A competição entre as empresas pela busca de mercado tem levado ao aprimoramento de suas atividades e melhorias em seus processos produtivos. Este trabalho apresenta a análise do processo produtivo de uma empresa produtora de embalagens de papelão ondulado através da técnica da simulação computacional. O simulador ProModel foi utilizado no desenvolvimento do estudo e se mostrou adequado para a modelagem do processo produtivo e geração de resultados. Com a sua capacidade de animação, criação de macros e geração de relatórios, ficou facilitado o desenvolvimento e analise de cenários. Isto permitiu que o foco do estudo ficasse sobre a análise dos resultados e simulação de cenários e não na programação para criação e rodagem do modelo de simulação. A partir da modelagem do processo real de trabalho foi possível identificar restrições de capacidades no sistema, o que levou à criação de cenários onde oportunidades de melhoria pudessem ser avaliadas. A revelação de que a parcial utilização do equipamento denominado Onduladeira, o qual gerava perdas por ociosidade nas impressoras, acabou se mostrando como o gargalo do processo produtivo é o mais indicado ponto de melhoria. Com o incremento de produtividade sobre este equipamento, definido a partir de análises dos cenários, obteve-se como resultado a utilização de 100% dos demais equipamentos do processo produtivo. Análises e comparações de resultados entre os cenários e as conclusões do estudo são apresentadas no final do trabalho.

A simulação computacional de processos é uma ferramenta valiosa em diversas etapas da operação de uma planta química, tais como o projeto, a análise operacional, o estudo da estratégia de controle e a otimização, entre outras. Um programa simulador requer, freqüentemente, o cálculo das propriedades termofísicas que fazem parte das equações correspondentes aos balanços de massa, energia e quantidade de movimento. Algumas dessas quantidades, típicas de operações baseadas no equilíbrio de fases (tais como a destilação fracionada e a separação flash), são as fugacidades e entalpias das fases líquida e vapor em equilíbrio. Contudo, o uso de modelos e correlações cada vez mais sofisticadas para representar acuradamente as propriedades termofísicas dos sistemas reais fez com que grande parte do tempo gasto numa simulação de processos seja devida à avaliação destas propriedades. Muitas estratégias têm sido propostas na literaturas a fim de se reduzir a carga computacional envolvida na simulação, estática e dinâmica, dos problemas de Engenharia Química. Esta diminuição do tempo de processamento pode muitas vezes ser determinante na aplicação ou não da simulação de processos na prática industrial, como, por exemplo, no controle automático. Esta dissertação aborda uma das alternativas para a redução do tempo computacional gasto na simulação de processos: a aproximação das funções que descrevem as propriedades termofísicas através de funções mais simples, porém de fácil avaliação. Estas funções, a fim de se garantir uma aproximação adequada, devem ser corrigidas ou atualizadas de alguma forma, visto que se tratam de modelos estritamente válidos em uma pequena região do espaço das variáveis, sendo, por isto, chamados de modelos locais. Partindo-se do estado atual desta técnica, é proposta nesta dissertação uma nova metodologia para se efetuar esta aproximação, através da representação global da propriedade mediante múltiplas funções simples, constituindo, desse modo, uma rede de modelos locais. Algumas possibilidades para a geração efetiva destas redes são também discutidas, e o resultado da metodologia é testado em alguns problemas típicos de separação por equilíbrio de fases.

SILVINO, P. F. G. Uso de modelos virtuais para caracterização de carbono ativado. 2014. 66 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-02-13T18:25:15Z No. of bitstreams: 1 2014_dis_pfgsilvino.pdf: 3275471 bytes, checksum: 84186ef28421b7218f48e7cf9bc4c360 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-02-13T18:25:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_dis_pfgsilvino.pdf: 3275471 bytes, checksum: 84186ef28421b7218f48e7cf9bc4c360 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-02-13T18:25:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_dis_pfgsilvino.pdf: 3275471 bytes, checksum: 84186ef28421b7218f48e7cf9bc4c360 (MD5) Previous issue date: 2014-01-27 / Activated carbons are amorphous materials represented by a pore size distribution (PSD) which usually reproduce the experimental isotherm of N2 at 77 K. Presently, we obtain this distribution using the activated carbon slit-pore model and isotherms calculated by molecular simulation. In this study, we have evaluated the extent to which the use of more realistic activated carbon models influences on the characterization, as well as the possibility of representing the activated carbon by a minimum three-pore PSD. Adsorption isotherms were calculated using the Grand Canonical ensemble within the Monte Carlo method, and compared with experimental isotherms of commercial activated carbons. The deconvolution method with non negative least squares was used to determine the PSDs. We observed that the models containing heterogeneity factors were more accurate than the simplified models, and that activated carbons could be well represented by a minimum three-pore distribution without significant loss of precision. Furthermore, we demonstrated that the minimum PSD could be applied to formulate virtual porous carbon models that are useful in the heterogeneity study. Finally, we propose the use of the minimum PSD to replace the classical calculations of average pore size. / Carbonos ativados são materiais amorfos representados por uma distribuição de tamanho de poros (PSD) que usualmente reproduz a isoterma experimental de N2 a 77 K. Presentemente esta distribuição é obtida com o uso do modelo de carbono ativado de placas paralelas de grafeno e isotermas calculadas por simulação molecular. Neste estudo avaliou-se a influência do uso de modelos de poros de carbono ativado mais realistas sobre a caracterização, bem como a possibilidade de representar o carbono ativado por uma PSD mínima constituída de apenas três poros. Isotermas de adsorção foram calculadas utilizando-se o algoritmo de Monte Carlo no ensemble grande canônico e comparadas com as isotermas experimentais de carbonos ativados comerciais. O método de deconvolução com mínimos quadrados não negativos foi utilizado para determinação das PSDs. Observou-se que modelos contendo fatores de heterogeneidade mostraram-se mais precisos que os modelos simplificados. Notou-se ainda que efetivamente o carbono ativado pode ser representado por uma PSD mínima de três poros sem perda significativa de precisão. Além disso, demonstrou-se que a distribuição mínima pode ser usada para elaborar modelos virtuais de carbono que são úteis no estudo de heterogeneidades. Finalmente propomos o uso da PSD mínima em substituição ao cálculo clássico de tamanho médio de poros.

MAIA, F. V. B. Calibração e validação de modelos de meso e microssimulação do tráfego para a avaliação de intervenções tático-operacionais na malha viária urbana. 2007. 110 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Transportes) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2007. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2012-01-17T15:54:28Z No. of bitstreams: 1 2007_dis_fvbmaia.pdf: 1750633 bytes, checksum: 5de0d296085ee869405943521c3968c7 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2012-01-17T15:54:56Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2007_dis_fvbmaia.pdf: 1750633 bytes, checksum: 5de0d296085ee869405943521c3968c7 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-01-17T15:54:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2007_dis_fvbmaia.pdf: 1750633 bytes, checksum: 5de0d296085ee869405943521c3968c7 (MD5) Previous issue date: 2007 / The modeling of the traffic flow on the urban road infrastructure have become one of the most important tools to analyze the performance of new strategies and policies of traffic control aimed at improving the efficiency of the transportation system. However, to model the traffic flow in a solid way it is essential that the stages of calibration and validation of the simulation model are satisfactorily accomplished. This work presents a procedure, with an eminently practical focus, for the calibration and validation of simulation models to analyze tactical and operational interventions in the urban road network. This procedure comprises the following stages: i) definition of the road network to be modeled; ii) selection of the simulation model; iii) definition of the simulation network; and iv) calibration and validation of the simulation model. After specifying the tasks necessary to develop each one of these stages, this procedure was applied in an area of the city of Fortaleza-Ceará, using a traffic microsimulation software (INTEGRATION) and a mesosimulation package (TransCAD), to compare the calibration processes in each one, emphasizing their specificities. Nowadays, the use of traffic simulation models is not very spread in the Brazilian technical community and there are no calibration and validation procedures to facilitate the use of these programs. The author hopes that the procedure proposed in this research, as well as the discussions about its application, help to diffuse the use of traffic simulation to support the evaluation of interventions that provide a better use of the actual transportation infrastructure. / A modelagem do fluxo de veículos na infra-estrutura viária urbana tem se constituído uma ferramenta cada vez mais importante para a análise do desempenho de novas estratégias e políticas de controle de tráfego idealizadas para potencializar a eficiência do sistema de transportes. Entretanto, para simular o fluxo veicular de maneira consistente é essencial que as etapas de calibração e validação do modelo de simulação sejam plenamente concluídas. Este trabalho propõe um procedimento, com enfoque eminentemente prático, para a calibração e validação de modelos de simulação para a análise de intervenções tático-operacionais na malha viária urbana. Este procedimento é composto pelas seguintes etapas: i) definição da malha viária a ser modelada; ii) escolha do modelo de simulação; iii) definição da rede de simulação; e iv) calibração e validação do modelo de simulação. Após o detalhamento das tarefas necessárias para vencer cada uma destas etapas, este foi aplicado em uma região da cidade de Fortaleza, utilizando um programa de microssimulação do tráfego (INTEGRATION) e um pacote computacional de mesossimulação (TransCAD), visando comparar o processo de calibração em cada um deles, ressaltando as suas especificidades. Atualmente, a utilização de modelos de simulação do tráfego veicular não é muito difundida na comunidade técnica brasileira e nem existem procedimentos de calibração e validação disponíveis para facilitar o emprego destes programas. Espera-se que o procedimento proposto nesta pesquisa, bem como as discussões sobre a sua aplicação, ajudem a difundir o uso deste ferramental como suporte à decisão na avaliação de intervenções que visem principalmente uma melhor utilização da infra-estrutura viária existente.

LIMA, W. S. Estudo e modelagem de uma nova topologia de conversor Buck quadrático CC-CC não isolado. 86 f. 2014. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-03-11T16:15:35Z No. of bitstreams: 1 2014_dis_wslima.pdf: 3298622 bytes, checksum: 5eb6200de55be90d47567017f957e5fb (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2016-03-16T17:15:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_dis_wslima.pdf: 3298622 bytes, checksum: 5eb6200de55be90d47567017f957e5fb (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-16T17:15:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_dis_wslima.pdf: 3298622 bytes, checksum: 5eb6200de55be90d47567017f957e5fb (MD5) Previous issue date: 2014-06-25 / In this paper is presented the study, modeling and design of a new DC-DC converter topology, the Converter Quadratic Buck DC-DC non-isolated (QBC). Initially, was made the qualitative and quantitative analysis of the proposed topology of continuous conduction mode operation (MCC), the steps of operation and thus the relationship of voltage and current to size the components converter project, was also held the system modeling through representation on the State space. Then, in order to validate the proposed topology, was used simulation via PSpice. After this step, began the construction of a prototype with 500 W total power output, operating at 20 kHz. The experimental results obtained confirm that the proposed topology can be used in practical activities, for example, for battery charging. / Neste trabalho é apresentado o estudo, modelagem e projeto de uma nova topologia de conversor CC-CC, o Conversor Buck Quadrático CC-CC não isolado (QBC). Inicialmente, foi realizada a análise qualitativa e quantitativa da topologia proposta para operação em modo de condução contínua (MCC), verificando-se as etapas de operação e obtendo-se as relações de tensão e corrente para dimensionar os componentes de projeto do conversor, também foi realizada a modelagem do sistema através da representação no espaço de estados. Em seguida, a fim de validar a topologia proposta, utilizou-se simulação via PSpice. Após essa etapa, iniciou-se a construção de um protótipo com 500 W de potência total de saída, operando em 20 kHz. Os resultados experimentais obtidos confirmam que a topologia proposta pode ser utilizada em atividades práticas, como por exemplo, para o carregamento de baterias.

O objetivo deste trabalho é propor a tortuosidade como novo parâmetro da rede trabecular, e correlacioná-lo com fração volumétrica trabecular, conectividade, estimada por meio da característica de Euler-Poincaré, e o módulo de Young para elasticidade. Além disso, propõe-se um método de associação destes quatro parâmetros em um único, o parâmetro de competência mecânica, que, associado a um espectro de cores, possibilita que se avalie e classifique sucinta e diretamente amostras trabeculares de acordo com sua fragilidade. Os resultados mostraram que, em geral, quanto maior a fração de volume, maior a conectividade, melhor alinhada a rede trabecular e maior sua resistência `a carga. A similaridade dos resultados mediante diferentes modos de obtenção de dados (teste mecânico e simulação numérica) e mediante a utilização de imagens μCT e MRI indicam a consistência do método, especialmente frente a diferentes resoluções. A utilização de imagens in vivo possibilita que se acompanhe o progresso da osteoporose durante o tratamento. / This work aims to propose the tortuosity as a new trabecular parameter, and to correlate it with trabecular volume fraction, connectivity, through the Euler-Poincar´e characteristic, and the Young modulus of elasticity. Beyond that, it is proposed a method to merge these four parameters in an unique, the mechanical competence parameter, which, associated with a color spectrum, allows to evaluate and to grade the trabecular samples according to their fragility in a simple and direct way. The results showed, in general, the higher the volume fraction, higher the connectivity, better aligned is the trabecular structure, and higher the load resistance. The results similarity when compared different methods of data achievement (mechanical tests and numeric simulation) and the use of μCT and MRI images indicates the method consistence, especially when applied to different resolutions. The use of in vivo images allows the analysis of the osteoporosis progress during the treatment.

Soluções exatas das equações de campo de Einstein sempre foram de muita importância para o desenvolvimento da teoria da relatividade geral, tanto do ponto de vista teórico quanto do observacional. Neste trabalho, estudamos o espaço-tempo de um disco fino através da obtenção de soluções exatas das equações de Einstein para a região exterior de um corpo maciço com simetria cilíndrica. Utilizando a métrica estática de Weyl para descrever este espaço-tempo, buscamos soluções na forma de potência para as funções da expansão de segunda ordem de tal métrica. Nossas soluções foram aplicadas ao problema da precessão do periélio de planetas solares bem como a deflexão da luz, proveniente de objetos distantes, ao passar próxima ao Sol. / The exact solutions of Einstein's eld equations have always been of great importance for the development of the general theory of relativity, from both theoretical and observational point of view. In this dissertation, we study the spacetime of a thin disk by obtaining exact solutions of the Einstein eld equations for the exterior region of a massive body with cylindrical symmetry. Using the static Weyl metric to describe this space-time, we look for power law solutions for the expansion of the second-order-metric functions. Our solutions have been applied to the precession of the perihelion of solar planets, as well as to the de ection of light from distant objects as it passes close to the Sun.

Neste trabalho desenvolve-se um modelo matemático tridimensional para células de combustível a etanol direto. As células de combustíveis são dispositivos eletroquímicos de alta performance e eficiência na conversão de energia. Grande parte dos trabalhos desenvolvidos para células de combustível a etanol direto fazem uso de modelos unidimensionais para obter a concentração das espécies químicas na superfície do catalisador e calcular a voltagem de operação da célula. Tais modelos são limitados e, por isso, faz-se necessário o desenvolvimento de modelos multidimensionais capazes de descrever o comportamento físico-químico em todas as camadas da célula de combustível. O modelo tridimensional desenvolvido neste trabalho é baseado nas equações de Navier-Stokes e permite descrever o campo de velocidade nas diferentes camadas da célula, a resistência ao transporte de massa, as perdas sobre potenciais e a voltagem de operação da célula. As equações do modelo tridimensional são discretizadas utilizando o método de diferenças finitas e a solução é obtida através do método de Gauss-Seidel iterativo A integração no tempo é feita utilizando o método de Runge-Kutta simplificado de três estágios. Os resultados obtidos apresentam boa concordância aos dados experimentais encontrados na literatura para diferentes catalisadores e diferentes temperaturas de operação para voltagem da célula versus a densidade de corrente, e apresentam comportamento esperado para o campo de velocidade no interior da célula e para as frações molares das principais espécies envolvidas na oxidação do etanol e redução do oxigênio. Além disso, uma solução analítica bidimensional foi obtida utilizando separação de variáveis e Transformada de Laplace. Os resultados obtidos com a solução analítica foram comparados aos resultados do modelo tridimensional, onde uma geometria semelhante `a utilizada para a obtenção da solução analítica foi proposta. Os resultados obtidos com o modelo tridimensional e com a solução analítica apresentaram boa concordância com os dados experimentais encontrados na literatura. / This work develops a three-dimensional mathematical model for direct ethanol fuel cells. Fuel cells are electrochemical devices for high performance and efficiency in energy conversion. Much of the work developed for direct ethanol fuel cell makes use of one-dimensional models to obtain the concentration of chemical species on the surface of the catalyst and to calculate the voltage of the cell’s operation. Such models are limited and, therefore, it is necessary the development of multidimensional models capable of describing the physico-chemical behavior in all layers of the fuel cell. The three-dimensional model developed in this work is based on the Navier-Stokes equations and allows to describe the velocity field in the different layers of the cell, the resistance to mass transport, the overpotential losses and the operating voltage of the cell. The threedimensional model equations are discretized using the finite difference method and the solution is obtained through the method of Gauss-Seidel iterative. The time integration is done using the simplified Runge-Kutta method of three stages The results present good agreement to the experimental data found in the literature for different catalysts and different operating temperatures for cell voltage versus current density, and exhibit expected behavior for the velocity field inside the cell and the mole fractions of the main species involved in the oxidation of ethanol and oxygen reduction. In addition, a two-dimensional analytical solution was obtained using separation of variables and the Laplace Transform. The results obtained with the analytical solution were compared to the results of the three-dimensional model, where a geometry similar to that used for obtaining the analytical solution was proposed. The results obtained with the three-dimensional model and analytical solution showed good agreement with the experimental data found in the literature.

Na prática da engenharia existem diversos problemas relacionados a escoamentos com superfície livre, como escoamentos evoluindo sobre obstáculos de fundo, com recirculação ou ondas, entre outros. No presente trabalho, derivado das Equações de Navier-Stokes e de Continuidade, foi desenvolvido um código utilizando um equacionamento semi-implícito em diferenças finitas, com a finalidade de simular escoamentos com superfície livre e com aproximação não-hidrostática de pressão. O tratamento numérico é realizado com o passo de tempo fracionado em dois subpassos: no primeiro são calculados as velocidades e o desnível com condição de pressão hidrostática e no segundo subpasso é calculada a pressão dinâmica e corrigidas as velocidades e o desnível. Este código foi verificado para casos com resultados analíticos e numéricos e validado para casos com resultados experimentais. Por fim, o código desenvolvido foi aplicado a um caso hipotético que representa esquematicamente o caso de um emissário submarino. A consideração da aproximação não hidrostática da pressão se mostrou fundamental para o ajuste dos resultados com os dados experimentais e analíticos. / In engineering practice there are a lot of problems related to free-surface flow, like flows with bottom obstacles, separation and waves, among others. In the present work, derived from Navier-Stokes and Continuity Equations, a code was developed with semi-implicit finite differences equations in order to simulate non-hydrostatic pressure approximation free-surface flows. The numerical treatment is performed with split time step into two substeps: at the first velocities and free-surface are calculated with hydrostatic pressure condition and at the second substep dynamic pressure is calculated and the velocities and free-surface are corrected. This code was verified with analytical and numerical cases and validated with experimental cases results. Furthermore, this code was applied to a hypothetical case which represents a marine outfall case. The non-hydrostatic pressure consideration are very important for the adjustment of the results with the experimental and analytical data.

Camadas de mistura estratificadas estão presentes na natureza, seja na atmosfera devido à interação entre as correntes de ar ou no encontro da água doce com o meio oceânico. A estratificação enfraquece movimentos verticais, influenciando a mistura de nutrientes e a distribuição de partículas biológicas e químicas. A combinação de forças externas e características topográficas, como a declividade, resulta em vários tipos de instabilidades na interface da camada cisalhante. O objetivo principal deste trabalho é analisar como o grau da estratificação e a declividade influenciam a amplificação das perturbações geradas em uma camada de mistura estavelmente estratificada. Configurações temporais e espaciais por meio da Simulação Numérica Direta (DNS ), para diferentes números de Richardson (RiH) e declividades (θ), são empregadadas para compreender o processo físico da mistura e as importantes estruturas que se formam. As simulações temporais são comparadas com a análise de estabilidade linear por meio das aproximações de Chebyshev. Estes testes permitem validar o código numérico e estudar o comportamento das taxas máximas de amplificação. Para as simulações espaciais, o efeito da estratificação reduz a taxa de crescimento das perturbações, enquanto o efeito da declividade acelera o desenvolvimento de instabilidades. Simulações espaciais bidimensionais são empregadas para examinar a camada baroclínica e a evolução das instabilidades primárias e secundárias de Kelvin-Helmholtz. Os resultados obtidos em simulações espaciais tridimensionais apresentam a formação das instabilidades translativas e o desenvolvimento de vórtices longitudinais que são mais intensos para o caso homogêneo. O nível de estratificação e declividade interfere na dinâmica do escoamento tridimensional, especificamente, na geração das instabilidades primária e secundária influenciando no fluxo turbulento vertical de massa. / Stratified mixing layer are found in nature, either in the atmosphere due to the interaction between air currents or in the merging of fresh and salt water. The stratification weakens vertical motions, influencing the mixture of nutrient and the distribution of biological and chemical particles. The combination of external forces and topographic features, such as the slope, results in various types of instabilities in the shear layer interface. The main objective of this work is to analyze how the degree of stratification and the slope influence the amplification of perturbations generated in a stably stratified mixing layer. Temporal and spatial configurations are used in Direct Numerical Simulation (DNS ) for different Richardson numbers (RiH) and slopes (θ) in order to better understand the physical mixing process and the important structures that are formed. The temporal simulations are compared with the linear stability analysis through Chebyshev approximations. These tests allow the validation of the numerical code and the study of the behavior of the maximum rates of amplification. For spatial simulations, the stratification effect reduces the perturbation growth rate while the slope effect accelerates the development of instabilities. Spatially simulations are employed to examine the baroclinic layer and the evolution of primary and secondary Kelvin-Helmholtz instabilities. The results obtained in three-dimensional spatial simulations show the formation of the translative instability and development of longitudinal vortices that are more intense for the homogeneous case. The level of stratification and slope influence the dynamics of three-dimensional flow, specifically, the generation of primary and secondary instabilities, influencing the turbulent buoyancy flux.