No último século, houve grande avanço no entendimento das interações das radiações com a matéria. Essa compreensão se faz necessária para diversas aplicações, entre elas o uso de raios X no diagnóstico por imagens. Neste caso, imagens são formadas pelo contraste resultante da diferença na atenuação dos raios X pelos diferentes tecidos do corpo. Entretanto, algumas das interações dos raios X com a matéria podem levar à redução da qualidade destas imagens, como é o caso dos fenômenos de espalhamento. Muitas abordagens foram propostas para estimar a distribuição espectral de fótons espalhados por uma barreira, ou seja, como no caso de um feixe de campo largo, ao atingir um plano detector, tais como modelos que utilizam métodos de Monte Carlo e modelos que utilizam aproximações analíticas. Supondo-se um espectro de um feixe primário que não interage com nenhum objeto após sua emissão pelo tubo de raios X, este espectro é, essencialmente representado pelos modelos propostos anteriormente. Contudo, considerando-se um feixe largo de radiação X, interagindo com um objeto, a radiação a ser detectada por um espectrômetro, passa a ser composta pelo feixe primário, atenuado pelo material adicionado, e uma fração de radiação espalhada. A soma destas duas contribuições passa a compor o feixe resultante. Esta soma do feixe primário atenuado, com o feixe de radiação espalhada, é o que se mede em um detector real na condição de feixe largo. O modelo proposto neste trabalho visa calcular o espectro de um tubo de raios X, em situação de feixe largo, o mais fidedigno possível ao que se medem em condições reais. Neste trabalho se propõe a discretização do volume de interação em pequenos elementos de volume, nos quais se calcula o espalhamento Compton, fazendo uso de um espectro de fótons gerado pelo Modelo de TBC, a equação de Klein-Nishina e considerações geométricas. Por fim, o espectro de fótons espalhados em cada elemento de volume é somado ao espalhamento dos demais elementos de volume, resultando no espectro total espalhado. O modelo proposto foi implementado em ambiente computacional MATLAB® e comparado com medições experimentais para sua validação. O modelo proposto foi capaz de produzir espectros espalhados em diferentes condições, apresentando boa conformidade com os valores medidos, tanto em termos quantitativos, nas quais a diferença entre kerma no ar calculado e kerma no ar medido é menor que 10%, quanto qualitativos, com fatores de mérito superiores a 90%. / The understanding of the interactions between radiation and matter advanced considerably in the last century. This understanding was needed by several applications, such as the use of X-rays in diagnostic imaging. In diagnostic applications, the image is created by the contrast resulting from the X-ray attenuation by the different body tissues. However, some interactions between the X-rays with the matter may reduce the quality of the images obtained in diagnostic imaging, as is the case of the scattering phenomenon. There are several modeling approaches to estimate the spectral distribution of photons scattered through a barrier, as in the case of a broad beam hitting a spectrometer detector. For instance, there are approaches that use Monte Carlo methods and approaches that use analytical approximations. Assuming a primary spectrum that does not interact with any object after its issuance by the X -ray tube, this spectrum is essentially represented by the previously proposed models. However, considering a broad beam of X-rays interacting with an object, the radiation to be detected by a spectrometer is now composed of the primary beam attenuated by the added material, and a scattered radiation fraction. The sum of these two contributions becomes part of the resulting beam. This sum of attenuated primary beam with the scattered radiation beam is what is measured in a real detector in broad beam condition. The model proposed in this work aims to simulate the spectrum of an x-ray tube in wide beam situation, the most reliable possible to what is measured in real conditions. In this work we propose the discretisation of the volume of interaction into small volume elements, which are used to calculate the Compton scattering. The spectrum of the photon spreading in each volume element is added to other volume elements, resulting in the spectrum of the whole barrier. The proposed model was implemented in MATLAB®, a computational environment. We evaluate the model by comparing the computational results with results from physical experiments. The model we propose was capable of creating accurate distribution of the spectrum spreading, under different conditions and in different experiments. The model results were close to the results obtained by experimental evaluation, both quantitatively, such as the difference smaller than 10% between the simulated air kerma and the measured air kerma obtained in the experimental evaluation, and qualitatively.

Neste trabalho estudamos o efeito hidrofóbico no sistema benzenoágua. Nossa estratégia é avaliar as propriedades das ligações de hidrogênio entre as moléculas de água nas proximidades da molécula e benzeno. Utilizamos as ferramentas da mecânica quântica e o método de simulação computacional para este estudo. A análise estrutural e energética detalhada dos clusters benzenoágua mostra que a ligação de hidrogênio é mais forte quando na presença do benzeno. A investigação pelo método de simulação Monte Carlo corrobora estas conclusões e ainda fornece os efeitos da variação de tempeatura. Verificamos que o aumento da temperatura afeta todas as moléculas aumentando a desordem líquida, no entanto, constatamos a manutenção de uma estrutura de ligações de hidrogênio mais fortes as proximidades do benzeno. A interação entre duas moléculas de benzeno também foi analisada, mostrando que a interação benzenobenzeno é bem mais forte na presença da água. / The hydrophobic effect is studied for the benzene-water system. The properties of the hydrogen bond between the water molecules around the benzene is evaluated using both classical and quantum mechanical methods. Hydrophobic hydration analysis shows that the hydrogen bond interaction is stronger in the presence of benzene. This is verified both by ab initio quantum mechanical methods and classical Monte Carlo simulation. Temperature dependence is investigated. Although increasing temperature increases the disorder the hydrogen bonds between the water molecules are still stronger for those in the proximities of the benzene. Hydrophobic interaction is also investigated. It is seen that the benzene-benzene interaction is stronger in the water environment.

Este trabalho tem como objetivo implementar e testar modelos de gás cinza atualizados na rotina de radiação térmica do software Fire Dynamics Simulator (FDS), além da utilização do próprio modelo de gás cinza disponível no software, para a predição do fluxo de calor radiativo. Os modelos de gás cinza estudados foram o modelo padrão do software FDS (aqui denominado como GC1), e os modelos de gás cinza mais atuais: o GC2, no qual o coeficiente de absorção do meio participante é dado por relações polinomiais, e o GC3, sendo este um modelo de gás cinza que baseia o cálculo do coeficiente de absorção no modelo WSGG. Os novos modelos de gás cinza foram implementados no código fonte do software FDS, o qual é um código aberto, e a verificação da implementação foi realizada através da solução numérica do equacionamento utilizando os valores reportados pelo software. Com os novos modelos de gás cinza já corretamente implementados, passou-se então para a simulação computacional dos casos previamente selecionados. Para todos os modelos de gás cinza, foram simulados incêndios em poças, para diferentes combustíveis (etanol, n-heptano e metanol) em diferentes cenários de incêndio, considerando ou não a presença de fuligem no sistema. Os cenários de incêndio eram: (i) totalmente fechado, (ii) totalmente aberto e (iii) com uma condição intermediária, fechado, porém com uma abertura para o meio externo. Um estudo de análise de malha e de diferentes parâmetros, como o estudo da quantidade necessária de ângulos sólidos discretos, foram realizados para correta padronização dos parâmetros. As simulações computacionais foram validadas para o modelo de gás cinza padrão do FDS através da comparação de resultados com aqueles reportados na literatura específica de cada caso. Com os modelos já validados simulou-se novamente cada cenário de incêndio com os diferentes modelos de gás cinza anteriormente implementados. A partir da análise dos resultados obtiveram-se boas concordâncias para os campos de temperatura, frações molares tanto de CO2 quanto de H2O e para as frações volumétricas de fuligem. Os fluxos de calor radiativos foram corretamente preditos para todos os modelos de gás cinza implementados. O modelo GC2 apresentou resultados com desvios médios na faixa de 15%, o modelo de gás cinza baseado no WSGG (GC3) apresentou os melhores resultados, com erros médios inferiores a 10%, enquanto que o modelo padrão do software, GC1, apresentou resultados intermediários. / This work aims to implement and test updated gray gas models in the thermal radiation routine of the Fire Dynamics Simulator (FDS) software, as well as the use of the gray gas model available in the software to the prediction of radiative heat flux. The gray gas models studied were the default model of the FDS software (determined GC1), and the most current gray gas models: the GC2, in which the absorption coefficient of the participant medium is given by a polynomial relations, and the GC3, which is a gray gas model that was based on the calculation of the absorption coefficient in the WSGG model. The most recently gray gas models were implemented in the source code, which is an open source, and the verification of the implementation was performed by the numerical solution of the equations from the reported values of the software. With the new gray gas models already implemented, the next step was the computational simulation of the previously selected cases. For all the gray gas models, pool fires were simulated different scenarios of fire for different fuels (ethanol, nheptane and methanol), with and without considering soot presence in the system. The fire scenarios were: (i) fully closed, (ii) fully open and (iii) with an intermediate condition, closed but with an opening to the external environment. A study of a mesh analysis and different parameters, such as the study of the required amount of discrete solid angles, were performed to correct the standard parameters. The computational simulations were verified for the default gray gas model of the FDS by comparing the simulations results with those reported in the specific literature of each case. With the models already verified, each fire scenario was simulated with the different gray gas models previously implemented. From the analysis of the results, good agreements were obtained for the fields of temperature, molar fraction of CO2 and H2O and soot volume fraction. The radiative heat fluxes were correctly predicted for all gray gas models early implemented. The GC2 model present results with average deviation in the range of 15%, the gray gas model based on WSGG (GC3) presented the best results, with average deviation lower than 10%, while the default software model (GC1) presented intermediate results.

Pathfinding is critical to virtual simulation applications. One of the most prominent pathfinding challenges is the fast computation of path plans in large and realistic virtual terrain environments. To tackle this problem, this work proposes the exploration of a quadtree structure in the navigation map representation of large real-world virtual terrains. Exploring a hierarchical approach for virtual terrain representation, we detail how a global hierarchical pathfinding algorithm searches for a path in a coarse initial navigation map representation. Then, during execution time, the pathfinding algorithm refines regions of interest in this terrain representation in order to compute paths with a higher quality in areas where a large amount of navigation obstacles is found. The computational time of such hierarchical pathfinding algorithm is systematically measured in different hierarchical and non-hierarchical terrain representation structures that are instantiated in the modeling of a small real-world terrain scenario. Then, similar experiments are developed in a large real-world virtual terrain that is inserted in a real-life simulation system for the development of military tactical training exercises. The results show that the computational time required to generate pathfinding answers can be optimized when the proposed hierarchical pathfinding algorithm along with the easy and reliable implementation of the quadtree-based navigation map representation of the large virtual terrain are explored in the development of simulation systems.

The complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) scaling process of the recent decades, coupled with new device structures and materials, has aggravated thermal problems and turned them into major reliability issues for deeply-scaled devices. As a consequence, the thermal transport dynamic and its impact on the device performance at submicron dimensions is established as a contemporary theme. In this context, a new selfconsistent electro-thermal particle-based device simulator for the study of self-heating effects in p-type metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFETs) based in silicon is developed and presented. The electrical module of the tool utilizes the Ensemble Monte Carlo method to perform the charge transport, whereas the thermal module evaluates the non-isothermal temperature profiles by solving the phonon energy balance equations for both acoustic and optical phonon baths. These temperature profiles are fed back into the electrical module, which adjusts the carriers’ scattering rate accordingly, thus, properly accounting for the device current capability degradation. The developed tool proved to be suitable for sub-100 nm device simulations, and it was used to perform relevant case study simulations of 24-nm channel length bulk and fully-depleted siliconon- insulator (FD-SOI) MOSFETs. General device parameters extracted from the simulations are qualitatively in agreement with the expected behavior, as well as data from the literature, ensuring the proper operation of the tool. Electro-thermal simulations of bulk and FD-SOI devices provided both acoustic and optical phonon temperature profiles across the transistor structure, as well as the heat generation map and the device power dissipation. Some results were also extracted via Joule heating thermal model, and they are presented for comparison. The current degradation due to self-heating was found to be significant for FD-SOI devices, but very modest for bulk ones. At a fixed bias point of VD =VG = 1:5 V, for instance, bulk devices presented a current variation of as much as 0:75%, whereas for FD-SOI devices it reached up to 8:82% for Tgate = 400 K. Hot spot acoustic (lattice) and optical phonon temperatures were extracted as a function of the applied bias for both topologies. The lattice temperature rise, for instance, exceeded 10 K and 150 K over the heat sink temperature for bulk and FD-SOI transistors, respectively, observing the same bias point and gate temperature presented earlier. The particle-based nature of the tool is also suitable for the study of the impact of trap activity in MOSFETs and its interplay with self-heating effects. Simulations of charge traps were used to analyze the statistical distribution of the current deviations in 25-nm bulk MOSFETs due to traps. The simulations showed that these deviations are exponentially-distributed, as experimentally observed and reported in the literature. Electro-thermal simulations of charge traps in bulk and FD-SOI transistors revealed that the largest degradation on the device current occurs when the effects of self-heating and trap activity take place simultaneously. At lower biases, the impact of charge traps dominates the current degradation, whereas the self-heating component prevails for larger biases.

Made available in DSpace on 2016-08-10T10:40:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FABIO PEGORARO.pdf: 2667580 bytes, checksum: 6fc5c5ce22768636449f0666fff664c1 (MD5) Previous issue date: 2012-09-05 / This paper presents the results obtained with the application of computer simulation and theory of constraints to reduce the waiting time for urgent care at the Hospital Regional Gurupi (HRG). The simulation model focuses on the patients in a state of emergency and urgency. Patient in a state of emergency can not remain in the queue and should be treated immediately, as the patient in a state of emergency can stay up to 30 minutes in a queue. The methodology used is exploratory case study techniques supported by semi-structured interviews and questionnaires administered to managers and hospital doctors. The actual model (scenario 1) the hospital is simulated using PROMODEL® software. Two more scenarios are created following the process of continuous improvement of the theory of constraints and simulated using PROMODEL®. It is observed that through the application of computer simulation combined with the theory of constraints, the managers of the Emergency Room (ER) of HRG have adequate information to manage it in order to reduce the waiting time for urgent and emergency care. / Este trabalho apresenta os resultados obtidos com a aplicação da simulação computacionale teoria das restrições para reduzir o tempo de espera por atendimento de urgência no Hospital Regional de Gurupi (HRG). O modelo de simulação tem foco nos pacientes em estado de urgência e emergência. Paciente em estado de emergência não pode permanecer em fila de espera e deve ser atendido imediatamente, já o paciente em estado de urgência pode permanecer até 30 minutos em uma fila de espera. A metodologia usada é exploratória com estudo de caso apoiada em técnicas de entrevista semi-estruturada e questionários aplicados aos gestores e médicos do hospital. O modelo real (cenário 1) do hospital é simulado utilizando o software PROMODEL.® Mais dois cenários são criados seguindo o processo de melhoria contínua da teoria das restrições e simulados utilizando o software PROMODEL®. Observa-se que através da aplicação da simulação computacional aliada à teoria das restrições, os gestores do Pronto Socorro (PS) do HRG possuem informações adequadas para geri-lo de forma a reduzir o tempo de espera por atendimento de urgência e emergência.

O mercado dinâmico e altamente competitivo faz com que as empresas se esforcem na busca pela qualidade, condição fundamental para uma organização que visa expandir seus negócios. Com isso, a Tecnologia de Informação, tornou-se um importante diferencial, pois auxilia no gerenciamento do negócio, agiliza e facilita a tomada de decisão. A medida que a empresa cresce, são adquiridas novas aplicações para atender novas demandas de negócios, muitas dessas aplicações nem sempre têm a mesma linguagem e plataforma de operação gerando, por sua vez, um emaranhado de aplicações distintas com fins específicos e sem comunicação umas com as outras. Neste cenário, surge a área de Integração de Aplicações Empresariais, termo do inglês Enterprise Application Integration (EAI), que busca proporcionar metodologias, técnicas e ferramentas para a concepção e a implementação de soluções de integração. Uma solução de integração tem o objetivo de orquestrar um conjunto de aplicações para mantê-las sincronizadas ou proporcionar novas funcionalidades que possam ser construídas a partir daquelas já existentes. Este trabalho tem por objetivo desenvolver um modelo formal de simulação utilizando redes de Petri Temporizadas a partir de um modelo conceitual de reservas de viagem. O modelo conceitual utilizado como caso de estudo foi projetado utilizando a tecnologia Guaraná. Este trabalho busca encontrar o tempo mínimo e máximo que uma mensagem leva para ser processada na solução de integração antes que ela seja implementada e implantada. Com isso, é possível identificar níveis de qualidade de serviço sem que haja a necessidade de implementar a solução, baseando-se apenas, na estrutura atual do modelo conceitual. O modelo formal desenvolvido foi simulado em cenários críticos de operação, utilizando cargas de entrada diferentes usando a ferramenta CPN Tools. Neste trabalho são utilizadas técnicas formais de verificação presentes na literatura para demonstrar a equivalência entre o modelo conceitual e o modelo de simulação. / 105 f.

A crescente demanda mundial por energias fez com que as atenções se voltassem ao gás (metano). Entretanto, o nível de impurezas é bastante elevado em algumas jazidas, inviabilizando a sua exploração. No sentido de estudar processos de purificação de gás natural, este trabalho apresenta os estudos iniciais do processo de purificação via adsorção seletiva em nanotubos de carbono (CNT). Neste aspecto foi estudada a adsorção seletiva de mistura gasosa equimolar de metano e água sobre nanotubos de carbono por simulação computacional. Dentre as diversas técnicas de simulação foi utilizada a dinâmica molecular. Estudou-se o processo de adsorção em três diferentes tipos de configuração superficial: sem qualquer dopante, dopado com átomos de lítio e dopado com íons lítio. Foi verificado que independente do dopante usado, as moléculas de água adsorvem-se na forma de camadas concêntricas ao CNT. Dentre o três tipos analisados, o CNT dopado com íons de lítio apresentou o maior grau de seletividade e a maior quantidade de água adsorvida. Foi determinado o calor isostérico do processo de adsorção de água na mistura gasosa com metano. Este valor (~ -41,5 kJ/mol) é bastante próximo do valor experimental (-40,7 kJ/mol), que está relacionado à entalpia de condensação da água.

A pesquisa propõe estudar a influência da alteração nos padrões de ocupação do solo sobre a ventilação natural, com estudo de caso em parte dos bairros Parque Iracema e Cambeba, na cidade de Fortaleza, Ceará. O vento é elemento chave à qualidade do ar no ambiente urbano e conforto térmico em localidades de clima quente úmido. Entretanto, este elemento do clima urbano é estruturalmente modificado pelo processo de urbanização. A morfologia urbana é resultado de prescrições edilícias tais como gabarito, taxa de ocupação do lote e recuos, modificando a permeabilidade do vento no espaço urbano. O estudo da alteração no escoamento do ar sobre o tecido urbano aborda, especificamente, o setor sudeste da capital cearense, que experimenta um processo de expansão urbana vinculado ao mercado imobiliário, intensificando a sua ocupação e alterando os padrões de uso do solo através da verticalização e do adensamento construtivo permitidos pela legislação urbana. O estudo reproduziu modelos virtuais representando a situação atual, a ocupação máxima permitida e uma proposta intermediária como crítica à permissividade prevista em lei. Os cenários foram simulados em ambiente de mecânica dos fluidos computadorizada. Os resultados indicaram o comprometimento das condições de ventilação na região posterior do cenário de máxima ocupação permitida pela elevação no gradiente de vento. No nível local a maioria dos pontos de comparação inseridos no modelo de máxima ocupação indicou melhores condições de ventilação na altura das edificações em relação ao modelo intermediário, resultado da diminuição da taxa de ocupação. / The research aims to study the influence of changing patterns of land use on natural ventilation, with a case study in a part of Parque Iracema and Cambeba neighborhood, in the city of Fortaleza, Ceará. The wind is a key element to air quality in the urban environment and thermal comfort in hot, humid climate locations. However, this urban climate element is structurally modified by the urbanization process. The urban morphology is the result of urban standards such building height, occupancy rate and space between buildings, changing the permeability of the wind in the urban space. The study of air flow changing over the urban area covers, specifically, the southeast sector of Fortaleza, which is experiencing an urban expansion process caused by the housing market, intensifying its occupation and changing patterns of land use through tall buildings and constructive densification allowed by law. The study reproduced virtual models representing the present situation, the maximum occupancy allowed and an intermediate proposal as a criticism of the permissiveness provided by law. These scenarios were simulated using fluid dynamics software. The results indicated that the natural ventilation was prejudiced in the posterior region of the scenario of maximum occupancy. At the local level most of the points of comparison within the maximum occupancy model indicated better ventilation conditions about buildings height comparing to the intermediate model, attesting the influence of a lower occupancy rate.

Modelos de simulação usados para representar uma malha ferroviária com a circulação de trens percorrendo nela um ciclo fechado, estão sujeitos a diversas interferências. Essas interferências são representadas pela circulação de outros trens, bem como pelas filas que são formadas junto aos terminas de carga e descarga, que alteram a programação inicialmente idealizada. A validação desses modelos de simulação é prejudicada por essas interferências, e a busca por um correto procedimento de validação deve ter como base o adequado direcionamento e alocação dos trens. A carência de estudos sobre a validação de simulações aplicadas a sistemas ferroviários, que considerem a característica especifica de trens de ciclo e as interferências citadas, possibilitou a elaboração desta tese, a qual sinaliza que o desenvolvimento de algoritmos que representam o processo de movimentação dos trens em nível de detalhe suficiente, e a adoção de um método de direcionamento adequado, permitem a validação do modelo para esse tipo de sistema. Das três alternativas avaliadas para representar o direcionamento: escolha aleatória entre diversos pontos de carregamento para atender um destino final ou realizado por rotina com a mesma finalidade inserida no próprio simulador, e por modelo otimizador acessado externamente pelo simulador, foi selecionada a segunda opção por permitir uma validação do modelo mais próxima da realidade e realizar experimentos com menor tempo computacional. Uma vez programado o modelo de simulação com o direcionamento de trens escolhido, foi possível conduzir experimentos para medir a sensibilidade com relação as principais variáveis que permitem o dimensionamento de sistemas ferroviários brasileiros. / The rail network simulation models considering trains on closed loop may have many disturbances. These disturbances are caused by the railnet traffic, or queues at the load/unload stations, that changes the movement previously planned. The validation of these simulation models can be problematic because of these disturbances, and the search for the right validation procedure must count with a good train destination choosing process. The lack of studies about the validation of simulations applied to rail networks, considering the specific features of the closed loop trains and the disturbances, have leaded this thesis development, which proves that the development of algorithms that represent the movement process of the trains under sufficient detailing level, and the adoption of a correct destination choosing process, reaches the model validation. From the three options evaluated to represent this destination choosing procedure: random choosing between many loading points to one unloading point, or an internal model routine to do this same task, or an external optimization model called from the simulation model, was choosen the second option, because it validates the model and runs the simulation experiment faster. Once prepared the model with the destination choosing process selected, was possible to conduct experiments to measure the model sensitivity to the main parameters at the design of brazilian rail networks.