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.

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.

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.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2013. / Submitted by Ricardo Tavares (ricardosoares@bce.unb.br) on 2013-06-12T20:55:53Z No. of bitstreams: 1 2012_GersonKazuyoshiKida.pdf: 3339648 bytes, checksum: 0158f93a3397c6396c892b1bc580100f (MD5) / Rejected by Patrícia Nunes da Silva(patricia@bce.unb.br), reason: Refazer referências e preencher informações adicionais. on 2013-06-13T19:24:59Z (GMT) / Submitted by Ricardo Tavares (ricardosoares@bce.unb.br) on 2013-06-13T20:43:39Z No. of bitstreams: 1 2012_GersonKazuyoshiKida.pdf: 3339648 bytes, checksum: 0158f93a3397c6396c892b1bc580100f (MD5) / Approved for entry into archive by Patrícia Nunes da Silva(patricia@bce.unb.br) on 2013-06-14T16:51:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_GersonKazuyoshiKida.pdf: 3339648 bytes, checksum: 0158f93a3397c6396c892b1bc580100f (MD5) / Made available in DSpace on 2013-06-14T16:51:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_GersonKazuyoshiKida.pdf: 3339648 bytes, checksum: 0158f93a3397c6396c892b1bc580100f (MD5) / Neste trabalho é proposto um simulador das lógicas de intertravamento de chaves seccionadoras e proteção dos componentes elétricos de uma subestação de energia elétrica hipotética, desenvolvido na linguagem de programação C#, utilizando-se o paradigma da orientação a objetos. O simulador foi implementado visando servir como ferramenta de auxílio no treinamento de operadores de subestações, melhorando a agilidade na solução de distúrbios e retorno a condição normal. Os resultados obtidos nos testes e manobras comprovam a funcionalidade do sistema e a viabilidade de utilização para treinamento de operadores. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT / In this work, it is proposed an interlock switchgear and power system protection logics simulator for a hypothetical power substation, which is implemented by using the C# language programming and the paradigm of object-oriented programming. The simulator aims to support the training of power substations operators, in order to improve its ability to deal with disturbances situations and the actions that must be done to restabilish the normal condition. The obtained results demonstrate the system functionality and feasibility of use for training operators of electric power substations.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Exatas, Departamento de Matemática, 2009. / Submitted by Larissa Ferreira dos Angelos (ferreirangelos@gmail.com) on 2010-04-07T18:50:46Z No. of bitstreams: 1 2009_PauloAngeloAlvesResende.pdf: 340390 bytes, checksum: af9c1fec2af2d27b2f9d727b0e8c4b19 (MD5) / Approved for entry into archive by Daniel Ribeiro(daniel@bce.unb.br) on 2010-05-13T21:25:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2009_PauloAngeloAlvesResende.pdf: 340390 bytes, checksum: af9c1fec2af2d27b2f9d727b0e8c4b19 (MD5) / Made available in DSpace on 2010-05-13T21:25:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2009_PauloAngeloAlvesResende.pdf: 340390 bytes, checksum: af9c1fec2af2d27b2f9d727b0e8c4b19 (MD5) Previous issue date: 2009 / Neste trabalho estudamos o estimador da ordem de cadeias de Markov usando o critério EDC (Efficient Determination Criterion) com o termo de penalidade ótimo proposto por Dorea (2008). Realizamos uma análise comparativa das performances dos estimadores EDCopt, BIC e AIC, baseada nos resultados de simulações computacionais realizadas. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT / In what follows we study and analyze the Markov chain order estimator EDC (Efficient Determination Criterion) with the penalty function proposed by Dorea (2008). We also carry out extensive numerical simulations based on EDC, BIC and AIC, aiming to a detailed comparison of their features as well as their relative performance.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Arquitetura e Urbanismo, Programa de Pós-Graduação em Arquitetura e Urbanismo, 2011. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2011-05-04T15:28:11Z No. of bitstreams: 1 2011_PaolaCaliariFerrariMartins.pdf: 21766153 bytes, checksum: c86f43b87a19bbc2afda44ecef1dff74 (MD5) / Approved for entry into archive by Patrícia Nunes da Silva(patricia@bce.unb.br) on 2011-05-09T22:34:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2011_PaolaCaliariFerrariMartins.pdf: 21766153 bytes, checksum: c86f43b87a19bbc2afda44ecef1dff74 (MD5) / Made available in DSpace on 2011-05-09T22:34:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2011_PaolaCaliariFerrariMartins.pdf: 21766153 bytes, checksum: c86f43b87a19bbc2afda44ecef1dff74 (MD5) / Este trabalho tem por objetivo verificar o grau de sucesso da interoperabilidade entre sistemas BIM (Building Information Modeling) e simuladores ambientais. Essa verificação visa também avaliar preliminarmente a contribuição dos sistemas BIM para a eficiência energética dos projetos de edificação Duas são as hipóteses deste trabalho: (1) o sucesso da interoperabilidade entre estes dois tipos de sistemas é inversamente proporcional à quantidade de retrabalho necessária para completar ou recompor o modelo e realizar a simulação após a transferência de dados entre os mesmos; (2) a interoperabilidade, quando realizada de forma integral, entre estes dois sistemas possibilita contribuir de forma positiva para a eficiência energética. O método de investigação consistiu no seguinte processo: um mesmo modelo de edificação foi desenvolvido em dois programas do tipo BIM. Posteriormente este modelo foi exportado, no esquema gbXML, para dois simuladores ambientais onde foram feitas simulações e análises da luz natural e artificial. Após esse processo o modelo de edificação foi exportado de volta para o BIM a fim de ser atualizado. Foram utilizados os sistemas BIM Graphisoft ArchiCAD 14 e Autodesk Revit Architecture 2011 e os simuladores ambientais Autodesk Ecotect Analysis 2011 e IES <VE> 6.1.1. Os resultados desse experimento mostram que não há interoperabilidade integral entre os programas estudados. Foi necessário reconfigurar o modelo após a exportação para os simuladores ambientais nos quatro casos. A exportação de volta para o programa dos sistemas BIM, após as análises e modificações no modelo, não foi obtida com sucesso, portanto foi necessário atualizar o modelo manualmente nos sistemas BIM. Os resultados mostram que, de fato, a interoperabilidade entre estes tipos de programas é significativamente incipiente. A partir destes resultados, pode ser proposta como objeto de futuras pesquisas sobre interoperabilidade a padronização de formatos para unificação de bancos de dados de todos os programas envolvidos. Assim, os elementos, materiais e comportamentos seriam reconhecidos. O formato de domínio público IFC, que utiliza essa padronização, tem sido sugerido como possível solução. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / The objective of this research is to verify the degree of success of the interoperability between BIM (Building Information Modeling) systems and environmental simulation software. This verification*n also aims to provide a preliminary assessment of the contribution of BIM to energy efficient design. Two hypothesis were established in this research: (1) the interoperability success is inversely proportional to the rework necessary to complete the model and carry out the simulation after the data exchange between the BIM simulation systems; (2) the interoperability between the two types of systems contributes to energy efficient design when the data exchange is integral. The research method consisted of the following: the same building model was developed in two different BIM systems. They were then exported in the format gbXML to two environmental simulation software for day light and artificial light analysis. Afterwards the models were exported back to the BIM systems for design updating. The two BIM software used were Graphisoft ArchiCAD 14 and Autodesk Revit Architecture 2011. The environmental simulators used were Autodesk Ecotect Analysis 2011 and IES <VE> 6.1.1. The results show that there was not full interoperability between the programs that were studied. It was necessary to reconfigure the building model after exportation to the environmental simulators in all four cases. The data transfer back to the BIM systems was unsuccessful and it was necessary to update the design model manually. The results show that the interoperability between those types of software is still significantly rudimentary. Future research on interoperability should focus on format standardization to make possible for construction components to be properly recognized by all programs. The open format IFC has been suggested as a possible solution.

A simulação, como ferramenta de suporte à tomada de decisão, tem sido utilizada nas mais variadas áreas do conhecimento e especialmente no projeto e dimensionamento de plantas de produção. Em geral, os simuladores para sistemas de produção consideram variáveis relativas à quantidade, tipo e disposição física de máquinas, quantidades dos estoques intermediários, e aos tempos de produção sem, no entanto, considerar os tempos reais do trabalho do ser humano envolvido no processo, apesar de a mão de obra humana ser largamente empregada nestes sistemas, afetando diretamente a sua produtividade. Uma das possíveis razões disto é a complexidade dos fatores que influenciam na produtividade do ser humano, que varia em função de fatores ambientais, fisiológicos, psicológicos ou sociais. Normalmente, os sistemas de simulação da produção representam o trabalhador humano da mesma forma como representam uma máquina, uma ferramenta ou um equipamento, cuja previsibilidade é bem maior. Esta dissertação avalia a questão humana em um simulador bastante utilizado comercialmente, e evidenciou que os fatores ergonômicos são capazes de alterar significativamente os resultados de uma simulação, justificando o desenvolvimento de rotinas computacionais capazes de representar o elemento humano e suas interações com o sistema, de forma mais fidedigna.

O presente trabalho descreve os resultados da pesquisa que tem por objetivo a determinação de parâmetros térmicos de um corpo sólido: o valor médio da emissividade total e o coeficiente médio de transferência de calor por convecção. Foi desenvolvido o modelo matemático do processo de resfriamento de um corpo forjado. Foram examinados os métodos da determinação dos parâmetros mencionados, que estão descritos na literatura, e também foram analisadas as possibilidades de aproveitá-los no processo de forjamento. No meio de métodos analisados, o método do Instituto IBF (Institut für Bildsame Formgebung, IBF, RWTH, Aachen, Alemanha), foi considerado o mais apropriado tendo a metodologia deste trabalho seguindo a mesma sistemática. Aproveitando a metodologia do IBF para a determinação dos parâmetros térmicos mencionados e o modelo matemático do resfriamento de um corpo forjado, foi desenvolvida uma nova técnica para determinar o valor médio da emissividade total e o coeficiente médio de transferência de calor por convecção de um corpo sólido. Os materiais analisados foram o aço ABNT 1045 e a liga de alumínio AA 6061. Foram feitas as comparações dos resultados obtidos pela técnica desenvolvida com o método do IBF.