Thermomagnetic motors can represent an alternative for the conversion of heat into mechanical energy, limited by the critical transition temperature (TC) of the used magnetic materials. Thus, by using materials with a TC close to room temperature, the energy available in the form of low-grade heat sources can be converted into useful mechanical work. This thesis proposes the development of a thermomagnetic motor to be operated with heat sources at temperatures in the range from 343 to 353 K, and a heat sink at room temperature, using water as the heat transfer fluid, presenting a novel approach to the construction of thermomagnetic devices. The design of this thermomagnetic motor was developed with the intent of producing a rotary movement, working similarly to an electric stepper motor, where instead of the electromagnetic coils being activated by an electric current, plates of a magnetic material change their magnetization state, due to a change in their temperature caused by the heat transfer with the heat transfer fluid. The analysis of the thermomagnetic motor proposed was done with the adoption of an integrated approach of numerical simulation and experimental validation. The evaluation of the motor is divided into the three main physical phenomena it encompasses: the magnetic field source, the heat transfer processes involved in the change of temperature of the magnetic material, and the system dynamics and power production. Each of these systems was modeled using computational tools. These models were then validated according to the data measured, obtained from a test stand of an idealized thermomagnetic motor, and for a rotary thermomagnetic motor. This methodology allowed a more comprehensive understanding of the critical working principles of the motor developed, and with that a fast advancement of the technology through a validated computational model. The computational models helped to identify the critical components to be improved in the development of these motors. These parameters can be guidelines for the design of thermomagnetic motors. One of the ways identified to produce a significant performance improvement, in the simulations, was the adoption of a control strategy that promotes the regeneration of heat in the plates of magnetic material, through which an improvement in the efficiency of 2.7 times could be achieved. / Motores termomagnéticos representam uma alternativa para a conversão de calor em energia mecânica, limitada apenas pela temperatura crítica da transição termomagnética (TC) dos materiais magnéticos. Ao usar materiais com TC próximo à temperatura ambiente, pode-se realizar a conversão da energia contida nas chamadas fontes pobres de calor, produzindo trabalho mecânico útil. Esta tese propõe o desenvolvimento de um motor termomagnético para operação com fontes de calor com temperaturas entre 343 e 353 K, e resfriamento à temperatura ambiente, utilizando a água como fluído de troca térmica, apresentando uma abordagem inovadora para dispositivos termomagnéticos. O motor foi projetado para produção de movimento rotativo de um eixo, per meio de um princípio similar ao de um motor de passo, no qual em vez de bobinas ativadas pela passagem de corrente elétrica, placas de material magnético sofrem uma mudança em seu estado de magnetização, devido à mudança de temperatura, causada pela troca de calor com a água. A análise do motor termomagnético proposto foi realizada com a adoção de uma abordagem integrada de simulações numéricas e validação experimental, dividindo a avaliação dos motores nos três principais fenômenos físicos envolvidos em seu funcionamento: a fonte de campo magnético, o processo de troca térmica envolvido na mudança de temperatura do material magnético, a dinâmica do sistema e produção de potência. Cada um destes sistemas foi modelado usando ferramentas computacionais. Os resultados obtidos foram então validados utilizando dados experimentais, obtidos a partir da construção e caracterização de uma bancada de testes para um motor termomagnético idealizado, e também para o motor termomagnético rotativo construído. Esta metodologia propiciou maior entendimento das funções críticas do motor desenvolvido, e possibilitou ainda sua otimização, através do estudo dos modelos computacionais validados. Os parâmetros obtidos ajudaram a identificar componentes críticos para melhoria no projeto do motor rotativo construído, e servem também como guias gerais para projetos de motores termomagnéticos. Um dos componentes com elevado potencial de melhoria foi a adoção de uma estratégia de controle para a regeneração do calor nas placas de material magnético, o que possibilitou, nas simulações, uma melhoria até 2,7 vezes na eficiência.

A técnica de Desenvolvimento Orientado a Testes - DOT é uma técnica ágil para se desenvolver software, em que os testes de unidade vão sendo desenvolvidos antes das classes da aplicação. Essa técnica é executada em pequenos ciclos, entre os quais a refatoração do código, apoiada pelos testes de unidade, é uma técnica com um papel crucial para o aprimoramento da modelagem da aplicação. Nesse contexto em que os testes possuem papel fundamental, a refatoração do código de testes se mostra importante para que a modelagem do código de testes acompanhe a modelagem do código de produção. Porém, essa ainda é uma técnica pouco estudada. O uso da refatoração do código de teste é mostrado implicitamente na literatura, não havendo preocupação com a garantia de manutenção do comportamento do código de teste refatorado, nem sendo apresentado na literatura um conjunto substancial de refatorações específicas para código de testes. Neste trabalho busca-se realizar um estudo abrangente sobre a refatoração de código de teste, visando desenvolver esta técnica, possibilitando seu uso na prática para o aprimoramento contínuo do código de teste. Como resultado, espera-se ter um conjunto de ferramentas disponíveis para o desenvolvimento orientado a testes que inserem este tipo de refatoração explicitamente no ciclo de desenvolvimento. Dentre os principais benefícios esperados, pode-se citar: maior consciência da diferenciação entre refatoração de código de teste e de produção, maior segurança para a manutenção do comportamento original da classe de teste, e existência de catálogo de refatorações do código de teste, com a implementação da automatização de algumas delas.

O presente trabalho visa investigar a possibilidade de empregar o conceito de entropia para construir métricas de consciência situacional em sistemas de comando e controle, orientados ao emprego do Poder Militar-em especial, do Poder Aéreo. É usado o modelo MOISE+ para representar organizações, nas suas formas estrutural e funcional. A técnica IDEF0 é proposta para a análise funcional, tornando mais fácil o posterior projeto de um sistema multiagente BDI representativo da organização. São propostas duas métricas de consciência situacional baseadas na entropia de Shannon. A primeira métrica mede o grau de incerteza sobre a posição de entidades dispersas numa área geográfica, com base num modelo de difusão de crença que considera os sensores nas proximidades. Para a segunda métrica, a diferença entre o valor máximo da entropia e a entropia após o uso da informação obtida dos sensores é usada como medida do ganho de informação fornecido por um sistema de comando e controle. A diferença entre ganhos de informação de duas forças em conflito é concebida como métrica de superioridade da informação. Um estudo de simulação é apresentado, e seus resultados mostram que há uma moderada correlação entre a superioridade da informação e o desempenho de uma força aérea. Esta correlação aumenta se for considerado o valor global da superioridade de informação, acumulado durante o período de conflito. Ao final são apresentadas algumas conclusões e sugestões para trabalhos futuros.

Neste trabalho, o modelo de composição integrada de especialistas locais (CIEL), proposto por Scarpel (2006) para geração de modelos de previsão, é explorado para a metamodelagem de três funções determinísticas bivariadas (funções Bohachevsky, Ackley e composição de senoides), visando auxiliar o processo de otimização. A ideia básica é construir uma superfície de resposta utilizando um metamodelo composto por especialistas simples (funções lineares). Na construção dos metamodelos CIEL, variou-se de 2 até 5 o número de agrupamentos da composição de especialistas e foram utilizados diferentes números de amostras (50 e 150). O desempenho dos metamodelos CIEL foi comparado com o de metamodelos gerados a partir de 21 amostras pelo Processo Estocástico Gaussiano (GaSP), técnica muito utilizada e recomendada na literatura sobre otimização baseada em metamodelagem. O metamodelo CIEL apresentou bom desempenho para indicar a região de ótimo das funções, exceto no caso da função composição de senoides com base em 50 amostras, em que se obteve desempenho apenas regular. Apesar disso, os metamodelos CIEL, de forma geral, não foram adequados à representação das funções. No caso da função Bohachevsky, o modelo GaSP se mostrou claramente superior, Quanto à função Ackley, os resultados obtidos com o GaSP e com o CIEL foram semelhantes. Em especial, ressalta-se o potencial do metamodelo CIEL em situações análogas à da função composição de senoides, que possui superfície bem ondulada, com diversos ótimos locais. Apesar de esta função possuir forma complexa e de difícil representação, o desempenho do metamodelo CIEL com 150 amostras foi nitidamente melhor que o GaSP, ao indicar o ótimo.

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.

Modelar a dinâmica de neurônios é relevante em estudos de neurociências. Neste trabalho, propõe-se um modelo computacional de neurônio baseado no comportamento dos canais iônicos presentes na sua membrana. O modelo combina elementos microscópicos, como o comportamento dos canais individuais, com elementos macroscópicos, como a tensão ao longo de um trecho de membrana. Simulações foram realizadas com o objetivo de reproduzir dados biológicos e resultados obtidos de modelos teóricos clássicos da área. Foi possível reproduzir com boa concordância o potencial de ação, o fenômeno da adaptação, a curva da corrente de entrada versus a frequência de disparos e o potencial excitatório pós-sináptico. / Modelling the dynamics of neurons is relevant in studies on neurosciences. In this work, a computational model of neuron based on the behavior of the ionic channels found in its membrane is proposed. The model comprises microscopic elements, as the behavior of the individual channels, and macroscopic elements, as the tension along a membrane patch. Simulations were performed with the aim of reproducing biological data and results derived from classical theoretical models of the field. It was possible to reproduce with good agreement the action potential, the phenomenon of adaptation, the curve of the input current versus the spike frequency, and the excitatory postsynaptic potential.

A indústria da cana-de-açúcar brasileira é reconhecida por sua competitividade e baixos custos de produção de etanol e açúcar. O lançamento do veículo bicombustível em 2003 acelerou o crescimento da indústria nesta década. Apesar desse crescimento, a indústria da cana-de-açúcar passa por momentos de incerteza devido a falta de investimentos, aumento dos custos de produção e ausência de políticas públicas que regulem o uso do etanol como combustível. Esta tese explora a dinâmica da indústria da cana-de-açúcar. Um modelo de Dinâmica de Sistemas é desenvolvido para explorar o comportamento da indústria por uma perspectiva endógena. Sem pressupor equilíbrio, o modelo oferece uma representação geral das principais ligações entre os setores da indústria. A estrutura causal do sistema é largamente explorada, gerando insights sobre as razões endógenas do comportamento do sistema real. O comportamento do modelo mostra boa agregação aos dados reais, aumentando a confiança da sua estrutura. É conduzida uma análise de política e o resultado emergente do sistema gera interessantes insights sobre o comportamento do modelo. Os achados do trabalho incluem: - Comportamento inesperado do sistema; - Elevado grau de acoplamento entre a indústria do açúcar e do etanol; - A baixa elasticidade-preço da demanda no mercado internacional de açúcar, e moderada no mercado nacional; - Reação endógena à implementação de políticas; - A indústria é pouco responsiva ao crescimento da demanda, quando isso exige aquisição de nova capacidade produtiva; e - Contribuição sobre o conhecimento existente da indústria. A tese é concluída com sugestões para trabalhos futuros, que conectam o modelo com várias áreas de conhecimento onde podem ser esperados problemas no médio ou longo prazo; esses problemas são: - Redução na emissão de CO2; - Efeitos do uso da terra; - Efeitos da entrada de novos combustíveis no mercado; e - Inclusão da bioenergia, gerada a partir do bagaço de cana, que altera a estrutura de custos da indústria. / The sugarcane industry in Brazil is recognized for its competitiveness and low production cost of both ethanol and sugar. The flex-fuel technology, launched in 2003, boosted the industry growth in the last decade. Despite this growth, sugarcane industry is undergoing a period of uncertainty due to a lack of investments, raising production costs, and a lack of policies concerning the ethanol regulation. This dissertation explores the dynamic of the sugarcane industry. A system dynamics model is developed to explore the industry behavior from an endogenous perspective. The model provides a general disequilibrium representation of the major linkages between the main sectors of the industry. The causal structure of the system is highly explored generating insights on the endogenous reasons of the industry behavior. Model behavior shows a good fit with real world data increasing the confidence on model structure. A single policy analysis is carried out and its emerging results generate insights on the endogenous reasons of system behavior. Findings on these results include: h Surprising behavior of the model; h The high degree of coupling between the sugar and ethanol industries; h The very low price-elasticity of demand on the international sugar market, and a moderate price-elasticity of demand on the national sugar market; h Endogenous policy reaction; h Low responsivity of industry to an increase demand, due to high delays in capacity acquisition; h Delays in capacity acquisition generating dynamics; h Contribution to existing knowledge on the system. The dissertation finishes with suggestions for future works linking the model with several areas of knowledge with potential problems in the middle or long term for the industry; these problems are: h Reduction in CO2 emissions; h Land-use effects; h Effects of new fuels insertion in the market; and h Inclusion of power generation using sugarcane bagasse, which changes the industry cost structure.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:36Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2005-04-11Bitstream added on 2014-06-13T20:49:18Z : No. of bitstreams: 1 morais_tm_me_ilha.pdf: 2199251 bytes, checksum: 5d860200b71d7cf49ceeb5f94d348cb2 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O desenvolvimento de novas tecnologias implementadas na maioria das cargas presentes hoje no sistema elétrico tem trazido consigo significativas mudanças no comportamento do sistema elétrico brasileiro. A característica de não linearidade das cargas atuais tem contribuído para a degradação da qualidade da energia utilizada. Assim, um dos fatores que tem se tornado evidente a partir de então é a questão da “Qualidade da Energia”, a qual envolve conceitos que estão relacionados às cargas, equipamentos e sistemas de distribuição, transmissão e geração. Muitos estudos têm sido desenvolvidos na busca de se entender os fenômenos causados pela presença de elevados conteúdos harmônicos e sua interação com o sistema, bem como suas causas e conseqüências. Para isso tem se utilizado de várias técnicas de modelagem dos sistemas, as quais variam em termos da aquisição de dados, da complexidade da modelagem, dos problemas de formulação e dos algoritmos de solução. Este trabalho apresenta uma modelagem de sistemas elétricos de distribuição de forma multifilar, possibilitando a simulação de sistemas trifásicos desequilibrados no domínio do tempo, bem como a análise de fluxo harmônico no sistema. Desta forma, destaca-se neste trabalho uma importante proposta de modelagem para transformadores trifásicos com conexão Δ - Y, permitindo a representação real dos sistemas de distribuição (três fios do lado primário e quatro fios do lado secundário). Com a nova modelagem proposta neste trabalho, torna-se possível uma ampla análise no domínio do tempo, de forma mais precisa, das tensões e correntes processadas nos sistemas elétricos, permitindo análises do fluxo harmônico, e ainda prevendo possíveis problemas e propondo soluções. / The development of new technologies implemented in most part of the loads present nowadays in the electrical network has brought along significant changes in Brazilian electrical networks. The non linearity loads characteristic present in such loads has contributed to the power quality degradation. Thus, one of the topics that has become evident since then is the “Power Quality” concept which is related to loads, equipment and devices, and Generation, Transmission and Distribution networks. Several studies have been developed searching to understand the phenomena caused by the presence of high harmonic contents and its interaction with the network, as well as its origins and consequences. So, many network modeling techniques have been used which varies in terms of data acquisition, modeling complexity, formulation problems and solution of algorithms. This work presents a new four wires electrical distribution network modeling, enabling the simulation of unbalanced systems in time domain, and also a harmonic flow analysis. On this context, it is remarkable in this work, an important Delta-Wye transformer modeling, enabling the real distribution network representation (three wires on primary side and four wires on secondary one). With the new modeling proposed on this work, it is also possible to carry out a wide analysis, in a precise way, on time domain, of processed voltage and currents in the networks, permitting the harmonic flow analysis, and also foreseeing future problems and proposing solutions to them.

A indústria da cana-de-açúcar brasileira é reconhecida por sua competitividade e baixos custos de produção de etanol e açúcar. O lançamento do veículo bicombustível em 2003 acelerou o crescimento da indústria nesta década. Apesar desse crescimento, a indústria da cana-de-açúcar passa por momentos de incerteza devido a falta de investimentos, aumento dos custos de produção e ausência de políticas públicas que regulem o uso do etanol como combustível. Esta tese explora a dinâmica da indústria da cana-de-açúcar. Um modelo de Dinâmica de Sistemas é desenvolvido para explorar o comportamento da indústria por uma perspectiva endógena. Sem pressupor equilíbrio, o modelo oferece uma representação geral das principais ligações entre os setores da indústria. A estrutura causal do sistema é largamente explorada, gerando insights sobre as razões endógenas do comportamento do sistema real. O comportamento do modelo mostra boa agregação aos dados reais, aumentando a confiança da sua estrutura. É conduzida uma análise de política e o resultado emergente do sistema gera interessantes insights sobre o comportamento do modelo. Os achados do trabalho incluem: - Comportamento inesperado do sistema; - Elevado grau de acoplamento entre a indústria do açúcar e do etanol; - A baixa elasticidade-preço da demanda no mercado internacional de açúcar, e moderada no mercado nacional; - Reação endógena à implementação de políticas; - A indústria é pouco responsiva ao crescimento da demanda, quando isso exige aquisição de nova capacidade produtiva; e - Contribuição sobre o conhecimento existente da indústria. A tese é concluída com sugestões para trabalhos futuros, que conectam o modelo com várias áreas de conhecimento onde podem ser esperados problemas no médio ou longo prazo; esses problemas são: - Redução na emissão de CO2; - Efeitos do uso da terra; - Efeitos da entrada de novos combustíveis no mercado; e - Inclusão da bioenergia, gerada a partir do bagaço de cana, que altera a estrutura de custos da indústria. / The sugarcane industry in Brazil is recognized for its competitiveness and low production cost of both ethanol and sugar. The flex-fuel technology, launched in 2003, boosted the industry growth in the last decade. Despite this growth, sugarcane industry is undergoing a period of uncertainty due to a lack of investments, raising production costs, and a lack of policies concerning the ethanol regulation. This dissertation explores the dynamic of the sugarcane industry. A system dynamics model is developed to explore the industry behavior from an endogenous perspective. The model provides a general disequilibrium representation of the major linkages between the main sectors of the industry. The causal structure of the system is highly explored generating insights on the endogenous reasons of the industry behavior. Model behavior shows a good fit with real world data increasing the confidence on model structure. A single policy analysis is carried out and its emerging results generate insights on the endogenous reasons of system behavior. Findings on these results include: h Surprising behavior of the model; h The high degree of coupling between the sugar and ethanol industries; h The very low price-elasticity of demand on the international sugar market, and a moderate price-elasticity of demand on the national sugar market; h Endogenous policy reaction; h Low responsivity of industry to an increase demand, due to high delays in capacity acquisition; h Delays in capacity acquisition generating dynamics; h Contribution to existing knowledge on the system. The dissertation finishes with suggestions for future works linking the model with several areas of knowledge with potential problems in the middle or long term for the industry; these problems are: h Reduction in CO2 emissions; h Land-use effects; h Effects of new fuels insertion in the market; and h Inclusion of power generation using sugarcane bagasse, which changes the industry cost structure.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-06-22T14:06:15Z No. of bitstreams: 1 ronanmendoncaamorim.pdf: 5194468 bytes, checksum: 2093b063feb283b2c9f4a71f978a96ac (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-08-07T19:21:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ronanmendoncaamorim.pdf: 5194468 bytes, checksum: 2093b063feb283b2c9f4a71f978a96ac (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-07T19:21:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ronanmendoncaamorim.pdf: 5194468 bytes, checksum: 2093b063feb283b2c9f4a71f978a96ac (MD5) Previous issue date: 2009-02-27 / FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais / A modelagem computacional do coração tem se mostrado uma ferramenta de destaque da bioinformática funcional. Os modelos, cada vez mais realistas, oferecem uma melhor compreensão dos complexos fenômenos biofísicos associados à atividade elétrica do coração, como por exemplo, das arritmias cardíacas. Ao mesmo tempo, a complexidade crescente dos modelos tem gerado grandes desafios para a computação de alto desempenho. Este trabalho apresenta de forma inédita um simulador do coração baseado nas Equações do Bidomínio que explora a arquitetura vetorial das unidades de processamento gráfico (GPU) de uso geral. Os resultados iniciais são bastante promissores. O uso da GPU acelerou a execução do simulador cardíaco em aproximadamente 6 vezes se comparado ao melhor desempenho obtido em um processador de uso geral (CPU). / The computational modelling of the heart has shown to be a very useful tool in the functional bioinformatics field. The models, becoming more realistic each day, provide a better understanding of the complex biophysical processes related to the electrical activity in the heart as in the case of cardiac arrhythmias. However, the increasing complexity of the models challenges high performance computing in many aspects. This work presents a cardiac simulator based on the bidomain equations that exploits the vectorial architecture of the graphics processing units (GPU). The initial results are promising. The use of the GPU has accelerated the cardiac simulator in about 6 times compared to the best performance obtained in a general purpose processor (CPU).