dispositivo e nível circuito. As simulações neste ambiente tem como vantagem a simulação dos fatos e mecanismos que produz as falhas transientes e seus efeitos nos dispositivos, além de também servir para projetar virtualmente estes dispositivos e caraterizar eles para estas simulações. Neste caso, foram projetados três dispositivos para simulação: um transistor NMOS de 32nm Bulk, um transistor NMOS de 28nm FDSOI e um transistor NMOS de 28nm FDSOI High-K para fazer comparações entre eles. Estes dispositivos foram projetados, caraterizados e testados contra o impacto de íons pesados a níveis dispositivo e circuito. Como resultado obtido, transistor Bulk de 32nm teve, no pior caso, uma carga coletada de 7.57 e 7.19 vezes maior que a carga coletada pelo dispositivo FDSOI de 28nm e FDSOI High-K de 28nm respectivamente atingido pelo mesmo íon pesado de 100MeV-cm2/mg. Com estes dados foi possível modelar o comportamento da carga coletada de ambos dispositivos usando este íon pesado, atingindo os terminais de Fonte e Dreno em distintos lugares e ângulos. Usando a mesma ferramenta e os dados obtidos de carga coletada pelos testes anteriores, foram projetadas células de memória SRAM de 6 transistores. Isso foi para testar elas contra os efeitos do impacto de íons pesados nos transistores NMOS de armazenagem da dados. Neste caso, a Transferência Linear de Energia (LET) do íon necessária para fazer que o dado armazenado na SRAM Bulk mude é 12.8 vezes maior que no caso da SRAM FDSOI e 10 maior no caso da SRAM FDSOI High-K, embora a quantidade de carga coletada necessária para que o dado mude em ambas células seja quase a mesma. Com estes dados foi possível modelar os efeitos dos íons pesados em ambos circuitos, descobrir a Carga Crítica destes e qual é o mínimo LET necessário para que o dado armazenado nestas SRAMs mude. / This work shows a comparison of faults due to Single-Event Effects in 28nm Fully Depleted SOI (FDSOI), 28nm FDSOI High-K and 32nm Bulk CMOS devices, and in 6T SRAM memory cells made with these devices. To provide this, was used TCAD tools to simulate transient faults due to heavy ion impacts on device and circuit levels. The simulations in that environment have the advantage to simulate the facts and mechanisms which produce the transient faults and this effects on the electronic devices, it also allow to simulate the virtual device fabrication and to characterize them. In this case, two devices were created for the simulations: a 32nm Bulk NMOS transistor and a 28nm FDSOI NMOS transistor for compare them. These devices were created, characterized and tested against heavy ion impacts at device and circuit levels. The results show that 32nm Bulk transistor has, in the worst case, a collected charge 7.57 and 7.19 times greater than the 28nm FDSOI and 28nm FDSOI High-K respectively collected charge with the same 100MeV-cm2/mg heavy ion. With these data it was possible to model the behavior of the collected charge in both devices with the same heavy-ion, reach the Source and Drain Terminal in different places and angles. Using the same tools and the obtained collected charge data of previous simulations, it was designed 6 transistors SRAM Memory Cells. That is done to test these circuits against the heavy ion effects on the data-storage NMOS transistor. In this case, the necessary Ion Linear Energy Transfer (LET) to flip the Bulk SRAM is 12.8 greater than the FDSOI SRAM and 10 times greater than the FDSOI High- K SRAM case, although the amount of charge to flip the cells is almost the same in both cases. With these data it was possible to model the heavy-ion effects in both circuits, discover the Critical Charge of them and the minimum LET to flips these SRAMs.

Há décadas pesquisas e diretrizes educacionais no ensino de Física apontam que nós, professores, devemos diversificar as estratégias e metodologias de aprendizagem, nos apropriando e utilizando diferentes recursos didáticos a fim de proporcionar um ensino mais plausível, que conduza a uma aprendizagem significativa por parte dos alunos. Preocupados com essa questão e com a formação dos futuros docentes, desenvolvemos uma proposta didática junto ao curso de Licenciatura em Física da Universidade de Passo Fundo, com o objetivo central de: i) conduzir os licenciandos à reflexão e discussão sobre as tecnologias na sociedade versus seu uso nas escolas e suas potencialidades, como ferramenta, para levar os alunos a atingirem várias das habilidades e competências previstas nas Orientações Educacionais Complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN+); ii) torná-los ativos na aprendizagem de Física com o uso de computadores; iii) reconhecer a importância do suporte de um modelo teórico na realização de atividades experimentais, assim como para a compreensão das representações dos sistemas físicos em simulações e animações computacionais. Pelo fato de nossas práticas didáticas buscarem promover nos alunos certas habilidades e competências, nos amparamos em fundamentos teóricos e metodológicos, sobre atividades experimentais, computacionais e modelagem de sistemas físicos, para nortear nossas práticas didáticas. Durante sete encontros, os alunos e professores participantes do Programa Institucional de Bolsa de Iniciação à Docência, desenvolveram seis atividades envolvendo o uso de recursos computacionais: simulações e modelagem computacionais, análise de dados com planilhas eletrônicas, aquisição de dados a partir da análise de vídeos e de recursos que fazem parte de qualquer computador como, microfone e a placa de som, e o compartilhamento online de dados. Para a aplicação da proposta, foram elaborados Guias de Atividade para os Alunos, e essas experiências são relatadas em detalhes neste trabalho. Os resultados apresentados indicam grande interesse e engajamento por parte dos alunos. Desta forma, acreditamos ter contribuído para a formação dos participantes da experiência didática, futuros docentes. O produto educacional deste trabalho consiste em um conjunto de Guias de Atividades para os Alunos e Professores que contemplam em detalhes as atividades desenvolvidas. / It’s been decades since researches and guidelines on the teaching of Physics started pointing out that we, teachers, must diversify strategies and methodologies of learning, appropriating and utilizing different didactic resources in order to provide a more plausible teaching, conducing to a meaningful learning by the students. Worried about this question and with formation of Physics teachers, a new didactic proposal was developed , and applied to undergraduate Physics´ student at the University of Passo Fundo, having as main objetives: i) promote reflections and discussions about the technologies in society versus its use in schools, and it potential to help students to reach many of the abilities and competences under the Orientações Educacionais Complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais (PNC+) (Brazilian Guidelines of National Education) ; ii) make the students to be active on the learning of Physics through the use of computers; iii) make them recognize the importance of the support of a theoretical model on the performing of experimental activities, as well as for the comprehension of the physical systems in simulations and computer animations. Because our didactic practices seek to promote certain abilities and competences on students, some theoretical and methodological fundaments were used as axes on experimental, computational and modeling of physical systems activities, to steer the didactical practices. In seven meetings, students and teachers participating on the Programa Institucional de Bolsa de Iniciação à Docência (Institutional Scholarship Program of Initiation on Teaching) developed six activities involving the use of computational resources: simulations and computational modeling, data analyses with electronic spreadsheets, acquisition of data through the analysis of videos and resources on any computer, such as microphones and sound card, and online data sharing. For the application of the proposal, Guides of Activity for the Students were developed, and these experiences are reported in detail on this study. The results presented indicate great interest and engaging from the students. Thus, it is believed that it contributed on the formation of the participants of the didactic experience, the future teachers. The educational product of this study consists of a set of Guides of Activities for the Students and Teachers that contemplate in detail the activities developed.

O presente trabalho apresenta um estudo numérico bidimensional sobre a otimização da geometria de um dispositivo conversor de energia das ondas do mar em energia elétrica. O objetivo principal é, através da modelagem computacional de um dispositivo cujo principio de funcionamento é o de Coluna de Água Oscilante (CAO) e do emprego de Constructal Design, maximizar a conversão da energia das ondas do mar em energia elétrica. Essa técnica é baseada na Teoria Constructal. O aspecto inédito deste trabalho, em relação aos estudos disponíveis na literatura, é o fato de levar em conta o clima de ondas de uma dada região e, a partir disso, dimensionar o dispositivo de modo que ele tenha um desempenho otimizado. Para tanto, foi empregado o método Constructal Design, os graus de liberdade empregados são: H1/L (razão entre a altura e o comprimento da câmara CAO) e H3 (profundidade de submersão do dispositivo CAO). A relação H2/l (razão entre altura e comprimento da chaminé de saída da câmara CAO) é considerada um parâmetro fixo. Foram realizados estudos levando em conta uma onda em escala de laboratório e um espectro de ondas real. Foi também realizado um estudo sobre a influência da perda de carga da turbina através de uma restrição física. Para a solução numérica foi empregado um código comercial de dinâmica dos fluidos computacional, FLUENT®, baseado no Método de Volumes Finitos (MVF). A geometria e a geração a malha foi realizada no software GAMBIT®. O modelo multifásico Volume of Fluid (VOF) é aplicado no tratamento da interação água-ar. O domínio computacional é representado por um tanque de ondas com o dispositivo CAO acoplado. Os resultados obtidos mostram que é possível estabelecer uma razão de H1/L ótimo, conhecendo-se o clima de ondas, ou seja, o recomendável é que esta razão seja igual a quatro vezes a altura da onda dividido pelo comprimento da onda incidente. / The present work presents a two-dimensional numerical study about the geometric optimization of an ocean Wave Energy Converter (WEC) into electrical energy. The main goal is, through computational modeling of a device whose operating principle is the Oscillating Water Column (OWC) and from employment Constructal Design, to maximize the conversion of energy of ocean waves into electricity. This technique is based on Constructal Theory. The inedited aspect of this work comparing to the available studies is that it takes into account the wave climate of a given region to design the device so that it achieves optimum performance. Constructal Design is employed varying the degrees of freedom H1/L (ratio between the height and length of OWC chamber) and H3 (lip submergence). While the relation H2/l (ratio between height and length of chimney) is kept fixed. Studies were performed considering a wave on a laboratory scale and a spectrum of real waves. Yet a study of the influence of the turbine pressure losses was performed using a physical constraint. For the numerical solution it is used the Computational Fluid Dynamic (CFD) commercial code FLUENT®, based on the Finite Volume Method (FVM). The geometry and mesh generation was performed in GAMBIT ® software. The multiphasic Volume of Fluid (VOF) model is applied to tackle with the water-air interaction. The computational domain is represented by an OWC device coupled with the wave tank. The results show that it is possible to establish a relationship of H1 / L optimum, if the wave climate is know. It is recommended that this ratio be equal to four times the height of the wave divided by the length of the incident wave.