Made available in DSpace on 2015-04-01T11:58:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Arquivototal.pdf: 5598319 bytes, checksum: 7939bc1053cd6202d44bb40f8dab05b2 (MD5) Previous issue date: 2013-10-04 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Daylight can provides human health and well-being, as well as economic benefits. Daylight can creates interesting interiors supportive of human health and energy can be saved by dimming down or switching off electric lighting that are not needed. The surrounding, the building design and the daylight system are key elements of the greater or lesser possibility of use of the natural light. This Master s dissertation aims to study the potential use of the natural light, considering the minimum window size required on João Pessoa Paraíba Brazil legislation (JOÃO PESSOA, 1971) for residential spaces illuminated by pass-through and conduction components. A series of computer simulations were used in evaluating the daylight availability, provided by Daysim. There were carried on 480 simulations by associating five residencial rooms living room/bedroom 01; bedroom 02; maid s room; kitchen and bathroom and six design variants opaque and transparent sill; protruding and enclosed balcony; balcony s depth (1,20; 1,50; 2,00; 2,50 e 3,00 m), maximum plot ratio allowed; floor level (ground level and fourth floor); and North, East, South, and West facade orientations. Daylight Autonomy (DA) and Useful Daylight Illuminance (UDI) are the performance indicators used to predict the rooms performance using dynamic daylight simulations. Around 40% of the models have fell-short levels of Useful Daylight Illuminance. Protruding or enclosed balcony, opaque or transparent sill, and floor level affects the levels of natural lighting in rooms. / O uso da luz natural como fonte de iluminação além dos impactos positivos no bem-estar físico e mental do homem possui vantagens econômicas. A possibilidade de economia de energia elétrica depende da obtenção do nível de iluminamento requerido, de forma total ou complementar. O entorno e a edificação, através dos componentes de passagem e condução da luz, são elementos determinantes da maior ou menor possibilidade de aproveitamento da luz natural. Nesse aspecto, este trabalho tem como objeto de estudo o potencial de aproveitamento da luz natural, considerando as dimensões mínimas permitidas pelo Código de Obras de João Pessoa, em ambientes residenciais com sistema de iluminação natural composto de componentes de passagem associados a componentes de condução. O método para a análise do comportamento da luz natural foi simulação computacional, tendo sido o utilizado o software Daysim. Foram realizadas 480 simulações para cinco ambientes sala/quarto 01, quarto 02, quarto de empregados, cozinha e banheiro , associando três variáveis no componente de condução peitoril transparente e opaco; componente de condução saliente e encravado; e profundidade do componente de condução (1,20; 1,50; 2,00; 2,50 e 3,00 m) e três variáveis associadas ao entorno entorno construído a partir do critério de máxima ocupação do solo; altura do pavimento (térreo e 4º pavimento); e orientação (Norte, Leste, Sul e Oeste). Os parâmetros de análise foram a Iluminância Natural Útil (INU) e a Autonomia da Luz Natural (ALN). Considerando as variáveis e os parâmetros adotados, aproximadamente 40% dos modelos simulados apresentam iluminação natural insuficiente. Os fechamentos laterais (saliente ou encravado), a transparência desses fechamentos e o pavimento destacam-se como variáveis que interferem significativamente nos níveis de iluminação natural.

Made available in DSpace on 2015-05-14T12:09:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 11490325 bytes, checksum: c5db739b54c8a079086312556753c528 (MD5) Previous issue date: 2013-09-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Given the importance of adaptation of the building to the climate in search of more thermally and energy efficient buildings, this study evaluates the influence of shading devices and solar absorption coefficient of the envelope in the thermal and energy performance of residential buildings located in the Manaíra, João Pessoa-PB , through computer simulations, using the DesignBuilder program. The work involved the development of a methodology for the identification of the main characteristics of residential buildings in urban cutout study. Were analyzed 25 buildings with respect to: frequency of occurrence of numbers of floors, terrain and edification shape, area of apartments, percentage area of window and of wall in the facades, facade orientation, existence of elements of sun protection and constructive characteristics general. Based on the data collected, a representative model of constructive reality was elaborated, called predominant typology and used as the base case in the simulations. One set of typologies was simulated, determined from alterations constructive variables such as solar protection and absorption coefficient of the envelope, as well as, the urban variable surroundings obstruction. The analysis variables considered were the temperature of the internal air, solar gain through opaque and transparent closings and load required for cooling. Was observed that the shading caused in the area around contributes to a reduction in internal temperature and solar gain, but the balance is not always favorable, some models analyzed presented an increase in solar gain by opaque closings. Just like the density of surrounding area can elevate the air temperature and energy consumption in domestic environments. The use of the shutter openings resulted in better thermal and energy performance, higher than the adoption of low absorption coefficient ( = 0.20). / Diante da importância da adequação da edificação ao clima em busca de edificações mais eficientes termicamente e energeticamente, este trabalho avalia a influência dos dispositivos de sombreamento e do coeficiente de absorção solar da envoltória no desempenho térmico e energético de edifícios residenciais multipavimentos localizados no bairro de Manaíra, município de João Pessoa-PB, através de simulações computacionais, utilizando o programa DesignBuilder. O trabalho compreendeu o desenvolvimento de uma metodologia para o levantamento das principais características de edifícios residenciais multipavimentos no recorte urbano em estudo. Foram analisados 25 edifícios com relação à: frequência de ocorrência de números de pavimentos, forma do terreno e da edificação, área dos apartamentos tipo, percentual de área de janela e de parede nas fachadas, orientação das fachadas, existência de elementos de proteção solar e características construtivas gerais. Com base nos dados levantados, um modelo representativo da realidade construtiva foi elaborado, denominada de tipologia predominante e utilizada como caso base das simulações. Um conjunto de tipologias foi simulado, determinado a partir de alterações de variáveis construtivas, como proteção solar e coeficiente de absorção da envoltória, assim como, a variável urbana obstrução do entorno. As variáveis de análise consideradas foram a temperatura do ar interna, o ganho solar através dos fechamentos opacos e transparentes e a carga necessária para resfriamento. Observou-se que o sombreamento provocado pelo entorno contribui para a redução da temperatura interna e ganho de calor, porém nem sempre o balanço é favorável, alguns modelos analisados apresentaram um aumento no ganho solar pelos fechamentos opacos. Assim como, o adensamento do entorno, pode elevar a temperatura do ar e o consumo de energia nos ambientes internos. O uso da veneziana nas aberturas resultou no melhor desempenho térmico e energético, superior à adoção de baixo coeficiente de absorção (=0,20).

Submitted by Daniel Lucas Zago Caetano (daniel.caetano@sjrp.unesp.br) on 2017-09-29T00:38:30Z No. of bitstreams: 1 caetano_dlz_dr_sjrp.pdf: 13957655 bytes, checksum: 5b96587e7372ab57b53df4f703a1de39 (MD5) / Approved for entry into archive by Monique Sasaki (sayumi_sasaki@hotmail.com) on 2017-09-29T18:31:12Z (GMT) No. of bitstreams: 1 caetano_dlz_dr_sjrp.pdf: 13957655 bytes, checksum: 5b96587e7372ab57b53df4f703a1de39 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-29T18:31:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 caetano_dlz_dr_sjrp.pdf: 13957655 bytes, checksum: 5b96587e7372ab57b53df4f703a1de39 (MD5) Previous issue date: 2017-09-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Este trabalho tem por objetivo estudar, por meio de simulações computacionais baseadas no método de Monte Carlo, interações eletrostáticas em superfícies e macromoléculas. Na primeira parte deste estudo é abordada a interação entre polieletrólitos, mais especificamente, homopolímeros e copolímeros em bloco suscetíveis à variações de pH, e macromoléculas com distribuição helicoidal de carga compatível com a encontrada em polinucleotídeos. A macromolécula foi representada por um cilindro rígido infinito que simula a parte central do DNA/RNA, totalmente inacessível ao polieletrólito. Visando simular os sulcos do DNA, duas esferas completam o modelo: uma localizada na posição dos grupos fosfato (esfera externa) e outra localizada entre a esfera externa e o cilindro (esfera interna). A distribuição de carga da macromolécula é dada por um conjunto de cargas negativas monovalentes centradas nas esferas externas. O polieletrólito foi representado por uma cadeia de N esferas rígidas carregadas, conectadas por um potencial harmônico e com um valor de pKa específico. A solução eletrolítica foi tratada pela teoria de Debye-Hückel. Os efeitos do pH, da concentração de sal, da estrutura primária e da rigidez da cadeia polimérica e da distribuição de carga da macromolécula sobre as propriedades conformacionais e físico-químicas da cadeia adsorvida foram calculados. Verificou-se que a presença da macromolécula modifica as propriedades ácido/base do polieletrólito e que o efeito de regulação de carga afeta o processo de adsorção/dessorção. Além disso, constatou-se uma dependência entre as conformações adotadas pelo polieletrólito na superfície da macromolécula e a concentração de sal da solução. Na segunda parte deste trabalho é investigada a influência das interações de hidratação sobre a capacitância diferencial da dupla camada elétrica por meio de simulações de Monte Carlo e por modelos teóricos baseados na aproximação de Campo Médio. Um eletrodo plano e carregado foi inserido em uma solução eletrolítica constituída por íons monovalentes e com concentração próxima às condições fisiológicas. As interações de hidratação foram descritas por meio de potenciais de Yukawa, as quais foram adicionadas às interações de Coulomb e de volume excluído entre os íons e entre os íons e o eletrodo. O modelo de Campo Médio proposto não só inclui interações de hidratação aos pares ânion-ânion, ânion-cátion e cátion-cátion de intensidades arbitrárias, mas também leva em consideração o tamanho finito dos íons por meio de duas abordagens distintas: i) equação de estado de Carnahan-Starling; e ii) modelo de rede. A capacitância diferencial obtida não só pelas simulações de Monte Carlo, mas também pelas aproximações de Campo Médio, apresenta o característico pico duplo, usualmente denominado de camel-shape, no qual seu decaimento reflete o empacotamento dos contraíons nas proximidades do eletrodo. Verificou-se também que a presença das interações de hidratação entre os íons e entre o eletrodo e os íons promove o surgimento de uma pequena região de depleção de carga nas proximidades do eletrodo, similar à camada de Stern. / This work aims to analyze electrostatic interactions on surfaces and macromolecules through the use of computational simulations based on the Monte Carlo method. In the first part of this study, we discuss the interaction between polyelectrolytes – more specifically homopolymers and block-copolymers which are susceptible to variations in pH – and macromolecules with helical charge distribution compatible with that found in polynucleotides. The macromolecule was represented by an infinite rigid cylinder, which mimics the central core of RNA/DNA, totally inaccessible to the polyelectrolyte. In order to simulate DNA grooves, two additional spheres complete the model: one being centered at the position of the phosphate groups (outer sphere) and the other being located between the outer sphere and the cylinder (inner sphere). The charge distribution of the macromolecule is given by a helical set of monovalent negative charges centered at the outer spheres. The polyelectrolyte was represented by a chain with charged hard spheres connected by harmonic bonds and presenting a specific pKa value. The electrolyte solution was treated at the Debye-Hückel level. The effects of pH, salt concentration, primary structure and stiffness of the polymer chain on the conformational and physicochemical properties of the adsorbed chain were investigated. Results show that the presence of the macromolecule modifies the acid/base properties of the polyelectrolyte and that the effect of charge regulation affects the adsorption/desorption process. Furthermore, a dependence between the conformations adopted by the polyelectrolyte on the surface of the macromolecule and the salt concentration of the solution was also observed. In the second part of this study, we investigated the influence of hydration interactions on the differential capacitance of an electric double layer by means of Monte Carlo simulations and by theoretical models based on mean-field approximation. A charged planar electrode was inserted in an electrolyte solution composed of monovalent ions and with concentration close to that found at physiological conditions. The hydration interactions were modeled through Yukawa potentials, which were added to Coulomb and excluded volume interactions among the ions and between the ions and the electrode. The proposed mean-field model not only include hydration interactions to the cation-cation, anion-anion and cationanion pairs, but also take into account the finite size of the ions through two distinct approaches: i) the Carnahan-Starling equation of state, and ii) the lattice gas model. We found that both our Monte Carlo simulations and mean-field approaches predict a characteristic double-peak (the so-called camel shape) of the differential capacitance, where its decrease reflects the packing of the counterions near the electrode. We also found that the presence of hydration interactions among the ions and between the ions and the electrode promotes the emergence of a small region of charge depletion near the electrode, similar to the Stern layer. / FAPESP: 2013/13151-7

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Nesta dissertação é modelado computacionalmente o processo de corrosão por pites em aço inoxidável. Foi implementado um programa computacional que modela a distribuição da concentração local de espécies agressivas, o grau de dano do filme passivo, a suscetibilidade a pites e a distribuição dos pites, com base no modelo de PUNCKT et al. [2004]. Como uma contribuição desta dissertação foi considerada uma dependência entre a concentração local de espécies agressivas e a corrente anódica simulada. Também foi considerada, como outra contribuição do presente trabalho, a existência de pites estáveis e o efeito determinístico decorrente das regiões de inclusões de MnS em aços inoxidáveis. A geração de pites sobre uma superfície metálica é modelada usando um processo randômico de nucleação de pites, e a solução do modelo matemático permite a visualização da superfície corroída. / In the present work a computational model of the pitting corrosion process in stainless steal is developed. A computational program was implemented for the determination of the distribution of the local concentration of aggressive species, the degree of the passive film damage, the susceptibility of pitting and the pitting distribution, based on the PUNCKT et al. [2004] model. As a contribution of the present work dependence between the local concentration of aggressive species and the simulated anodic current is considered. It was also considered, as another contribution, the existence of stable pits and the deterministic effect of regions of MnS inclusions in stainless steel. The generation of pits over a metallic surface is modeled using a random process of pits nucleation, and the mathematical model solution gives the corroded surface visualization.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Apresentam-se aqui os resultados da simulação do Espectrômetro de Dipolo do Forward Próton Detector (FPD) do experimento DØ usando o Geant4 O FPD consiste de um conjunto de espectrômetros de momentum localizados no tubo do feixe em ambos os lados do detector DØ com o objetivo de detectar prótons e/ou antiprótons produzidos em eventos difrativos resultantes das colisões próton-antipróton no centro do DØ Para determinar quais os fatores influenciam a resposta do FPD, utilizamos eventos com = 2 TeV gerados pelo programa PHOJET Nesta dissertação realizou-se a simulação de um detector bem conhecido, neste caso os espectrômetros de dipolo do FPD a fim de entender como desenvolver simulações utilizando o Geant4 para futuras aplicações no LHC / We present here the results from the simulation of the Dipole Spectrometer of the Forward Proton Detector (FPD), using the Geant4 simulation package. The FPD consists of momentum spectrometers placed in the beam pipe in both sides of DØ experiment. It was built to tag protons and/or antiprotons produced in diffractive events as a result of the collisions at the center of DØ. In order to estimate the response of our simulation we used events at = 2 TeV generated with PHOJET. Our motivation to simulate the dipole spectrometer of FPD is to learn and understand how Geant4 operates in order to use it in future applications at LHC

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This study discusses the mathematical modeling of groundwater flows, and the bases for the development of a numerical model that simulates the flow in unconfined aquifers, affected by singularities like wells and interconnected streams. The main application of the model is directed to urban areas with water wells. Numerical approximations are used to estimate changes of the piezometric levels, groundwater drawdowns and water flow rates in the aquifer caused by simultaneous pumping from multiple wells. In this study, we used the finite differences method for the numerical treatment of the differential governing equation. In this context, all spatial derivatives were discretized by central differences of the second order. Two explicit schemes were used for the treatment of the temporal derivative: the first order Euler scheme, and the fourth order Adams-Bashforth scheme. Two schemes were also used to model the sinks, that is the extraction of water by the wells. The results of these two schemes are compared with a hybrid model that uses analytical solutions in small areas within the radius of influence of the wells, a numerical solution in the remaining area. As a case study, the model is applied to our area situated in the urban fabric of the city of Araguari (MG), in the area of the Bauru aquifer. The model has the potential to help future guidelines for the management of the free aquifers underlying urban areas, intending its best use, and indicating possible saturation places of exploitation. / O presente trabalho aborda a modelagem matemática do escoamento de águas subterrâneas. E os fundamentos para elaboração de um modelo numérico que simule o escoamento em aquíferos não confinados, submetidos a singularidades como poços e córregos interconectados. O modelo visa à aplicação preferencial em zonas urbanas que apresentam poços tubulares distribuídos na sua área. São utilizadas aproximações numéricas com o objetivo de estimar as mudanças nas cotas piezométricas, os rebaixamentos do lençol freático e as velocidades de escoamento da água no aquífero, ocasionadas pelo bombeamento simultâneo de múltiplos poços. Neste trabalho, utilizou-se o método de diferenças finitas para tratamento numérico da equação diferencial governante. Neste contexto, todas as derivadas espaciais foram discretizadas por diferenças centrais de segunda ordem. Dois esquemas explícitos foram utilizados para o tratamento da derivada temporal: o esquema de Euler, de primeira ordem, e o esquema de Adams- Bashforth, de quarta ordem. Também foram utilizadas duas alternativas para modelação do termo sumidouro, que representa a extração de água pelos poços. Os resultados desses dois esquemas são comparados com um modelo híbrido que utiliza soluções analíticas em áreas pequenas, dentro do raio de influência dos poços e, nas outras áreas, uma solução numérica por diferenças finitas. A área de aplicação do modelo situa-se sob a malha urbana da cidade de Araguari (MG), nos domínios do aquífero Bauru. O modelo tem potencial de auxiliar as futuras diretrizes para a gestão de aquíferos livres sotopostos a zonas urbanas, para seu melhor aproveitamento, indicando possíveis lugares de saturação de explotação. / Mestre em Engenharia Civil

Trocadores de Calor Solo-Ar (TCSA) são dispositivos usados para melhorar o condicionamento térmico de ambientes construídos. Eles funcionam através da ventilação do ar por um ou mais dutos enterrados, utilizando o solo como fonte ou sumidouro de calor. Em virtude da defasagem entre as temperaturas do ar e das camadas superficiais da Terra, é possível resfriar o ar no verão e aquecê-lo no inverno. Seus princípios de operação baseiam-se na mecânica dos fluidos e transferência de calor, áreas onde a teoria Construtal tem sido usada para melhorar o desempenho, ou reduzir imperfeições, de vários sistemas térmicos, após uma estratégica análise de suas geometrias (ou de seu design), também chamada de método Design Construtal que se fundamenta na lei construtal. Dessa lei, projetos em engenharia devem começar, por exemplo, descobrindo as arquiteturas que facilitam o escoamento entre uma fonte pontual e um volume, ou vice-versa. Explorando esses conceitos para TCSA, onde a corrente é o calor que flui entre os dutos e o solo, esta tese objetiva centralmente avaliar o desempenho térmico desses dispositivos em função de possíveis desenhos de suas estruturas. Particularmente, isso foi feito: (1) usando um duto e variando seu diâmetro e vazão de ar; (2) inserindo novos dutos, até um total de cinco, mantendo a vazão de ar constante, e estudando diversas disposições geométricas. Numericamente, foram empregados dois modelos testados e validados a partir de dados experimentais, que foram simulados no código comercial de dinâmica dos fluidos computacional, FLUENT, o qual baseia-se em métodos de volumes finitos. As geometrias e malhas foram geradas no software GAMBIT. Dos resultados numéricos, esta tese também avançou desenvolvendo novos modelos para o conceito de potencial térmico instantâneo, que é uma medida das diferenças de temperatura entre a saída e a entrada dos dutos de TCSA. Descobriu-se que estes modelos podiam ser simplificados em termos de funções senoidais, facilitando análises e definições analíticas subsequentes, criando um quadro resumo para grandes volumes de dados simulados. Das avaliações dos resultados nos estudos com um duto, foram encontradas faixas para a obtenção de rendimentos térmicos anuais estimados em pelo menos 80%, com mudanças no diâmetro e/ou vazão do ar. Analisando múltiplos dutos, foram reveladas melhorias significativas de rendimento com: (1) o aumento no número de dutos; (2) a redução, até certos limites, da razão entre os espaçamentos verticais e horizontais entre eles; (3) a ampliação da razão entre o volume da instalação e o volume do domínio computacional. Destaca-se, ainda, que em todos os casos foram calculados balanços energéticos, com a estimativa das taxas (e quantidade) de calor trocado, bem como da energia elétrica consumida pelos ventiladores, mostrando sua viabilidade no condicionamento de ar com redução do consumo de energia elétrica. / The Earth-Air Heat Exchangers (EAHE) are devices used to improve the thermal conditions of built environments. They work by blowing the air inside buried ducts to use the soil as heat source or sink. Due to a phase difference between the air and ground temperatures, it is possible to cool the air in the summer and heat it in the winter. These operating principles are based on the areas of fluid mechanics and heat transfer, where the Constructal theory has been used to improve the performance, or reduce imperfections, of several thermal systems, after a strategic evaluation of their geometries (or their design), also called Constructal Design method, which is anchored by the constructal law. From this law, engineering projects should begin, for example, finding the architectures which ease the flow between a source point and a volume, or vice versa. Bringing these concepts to EAHE, where the current is the heat which flows between the ducts and the soil, this thesis mainly aims to assess the thermal performance of EAHE due to possible designs of their layouts. Particularly, this was done by: (1) adopting one duct and varying its diameter and/or the air flow; (2) using up to five ducts, keeping the air flow constant, and studying various geometric shapes. Numerically, two models were used, which have been tested and validated from experimental data, and the simulations were done in the CFD software FLUENT, which is based in the finite volume methods. The geometries and meshes were generated by the software GAMBIT. From the numerical results, this thesis also pursued developing new models for the concept of the instantaneous thermal potential, which is a measure of the temperatures differences between the ducts outlet and inlet. It was found that these models can be simplified in terms of sinusoidal functions, helping analysis, definitions, and creating a framework to summarize large volumes of simulated data. From the evaluation of the data in the studies with one duct, ranges for changes in their diameter and/or air flow were found to obtain at least 80% of estimated annual efficiency. Analyzing multiple ducts, significant improvements in efficiency were also obtained by: (1) increasing the number of ducts; (2) reducing, to some extent, the ratio between their vertical and horizontal spacings; (3) increasing the ratio between the installation volume and the computational domain. It should also be highlighted that in all cases the energy balances were computed, to find the rates (and amounts) of exchanged heat, as well as the electric energy consumed by the fans, showing the economic viability of using EAHE as devices for air conditioning.

O principal objetivo do controle de vibrações é a sua redução ou minimização, através da modificação automática da resposta estrutural. Em muitas situações isto é necessário para promover a estabilidade estrutural, e para alcançar o alto desempenho mecânico necessário em diversas áreas técnicas, tais como a engenharia aeroespacial, civil e mecânica, bem como a biotecnologia, inclusive em escala micro e nano mecânica. Uma alternativa é o uso de estruturas inteligentes, que são o resultado da combinação de sensores e atuadores integrados em uma estrutura mecânica, e um método de controle adequado. O principal objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de rotinas computacionais para a simulação, via método dos elementos finitos, do controle ativo de estruturas inteligentes de cascas, placas e vigas delgadas de material compósito laminado com camadas de material piezoelétrico como sensores e/ou atuadores. Caracterizam esta pesquisa a utilização do elemento GPL-T9 de três nós e seis graus de liberdade mecânicos por nó, mais um grau de liberdade elétrico por camada piezoelétrica, assim como a avaliação de dois métodos de controle, o Proporcional-Integral-Derivativo (PID) e o Regulador Quadrático Linear ou Linear Quadratic Regulator (LQR), incluindo o LQR Modal, e a otimização da localização de pastilhas piezoelétricas através de um Algoritmo Genético (AG). Várias aplicações são apresentadas e os resultados obtidos são comparados aos disponíveis na literatura especializada. / The main objective of vibration control is its reduction or even its minimization by the automatic modification of the structural response. Sometimes this is necessary to increase structural stability and to attain a high mechanical behavior in several areas such as aerospace, civil and mechanical engineering, biotechnology, including macro, micro and nanomechanical scales. An alternative is to use a smart structure, which results of the combinations of integrated sensors and actuators in a mechanical structure and a suitable control method. Development of a computational code to simulate, using finite elements, the active control in smart structures such as slender shells, plates and beams of composite materials with embedded piezoelectric layers acting as actuators and sensors is the main objective of this work. This research is characterized by the use of the GPL-T9 element with three nodes and six mechanical degrees of freedom and one electrical degree of freedom per piezoelectric layer, by the evaluation of two control methods, the Proportional Integral Derivative (PID) and the Linear Quadratic Regulator (LQR), including the Modal LQR, and, finally by the optimization of piezoelectric patches placement using a Genetic Algorithm (GA). Several examples are presented and compared with those obtained by other authors.

The opening of energy markets for the production of energy from renewable sources has been positively influencing the economic investments in the sector. The growing investment from the financial market is based on the reduction of market risks inherent in projects related to the generation of clean energy. The emergence of new methodologies for the evaluation of projects concomitant with the improvement of the traditional techniques applied to the renewable energy sector are fundamental for the reduction of market uncertainties and the liquidity of investment projects in the energy sector. The valuation of investment options by the financial market occurs through the use of traditional techniques such as Discounted Cash Flow (CDF) or real options. The real option approach is considered by many investors to be complex, making discounted cash flow the most widely used approach. This thesis presents a contribution to the improvement of the use of the discounted cash flow technique in the evaluation of investment projects applied to the renewable energy sector considering the use of perpetuity or terminal value. This study is based on the evaluation of two hybrid water systems already in the literature with methods used in the evaluation of financial investments and discusses the results seeking to lay the foundations for a new way to evaluate hybrid systems based on renewable energy resources. The two systems under study were simulated with the Homer software, and in one, the choice for the final configuration did not result in the ideal configuration suggested by the software. The applied method allowed to justify this originally divergent choice of the result presented by the software Homer. The final results presented are the optimization spaces (one of the traditional ways in which the software Homer presents its results) constructed according to the presented evaluations. / A abertura de mercados energéticos para a produção de energia proveniente de fontes renováveis vem influenciando de forma positiva os investimentos econômicos no setor. O crescente investimento oriundo do mercado financeiro se baseia na redução de riscos de mercado inerentes aos projetos ligados à geração de energia limpa. O surgimento de novas metodologias de avaliação de projetos concomitante ao aprimoramento de técnicas consideradas tradicionais aplicadas ao setor de energias renováveis são fundamentais para a diminuição das incertezas de mercado e a liquidez dos projetos de investimento no setor energético. A avaliação de opções de investimento pelo mercado financeiro ocorre através do uso de técnicas tradicionais como o Fluxo de Caixa Descontado (FCD) ou as opções reais. A abordagem por opções reais é considerada por muitos investidores como complexa, tornando o fluxo de caixa descontado como a abordagem utilizada de forma mais ampla. Esta tese apresenta uma contribuição para o aprimoramento do uso da técnica do fluxo de caixa descontado na avaliação de projetos de investimentos aplicada ao setor de energias renováveis considerando a utilização da perpetuidade ou valor terminal. Este estudo se baseia na avaliação de dois sistemas híbridos hídricos já na literatura com métodos utilizados na avaliação de investimentos financeiros e discute os resultados buscando construir as bases para uma nova maneira de avaliar sistemas híbridos com base em recursos energéticos renováveis. Os dois sistemas em estudo foram simulados com o software Homer e em um deles a escolha para a configuração final não resultou na configuração ótima sugerida pelo software. O método aplicado permitiu justificar essa escolha originalmente divergente do resultado apresentado pelo software Homer. Os resultados finais apresentados são os espaços de otimização (uma das formas tradicionais na qual o software Homer apresenta seus resultados) construídos de acordo com as avaliações apresentadas.

A análise e projeto de grandes estruturas de engenharia requerem, geralmente, a utilização de fundações profundas baseadas em estacas de aço ou concreto armado. Sendo o problema de natureza tridimensional pelas condições de contorno e a variação espacial das propriedades do solo, necessita-se de uma ferramenta computacional capaz de simular esse tipo de problema em situações de interesse, tais como carregamento sísmico ou quase-estático por consolidação. Neste trabalho, propõe-se um modelo numérico tridimensional baseado no método dos elementos finitos sob pequenas deformações para a modelagem do problema de interação solo-estaca sob carregamento estático, quase-estático e dinâmico. Elementos finitos hexaédricos são utilizados para representar o meio poroso saturado e as estacas de concreto armado. Considera-se a interação parcial entre ambos meios, mediante a inclusão de elementos de interface capazes de simular separação e escorregamento. A não-linearidade física de todos os materiais envolvidos é considerada mediante a utilização da teoria de plasticidade, onde esquemas de integração explícita são utilizados. Um modelo constitutivo baseado na teoria de plasticidade generalizada é utilizado para simular o fenômeno de liquefação em areias. No caso da estaca de concreto armado, utilizou-se um modelo de fissuras distribuídas para representar o processo de fissuração, enquanto a armadura de reforço pode ser representada por uma camada distribuída equivalente ou por um modelo discreto incorporado. Exemplos numéricos são apresentados para validar a correta implementação do modelo numérico. / Deep foundations using steel or reinforced concrete piles are conmmonly used in large civil engineering structures. Due to the three-dimensional nature of the problem, its boundary conditions and spatial variability of soil properties, it is necessary to employ numerical models that must be able to simulate this problem under seismic loading as well as under quasi static consolidation processes. A three-dimensional numerical model based on the finite element method, for the static, quase-static and dynamic analysis of the soil-pile interaction problem under the small strain assumption is proposed in this work. For this purpose, coupled hexahedral finite elements are used to represent soil and concrete piles. Interface elements are used to simulate slip, bonding and opening processes at the soil-pile interface. Material nonlinear behaviour of the soil and concrete are considered by using the theory of plasticity, where explicit integration schemes are used. A suitable constitutive model based on the generalized theory of plasticity is employed to represent the liquefaction phenomena in sands under cyclic loading. For the concrete pile, a smeared approach is used to represent concrete cracking due to traction stresses, while both an equivalent smeared layer representation or a discrete unidimensional representation can be used for modeling the reinforcing steel. Numerical examples are presented in order to validate the implementation of the numerical model.