Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / This work presents the developing of analytical solutions based on Green's function to be applied in inverse problems techniques. Special attention is given to the problems that deals to unknown heat ux input such as the heat generation due to the friction in orthogonal machining processes or to the thermal properties measurement using optimization techniques. The great advantage of using Green's function is the ability of obtaining solutions of complex heat conduction problem that involves transient heat source or non homogenous boundary conditions as heat ux input or prescribed temperature varying with time and space. In this work, analytical solutions of one, two and three-dimensional transient heat conduction problems are presented. A practical application of using analytical solution in optimization problem is also presented. Any inverse or optimization technique has a basic and common characteristic: both of them need to solve the direct solution several times. This characteristic is the cause of the large time consumed. In heat conduction problem, the time consumed is, usually, due to the use of numerical solutions of multidimensional models with rened mesh. In this case, if analytical solutions are available the computational time can be reduced drastically. This study presents the development and application of a 3D-transient analytical solution based on Green's function to obtain thermal properties of solids materials. / Este trabalho dedica-se à obtenção e aplicação de soluções analíticas baseadas em funções de Green (FG) em técnicas de problemas inversos. Especialmente, o estudo é voltado a problemas decorrentes de fonte de calor desconhecidas como a geração de calor devido ao atrito presentes em processos de usinagem ortogonal e, principalmente, à medição de propriedade térmicas usando técnicas de otimização e estimativas de parâmetros. A grande força do uso das FG está na possibilidade de obtenção de soluções de problemas de condução de calor dos tipos mais variados e complexos, como por exemplo, problemas tridimensionais transientes, com termos de geração de calor transientes e não uniformes e que possam ainda estar sujeitos as condições de contorno não homogêneas variando com o tempo e o espaço. Apresentam-se neste trabalho a solução analítica de vários problemas de condução de calor unidimensionais, bidimensionais e tridimensionais transientes. Além do desenvolvimento destas soluções, apresentam-se também resultados em forma de grácos permitindo um melhor entendimento físico das soluções e a sua vericação. Dois problemas de otimização são abordados através da aplicação de soluções analíticas. Um dos problemas trata da estimativa de propriedades térmicas enquanto o outro se refere ao desenvolvimento do método de observadores dinâmicos usando funções de Green. O uso das FG na estimativa de parâmetros reduziu drasticamente o tempo computacional gasto enquanto no método dos observadores introduziu maior conança e estabilidade à técnica. / Mestre em Engenharia Mecânica

Na presente tese é apresentada uma nova solução analítica para a equação de ad-vecção-difusão bidimensional transiente para simular a dispersão de poluentes na atmosfera. Para tanto, a equação de advecção-difusão é resolvida pela combinação da transformada de Laplace e da técnica GILTT (Generalized Integral Laplace Transform Technique). O fechamento da turbulência para os casos Fickiano e não-Fickiano é considerado. É investigado o problema de modelagem da dispersão de poluentes em condições de ventos fortes e fracos considerando, para o caso de ventos fracos, a difusão longitudinal na equação de advecção-difusão. Além disso, foi incluída no modelo a velocidade vertical e avaliada sua influência considerando-se o campo de velocidades constante e também geradas via LES (Large Eddy Simulation), para poder simular uma camada limite turbulenta mais realística. Os resultados obtidos por essa metodologia são validados com resultados experimentais disponíveis na literatura. / In the present thesis it is presented a new analytical solution for the transient two- dimensional advection-diffusion equation to simulate the pollutant dispersion in atmosphere. For that, the advection-diffusion equation is solved combining the Laplace transform and the GILTT (Generalized Integral Laplace Transform Technique) techniques. The turbulence closure for Fickian and non-Fickian cases is considered. It is investigated the problem of modeling the pollutant dispersion in strong and weak winds considering, for the case of low wind conditions, the longitudinal diffusion in the advection-diffusion equation. Moreover, it was considered in the model the vertical velocity and its influence was evaluated considering velocities field constant and also generated by means of LES (Large Eddy Simulation), to simulate a more realistic turbulent boundary layer. The results attained by this methodology are validated with experimental results available in literature.

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2016-04-08T12:43:32Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2016-04-08T12:43:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Além da Resolução CONAMA 430/11 definir limites para o lançamento de efluentes, também define que os laboratórios que realizam análises ambientais devem ser acreditados pelo INMETRO e também devem ter sistema de controle de qualidade implantado. Para o atendimento destes requisitos legais, o presente trabalho visa otimizar, validar e implantar a metodologia analítica desenvolvida e aplicada no Centro de Química e Meio Ambiente (CQMA) do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN/ CNEN SP) para a quantificação dos elementos cádmio, chumbo, cobre, prata, crômio, zinco, estanho, níquel, ferro, bário, manganês e boro em amostras de efluentes líquidos por Espectrometria de Emissão Óptica com Plasma Acoplado Indutivamente (ICP-OES). Esta metodologia é utilizada para a determinação de metais e semimetais em amostras coletadas no Programa de Monitoramento Ambiental PMA-Q do IPEN. Todo o processo de validação desta dissertação foi baseado no guia Orientativo do INMETRO DOQ-CGCRE-008 - Orientação sobre Validação de Métodos Analíticos. No estudo de seletividade verificou-se que a matriz não interfere nas curvas analíticas do método em estudo; a faixa de trabalho foi determinada com base nos valores máximos permitidos (VMP) pelas legislações ambientais vigentes (Resolução CONAMA 430/11, DE 8.468/76 e DE 15.425/80) e no histórico de dados do PMA-Q e todas as curvas analíticas apresentam comportamento linear na faixa de trabalho abrangida pelo método; os limites de detecção e quantificação do método atendem aos limites definidos pelas legislações ambientais vigentes e à precisão e exatidão necessárias; a precisão e exatidão apresentaram resultados satisfatórios para a finalidade do método analítico; além do método demonstrar-se robusto, embora seja necessário que o analista se atente à variação de alguns fatores no momento da realização das análises. Também foi possível realizar a estimativa de incerteza do método de modo que fosse alcançado nível de confiança de 95% dos resultados, foram levadas em consideração todas as etapas de preparo e análise das amostras e foi possível obter incerteza global entre 4,6% e 12,23%. Através dos resultados obtidos nos testes estatísticos e pela avaliação do analista foi possível verificar que o método desenvolvido e aplicado no CQMA é adequado para o fim pretendido. / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2016-04-08T12:48:16Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2016-04-08T12:48:16Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Para atender a legislação ambiental do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA), a Resolução CONAMA 357/2005, é necessário desenvolver metodologias que se aplicam na medição analítica de forma correta e para um controle de qualidade é necessário a aplicação da validação de metodologia. Para atender as exigências legais, o presente trabalho desenvolveu uma metodologia para a identificação de 12 elementos metálicos, tais como: Al, Ba, Ca, Cd, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Na e Ni em águas, avaliando 14 pontos, sendo eles GU000-01 (23°46\'49.6\"S-46°47\'22\"0W), GU000-02 (23°45\'29.5\"S-46°46\'18.7\"W), GU000-03 (23°44\'52.2\"S-46°46\'13.6\"W), GU106-04 (23°44\'44.6\"S-46°45\'25.8\"W), GU000-05 (23°44\'57.5\"S-46°45\'24.2\"W), GU107-06 (23°45\'01.2\"S-46°43\'61.5\"W), GU108-07 (23°43\'64.7\"S-46°43\'42.3\"W), GU000-08 (23°42\'96.9\"S-46°43\'61.2\"W), GU109-09 (23°43\'04.6\"S-46°43\'34.0\"W), GU105-10 (23°42\'89.9\"S-46°44\'68.7\"W), GU108-11 (23°42\'53.4\"S-46°43\'44.9\"W), GU103-12 (23°41\'88.5\"S-46°44\'67.3\"W), GU102-13 (23°41\'58.0\"S-46°43\'57.3\"W), GU000-14 (23°40\'78.2\"S-46°43\'55.0\"W), distribuídos pela Represa Guarapiranga, situada no Estado de São Paulo, aplicando a metodologia validade, realizada com base no guia do Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (INMETRO), Orientação sobre Validação de Métodos Analíticos - DOQ-CGCE-008. Foram avaliados os parâmetros: seletividade, faixa de trabalho/linearidade, limites de detecção e quantificação, tendência/recuperação, precisão, robustez e incerteza de medição. Foi utilizado a técnica de espectrometria de Emissão Óptica com Plasma de Argônio (ICP-OES). O teste de seletividade comprovou que a matriz não interfere nas curvas analíticas elaborada; a faixa de trabalho apresentou um comportamento linear, para as amostras com e sem a matriz de interesse, com um coeficiente de correlação (r), entre 0,9965 a 1,0; os limites de detecção e quantificação do método atendem aos valores máximos permitidos pela Resolução CONAMA 357/2005; com os testes de repetitividade e de recuperação o método demonstrou ser preciso e exato, além de robusto. Posteriormente foi estimado uma incerteza de medição do método. A incerteza expandida estimada variou entre 3 e 18% da concentração encontrada. A validação da metodologia permitiu a sua aplicação para a avaliação da distribuição dos 12 elementos, nas águas da represa Guarapiranga. Foram observados valores altos para Ca, Na e K, em todos os pontos de coletas analisados, evidenciando que são os elementos que fazem parte da característica geológica da área. Os elementos Fe e Al obtiveram valores acima da legislação nos pontos da Represa (G000-01, G000-02 e G000-03). Com os testes dos parâmetros para a validação, com os cálculos estatísticos aplicados, foi possível desenvolver e aplicar uma metodologia adequada para o uso pretendido. / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2016-11-11T11:09:07Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2016-11-11T11:09:07Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Este trabalho apresenta uma análise da viabilidade econômica e ambiental do processo de reciclagem de Resíduos de Construção Civil em um município. Utilizou-se como base o Município de Guarulhos onde foi efetuado um levantamento das quantidades de resíduos de construção civil produzidos, seu gerenciamento e o processo de reciclagem e reutilização dos agregados reciclados produzidos. O Município de Guarulhos implantou o primeiro Ponto de Entrega Voluntária (PEV) de resíduos em 2003 e, de forma ininterrupta, vem aumentando a disponibilidade desses pontos a população, possuindo 17 pontos em 2014. Inicialmente planejados para receber apenas resíduos provenientes de construção civil, tornaram-se pontos onde a população destina inúmeros resíduos sólidos não orgânicos. A empresa de pública responsável por obras na cidade, PROGUARU, possuiu uma Usina de Reciclagem de Resíduos de Construção Civil (URE) que produz agregados reciclados para uso em manutenções e pavimentação, além de fornecer material para utilização na Fábrica de Pré-Moldados da Prefeitura, fechando um ciclo de captação, processamento e reutilização dos Resíduos de Construção Civil no município. Foram desenvolvidos dois modelos que incluem no cálculo econômico do processo de reciclagem de Resíduos de Construção Civil de um município, a economia obtida com a diminuição do descarte irregular e com a substituição de agregados naturais pelos agregados reciclados produzidos pela PROGUARU. No período de 2003 a 2014, os Pontos de Entrega Voluntária receberam 296.210,11 . 10³ kg de resíduos totais, e enviou 214.910, 57 . 10³ kg de Resíduos de Construção Civil para a URE. O lucro anual do sistema incluindo o custo dos terrenos (PEV e URE) foi de R$ 3,50 por habitante, e desprezando o valor dos terrenos foi de R$ 5,02 por habitante. O trabalho de pesquisa comprova a viabilidade econômica da reciclagem, além dos ganhos ambientais pela diminuição dos descartes irregulares e economia de recursos naturais. / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Marco Antonio Oliveira da Silva (maosilva@ipen.br) on 2016-12-21T18:18:35Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2016-12-21T18:18:35Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Carregamentos transientes termo hidráulicos do tipo Steam Hammer são eventos comuns em sistemas de tubulações de vapor com grandes potenciais de catástrofes em plantas de geração de energia. Uma vez iniciado o evento, ondas de pressões são geradas com amplitudes, geralmente, de grande magnitude ocasionando altas pressões no sistema, ruídos, deformações, fadiga, com possibilidade de danos materiais e econômicos e em casos extremos fatalidades. Os procedimentos da indústria para análise deste tipo de sistema consistem realização de análises estáticas equivalentes ou análise de espectro de resposta com carregamentos caracterizados por meio de métodos analíticos baseados em hipóteses simplificadoras do fluido e fluxo. Neste trabalho é proposta a analise de sistema de tubulações por meio do método de integração numérica com superposição modal e carregamento caracterizado por método numérico com base no método das características. Comparações foram efetuadas entre os resultados obtidos pela metodologia proposta e os procedimentos da indústria, demonstrando que, dado ao alto grau de conservadorismo, os procedimentos da indústria acarretam em superdimensionamento de estruturas e tubulações ocasionando custos adicionais de projeto, sendo a otimização do projeto obtida aplicando-se a metodologia proposta no trabalho. / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-08-20T14:25:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_daniel_schuch.pdf: 1534096 bytes, checksum: 7a0aa04f35343a826f68cb23af11d80d (MD5) Previous issue date: 2011-09-23 / The present work shows an analytical solution for the two-dimensional advectiondiffusion equation applied to the dispersion of pollutants released in the Atmospheric Boundary layer. The problem is solved by the combination of the Laplace Transform and GILTT (Generalized Integral Laplace Transform Technique) techniques. This solution has no limitations regarding the turbulent diffusion coefficients and wind profile depending on the height. An arbitrary source is added to the advectiondiffusion equation to model the process of first order chemical reactions. The concentration fields obtained computationally are compared with experimental data available in the literature. / Esta dissertação apresenta uma solução analítica para a equação de advecçãodifusão bidimensional aplicada a dispersão de poluentes lançados na Camada Limite Atmosférica (CLA). A resolução do problema será com o uso das técnicas da Transformada de Laplace e GILTT (Generalized Integral Laplace Transform Technique). Esta solução é válida para qualquer coeficiente de difusão turbulenta e perfil de vento dependentes da altura. Um termo fonte arbitrário é adicionado à equação de advecção-difusão para modelar o processo de reação química de primeira ordem. Os campos de concentração obtidos computacionalmente são comparados com dados experimentais e da literatura.

L’approximation par harmoniques sphériques (SPN) simplifiées de l’équation de transfert radiatif a été proposée comme un modèle fiable de propagation de la lumière dans les tissus biologiques. Cependant, peu de solutions analytiques ont été trouvées pour ce modèle. De telles solutions analytiques sont d’une grande valeur pour valider les solutions numériques des équations SPN, auxquelles il faut recourir dans le cas de tissus avec des géométries courbes complexes. Dans la première partie de cette thèse, des solutions analytiques pour deux géométries courbes sont présentées pour la première fois, à savoir pour la sphère et pour le cylindre. Pour les deux solutions, les conditions aux frontières générales tenant compte du saut d’indice de réfraction à l’interface du tissus et de son milieu environnant, telles qu’applicables à l’optique biomédicale, sont utilisées. Ces solutions sont validées à l’aide de simulations Monte Carlo basées sur un maillage de discrétisation du milieu. Ainsi, ces solutions permettent de valider rapidement un code numérique, par exemple utilisant les différences finies ou les éléments finis, sans nécessiter de longues simulations Monte Carlo. Dans la deuxième partie de cette thèse, la reconstruction itérative pour l’imagerie par tomographie optique diffuse par fluorescence est proposée sur la base d’une fonction objective et de son terme de régularisation de type Lq-Lp. Pour résoudre le problème inverse d’imagerie, la discrétisation du modèle de propagation de la lumière est effectuée en utilisant la méthode des différences finies. La reconstruction est effectuée sur un modèle de souris numérique en utilisant un maillage multi-échelle. Le problème inverse est résolu itérativement en utilisant une méthode d’optimisation. Pour cela, le gradient de la fonction de coût par rapport à la carte de concentration de l’agent fluorescent est nécessaire. Ce gradient est calculé à l’aide d’une méthode adjointe. Des mesures quantitatives utilisées en l’imagerie médicale sont utilisées pour évaluer la performance de l’approche de reconstruction dans différentes conditions. L’approche Lq-Lp montre des performances quantifiées élevées par rapport aux algorithmes traditionnels basés sur des fonction coût de type somme de carrés de différences. / Abstract : The simplified spherical harmonics (SPN) approximation to the radiative transfer equation has been proposed as a reliable model of light propagation in biological tissues. However, few analytical solutions have been found for this model. Such analytical solutions are of great value to validate numerical solutions of the SPN equations, which must be resorted to when dealing with media with complex curved geometries. In the first part of this thesis, analytical solutions for two curved geometries are presented for the first time, namely for the sphere and for the cylinder. For both solutions, the general refractiveindex mismatch boundary conditions, as applicable in biomedical optics, are resorted to. These solutions are validated using mesh-based Monte Carlo simulations. So validated, these solutions allow in turn to rapidly validate numerical code, based for example on finite differences or on finite elements, without requiring lengthy Monte Carlo simulations. provide reliable tool for validating numerical simulations. In the second part, iterative reconstruction for fluorescence diffuse optical tomography imaging is proposed based on an Lq-Lp framework for formulating an objective function and its regularization term. To solve the imaging inverse problem, the discretization of the light propagation model is performed using the finite difference method. The framework is used along with a multigrid mesh on a digital mouse model. The inverse problem is solved iteratively using an optimization method. For this, the gradient of the cost function with respect to the fluorescent agent’s concentration map is necessary. This is calculated using an adjoint method. Quantitative metrics resorted to in medical imaging are used to evaluate the performance of the framework under different conditions. The results obtained support this new approach based on an Lq-Lp formulation of cost functions in order to solve the inverse fluorescence problem with high quantified performance.

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Tato práce zkoumá možností řešení kritické síly vzpěrné stability laminátových kompozitních válcových skořepin jak analytickým tak MKP přístupem. Analytické řešení je prezentováno detailně a je zpracován Matlab program pro jeho výpočet. MKP řešení je prováděno ve dvou řešičích softwaru MSC.Nastran, jsou zjišťována vhodná nastavení těchto řešičů a jejich chování. Všechny způsoby řešení jsou na závěr porovnány a je navrženo několik závěrů.