O presente trabalho visa a investigar, via simulação numérica, o desempenho de um controlador preditivo generalizado aplicado à regulação da glicemia em pacientes diabéticos tipo I, mediante o emprego de bombas de infusão de insulina. A simulação da dinâmica do sistema endócrino-metabólico em um paciente diabético tipo I, metabolicamente normalizado, foi realizada através de um modelo não-linear de 19a ordem bastante difundido na literatura. Em pacientes diabéticos tipo I, metabolicamente não-normalizados, tal dinâmica foi simulada considerando-se variações, em relação aos valores nominais, nos valores dos parâmetros do modelo anterior. O controlador projetado, quando atuando em um paciente diabético metabolicamente normalizado, teve o seu desempenho avaliado pelos valores máximos e mínimos da concentração de glicose no sangue periférico venoso e pelo intervalo de tempo para a concentração de glicose anterior retornar à faixa de 2% em torno da concentração de referência, após uma refeição contendo uma quantidade pré-fixada de glicose. Quando o controlador proposto atuava em um paciente diabético metabolicamente não-normalizado, inicialmente descompensado, o seu desempenho foi avaliado pelo intervalo de tempo necessário para a glicemia retornar à faixa de 2% em torno da concentração de referência. O desempenho apresentado pelo controlador proposto neste trabalho é comparável aos já disponíveis na literatura sendo, entretanto, o controlador proposto aqui mais simples de ser implementado e menos custoso computacionalmente.

This work focuses on the study of impinging jets actuating in both the presence and absence of a porous bed, in both laminar and turbulent regimes by using numerical simulations. Porous medium was treated as rigid, homogeneous and isotropic. The macroscopic transport equations are written for an elementary representative volume yielding a set of equation valid for the entire computational domain. These equations are discretized using the control volume method and the resulting system of algebric equations are solved by the SIP algorithm utilizing the SIMPLE method for the pressure-velocity coupling. Initially, the laminar flow regime is analyzed, followed by turbulent flow simulations, utilizing both Low and High Reynolds turbulence models. Derivations are carried out under the recently established double-decomposition concept. Results show good agreement with literature data, for both laminar and turbulent cases.

O objetivo deste trabalho é estudar a influencia de rigidez de dentes em contato de um par de engrenagens na resposta dinâmica do sistema. Este contato chama-se contato de Hertz e ocorre no contato de dois sólidos um deles com superfície curva de contato, por exemplo, duas esferas ou dois cilindros, ou pode ser a combinação de uma superfície plana com uma superfície esférica ou cilíndrica. No caso do contato de dois dentes, as superfícies são cilíndricas, o raio de curvatura de cada dente não é permanente e sofre alteração em cada ponto do perfil, e está descrito pela função de uma curva evolvente. Para dedução da curva de torque aplicado versus deslocamento angular q foi utilizado software de análise de Elementos Finitos "FEMAP 8.3". O modelo mecânico está representado por dois eixos flexíveis acoplados por um par de engrenagens. Cada eixo tem dois apoios. Para resolver o problema dinâmico dos eixos acoplados por engrenagens, foi utilizado também o Método de Elementos Finitos. Cada eixo foi dividido em cinco elementos unidimensionais. Os elementos finitos utilizados possuem dois nós com cinco graus de liberdade por nó. As equações de movimento foram obtidas a partir das Equações de Lagrange, e descrevem o movimento em dois planos ortogonais e rotação ao longo dos eixos de engrenagens. As matrizes de massa e de rigidez, cálculos, a aplicação do método de Newmark para solução das equações diferencias, e, simulação da resposta do eixo, foram obtidos com utilização do software "Mathematica 5.1".

Neste texto, será apresentada a teoria básica da dinâmica computacional, juntamente com alguns métodos de solução para as equações diferenciais-algébricas de movimento. Neste contexto, uma melhoria de um método de ortogonalização existente para solução numérica das equações de movimento será apresentada, caracterizando a contribuição científica deste texto. Do ponto de vista aplicado, foi desenvolvido um programa computacional visando à simulação computacional de sistemas multicorpos. O método implementado neste programa permite a simulação de sistemas rígidos holonômicos arbitrários, conectados por juntas de vários tipos, onde esses sistemas rígidos podem conter cadeias fechadas. As únicas exceções referem-se a situações de contato e impacto, não incorporadas no programa desenvolvido. A simulação de sistemas flexíveis não foi implementada. Contudo, como o programa permite a criação de conjuntos mola-amortecedor lineares e angulares, a representação de barras flexíveis por meio de parâmetros concentrados é simples de ser introduzida. O programa desenvolvido permite ainda ao usuário a inserção de funções MATLAB, abrindo caminho para a implementação de controladores para os sistemas multicorpos. O programa elaborado foi validado utilizando-se alguns exemplos teste, onde cada exemplo concentra-se num aspecto distinto, como complexidade computacional do método de solução, estudo de cadeias fechadas, bem como a análise de sistemas tridimensionais, onde os resultados obtidos com o programa desenvolvido foram comparados, em termos de acurácia e eficiência, com aqueles fornecidos pelo programa comercial ADAMS. Foi realizada ainda uma aplicação do programa a um robô com três graus de liberdade, controlado pela técnica de torque computado, visando ilustrar a possibilidade de integração do programa desenvolvido com o Matlab. Por fim, cabe ressaltar que o intuito do programa implementado é que este sirva como mais uma ferramenta disponível para a análise computacional na área de robótica do Instituto. Contudo, devido à generalidade do programa, capaz de simular sistemas multicorpos além daqueles comumente encontrados no domínio da robótica, é esperado que este sirva para as inúmeras áreas onde a análise computacional de sistemas multicorpos se faz necessária.

A simulação numérica de turbinas a gás é importante tanto na fase de projeto quanto na de desenvolvimento do motor. Na fase de projeto podem-se prever, antecipadamente, problemas de funcionamento que poderão ocorrer em pontos específicos do envelope de operação prescrito. Na fase de desenvolvimento podem-se reduzir prazos e custos pelo melhor planejamento dos ensaios. O ITA tem investido bastante na área de simulação, com o objetivo de desenvolver uma plataforma computacional de simulação numérica de turbinas a gás de alto desempenho. Um módulo adicional de simulação do desempenho em regime transitório foi desenvolvido e incorporado à plataforma existente, dando-lhe a capacidade de simular numericamente os transitórios de eixo e volume em turbinas a gás de alto desempenho. Em especial, contemplam-se as turbinas a gás que equipam as aeronaves mais modernas, bem como as industriais utilizadas, por exemplo, nas usinas termoelétricas modernas. O modelo desenvolvido, que é capaz de captar os transitórios de eixo e volume, foi testado para diversos tipos de motores (turbojato, turboeixo e turbofan) com várias configurações e número de eixos, e foi validado a partir de resultados da literatura. Os resultados são apresentados e analisados.

Competição é sempre um fator crítico a ser considerado por todos os membros do mercado global. Este ambiente econômico turbulento tem forçado as empresas a encontrar uma nova estratégia de negócios. As empresas precisam estar atentas aos competidores emergentes e aos já existentes em todo o mundo para manter e preservar a sua vantagem competitiva. A competição de hoje depende da produtividade e da maneira como as empresas competem. Este é um desafio aos gerentes de produção para enfrentarem esta condição econômica difícil. A tarefa chave é determinar o lucro econômico máximo para um certo orçamento ou investimento. Os sistemas de produção são extremamente complexos para serem administrados em todos os seus detalhes, desta forma os gerentes podem se utilizar de modelos que os auxiliem. Um modelo fornece uma base conveniente e prática para estudos de ambiente de produção. Este estudo apresenta um modelo dinâmico para simular um processo de produção de uma empresa participante da estrutura de mercado do tipo competição monopolística. Três abordagens são destacadas: (1) diferenciação, (2) reinvestimentos e (3) custo variável em relação ao nível de produção. A diferenciação é a principal característica deste tipo de estrutura de mercado representado por dois fatores: o marketing e a inovação tecnológica. Ambos são introduzidos no sistema na forma de reinvestimentos, calculados por índices sobre o lucro do período anterior. O objetivo do modelo é simular os fenômenos causados pelos fatores de diferenciação, onde pode-se avaliar o impacto da decisão do empreendedor de acordo com o lucro do sistema utilizando um eficiente par de índices de reinvestimentos. Esta apresentação propõe um modelo teórico para mostrar o quão benéfico pode ser uma simulação computacional na orientação de uma tomada de decisão ótima dentro das organizações e também em estudos econômicos.

Um sistema de detecção de falhas deve incorporar técnicas de raciocínio que possam identificar um sinal de falha sob condições de incerteza. Nesse contexto, os modelos explorados na teoria de sistemas inteligentes, configurados para detectar falha, apresentam maior confiabilidade e versatilidade do que os modelos matemáticos convencionais. Este trabalho focaliza o estudo de caso de detecção de falhas em motores de combustão interna a pistão, em que foi escolhida a abordagem utilizando lógica nebulosa (fuzzy logic) na elaboração dos detectores de falhas no sistema de injeção e no sistema de ignição. Foram consideradas falhas no sistema de injeção as condições denominadas "mistura rica" e "mistura pobre", relativas às condições do combustível, e as falhas no sistema de ignição as do tipo detonação e rendimento térmico baixo. Essas falhas podem ser responsáveis por comprometer o desempenho do motor, reduzir a sua vida útil, aumentar os custos de manutenção e a emissão de poluentes e colocar em risco a segurança de pessoas. No sistema em foco, os detectores de falha de injeção e de ignição detectam a condição de falha através da observação das seguintes variáveis: ângulo de ignição, rotação e taxa de mistura ar/combustível. Para avaliar o sistema foi desenvolvido um simulador que incorpora a dinâmica do motor, um controlador e o sistema detector de falhas. O modelo do motor de combustão interna a pistão, elaborado dentro do ambiente computacional AMESim 4.2.1, considera uma configuração de quatro cilindros, oito válvulas, quatro sistemas de injeção indireta (um para cada cilindro), ignição por centelha, válvula borboleta, válvulas de admissão e escape, árvore de manivela e outros componentes que compõem um motor de combustão interna. Para controlar as variáveis do modelo no programa AMESim a uma dada condição de operação, o simulador apresenta uma unidade de controle, a qual recebe o sinal de pressão média efetiva, disponível no modelo do motor (ambiente AMESim) e o sinal de carga variável, com o objetivo de calcular a rotação responsável em definir a condição de operação do motor. Uma vez calculada a rotação, a unidade de controle calcula a vazão de combustível que é injetado no motor, o ângulo de abertura da válvula borboleta que proporcionará o estado de aceleração e desaceleração e o ângulo de ignição que indicará o momento da centelha. A unidade de controle e os detectores de falhas foram elaborados no ambiente computacional MATLAB 6.5/Simulink. O funcionamento combinado, via interface de comunicação dos dois ambientes computacionais, propicia uma representação adequada e resultados próximos às características de um motor de combustão real. Ao detectar as falhas provocadas intencionalmente no simulador a abordagem utilizando a lógica nebulosa apresentou resultados satisfatórios, com uma margem de erro de 0% na detecção de falhas no sistema de ignição e uma margem de erro no máximo de 5% na detecção de falhas no sistema de injeção, comprovando-se, assim, a adequação e viabilidade da proposta.

A importância do estudo da dinâmica em máquinas térmicas é conhecer o modo como irá reagir às diferentes circunstâncias de operação, como partida, aceleração e desaceleração, e em transitórios. A observação de suas características dinâmicas permite avaliar situações indesejadas e a necessidade de ajustes. Para modelar uma turbina a gás é necessária a análise de vários domínios físicos, uma vez que os sistemas que compõem uma turbina a gás envolvem várias áreas da engenharia. A turbina a gás é composta basicamente de sistemas termofluido-mecânicos acoplados a sistemas elétricos. Nesse tipo de modelagem, que envolve sistemas elétricos e mecânicos, uma linguagem unificada como a de grafos de ligação pode ser aplicada, pois possui vantagens inerentes. Este trabalho contém três objetivos principais: o primeiro é apresentar o princípio de funcionamento de uma turbina a gás e suas características construtivas. É apresentada também a metodologia envolvida em grafos de ligação para o estudo de sistemas dinâmicos, muito consistente e necessária ao entendimento deste trabalho; segundo, uma vez escolhidas as variáveis de interesse, é apresentada uma metodologia para modelagem de turbinas a gás através de grafos de ligação através de um modelo. São abordados também os procedimentos para se modelar cada parte do motor, e posterior simulação do sistema em ambiente computacional apropriado; terceiro, apresentar uma técnica de identificação para turbinas e um modelo matemático que mostre as características dinâmicas de um sistema físico real ou simulado. Os resultados demonstram similaridades entre as dinâmicas, permitindo a análise da dinâmica da turbina a gás, validando a modelagem utilizando grafos de ligação e de identificação.

Cada vez mais os métodos, técnicas e ferramentas de Engenharia de Software têm sido aplicados para criação, manutenção e adaptação de sistemas de software aeroespaciais. A técnica de orientação a objetos tem provido o reuso de componentes de software, reduzindo o esforço para desenvolver aplicações similares num domínio específico. Este trabalho de pesquisa propõe um Framework para a Simulação de Trajetórias de Foguetes de Sondagem. Este Framework define um modelo abstrato para a construção de simuladores de trajetórias. Um Estudo de Caso e um Protótipo de Simulador foram desenvolvidos para avaliar a reusabilidade do Framework proposto. O protótipo provê cálculos de movimento de um foguete com um, três e seis graus de liberdade. Neste trabalho, também é avaliado o esforço necessário de incorporação da arquitetura de simulação distribuída definida no padrão IEEE Std 1516 - High Level Architecture - HLA. Uma análise dos principais resultados desta pesquisa propicia uma verificação do Framework proposto, quanto a reutilização significativa de código para a construção de modelos de simuladores de trajetórias. Esta análise também propicia uma avaliação do padrão HLA para a criação de simulações distribuídas, visando uma melhor padronização, interação e reusabilidade dos sistemas.

O presente trabalho se propôs analisar por meio de simulação "fast time", diversos cenários na Área de Controle Terminal Recife, TMA-RF. A ferramenta computacional utilizada para tal foi o software RAMS PLUS, desenvolvido especialmente para avaliar a capacidade do espaço aéreo no EUROCONTROL e, adicionalmente, para mensurar a carga de trabalho dos controladores de tráfego aéreo. O escopo de análise inicialmente se direcionou para a modelagem dos cenários atualmente existentes na TMA-RF, e na seqüência foi proposta e avaliada a construção de novos cenários com procedimentos baseados em navegação por meio de Satélites, GNSS. Quatro cenários distintos foram criados e nestes foram verificadas alternativas que possibilitassem aumentar a capacidade do espaço aéreo. A principal contribuição deste trabalho diz respeito à proposição e utilização da ferramenta de simulação RAMS para avaliação operacional do espaço aéreo nos aeroportos e aplicação ao caso prático brasileiro. As análises dos resultados e conclusões finais tiveram como base aspectos relacionadas aos atrasos das aeronaves, custo de combustível, segurança de vôo e carga de trabalho dos controladores de tráfego aéreo na TMA-RF.