Orientador: Aguinaldo Robinson de Souza / Banca: Lucas Colucci Ducati / Banca: José Humberto Dias da Silva / O Programa de Pós Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi / Resumo: Neste trabalho buscamos, após gerar simulações computacionais usando a teoria DFT e como instrumento o programa Crystal09, na supercélula de 32 átomos do GaN, comparar a estrutura não otimizada com a otimizada, a fim de compreender suas principais diferenças. Em uma segunda etapa da pesquisa, analisamos os efeitos das vacâncias de átomos de gálio e de nitrogênio em mais de um átomo na mesma estrutura, simulando defeitos nesse material. Por fim, estudamos os efeitos indiretos da variação da temperatura no gap de energia. Pudemos concluir que, em relação a energia total e o valor do gap de energia, as estruturas otimizada e não otimizado apresentam valores muito próximos, não apresentando muitas vantagens o processo de otimização. Em alguns casos, o material tornou-se degenerado do tipo p ou n, de acordo com a vacância apresentada. Simulamos e analisamos os efeitos que o aumento da temperatura causa nos valores dos parâmetros a e c na célula unitária, determinando o gap de energia, pudemos observar a sua diminuição, favorecendo a condutividade elétrica do material / Abstract: In this research we seek, after generating computer simulations using the DFT theory and the Crystal09 program as a tool in the supercell of 32 atoms of GaN, compared to non-optimized structure with optimized in order to understand their differences. In a second stage of the research, analyzed the effects of vacancies and gallium atoms of nitrogen in more than one atom in the same structure, simulating defects in this material. Finally, we study the indirect effects of temperature variation in the energy gap. We concluded that, in relation to total energy and the value of the energy gap, the optimized and non-optimized structures have very similar values, not presenting many advantages the optimization process. In some cases, the material became degenerate p-type or n-type, in accordance with the vacancy appears. We simulate and analyze the effects that the increase in temperature causes the values of the unit cell parameters a and c, determining the energy gap, we could observe its decrease, favoring the electrical conductivity of the material / Mestre

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Este trabalho teve por objetivo avaliar a aplicação de diversas tecnologias de células a combustível tipo PEMFC desenvolvidas no IPEN para obtenção de um módulo de potência de 500 We. Foram estudados o aumento de escala na produção de MEAs de 25 cm2 para 144 cm2 pelo método de impressão a tela; a simulação por fluidodinâmica computacional de canais de fluxo de gases em placas bipolares utilizando o programa COMSOL e; o estudo de desempenho de eletrodos Pt/C desenvolvidos pelo método de redução por álcool, em células individuais de 144 cm2. Assim, desenvolveu-se um módulo de 500 We de potência nominal, produzido com tecnologia nacional, e com apoio da indústria para possíveis aplicações comerciais. A indústria nacional contribuiu com o hardware do módulo e os sistemas de vedação e refrigeração. Foi realizado um teste de 100 horas em célula unitária de 144 cm2 para observação do comportamento do MEA fabricado pelo processo de impressão à tela, bem como das outras tecnologias descritas, e a célula mostrou-se estável neste intervalo de tempo. O módulo desenvolvido com tecnologia nacional apresentou a potência máxima de 574 We à corrente de 100 A (694,4 mA cm-2). A potência de operação de 500 We foi obtida à corrente de 77,7 A (540,1 mA cm-2) ao potencial de 6,43 V, com uma eficiência de 43,3%. Em termos de cogeração, a potência térmica ou calor gerado pelo módulo foi de 652 Wt. Deste modo, foram consolidados os experimentos em P&D realizados no IPEN em células a combustível, para produção de potência elétrica. Uma estimativa inicial de custo para o módulo de 500 We estudado foi de R$ 4.500,00, baseando-se apenas nos materiais empregados em sua construção. / This work is part of a research project on PEMFC technologies carried out in IPEN to develop and optimize a 500 We fuel cell stack. The MEAs scaling up from 25 cm2 to 144 cm2 produced by the method of sieve printing; computational fluid dynamics by computer simulation of gas flow channels in bipolar plates using COMSOL® program and the use of Pt/C electrodes developed by alcohol reduction method in single cells were used to build a stack of 500 We nominal power for possible commercial applications, produced with national technology and industrial support. A 100 hours fuel cell´s test was carried out in a 144 cm2 single cell to study the stability of the MEA fabricated by sieve printing method. This single cell showed good stability within this period of time. The developed stack has reached the maximum power of 574 We at 100 A (694.4 mA cm-2). The operating power of 500 We was obtained at 77.7 A (540.1 mA cm-2) and potential of 6.43 V, with efficiency of 43.3%. In terms of cogeneration, the thermal power or generated heat by the stack was 652 Wt. The initial estimated cost for the 500 We stack was about R$ 4,500.00, considering only the used materials for its construction.

O objetivo desta pesquisa foi recalibrar um modelo de simulação de rodovias de pista simples a fim de seja possível usá-lo no estudo de estradas do Estado de São Paulo. O modelo escolhido para recalibração é o TRARR (TRAffic on Rural Roads) versão 4.0, desenvolvido na Austrália pelo ARRB Transport Research Ltd. A recalibração do modelo consistiu em alterar parâmetros referentes ao desempenho (relação potência/massa) e características (massa, comprimento) dos veículos pesados e um parâmetro relativo ao comportamento dos veículos quando viajando em pelotões, de tal modo que os resultados da simulação ficassem compatíveis com os observados em campo. As medidas de desempenho escolhidas para a recalibração foram: a porcentagem de veículos trafegando em pelotões, a velocidade média dos veículos e a taxa de ultrapassagens. Os dados para a recalibração do modelo foram coletados num trecho de 2,8 km de extensão, na rodovia SP 255, entre as cidades paulistas de Araraquara e Ribeirão Preto. No processo de recalibração, as medidas de desempenho observadas no campo foram comparadas com as produzidas pelas versões recalibrada e original do simulador. Ao final da recalibração, pôde-se concluir que as duas versões do modelo são capazes de simular adequadamente o trecho estudado, sendo que o modelo recalibrado produz resultados ligeiramente melhores que os da versão original. O modelo recalibrado foi validado simulando-se um trecho de 10 km de extensão da SP 255 e comparando-se os valores medidos no trecho para as medidas de desempenho escolhidas com os valores produzidos pela versão recalibrada do simulador. Os resultados dessa comparação indicam que o modelo pode ser considerado capaz de simular adequadamente a operação de rodovias de pista simples no Estado de São Paulo. Os resultados do estudo também sugerem que a precisão pode ser melhorada com um ajuste fino de alguns dos parâmetros não modificados durante a recalibração. / The objective of this research is to recalibrate a two-lane highway simulation model to allow its employment within the context of the São Paulo state highways, Brazil. The model chosen for this recalibration is TRARR (TRAffic on Rural Roads) version 4.0, originally developed a in Australia by ARRB Transport Research Ltd. The procedure used for the model recalibration consisted in modifying input parameters related to heavy vehicle dimensions and performance characteristics (power/mass ratio, weight and length) as well as to the behavior of vehicles in platoons, in such a way that the model outputs are compatible with real traffic behavior. Three measures of performance were chosen for recalibration of the model: percent of jouney time spent following, average speed and overtaking rate. Data for model recalibration were collected at a 2.8 km rural section of SP 225, a highway which connects the cities of Ribeirão Preto and Araraquara in the state of São Paulo (Brazil). The recalibration procedure was based on comparisons of the measures of performance observed on the real highway with those produced by the simulator\'s recalibrated and original versions. At the end of the recalibration process, both the recalibrated and the original models were considered capable of reproducing the traffic behavior on a two-lane highway similar to the ones in the state of São Paulo. Furthermore, it was concluded that the recalibrated model is capable of producing results slightly better than the original one. The recalibrated model was submitted to a validation procedure in which a 10 km section of SP 255 was simulated and the measures of perfomance obtained with the model were compared to field observations. The results of the validation procedure indicate that recalibrated version of TRARR is capable of simulating traffic operations on rural two-lane highways in the state of São Paulo. The results of the research also suggest that the model results may be improved with fine-tuning of some of the parameters that were not modified during the recalibration procedure.

Esta tese propõe um ambiente automático para desenvolvimento de simulação distribuída ASDA (Ambiente de Simulação Distribuída Automático), que tem como objetivo principal facilitar a utilização e desenvolvimento de simulação distribuída. As funcionalidades definidas no ASDA tornam-o diferente de todos os outros ambientes encontrados na literatura. A especificação do ASDA foi realizada através de um diagrama modular composto por sete módulos e também com o auxílio da ferramenta UML (Unified Modelling Language), através da utilização de três de seus diagramas: de casos de uso, de classes e de atividades. O ASDA permite aos usuários a utilização de simulação distribuída através da definição de uma nova simulação ou da replicação de um programa de simulação já desenvolvido. Se a opção for pelo desenvolvimento de um novo programa de simulação, o usuário deve fornecer o modelo e os parâmetros e o ambiente se encarrega de gerar o código do programa de simulação utilizando a abordagem que proporciona o melhor desempenho, levando em consideração as características do modelo e da plataforma. Além da especificação do ASDA, esta tese definiu um protótipo do ambiente com o objetivo de mostrar sua viabilidade de utilização. Neste protótipo, três módulos foram implementados, destacando-se o módulo Replicador, que utiliza a abordagem MRIP (Multiple Replication in Parallel). Esta tese contribui também com a definição de algumas diretrizes para a utilização da abordagem MRIP. A base para essa definição foram os resultados obtidos com a utilização do módulo Replicador / This thesis proposes an automatic environment for the development of distributed simulation ASDA (Ambiente de Simulação Distribuída Automático (in Portuguese), whose main goal is to make easier the use and development of distributed simulation. The ASDA functionality makes it different from all other environments found in the literature. The ASDA has been specified through a modular diagram, composed of seven modules built with the help of the UML (Unified Modelling Language) tool, using three of its diagrams: use case, class and activity. ASDA users can define the distributed simulation by means of the specification of a new simulation program or the replication of a simulation program already developed. If the user chooses to develop a new simulation program, he must only provide the model and the parameters. The environment will then generate the simulation program code using the approach that provides the best performance considering the model and platform characteristics. Besides the specification, this thesis presents a prototype of the ASDA environment with the goal of showing its viability. Three modules have been implemented for the prototype, highlighting the Replication module, which uses the MRIP (Multiple Replication in Parallel) approach. Another contribution of this thesis is the definition of a set of guidelines to the utilization of the MRIP approach. The basis to define these procedures was the results obtained with the utilization of the Replication module

A proposta do trabalho é criar um modelo de simulação híbrida capaz de representar um sistema logístico. Partindo de uma investigação bibliográfica conceitual das metodologias de simulação de eventos discretos e da metodologia de simulação contínua (System Dynamics) capaz de revelar suas características principais e seus potenciais de aplicabilidade, é possível delinear as possibilidades de contribuição de ambas as metodologias para o desenvolvimento de modelos híbridos (metodologias discreta + contínua) de simulação. O modelo híbrido é desenvolvido sob a plataforma AnyLogic, e a integração adequada de ambas as metodologias no modelo criado é capaz de expandir o espectro de compreensão do sistema, com a possibilidade de integração de aspectos físicos e dimensionais a aspectos políticos e comportamentais do sistema em estudo, apresentando-se como ferramenta poderosa para sobrevivência às exigentes demandas concorrenciais. / This study aims at creating a hybrid simulation model able to properly represent a logistics system. Departing from a conceptual literature review about the discrete-event and the continuous (System Dynamics) simulation methodologies able to reveals its main features and potential of applicability, it is possible to define the possibilities of developing hybrid (discrete + continuous) simulation models. The proper integration of both methodologies in a hybrid model allows the expansion of the comprehension spectrum of the system, with the possibility of integrating the physical and dimensional aspects to political and behavior patterns, revealing the hybrid methodology as a powerful tool to succeed in the highly demanding business world.

Esta tese apresenta uma avaliação do desempenho de simulações distribuídas em tempo de execução. Baseando-se nos resultados obtidos nessa avaliação é proposto um mecanismo em que diferentes protocolos de sincronização coexistem em uma mesma simulação. Esse mecanismo tem por objetivo adequar a simulação em execução ao melhor protocolo de sincronização, para garantir melhor desempenho e, conseqüentemente, resultados mais rápidos. Todas as modificações que são necessárias nos protocolos e a definição da troca de mensagens entre os processos são detalhadas neste trabalho. Esta tese apresenta também os resultados dos testes realizados para identificar os casos onde é melhor manter o protocolo conservador ou onde uma troca de protocolo deve ser considerada. Os resultados obtidos são apresentados e mostram em que momento a troca deve ser considerada. Diferentes abordagens podem ser utilizadas para avaliar o desempenho da simulação, considerando cada processo individualmente ou todos os processos globalmente. De maneira análoga, a troca de protocolos pode ser realizada de forma local ou global. Essas considerações permitem a criação de uma taxonomia para a troca de protocolo que também é apresentada nesta tese. / This thesis presents a performance evaluation of distributed simulations during execution time. According to the results obtained in this evaluation, it is proposed a mechanism where different synchronization protocols can be used in the same simulation. This mechanism aims at tunning the simulation in execution to the best protocol in order to reach better performance. All modifications needed in the protocols and the definition of the exchanged messages between logical processes is presented in this work. This thesis also presents the results of the tests realized to identify the cases where it is better to keep the conservative protocol or it is better to swap the protocol. The results obtained are presented and shown when it is necessary to swap the protocol. Different approaches can be used to evaluate the simulation performance considering that it is possible to evaluate each logical process locally or all of them globally. The change of the protocol can also be applied in just one logical process or in all of them. These considerations allowed the definition of a taxonomy that is also presented in this thesis.

Esta dissertação de Mestrado apresenta uma extensão do ASiA (Ambiente de Simulação Automático), para simulação de arquiteturas de computadores, denominada Módulo Arquitetura. Este módulo possibilita que o usuário utilize arquiteturas já definidas (alterando ou não os seus parâmetros) ou desenvolva o modelo de uma nova arquitetura utilizando ferramentas específicas para simulação de arquitetura de computadores. Dois exemplos ilustram a utilização do Módulo Arquitetura, destacando as vantagens de sua aplicação tanto em ensino como em pesquisa. Este trabalho apresenta ainda algumas alterações efetuadas no ASiA para torná-lo mais amigável e flexível. Uma revisão bibliográfica dos assuntos relacionados ao tema é também apresentada. / This MSc dissertation presents an extension of the ASiA (Ambiente de Simulação Automático) for computer architecture simulation, named Architecture Module. This module allows the use of previously defined architectures (with possible alteration of parameters) or new architecture models using specific tools for computer architecture simulation. Two examples show the utilization of the Architecture Module highlighting its advantages as both a teaching and a research tool. This work also presents some improvements to the ASiA with the aim of becoming more friendly and flexible. A literature review of the subjects related to the general theme is also presented.

The unmanned aerial vehicles (UAVs) has grown in military and civilian areas of application. Several industries (automotive, military, factories, space, etc.) use robots for dangerous and repetitive tasks. This work is dedicated to a special type of aerial platforms which has grown considerably in recent years, the quadricopter. These UAVs that has been highlighted by having ight characteristics and construction only, for example, hovering flight, vertical takeoff and landing, high maneuverability, low speed flight, and simple mechanics. This work proposes a tool for simulation and visualization of an aerial air-type quadricopter robots, using the flight simulator X-Plane 9, Matlab and Simulink. The aircraft under study is the so-called ITA-001, developed by the quadricopter study group the Aeronautical Institute of Technology. Started up by modeling quadricopter ITA-001 in flight simulator X-Plane, then this simulator has been interfaced with Simulink platform to build a computational simulation platform that meets to the requirements of research and educational group study quadricopter ITA.

O processo de simulação consiste em pelo menos três tarefas principais: modelagem, programação e experimentação. Na tarefa de modelagem a meta principal é obter um modelo que descreva o sistema estudado. A representação do modelo pode ser formal ou informal. Para modelos formais, podemos usar ferramentas de representações que utilizam diagramas de blocos (como o GPSS), redes de Petri, Diagramas de Ciclo de Atividade (ACD), e DEVS. A tarefa de modelagem termina freqüentemente com uma representação esquemática do sistema. A representação de uma visão global do sistema é estruturada e completada durante a tarefa de programação usando uma linguagem de programação de alto nível. Na prática, as tarefas de modelagem e programação podem ser difíceis de separar. A implementação dos programas é concebida segundo diversas abordagens. Elas incluem: interface dos programas de aplicação, linguagens de simulação e ambientes gráficos. Muitas dessas abordagens utilizam-se dos Diagramas de Ciclo de Atividades para representar modelos.Este trabalho apresenta a especificação de uma XML para modelos de simulação que utilizem Diagramas de Ciclo de Atividades chamada XACDML - eXtensible Activity Cycle Diagram Markup Language. Diagrama de Ciclo de Atividades, ACD, é uma linguagem de especificação utilizada para descrever modelos de simulação, sendo utilizada durante a fase de modelagem em diversos de programas de simulação. A XACDML é projetada para ser a um padrão para a troca de dados entre programas de simulação e ferramentas que usam ACD. São apresentados estudos de casos que comprovam a viabilidade de representação de modelos de simulação discreta utilizando ACD através da linguagem apresentada (XACDML) e são tambem mostradas trocas de dados entre aplicações diferentes usando transformações da XACDML.