Neste trabalho, apresenta-se um modelo matemático para problemas de dispersão em regime estacionário, cuja finalidade é estudar o controle de qualidade da água, isto é determinar as concentrações de um poluente derivado de efluentes sujeitos ou não a restrições, de tal forma - que estas concentrações sejam ou não limitadas por um valor previamente estabelecido, e que o custo de dos efluentes seja mínimo. Para resolver o problema, utiliza-se a tratamento técnica dos elementos finitos para discretizar o modelo no espaço, podendo-se usar elementos quadráticos unidimensionais, ele mentes triangulares lineares e quadráticos, e elementos quadriláteros isoparamétricos lineares e quadráticos. A otimização do problema (minimização do custo de tratamento dos efluentes) e resolvida através da programação linear. No final, são apresentados exemplos de aplicação do modelo e comentários sobre os resultados.

El objetivo de este trabajo es presentar una formulación matemática para el estudio del movimiento en sistemas de aguas "poco profundas" y su implementación en el sistema HYDRO, lenguage orientado para Hidrodinimica computacional, el cual forma parte del Proyecto LORANE, desarrollado por el Curso de Pos-Graduación en Ingenier1a Civil de la U.F.R.G.S.- Porto Alegre (Brasil).

O presente trabalho apresenta uma modelagem detalhada de processos de combustao turbulentos para um jato concentrico de combustıvel e ar. A modelagem é fundamentada nas equacões de conservacão de massa, de quantidade de movimento, de energia e de espécies quımicas. A turbulencia é resolvida pela utilizacão do modelo k- padrão. Dois modelos de reacões quımicas são apresentados. O modelo SCRS – Simple Chemically-Reacting Systems, que assume taxas instantâneas de reacões quımicas. Também é abordado o modelo E-A – Eddy Breakup - Arrhenius, que assume taxas finitas de reacões quımicas. A radiacão térmica, fenômeno de grande importância devido as altas temperaturas alcancadas em processos de combustão,é modelada através do Método das Zonas. O modelo da soma ponderada de gases cinzas – WSGGM,é usado para determinar o espectro de emissão e absorcão dos gases no processo. Para a solucão destas equacões diferenciais, juntamente com os modelos de turbulência, de reaçõoes químicas e radiação térmica, faz-se o uso do Método dos Volumes Finitos. Para validar a modelagem apresentada resolve-se o processo de combustão em uma câmara cilíndrica. A câmara de combustão usada áa mesma abordada no First Workshop on Aerodynamics of Steady State Combustion Chambers and Furnaces, organizado pela ERCORTAC - European Research Community On Flow Turbulence And Combustion, em outubro de 1994, que apresenta dados experimentais de temperatura e concentração das espécies químicas para várias posições de interesse no interior da câmara. Utiliza-se o gás natural como combustível e o ar atmosférico como oxidante. O processo de combustão sem pré-mistura é resolvido para a condição de excesso de combustível de 5 % para ambos os modelos, onde o gás natural é injetado por um duto circular central, e o ar atmosférico por um orifício anular externo a esse duto, no mesmo plano Uma reação química não estagiada é assumida para o modelo SCRS. Para o modelo E-A duas situações são resolvidas: combustão não estagiada, com uma etapa global de reação química; e reação quımica estagiada, com duas etapas globais. Os resultados obtidos com o modelo SCRS para a distribuição de temperaturas, em termos de tendências gerais, são razoáveis. Já as concentrações de espécies químicas não apresentam dados satisfatórios para este modelo. Para o modelo E-A os resultados apresentam boa concordância com os dados experimentais, principalmente para a situação em que o processo de combustão é assumido em duas etapas globais. ´E analisado em detalhe o papel desempenhado pela transferencia de calor por radiacao, com meio participante. Para melhor verificar as trocas de calor, assume-se uma camara de combustao cilındrica com paredes d’agua. A injecao do combustıvel e do oxidante e feita atraves de um queimador central, semelhante ao usado para validar a modelagem, porem com dois orifıcios concentricos para injecao de combustıvel. Nesta situação o efeito do turbilhonamento (swril), assumido como 20 % da velocidade axial de entrada, sobre a injecao de ar e computado atraves da condicao contorno da equacao de conservacao da quantidade de movimento angular. Nesta fase apenas o modelo E-A, com duas etapas globais de reacoes quımicas, e considerado, ja que o mesmo apresenta os melhores resultados. O processo de combustao e simulado com e sem a presenca da radiacao termica. Verifica-se que a presenca da radiacao termica homogeneiza a temperatura dos gases no interior da camara. Com isso verifica-se tambem alterações nas taxas de reacoes quımicas, modificando a magnitude das fracoes das especies quımicas Quando a radiacao termica e considerada efeitos de extinção local da chama sao verificados nas regioes de temperaturas mais altas, diminuindo o consumo de oxigenio e aumentando a producao de monoxido de carbono, caracterizando assim uma combustao incompleta. Em algumas situacoes tem-se uma variacao de temperatura de ate 500 K, a montante da chama. A radiacao termica tambem aumenta a taxa de transferencia de calor dos gases quentes para as paredes da camara, e desta para o seu exterior. Com os resultados obtidos a partir desta modelagem e possıvel determinar o perfil da zona de combustao, a distribuicao de concentracoes de especies quımicas, o campo de velocidades e as taxas de transferencia de calor para as paredes da camara de combustao, total, por conveccao superficial e por radiacao. Estes resultados sao de extrema importancia para prever a performance de camaras de combustao, assim como auxiliar na sua otimizacao.

O objetivo deste trabalho é estudar os efeitos eletromagnéticos e fluido-dinâmicos induzidos no aço, decorrentes do uso de um agitador eletromagnético. Para tal, foi proposta a construção de um modelo numérico que resolva, de forma acoplada, os problemas de eletromagnetismo e fluido-dinâmica. O modelo numérico do problema eletromagnético, em elementos finitos, foi construído utilizando-se o software Opera-3d/Elektra da Vector Fields. O mesmo foi validado com medidas experimentais de densidade de fluxo magnético feitas na usina. O escoamento decorrente da agitação eletromagnética foi resolvido fazendo-se o acoplamento das forças de Lorentz com as equações de Navier-Stokes. Essas últimas foram resolvidas pelo método de volumes finitos, usando-se o software CFX-4 da AEA Technology. O modelo eletromagnético mostrou que existe um torque máximo dependente da freqüência do campo magnético. Também foi observado que a força magnética aumenta em quatro vezes seu valor, quando a corrente é duplicada. O perfil de escoamento produzido no molde, sob agitação eletromagnética, indica, que as situações de lingotamento testadas, não propiciam o arraste da escória. A velocidade crítica de arraste, determinada via modelo físico, não foi atingida para nenhum caso testado. O modelo fluido-dinâmico e térmico apresentou um aumento do fluxo de calor cedido pelo fluido para a casca solidificada com o uso do agitador eletromagnético. Como conseqüência, observou-se uma queda na temperatura do banho. Também foi observado, que o uso do agitador propicia a remoção de inclusões das camadas mais externas do tarugo. Ao mesmo tempo, notou-se que o uso do agitador aumenta o índice de remoção de inclusões para as duas seções de molde analisadas.

Além de armazenar e distribuir o aço líquido para os moldes, uma das funções do distribuidor de lingotamento contínuo é a flotação e separação das inclusões para uma melhor qualidade do produto final. A eficiência e otimização deste processo requer o conhecimento das características do escoamento do aço líquido dentro do distribuidor. Esta dissertação trata do modelamento matemático do escoamento do aço num distribuidor DELTA-T, sem e com modificadores de fluxo e inibidores de turbulência, em condições isotérmicas e não isotérmicas em diferentes situações de vazão e condições térmicas. O software CFX-4 foi utilizado para resolver as equações de movimento, continuidade e transferência de calor utilizando modelo k-ε de turbulência para uma geometria tri-dimensional. A validação de modelo matemático com o modelo físico foi feita através da comparação de planos de laser entre os vetores de velocidade. Para a trajetória do escoamento foi utilizado no modelo físico a técnica do corante. Para a obtenção das curvas DTR – distribuição de tempos de residência no modelo físico foi usada a técnica de injeção de pulso, enquanto que no modelo numérico esta mesma técnica foi aplicada para um escoamento multifásico homogêneo. O perfil de temperatura calculado do aço na superfície foi comparado com medidas experimentais realizadas na usina O objetivo deste trabalho é caracterizar o escoamento do aço através dos perfis de velocidade, energia cinética de turbulência, perfis de temperatura e curvas de distribuição de tempos de residência, avaliando os tempos mínimo e médio de residência e as porções de volumes característicos. Os resultados obtidos indicam que o uso de modificadores de fluxo e inibidores de turbulência são eficientes no controle da emulsificação. É observado que o escoamento apresenta diferenças quando tratado isotermicamente e não isotermicamente.

Este trabalho visa o uso da função de transferência, a qual relaciona distribuição de temperatura e fluxo de calor, na comparação no domínio freqüência, entre o modelo de difusão usual (parabólico) e um modelo ondulatório (hiperbólico) que inclue o efeito de propagação do calor não instantâneo, sendo avaliados os casos de meio semi-infinito e finito. Para o caso de meio semi-infinito, são determinadas as expressões para as características de amplitude e de fase, considerando tanto a abordagem parabólica quanto hiperbólica. É observada a relação entre estas duas abordagens, mostrando que a abordagem parabólica é uma caso particular da abordagem hiperbólica, podendo ser obtida através de um processo de limite envolvendo o tempo de relaxação r . Para o caso de meio finito, são determinadas as expressões para as caracteríısticas de amplitude de ambas as faces da placa unidimensional, considerando tanto a abordagem parabólica quanto hiperbólica. Estas expressões são transformadas para a forma adimensional quando então são deduzidas as expressões correspondentes das características de amplitude. Mais uma vez, todos os resultados para o caso parabólico podem ser determinados a partir dos resultados do caso hiperbólico, através de um processo de limite envolvendo o tempo de relaxação r São apresentados resultados numéricos referentes às características de amplitude, onde é apontada a existência de uma freqüência limite, acima da qual a diferença entre os dois modelos, do tipo parabólico ou hiperbólico, aumenta rapidamente. Também é apresentada uma forma alternativa de cálculo da distribuição de temperatura transiente que faz uso da função de transferência do sistema.

ELLERY, E. A.C. Equações de predição dos valores energéticos do milho e do farelo de soja para suínos em crescimento com validação ex post. 2013. 55 f. Dissertação (Mestrado em Zootecnia) - Centro de Ciências Agrárias, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013. / Submitted by Daniel Eduardo Alencar da Silva (dealencar.silva@gmail.com) on 2014-12-10T19:29:51Z No. of bitstreams: 1 2013_dis_eacellery.pdf: 893066 bytes, checksum: 2cec15703d25a6fa87de6e00137ec7af (MD5) / Approved for entry into archive by José Jairo Viana de Sousa(jairo@ufc.br) on 2016-01-26T20:13:38Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_dis_eacellery.pdf: 893066 bytes, checksum: 2cec15703d25a6fa87de6e00137ec7af (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-26T20:13:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_dis_eacellery.pdf: 893066 bytes, checksum: 2cec15703d25a6fa87de6e00137ec7af (MD5) Previous issue date: 2013 / The aim of this study was to determine and validate prediction equations for digestible (DE) and metabolizable energy (ME) of corn and soybean meal for growing pigs. The prediction equations were developed using data from chemical composition and digestibility and metabolizability of 30 and 25 samples of corn grain and soybean meal, respectively, evaluated in experiments at the Embrapa Suínos e Aves. The equations were estimated through regression analysis, using the REG procedure of SAS and adjusted R² was the criterion of choice to select the best models. Two equations were estimated for DE and two for ME, of corn and soybean meal. To validate the equations, two experiments were performed to determine the values of DE and ME with five samples of corn grain (Experiment I) and five samples of soybean meal (Experiment II). In each experiment, 48 growing pigs with an initial weight of 54,21±1,68 kg (Experiment I) and 54.40 ± 1.76 kg (Experiment II), were sorted in a complete randomized block design with 6 treatments (Experiment I: 1 reference diet and 5 test diets composed of 60% of the reference diet and 40% corn, and Experiment II: 1 reference diet and 5 test diets composed of 70% of the reference diet and 30% soybean meal) and 8 replicates. The experimental unit was the animal. Based on the DE and ME values obtained in the experiments, and in the predicted values obtained with the equations, we proceeded to validate the equations, using the REG procedure of SAS. The criterion for selection of the best model was the lowest prediction error (pe). After validation, the equations that best fit to estimate the digestible and metabolizable energy of corn for growing pigs were: DE = 11812 – (1015.9CP) – (837.9EE) – (1641ADF) + (2616.3Ash) + (47.5CP2) + (114.7CF2) + (46ADF2) – (1.6NDF2) – (997.1Ash2) + (151.9EECF) + (23.2EENDF) – (126.4CPCF) + (136.4CPADF) – (4.0CPNDF), with R2 = 0.81; pe = 2.33 and ME = 12574 – (1254.9CP) – (1140.5EE) – (1359.9ADF) + (2816.3Ash) + (77.6CP2) + (92.3CF2) + (54.1ADF2) – (1.8NDF2) – (1097.2Ash2) + (240.6EECF) + (26.3EENDF) – (157.4CPCF) + (96.5CPADF) – (4.4CPNDF), with R2 = 0.89 e pe = 2.24. For soybean meal the equations that best fit were: DE = 48153 – (1586,1CP) + (744,5EE) + (363,6CF) – (1398,3Ash) + (15,5CP2) – (170,8EE2) – (29,3CF2) + (5,4ADF2) – (2,5NDF2) + (90,6Ash2) – (48,2EEADF) + (33EENDF), with R² = 0.88 and pe = 2.32 e ME = 12692 – (2397,7Ash) – (56,8EE2) + (164,9Ash2) – (102,2EECF) – (12,2EEADF) + (67,6EENDF) + (5,5CPCB) – (2,9CPNDF), with R2 = 0.65 and pe = 1.69. / Com esse estudo objetivou-se determinar e validar equações de predição para energia digestível (ED) e metabolizável (EM) do milho e do farelo de soja com suínos em crescimento. Para obtenção das equações de predição foram utilizados dados de composição química, digestibilidade e metabolizabilidade de 30 amostras de grãos de milho e 25 amostras de farelo de soja avaliadas em experimentos na Embrapa Suínos e Aves, sendo as equações estimadas por meio da análise de regressão, utilizando-se o procedimento REG do pacote estatístico SAS e o R² ajustado como critério de escolha para selecionar os melhores modelos. Foram estimadas duas equação para ED e duas para EM, do milho e do farelo de soja. Para a validação das equações foram realizados dois experimentos para a determinação dos valores de ED e EM de cinco amostras de milho (Experimento I) e cinco amostras de farelo de soja (Experimento II). Em cada experimento, 48 leitões machos castrados, com peso inicial de 54,21±1,68 kg (Experimento I) e 54,40±1,76 kg (Experimento II), foram distribuídos em um delineamento em blocos ao acaso, com 6 tratamentos (Experimento I: 1 ração referência e 5 rações testes, compostas por 60% da dieta referência e 40% de diferentes milhos e para o Experimento II: 1 ração referência e 5 rações testes, compostas por 70% da dieta referência e 30% de diferentes farelos de soja) e 8 repetições, sendo a unidade experimental constituída por um animal. Com base nos resultados de ED e EM obtidos nos experimentos e os valores preditos nas equações, procedeu-se a validação das equações, utilizando-se o procedimento REG do programa SAS, sendo o critério de seleção o menor erro de predição (ep). Após a validação, as equações que melhor se ajustaram para predição dos valores de energia digestível e metabolizável do milho para suínos em crescimento foram as seguintes: ED = 11812 – 1015,9(PB) – 837,9(EE) – 1641(FDA) + 2616,3(MM) + 47,5(PB2) + 114,7(FB2) + 46(FDA2) – 1,6(FDN2) – 997,1(MM2) + 151,9(EEFB) + 23,2(EEFDN) – 126,4(PBFB) + 136,4(PBFDA) – 4,0(PBFDN), com R2 de 0,81 e ep = 2,33 e EM = 12574 – 1254,9(PB) – 1140,5(EE) – 1359,9(FDA) + 2816,3(MM) + 77,6(PB2) + 92,3(FB2) + 54,1(FDA2) – 1,8(FDN2) – 1097,2(MM2) + 240,6(EEFB) + 26,3(EEFDN) – 157,4(PBFB) + 96,5(PBFDA) – 4,4(PBFDN), com R2 de 0,89 e ep = 2,24. Para o farelo de soja as equações que melhor se ajustaram foram: ED = 48153 – 1586,1(PB) + 744,5(EE) + 363,6(FB) – 1398,3(MM) + 15,5(PB2) – 170,8(EE2) – 29,3(FB2) + 5,4(FDA2) – 2,5(FDN2) + 90,6(MM2) – 48,2(EEFDA) + 33(EEFDN), com R² de 0,88 e o ep = 2,32, EM=12692 – 2397,7(MM) – 56,8(EE2) + 164,9(MM2) – 102,2(EEFB) – 12,25(EEFDA) + 67,6(EEFDN) + 5,5(PBFB) – 2,9(PBFDN) com R2 de 0,65 e o ep = 1,69.

A microalga marinha Dunaliella tertiolecta é um microrganismo unicelular fotossintético capaz de fixar dióxido de carbono da atmosfera e proveniente de gases de exaustão industrial e utilizá-lo como única fonte de carbono para o aumento da biomassa. Enquanto isso, além de biomassa, também é capaz de produzir quantidades consideráveis de carotenoides e lipídios, entre outras substâncias de grande interesse para indústrias alimentícias e farmacêuticas que buscam a utilização cada vez maior de compostos de fontes naturais em suas formulações. Neste trabalho foram estudados os efeitos da salinidade do meio (em concentração molar de NaCl), da temperatura, da intensidade de luz, da fonte e concentração de nitrogênio no cultivo da D. tertiolecta em fotobiorreator airlift, buscando o aumento na produção de biomassa, carotenoides e lipídios, bem como representar matematicamente este bioprocesso. Inicialmente, a influência da temperatura e da concentração salina foi estudada através de experimentos com meio de cultura f/2 padrão, com diferentes concentrações salinas. A temperatura e a concentração salina influenciaram de forma diferente os resultados obtidos. A temperatura teve forte influência na produção de biomassa, na biofixação de dióxido de carbono e na produção de lipídios pelas células. Por outro lado, a salinidade teve forte influência na produção dos carotenoides. A partir da avaliação e combinação dos resultados, foram determinadas as condições apropriadas de temperatura e salinidade do meio para maior produção de biomassa, lipídios e carotenoides simultaneamente: 28 °C e 0,715 M de NaCl. Seis carotenoides foram identificados por CLAE no extrato de D. tertiolecta: transluteína, trans-β-caroteno, trans-zeaxantina, trans-anteraxantina, trans-neoxantina e 9-cis-β-caroteno. Os carotenoides trans-luteína, trans-β-caroteno e trans-zeaxantina foram quantificados. As maiores quantidades de luteína, β-caroteno e zeaxantina obtidas nos experimentos foram, respectivamente, 1315 ± 36 μg g-1, 732 ± 51 μg g-1 e 244 ± 76 μg g-1. A partir destes resultados, cultivos foram realizados variando-se intensidade de luz e fonte e concentração de nitrogênio a fim de determinar a influência destes parâmetros. A intensidade de luz de 17,5 klx e concentração inicial de nitrato de sódio de 300 mg L-1 resultou nas maiores produtividades de biomassa (0,176 ± 0,005 g L-1 d-1), carotenoides (0,738 ± 0,038 mg L-1 d-1) e lipídios (16,68 ± 1,50 mg L-1 d-1). Os dados experimentais desses cultivos foram utilizados na etapa de estimação de parâmetros. Em comparação com modelos relatados na literatura, os modelos propostos apresentaram melhor ajuste para diferentes concentrações de nitrato de sódio testadas, com reduzido número de parâmetros. / The marine microalgae Dunaliella tertiolecta is a unicellular photosynthetic microorganism that can fix carbon dioxide from the atmosphere and from industrial exhaust gases, using it as the solely carbon source to increase biomass. Meanwhile, more than biomass, this microorganism also can produce great amounts of carotenoids, lipids and other substances of interest to pharmaceutical and food industries that seek to increase the use of compounds derived from natural sources in their formulations. In this work, the effects of medium salinity (in molar concentration of NaCl), temperature, light intensity and nitrogen source and concentration over the cultivation of D. tertiolecta in an airlift photobioreactor were studied aiming the increase of biomass, carotenoids and lipids production, as well the development of a mathematical model for this bioprocess. Initially, the influence of temperature and salt concentration was studied by experiments with standard f/2 culture medium, with different salt concentrations. Temperature and salt concentration differently affected the results. Temperature had a strong effect on biomass production, carbon dioxide biofixation and lipid production by the cells. On the other hand, salinity showed strong effect on carotenoid production. The appropriate temperature and medium salinity to increase simultaneously biomass, lipids and carotenoids was 28 °C and 0.715 M NaCl. Six carotenoids were identified in the extract of D. tertiolecta by HPLC: all-trans-lutein, all-trans-β-carotene, alltrans- zeaxanthin, all-trans-antheraxanthin, all-trans-neoxanthin and 9-cis-β-carotene. The carotenoids all-trans-lutein, all-trans-β-carotene and all-trans-zeaxanthin were quantified. The highest amount of lutein, β-carotene and zeaxanthin reached in the experiments were 1315 ± 36 μg g-1, 732 ± 51 μg g-1 and 244 ± 76 μg g-1, respectively. From these results, cultures were performed by varying light intensity and nitrogen source and concentration to determine the influence of these parameters. A light intensity of 17.5 klx and initial sodium nitrate concentration of 300 mg L-1 resulted in the highest biomass (0.176 ± 0.005 g L-1 d-1), carotenoid (0.738 ± 0.038 g L-1 d-1) and lipid (16.68 ± 1.50 g L-1 d-1) productivities. The experimental data of these cultures were used for parameter estimation. Compared to earlier models reported in the literature, the proposed models showed better fitting for different sodium nitrate concentrations tested with reduced number of parameters.

Células de combustível são dispositivos onde ocorre a oxidação eletroquímica de um combustível, apresentando maior eficiência, segurança e escalabilidade do que a maioria dos motores de combustão interna. A geração de hidrogênio a partir do alumínio possui a vantagem de utilizar-se metal que pode ser completamente recuperado, reciclado e reprocessado. Além disso, refugos feitos à base de alumínio tais como: latas de bebidas; peças de dispositivos eletrônicos; brinquedos; dentre outros, podem ser utilizados para geração de hidrogênio, o que incentivaria a reciclagem de materiais. A reação ocorre com a água na presença de álcalis fortes, tais como NaOH e KOH, que atuam como catalisadores, não sendo assim consumidos no processo. O objetivo principal deste trabalho é a construção de uma célula de combustível de baixa temperatura, denominada na literatura de PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell, Célula de Combustível com Membrana de Troca de Prótons) acoplada à geração local de hidrogênio por meio da corrosão alcalina do alumínio. Foram realizados experimentos variando-se os seguintes itens: concentração dos álcalis (de 1 a 3 mol.L-1), temperatura (295 a 345 K) e forma do metal (folhas de alumínio com 0,02 mm de espessura, lâminas com 0,5 mm e com 1 mm de espessura). Nesta primeira etapa, verificou-se que a concentração e temperatura influenciam fortemente a reação. Os tempos de reação variaram desde valores próximos de 2 minutos (reação de folhas de alumínio em presença de NaOH a 3 mol.L-1 na temperatura de 325 K) até tempos da ordem de 700 minutos (em experimentos utilizando lâminas de 1 mm a 315 K em presença de KOH 1 mol.L-1). A análise de difração de raios-x juntamente com a microscopia eletrônica de varredura (MEV) confirmou a presença de hidróxido de alumínio na forma de um precipitado de gibsita sobre uma amostra metálica após reação com NaOH, possibilitando a visualização da estrutura cristalina deste precipitado. Após construção e operação do reator alumínio-água acoplado à célula de combustível, obteve-se valores de diferença de potencial máximos da ordem de 150 mV e densidade de corrente máxima próxima a 5.10-3 mA.cm-2. Estes valores encontram-se muito abaixo dos valores esperados para uma célula de combustível de hidrogênio comum (ao redor de 700 mV e 200-400 mA.cm-2, respectivamente). Um modelo transiente simplificado do sistema, baseado em balanços de massa, energia e carga elétrica, foi utilizado para a compreensão do funcionamento do dispositivo. Assim, verificou-se que uma das possíveis causas da operação estar abaixo da eficiência esperada foi devido à baixa relação estequiométrica entre oxigênio alimentado por difusão do ar e vazão de hidrogênio obtido a partir da reação entre alumínio e água. / Fuel Cells are devices where electrochemical oxidation of a fuel occurs, showing more efficiency, safety and scalability than most of the internal combustion engines. The production of hydrogen from aluminum has the advantage to utilize a metal that might be completely recovered, recycled and re-processed. Moreover, wastes made with aluminum such drink cans, pieces of electronic devices, toys, among others, are possible to be utilized to generate hydrogen, which would encourage the material recycling. The reaction occurs with the water in the presence of strong alkali like NaOH and KOH, which act as catalysts, so not being consumed in the process. The main objective of this work is the construction of a low temperature fuel cell, named in the literature as PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) coupled to local hydrogen generation by means of the aluminum alkaline corrosion. Experiments were conducted by varying the following items: alkali concentration (1-3 mol.L-1), temperature (295-345 K) and metal shape (0.02 mm thick aluminum foils, 0.5 mm and 1 mm thick aluminum plates). In this first step, it has been verified that the concentration and temperature strongly influence the reaction. The reaction times varied from values close to 2 minutes (aluminum foils in the presence of NaOH 3 mol.L-1 at 325 K) up to times about 700 minutes (experiments utilizing 1 mm thick plates at 315 K in the presence of KOH 1 mol.L-1). Analysis of Scanning Electron Microscopy (SEM) together with X-ray Difraction (XRD) has confirmed the presence of aluminum oxide as gibbsite precipitate on the metallic sample after reaction with NaOH, which enabled the visualization of its crystalline structure. After construction and operation of the aluminum-water reactor coupled with the fuel cell, maximum values of electrical potential about 150 mV and current density about 5.10-3 mA.cm-2 were obtained. These values are very low in comparison with the values expected for common hydrogen fuel cells (about 700 mV and 200–400 mA.cm-2, respectively). A simplified transient model was developed, based on mass, energy and electric charge balances, in order to understand the operation of the device. It has been verified that one of the possible issues of low efficiency of the operation is due to low stoichiometric ratio between oxygen fed by air diffusion and hydrogen mass flow obtained from aluminum–water reaction.

Com o avanço das técnicas analíticas, tem sido possível estudadar redes neurais atratoras onde cada unidade de processamento é conectada com um número finito de vizinhos, sendo que esse número independe do tamanho do sistema. Aplicamos essas técnicas ao estudo de redes atratoras com padrões que possuem uma quebra de simetria sobre o número de bits ativos e quiscentes. O objetivo deste trabalho é estudar a capacidade da rede neural em armazenar padrões com atividade não nula, uma vez que a conectividade por neurônio é finita. Inicialmente, apresentamos os modelos predecessores de redes atratoras, como o modelo de Hopfield e os modelos de Amit, Gutfreund e Sompolinsky. Em tais modelos, o aprendizado é definido através de modificações sinápticas, inspiradas nas ideias de Hebb. Mostramos como é estimada a capacidade da rede. Mencionamos a introdução de uma função de energia para o sistema, que permite uma ligação com estudo de sistemas magnéticos através da mecânica estatística. Apresentamos também regras de aprendizado para lidar com padrões com atividade não nula. Num segundo momento, aplicamos o método de réplicas, utilizado para tratar sistemas desordenados, ao problema da rede atratora com conectividade e atividade dos padrões finitas. Utilizamos o formalismo de funções de ordem e fazemos uso do conceito de sub-redes, que permite particionar o grafo de acordo com os padrões a serem armazenados em cada neurônio. Obtemos, assim, uma função de ordem por sub-rede que contém toda informação sobre o estado do sistema. Aplicando o ansatz de simetria de réplicas, é possível derivar distribuições autoconsistentes dos campos locais para cada sub-rede. Tais distribuições passam a fornecer toda informação necessária para calcularmos os observáveis relevantes. As distribuições são calculadas numericamente a partir do método da dinâmica de populações. Em seguida, traçamos diagramas de fases para três regras de aprendizado. A partir desses, estimamos a capacidade, temperatura e atividade críticas. Observa-se a presença de fases de vidro de spin, transições decontínuas e pontos tricríticos. / With the advance of analytical tools it has been possible to study attractor neural networks in which each processing unit is connected to a finite number of neighbours. Being that, the number of neighbours is independent of the size of the system. We apply these tools to the study of attractor networks in which the patterns have a broken symmetry with respect to the number of active and inactive bits. The objetive of this work is to study the capacity of the neural network to store patterns with activity different from zero, being that the conectivity per neuron is finite. First, we present the predecessor models of attractor networks like the Hopfield and Amit, Gutfreund e Sompolinsky ones. In such models the learning is defined through sinaptic modifications, inspired by Hebb’s ideas. We show how to estimate the storage capacity of the network. We mention the introduction of a energy function for the system, which allows a link with the study of magnetic systems through statistical machanics. We present learning rules to deal with patterns which have non zero activity. In the second part, we apply the replic method, utilized to deal with disordered systems to the problem of an attractor neural network with finite conectivity and activity. We utilized the formalism of order functions and the concept of sublattices, this concept allows to partition the graph according with the patterns to be stored in each neuron. This way, we obtain an order function per sublattice which contain all the information about the state of the system. Applying the replica symmetry ansatz it is possible to derive self-consistent distributions of the local fields per sublattice. Such distributions start to provide all the necessary information to calculate the relevant observables. These distributions are calculated numerically using the population dynamics method. Then, we draw phase diagrams for three learning rules. Using these, we estimate the storage capacity, the temperature and the critical activity. We observe the presence of spin glass phases, discontinuos phase transiotions and tricritical points.