Dutos retangulares são muito utilizados em dispositivos trocadores de calor. Este trablaho visa investigar, usando um modelo computacional, os efeitos da geração de entropia provocadas pelas irreversibilidades decorrentes do atrito viscoco do escoamento e das resultantes da transferência de calor em escoamentos laminares com perfis térmicos e hidrodinamicamente desenvolvidos. Esta investigação permite avaliar a geração de entropia, a qual é influenciada pelo campo de temperatura no contorno, pelo tipo de escoamento, pelas propriedades do fluido e por parâmetros geométricos. Primeiro, o modelo calcula o campo de velocidade. Em seguida é resolvida a equação da energia, obtendo-se assim, o campo de temperatura do fluido para uma dada distribuição imposta no contorno, não necessariamente uniforme. Uma vez conhecidos o campo de velocidade e de temperatura é calculado o campo de geração de entropia por unidade de volume. Com uma dupla integração é calculada a geração de entropia global por unidade de comprimento na seção analisada. A consistência do modelo computacional é verificada pelo refino da malha e pela diminuição da tolerância. São realizadas validações dos métodos utilizados para os cálculos dos campos de velocidade e de temperatura do fluido. Várias razões de aspecto (altura por largura do duto) são estudadas para vários tipos de fluidos. A influência devida aos efeitos viscosos e da troca de calor sobre a geração de entropia é estudada para vários tipos de fluidos, variando-se o número de Prandtl.

Este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de se aplicar uma técnica inédita para se determinar a velocidade de propagação de ondas de pressão em uma coluna de plasma fracamente ionizado. Essas ondas são geradas pela emissão de sinal de ruído branco, acopladas ao plasma através de transdutores piezelétricos. A caracterização da velocidade de propagação é estudada com o objetivo de oferecer uma nova ferramenta para o processo de diagnóstico do gás. O estudo foi feito a partir de funções de correlação cruzada para a obtenção do tempo de atraso na propagação das ondas sonoras.Esta técnica foi validada através de simulações das funções de correlação cruzada, realizadas via o programa Matlab. São apresentadas várias curvas que mostram a relação existente entre as condições ambientes (pressão interna, voltagem aplicada nos eletrodos e fluxo de gás) e os parâmetros de plasma (potencial flutuante, potencial de plasma, temperatura, densidade eletrônica e corrente de saturação eletrônica). Através dos resultados, verificou-se que a velocidade das ondas propagadas está diretamente relacionada com a temperatura e a densidade eletrônicas, evidenciando a sua importância na determinação dos parâmetros do plasma.

The advancement of renewable energies is dependent on the reduction of the costs involved. One way to diminish the maintenance costs and increase the lifetime of wind turbines is to mitigate the loads and fatigue experienced by their components. Present commercial wind turbine control systems rely usually on feedback. As the control system can act only on errors that are already present, the regulation quality is restricted due to the large rotor inertia. In this work a H2 feedforward blade pitch controller is designed using an algorithm optimized for preview control. The used design method is more computationally efficient and numerically stable than the ones adopted in the preceding literature. The control objectives of the feedforward controller are to regulate the generator speed, reduce tower loads and preserve the pitch system. The controller input is a previewed effective wind speed estimate measured by a LIDAR detector. The validation of the system performance is made with aeroelastic simulations of a reference wind turbine equipped with both baseline and feedforward-enhanced controllers. The simulations are made using the FAST simulator with input wind provided by TurbSim. The results show that the designed controller is able to reduce generator speed fluctuations, tower loads and pitch activity without reducing the generated power, contributing to the turbine lifetime and hence decreasing the cost of energy. The work indicates the feasibility and effectiveness of the design technique and lays ground for future works on the area of feedforward wind turbine pitch control.

Estudou-se os mecanismos e tipos de desgaste atuantes nos machos de corte no processo de roscamento com velocidades comumente utilizadas na indústria e com alta velocidade de corte, de forma a avaliar a influência da velocidade de corte, do tipo de revestimento de ferramenta e da condição de lubri-refrigeração sobre o desempenho dos machos de corte. A qualidade da rosca usinada e a formação de cavaco também foram objetos de estudo. Mediram-se sinais de torque e de corrente ao longo da vida das ferramentas, avaliando as suas possibilidades como indicadores de desgaste. O roscamento de furos passantes M8x1,25 foi realizado com velocidades de corte de 30 ou 60 m/min em ferro fundido cinzento GG25 nas condições sem fluido de corte ou com mínima quantidade de lubrificante (MQL). Foram utilizados machos de corte de aço rápido comum e fabricados por metalurgia do pó revestidos, com TiAIN ou com TiCN. Os principais mecanismos de desgaste foram abrasão, adesão e difusão, enquanto o principal tipo de desgaste observado foi o de flanco. A adesão de material da peça sobre a ferramenta foi o principal fator determinante do final de vida dos machos de corte. A utilização de revestimento foi eficiente na minimização da adesão. Entretanto, o TiAIN foi melhor em termos de vida da ferramenta e o TiCN na redução do torque e na qualidade visual da rosca usinada. A técnica MQL propiciou melhorias na usinagem em comparação com a condição a seco, principalmente na redução do torque em machos de corte revestidos. Os sinais de torque e de corrente foram eficientes no acompanhamento do desgaste de flanco apenas nos machos de corte revestidos. Por outro lado, apenas os sinais de torque podem servir como indicativo das etapas do ciclo de roscamento. / The mechanisms and types of wear were studied in tools used in the tapping process performed with speeds commonly used in the industry and also with high cutting speed. It was evaluated the influence of cutting speed, type of tool coating and cooling/lubrication condition on the performance of the taps. The quality of the machined threads and the chip formation were also assessed. During the experiments, torque and current signals were measured, assessing the possibilities of using them as tool wear indicators. The tapping of through holes M8x1,25 was accomplished with cutting speeds of 30 or 60 m/min in gray cast iron GG25 in the conditions dry or with Minimal Quantity of Lubricant (MQL). Taps of plain High Speed Steel (HSS) and taps manufactured by powder metallurgy and coated (HSS-Co-PM, one with TiAIN and other with TiCN) were used. The main wear mechanisms observed were abrasion, adhesion and diffusion, while the principal type was the flank wear. The adhesion of workpiece material on the tools was the main decisive factor for the end of tool life. The tool coatings used were efficient in minimizing the adhesion. However, TiAIN was better in terms of tool life and TiCN in the reduction of torque and also led to a better visual quality on the machined threads. The MQL technique brought improvements to the machining in comparison to the dry cutting condition, mainly in the reduction of the torque in coated taps. The torque and current signals wereefficient in indicating the flank wear, only on coated taps. On the other hand, the torque signals can only be used as indicative of tapping cycle stages.

O deslocamento de elétrons em gases pode ser caracterizado por grandezas macroscópicas tais como a velocidade de arrastamento, taxa de ionização, primeiro coeficiente de Townsend e os coeficientes de difusão longitudinal e transversal, que são denominados de parâmetros de transporte. Esses parâmetros são importantes já que permitem a validação das secções de choque de colisões de elétrons com as moléculas do gás, contribuem com informações para modelos de descargas automantidas e são importantes para o desenvolvimento de novos detectores gasosos. Neste trabalho são apresentados os resultados de velocidade de arrastamento (W), taxa de ionização (Ri) e do primeiro coeficiente Townsend de ionização (α), para o isobutano e n-butano em função do campo elétrico reduzido efetivo no intervalo de 130 a 180 Td, obtidos utilizando a técnica de Townsend pulsada. Em nosso aparato, os elétrons primários são gerados a partir da incidência no catodo de um curto pulso de laser e são acelerados em direção ao anodo por meio de um campo elétrico uniforme. O sinal elétrico proveniente do deslocamento desses elétrons é digitalizado por um osciloscópio e a partir do ajuste de uma função modelo à forma do sinal elétrico, determinam-se os parâmetros de transporte. Os resultados obtidos para o isobutano e n-butano foram comparados com os valores da simulação Magboltz 2-versão 8.6 em razão da escassez de dados na literatura para esses gases na região de campo elétrico reduzido estudada. / The electron swarm can be characterized by macroscopic quantities such as the drift velocity, ionization rate, first Townsend ionization coefficient and the longitudinal and transverse diffusion coefficients, so called transport parameters. These parameters are important since they allow the validation of electron collisional cross section with gas molecules, contribute for self-sustained discharge models and are important for gaseous detectors development. In the present work the results of electron drift velocity (W), ionization rate (Ri) and first Townsend coefficient (α) as a function of the reduced electric field for isobutane and n-butane by the means of pulsed Townsend technique are presented. In our experimental setup, the primary electrons are liberated by the irradiation of a short laser pulse at the cathode and are accelerated towards the anode through a uniform electric field. The electron movements induce signals that are digitalized and the fitting of a model function to their waveforms provides the transport parameters. The results obtained for isobutane and n-butane were compared with Magboltz 2-version 8.6 values, since there are few data in the literature for these gases for effective reduced electric field ranging from 130 to 180 Td.

O presente trabalho estudou o aumento de capacidade de tratamento de um reator UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) por meio da adição de material suporte para adesão celular (Biobob®), avaliando-se as eficiências de remoção de matéria orgânica (expressa como DQO demanda química de oxigênio) e sólidos em suspensão (expressos como SST sólidos em suspensão totais). O reator híbrido, no qual a biomassa está presente em suspensão e imobilizada no material suporte, foi submetido a baixos tempos de detenção hidráulica (TDH) e altas velocidades ascensionais (vs). A operação do reator anaeróbio, de volume útil igual a 12,5 m³, foi conduzida em duas etapas. Na primeira o sistema foi operado como um reator de manta de lodo e escoamento ascendente (UASB), com TDH de 8,8 h e velocidade ascensional de 0,63 m.h-1. Na segunda etapa, introduziu-se 5,0 m³ de material suporte Biobob® no leito reacional do reator, transformando-o em reator anaeróbio híbrido (HAnR). Nessa condição, variou-se a vazão de alimentação, tendo o TDH variado entre 7,4 h (vs de 0,66 m.h-1) a 3,9 h (vs de 1,25 m.h-1). Para ambas as etapas o sistema foi alimentado com esgoto sanitário à temperatura ambiente, após tratamento preliminar (gradeamento e caixa de areia). Para condições de operação similares, o reator anaeróbio híbrido (HAnR) apresentou melhor desempenho na remoção de DQO e SST que o reator UASB, acrescendo em até 18% e 30% a eficiência de remoção, respectivamente. Para a velocidade ascensional de 1,25±0,02 m.h-1 e TDH de 3,9±0,1 h, o HAnR apresentou concentrações médias no efluente tratado de 205±46 mg DQOt.L-1 e 73±30 mg SST.L-1 e eficiências de remoção de 55±9% DQOt e 63±14% SST. / The increase of the treatability capacity of a UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) reactor by introducing an innovative packing material (Biobob®) in its reaction zone was evaluated. The hybrid anaerobic reactor (HAnR) containing suspended and immobilized biomass was evaluated regarding its efficiency of removing organic matter (expressed as COD chemical oxygen demand) and suspended solids (expressed as TSS total suspended solids) under lower hydraulic detention time (HDT) and higher upflow velocities (v s). The anaerobic reactor operation, with 12.5 m³ of working volume, was conducted in two phases. In the first phase, the system was operated as a conventional UASB reactor with HRT of 8.8 h and vs of 0.63 m.h -1 . In the second phase, 5.0 m³ of packing material Biobob® was introduced inside the reaction bed, changing the reactor configuration from suspended growth to hybrid growth. In this condition, the hybrid anaerobic reactor (HAnR) was subjected to decreasing flowrates with HDT ranging from 7.4 h (vs of 0.66 m.h-1) to 3.9 h (vs of 1.25 m.h-1). For both phases, the feed was domestic wastewater (after screens and grit chambers) at ambient temperature. Under similar operation conditions, the HAnR performed better than the UASB reactor increasing at 18% and 30% the COD and TSS removal efficiencies, respectively. For vs of 1.25±0.02 m.h-1 and HDT of 3.9±1.0 h, the HAnR produced a very high quality effluent, with average COD and TSS concentration of 205±46 mg DQOt.L-1 and 73±30 mg SST.L-1 and removal efficiencies of 55±9% and 63±14% for CODt and SST, respectively.

O presente trabalho pretende identificar o modelo ideal para um regulador eletrônico de velocidade por comutação de cargas de controle, com o intuito de baratear o investimento de implantação, e os custos de manutenção de uma microcentral hidroelétrica. Seguindo este mesmo objetivo de barateamento de custos, o trabalho mostra também que é possível se encontrar um tipo de turbina hidráulica e um tipo de máquina elétrica ideais para esta utilização. O trabalho faz a descrição dos vários tipos de turbinas utilizadas de acordo com as alturas de queda d\'agua e com as vazões que se enquadram dentro do conceito de microcentral. A seguir é abordado um estudo dos principais tipos de geradores elétricos, enfatizando-se aqueles que são mais viáveis para este tipo de aplicação. Depois é feita um descrição dos principais tipos de reguladores de velocidade, desde os clássicos eletromecânicos utilizados em centrais convencionais, até os chamados reguladores eletrônicos de velocidade que são utilizados tanto em centrais convencionais, como em microcentrais. Finalmente, faz-se um modelo matemático para uma microcentral a partir de simplificações de um modelo de uma central convencional para compará-lo com modelo identificado a partir dos ensaios realizados em campo. / This present work deals with micro hydropower electric systems and has its enphasis on the study of the turbine speed regulation by a electronic system. The proposed speed regulator is of local commutation type, where the constant speed is achieved by the constant demand of energy from the generator. The study presents a bibliographical revision seting up the state of art on micro-hydropower. Following this revision, the system modelling is studied. Theoretical and practical results are used the system modelling. Substancial cost reduction may be achieved using this technology in many ways: civil engineering works; elimination of the conventional turbine speed governor - not only because the governor is itself an expensive item, but because its removal permits simplification of the turbine, particularly where high efficiency is not a dominant concern. The simplified turbine design may lend itself to large-volume production at low unit cost, or it may permit manufacture in a Third World workshop using local labour and readily available materials. Finnaly this work implements a PID controller for regulation the system frequency.

Dado o grande impacto econômico e social dos acidentes de trânsito no Brasil, a eficácia comprovada de medidas de controle de velocidade em reduzir acidentes de trânsito, o uso frequente de algumas dessas medidas no Brasil, a falta de estudos sobre o impacto econômico dessas medidas no Brasil e a especificidade regional das análises de custo-benefício, o objetivo deste estudo é fazer uma avaliação econômica das intervenções de segurança viária ondulação transversal e redutor eletrônico de velocidade no Brasil. Desenvolve-se um método para avaliar o custo-benefício destas intervenções de segurança viária para um conjunto de condições de tráfego definidas pelas variáveis velocidade de fluxo livre, volume de tráfego e quantidade de acidentes com vítima, e avalia-se sob quais dessas condições cada intervenção é custo-eficiente. Os resultados mostram que a relação custo-benefício dos dispositivos redutores de velocidade depende fortemente da acidentalidade do local de implementação e que os dispositivos são tanto mais custo-eficientes quanto maior for a acidentalidade e quanto menor for o volume de tráfego. / Given the large economic and social impact of traffic accidents in Brazil, the proven effectiveness of speed control measures to reduce traffic accidents, the frequent use of some of these measures in Brazil, the lack of studies on the economic impact of these measures in Brazil and the inapplicability of cost-benefit analyzes conducted in other countries for the Brazilian reality, the objective of this study is to make an economic evaluation of road safety interventions speed hump and electronic speed hump in Brazil. We develop a method to evaluate the cost effectiveness of these interventions in road safety based on a reduced set of parameters and evaluate under what conditions of free flow speed, traffic volume and number of injury accidents each intervention is cost-effective. Results show that the cost-benefit ratio of the speed reducing devices strongly depends on the accident rate and that the greater the accident rate and the lower the traffic volume are, more cost effective the devices are.

O presente trabalho reúne elementos para a análise dos principais problemas e dificuldades inerentes à implementação de um dispositivo para a aferição de velocímetros de veículos automotores, de forma a atender a legislação prevista no código nacional de Trânsito, determinada pela Portaria n.º 115 de 1998, que define erros máximos permitidos para velocímetros de ± 5km/h para velocidades de até 100km/h e de ± 5% para velocidades acima de 100km/h. Inicialmente são apresentados e comparados os principais métodos de medição de velocidade abordados na literatura. A partir desta análise, é implementado um método inovador decorrente do efeito de escorrimento ou blur, onde, através do estudo das características e regularidades contidas em uma única imagem borrada, será determinada a velocidade da superfície em análise. A partir de uma bancada que simula o solo em movimento e, utilizando-se uma câmera CCD (Charge Coupled Device) e um frame grabber, fez-se a aquisição de imagens da superfície asfáltica em movimento. A informação de velocidade pôde então ser determinada, através da análise das regularidades contidas na imagem dinâmica devido ao efeito de escorrimento ou efeito blur. Obteve-se resultados suficientes para a aferição de velocímetros, com erros máximos abaixo de 5%. A técnica desenvolvida e avaliada na prática através de uma bancada que simula o asfalto em movimento, demonstrou uma precisão de 0,8% numa faixa de velocidades de 0 a 20km/h , de 1,5% numa faixa de velocidades de 20 a 60km/h e de 2,5% numa faixa de velocidades de 60km/h a 80km/h. Finalmente foram investigados os fatores preponderantes que limitaram os erros nesta ordem de grandeza. / This work gathers elements for the study and analysis of the main problems and difficulties inherents to the implementation of a device to the gauging of a speedometer of automotive vehicles, in order to meet the foreseen legislation described by the governmental decree nº 115 from 1998, which defines the maximum allowed error for speedometers of ± 5km/h for speeds till 100km/h and ± 5% for speeds above 100km/h. From this study, a new method, based on the blur effect, is proposed. In the method, the speed of the target surface is determined by analyzing the characteristics and regularities contained in a single blurred image. Starting from a device that simulates the soil movement and, using a CCD (Charge Coupled Device) camera and a frame grabber, the acquisition of images of the moving asphalt surface was done. The information of speed then could be determined, through the study of the regularities contained in the dynamic image due to the blur effect. The necessary results for the gauging have been achieved with success, with precision below 5%. The developed and evaluated technique in practice through a device that simulates the asphalt in movement has demonstrated a precision of 0,8% in a range of speeds from 0 to 20km/h, 1,5% in a range of speeds from 20km/h to 60km/h and 2,5% in a range of speeds from 60km/h to 80km/h. Finally, it was investigated the preponderant factors which have limited the errors in this order of greatness.

Estudos do mecanismo de reações unimoleculares, das moléculas de acetato de metila e etila, induzidas por absorção multifotônica e de reações bimoleculares com os radicais OH e Cl, usando cálculos ab initio e de funcional de densidade foram realizados neste trabalho. A análise dos cálculos das barreiras de energia e das constantes de velocidade microcanônicas das reações unimoleculares com o formalismo da teoria RRKM, permitiu prever algumas reações cujos produtos não foram determinados experimentalmente. Além disso, semelhanças das geometrias e dos valores de energia de algumas estruturas entre diferentes superfícies de energia, analisadas com cálculos de IRC, permitiram a explicação da viabilidade de determinada via de reação em detrimento de outra. Em outro método, relatado por Forst(1), na determinação das constantes de velocidade variacionais, comparadas com a variação da energia de Gibbs, verificou-se constantes de velocidade microcanônicas menores e a localização dos estados de transição em comprimentos de ligação, também, menores. Nas reações com o radical OH e Cl, a via predominante de reação é o ataque aos hidrogênios do grupo ligado diretamente ao oxigênio da molécula, responsável pelo valor da constante final de mais de 93% nas reações com OH e 99% nas reações com Cl, a 298K, em concordância com os resultados experimentais, em detrimento do ataque ao grupo CH3 da porção carboxilato da molécula. Nas reações com OH, os valores de constante de velocidade calculados mais próximos dos valores experimentais foram obtidos a partir dos resultados com os funcionais mPW1B95-41, para o acetato de metila, e mPW1B95-44, para o acetato de etila, enquanto que nas reações com Cl foram obtidos com o os métodos CCSD(T)//B3LYP para o acetato de metila e CCSD(T)//MP2 para o acetato de etila. Os valores de constante de velocidade da reação com cloro são cerca de dez vezes maiores que aquelas para as reações com radicais OH. As reações com OH e Cl ocorrem em uma única etapa, sem estabilização do intermediário e sem efeito de tunelamento significante. Por sua vez, cálculos da constante de velocidade, pelo método da relação estrutura reatividade (SAR), sobreestimam a reatividade dos hidrogênios dos grupos CH3 na porção carboxilato, em ambos os acetatos, e na porção etóxido do acetato de etila. Este método falha ao descrever a participação de cada grupo na reação com Cl, pois prevê que a reação no grupo CH3 da porção alcóxido passa a ser predominante sobre a reação ao grupo CH2 nas reações do acetato de etila, oposto aos nossos cálculos onde a reação com o grupo CH2 é a predominante. Outra falha do método é na previsão de mesma reatividade para ambos os grupos CH3 no acetato de metila, pois por nossos cálculos a reação ocorre predominantemente no grupo CH3 na porção alcóxido da molécula. / Computational studies on methyl and ethyl acetates molecules using ab initio and density functional calculations exploring the unimolecular mechanism, induced by multiphoton absorption, and the bimolecular reactions with OH and Cl radicals, have been performed in this work. Analysis of the calculated energy barriers and rate constants of unimolecular reactions with the RRKM microcanonical theory, predicts the occurrence of some reactions whose products were not determined experimentally. Furthermore, similarities on geometrical and energetic of some structures between different energy surfaces, analyzed with IRC calculations, allowed the explanation of the viability of a particular reaction pathway over another. Forst\'s method, used to determine variational rate constants, when compared with the variation of Gibbs energy, generates microcanonical rate constants with smaller values and location of transition states in smaller bond lengths. With OH and Cl, the predominant reaction route is the attack on the hydrogens of the group bonded directly to oxygen in the molecule, responsible for more than 93% of the final constant value in reactions with OH and 99% in reactions with Cl , at 298 K, in agreement with the experimental results, while the attack to the CH3 group in the carboxylate portion of the molecule is the less likely to occur. In reactions with OH, the values of the rate constant calculated closer to the experimental values were obtained from the results with functional mPW1B95-41, for methyl acetate, and mPW1B95-44 for ethyl acetate, whereas in reactions with Cl, were obtained with the CCSD(T)//B3LYP method for the methyl acetate and the CCSD(T)//MP2 method for ethyl acetate. The rate constant for the reaction with chlorine are about ten times larger than those for reactions with OH radicals. Reactions with OH and Cl occur in a single step, without stabilization of the intermediary and without significant tunneling effect. The rate constant obtained by the structure-reactivity relationship (SAR) overestimates the reactivity of the hydrogens of the CH3 groups at the carboxylate portion, in both acetates, and at the ethoxide portion of ethyl acetate. This method fails to describe the participation of each group in the reaction with Cl, predicting that the reaction on the CH3 portion of the alkoxide becomes predominant over the reaction on the CH2 group of ethyl acetate, relative to our calculations where the reaction with the CH2 group is predominant. Another flaw by providing the same reactivity for both the CH3 in methyl acetate, is in disagreement with our calculations which indicate that the reaction occurs predominantly in the CH3 group at the alkoxide portion of the molecule.