Numerosas investigaciones han demostrado que muchos estudiantes, en todos los niveles educativos, tienen dificultades con la Matemática, área en la que necesitan mucho trabajo de abstracción y de pensamiento lógico. Santaolalla (2009) afirma que varios estudios coinciden en que los conceptos matemáticos deben presentarse desde distintos enfoques y utilizando diferentes métodos de enseñanza; de manera que, independientemente de sus estilos de aprendizaje, los estudiantes puedan crear las interconexiones necesarias para que su aprendizaje sea significativo. Alonso (1999) señala que el panorama de trabajos sobre rendimiento académico y Estilos de Aprendizaje es muy amplio y que los estudiantes mejoran su aprendizaje cuando se considera sus Estilos de Aprendizaje predominantes.Por lo antes descrito es necesario rediseñar los procesos educativos haciendo uso de estrategias de enseñanza que consideren los distintos estilos de aprendizaje de los estudiantes y que fomenten su gusto por las asignaturas duras, especialmente la matemática.

Memoria para optar al Título Profesional de Ingeniero Foresta

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:38Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-11-13Bitstream added on 2014-06-13T19:29:59Z : No. of bitstreams: 1 vieira_dgsdr_me_ilha.pdf: 39977587 bytes, checksum: 474017fdd0731decbdde37dd533c1a9a (MD5) / Os métodos de fronteira imersa possibilitam a simulação numérica de escoamentos envolvendo contornos complexos e móveis utilizando-se uma malha euleriana fixa para representar o domínio fluido, associada a um conjunto de pontos lagrangianos para descrever interfaces, sem necessidade de remalhagem do domínio de cálculo. No presente trabalho, um método de fronteira imersa baseado no modelo físico virtual foi implementado em um código computacional já existente, com o objetivo de permitir a simulação do escoamento em torno de cilindros de base circular submetidos a oscilações forçadas ou induzidas pelo movimento do fluido. O programa computacional resolve as equações de Navier-Stokes em coordenadas cartesianas através do método de volumes finitos, utilizando uma discretização implícita no tempo. Para testar as novas implementações, foram realizadas simulações para cilindros estacionários e em movimento oscilatório forçado, posicionados em meio infinito ou no interior de um canal. Além disso, foi resolvido um problema de interação fluido-estrutura, constituído por um cilindro móvel e indeformável posicionado dentro de um canal vertical, a jusante de uma obstrução, oscilando linearmente sob a ação de um escoamento pulsátil ascendente, tal como ocorre no funcionamento de alguns tipos de válvula automática. Em várias simulações, observou-se a reentrada de núcleos de vorticidade na saída do domínio de cálculo, interferindo na qualidade dos resultados obtidos. Uma função de amortecimento foi, então, introduzida nesta região, para evitar a ocorrência de instabilidades numéricas. Uma análise da performance global do programa de simulação indica que, embora já produza resultados satisfatórios, a modelagem empregada ainda necessita de aprimoramentos para corrigir algumas imperfeições. Além disso, o código computacional precisa... / Immersed boundary methods allow numerical simulation of flows around complex bodies by using a stationary Eulerian mesh to represent the fluid domain associated to a set of Lagrangian points to describe the interfaces without global remeshing of the domain. In the present work, an immersed boundary method based on virtual physical model has been implemented in a previously available computational code in order to simulate flows around circular cylinders submitted to forced or induced oscillations. The improved computational program deploys Navier-Stokes equations in Cartesian coordinates by using with finite volume method and implicit temporal time discretization. In order to test the new code several simulations have been performed for a confined flow around a fix circular cylinder as well as submitted to forced oscillation. Additionally, a problem of fluid-structure interaction formed by a rigid oscillating circular cylinder positioned in a vertical channel after an abrupt obstruction has been analyzed. The cylinder can freely oscillate in the streamwise direction due to action of an ascendant pulsating flow. This type of flow problem is very similar to those occurring in many types of automatic valves. In some simulations spurious backflow of vorticity nucleus at the computational domain outlet has been observed, interfering in the quality of results. Therefore, a convenient damping function has been introduced in that region to suppress such numerical instabilities. A general performance analysis of the program shows very satisfactory results, however suitable changes in the code should be considered to avoid some remaining instabilities as well as minimize the overall time required for the simulation runs

Estudaram-se os efeitos da fração volumétrica de carboneto eutético e da dureza da matriz sobre a resistência à fadiga térmica de ferros fundidos brancos multicomponentes. Utilizaram-se ligas do sistema Fe-4Cr-V-2Mo-2W-2C, V variando entre 5 e 8% e Fe-4Cr-8V-Mo-2W-2C, Mo variando entre 2 e 5%. Corpos-de-prova com a geometria de discos com seção variável foram temperados e revenidos para obtenção de dois valores de microdureza da matriz: 450 HV e 650 HV. Conduziram-se ensaios de fadiga térmica por 100 e 500 ciclos. Cada ciclo envolveu aquecimento por indução da superfície até a temperatura de 600°C em 10 segundos e subseqüente resfriamento em água por 45 segundos (equalização das temperaturas do núcleo e da superfície). Os corpos-de-prova foram caracterizados antes e após os ensaios de fadiga térmica. Antes dos ensaios, caracterizaram-se os carbonetos eutéticos (tipos, morfologia, fração volumétrica, tamanho, forma e distribuição dos carbonetos) e a microdureza da matriz. Após os ensaios, caracterizaram-se as trincas de fadiga térmica macroscópicas e microscópicas (número e profundidade) e a microdureza da matriz. A nucleação de trincas de fadiga térmica ocorre predominantemente na superfície do corpo-de-prova, induzidas por concentradores de tensão mecânicos e metalúrgicos. As trincas nucleiam na matriz (a rugosidade age como concentrador de tensão mecânico) e em carbonetos (interface carboneto/matriz ou no próprio carboneto). A taxa de nucleação sofre influência da fração volumétrica de carboneto eutético (seu aumento promove aumento da taxa de nucleação) e da dureza da matriz (seu aumento promove diminuição da taxa de nucleação). A propagação de trincas ocorre predominantemente pela interface carboneto/matriz ou através do carboneto. A taxa de propagação sofre influência da distribuição de carboneto eutético. Quanto maior a relação “continuidade de carbonetos/distância livre média entre carbonetos", maior a taxa de propagação de trincas. A taxa de propagação de trinca diminui com o aumento do tempo de ensaio, independentemente da fração volumétrica de carboneto eutético e da dureza da matriz. O regime de propagação durante os primeiros 100 ciclos é caracterizado pela propagação instável da trinca controlada pela tenacidade à fratura do material; de 100 a 500 ciclos, a propagação é controlada pela magnitude da tensão. O tamanho do corpo-de-prova também influenciou os resultados dos ensaios: o aumento do tamanho promove aumento das taxas de nucleação e propagação. Este resultado é atribuído ao aumento do gradiente térmico ao longo do corpo-de-prova com o aumento do seu diâmetro. / The effects of the volume fraction of eutectic carbides and of the matrix hardness on the thermal fatigue resistance of multicomponent white cast iron were investigated. Alloys Fe-4Cr-V-2Mo-2W-2C, V ranging from 5 to 8 wt% and Fe-4Cr-8V-Mo-2W-2C, Mo ranging from 2 to 5 wt % were used. Disc shaped samples were quench and tempered for obtaining two matrix microhardness levels: 450 HV and 650 HV. Thermal fatigue tests were carried out for 100 and 500 cycles. Each cycle involved high frequency induction heating of the surface to 600°C and subsequent cooling in water during 45 seconds (equalization of the bulk and surface temperature). The test specimens were characterized before and after the thermal fatigue tests. Before the tests, eutectic carbide (type, morphology, volume fraction, syze, shape and distribution of carbides) and matrix microhardness were characterized. After the tests, the macroscopic and microscopic thermal fatigue cracks (number and depth) and matrix microhardness were characterized. The nucleation of the thermal fatigue cracks takes place mostly at the specimen surface, induced by mechanical and metallurgical stress risers. The crack nucleates at the matrix (roughness as mechanical stress risers as well as at carbides (at the carbide/matrix interface or at the carbide itself). The nucleation rate is influenced by the volume fraction of eutectic carbide (the higher the volume fraction, the higher the nucleation rate) and by the matrix microhardness (the higher the microhardness, the lower the nucleation rate). The crack propagation mostly takes place at the carbide/matrix interface or through the carbide. The propagation rate is affected by the carbide distribution. The higher the “carbide continuity/carbide free path" ratio, the higher the propagation rate. The propagation rate decreases with increasing test time, regardless the eutectic carbide volume fraction and the matrix microhardness. The propagation behaviour during the first 100 cycles is characterized by instable crack propagation controlled by the fracture toughness of the material; from 100 to 500 cycles, the propagation is controlled by the stress magnitude. The syze of the test specimen also influenced the tests results: the larger the specimen syze, the higher the nucleation and propagation rates. This is attributed to the effect of increasing thermal gradient across the specimen with increasing specimen diameter.

Este trabalho apresenta a demonstração de dois teoremas sobre a caracterização de hipersuperf ícies maximais no espaço anti-de Sitter. Ambos os Teoremas 4.0.1 e 4.0.2 caracterizam hipersuperf ícies maximais isométricamente imersas no espaço anti-de Sitter Hn+1 1 com (n-1) curvaturas principais de mesmo sinal, com curvatura escalar constante e curvatura de Gauss-Kronecker constante não-nula, respectivamente, como sendo isométricas ao cilindro hiperbólico H1(c1)Hn1(c2). Também é feito um breve estudo do artigo [17], onde o Teorema 3.0.3 é ferramenta chave para a obtenção dos resultados demonstrados nos Teoremas 4.0.1 e 4.0.2. / This work presents, the demonstration of two theorems about the characterization of maximal hypersurfaces on the anti-de Sitter space. Both Theorems 4.0.1 and 4.0.2 characterize maximal hypersurfaces isometrically immersed in the anti-de Sitter space Hn+1 1 with (n-1) principal curvatures with the same sign, with constant scalar curvature and nonzero constant Gauss-Kronecker curvature, respectively, as being isometric to the hyperbolic cylinder H1(c1) Hn1(c2). Is also done a brief study of the article [17], where the Theorem 3.0.3 is key piece to obtain the results demonstrated in Theorems 4.0.1 and 4.0.2.

Este trabalho trata da modelagem matemática e da identificação experimental das características não lineares em um protótipo de atuador pneumático do tipo cabo autoguiado, assim como a simulação computacional e a validação experimental do modelo proposto. Prevê-se a aplicação deste servoposicionador pneumático de baixo custo numa estufa agrícola robotizada. Atuadores pneumáticos tem sido um novo sistema de atuação emergente para a robótica por vários motivos, entre eles a interação segura com o meio ambiente ou humano e a alta densidade de energia, mas que apresentam algumas características de comportamento dinâmico que dificultam seu controle, tais como a compressibilidade do ar, a relação não linear da vazão nos orifícios da servoválvula de controle e o atrito nos atuadores. Para a descrição do comportamento dinâmico do atuador pneumático é proposto um modelo matemático não linear de 5ª ordem que apresenta a combinação do modelo da servoválvula com a do cilindro do tipo cabo, incluindo-se as não linearidades da zona morta, da vazão nos orifícios da servoválvula, da dinâmica das pressões nas câmaras do cilindro e do atrito dinâmico. Os resultados comparativos das simulações computacionais e dos testes experimentais validam o modelo matemático proposto e ilustram as características do protótipo desenvolvido para o atuador pneumático de cabo autoguiado construído com materiais poliméricos. Os resultados do controle clássico de posição demonstram que o protótipo atende às necessidades de resposta dinâmica para aplicação no acionamento de estruturas robóticas para estufas agrícolas. Essa pesquisa tem o propósito de contribuir com o estudo dos atuadores pneumáticos visando à aplicação na mecanização da agricultura de precisão de baixo custo, bem como contribuir didaticamente com futuras pesquisas. / 115 f.

O crescente aumento na demanda de sistemas miniatuarizados, a criação e desenvolvimento de métodos simples e eficazes e com menor custo de fabricação de microcomponentes desafiam projetistas e pesquisadores. Dentro deste contexto, este trabalho visa o estudo do processo de replicação por laminação, com PMMA (polimetilmetacrilato) aquecido, para geração de microestruturas. O laminador utilizado é de precisão e a distância entre rolos possui controle milimétrico garantindo sua distância, mesmo quando em operação. Foi confeccionado um cilindro molde contendo microrranhuras que serão replicadas no PMMA. Utilizaram-se, como material do cilindro molde, o alumínio e a liga de alumínio 7075. O processo de aquecimento do PMMA consistiu de duas maneiras: condução através do contato com placa térmica, e convecção através do aquecimento em estufa. Para PMMA identificou-se a temperatura ótima para replicação a 105°C. O estudo demonstrou que, para replicar uma geometria com taxa de replicação elevada, devem-se levar em consideração fatores como a velocidade de laminação e a taxa de redução (distância entre cilindros). Este trabalho vai de encontro a pensamentos inovadores, demonstrando ser uma técnica que permite obter a replicação de determinadas geometrias com eficiência de produção. / The increasing demand for miniatuature systems, the creation and development of simple, effective and low cost manufacturing mehods of microcomponents challenge designers and researchers. Within this context, this work aims to study the replication process by rolling of heated PMMA (polymethylmethacrylate) to generate microstructures. A precision mill roll is used so that the distance between rolls has millimeter adjustment ensuring the distance is kept constant, even while in operation. A cylinder mold containing microgrooves to be replicated in PMMA was fabricated. Aluminum and 7075 aluminum alloy were used for the cylinder mold. The process of heating the PMMA occurred in two manners: conduction through the contact thermal plate, and convection by heating in an oven. For PMMA, the temperature for replication of 105°C was identified as being optimum. The study showed that, to replicate a geometry with a high rate of replication, one should take into account factors such as the rolling speed and the rate (distance between cylinders). This work goes towards the innovative thinking, proving to be a technique that allows for the replication of certain geometries and production efficiency.

O crescente aumento na demanda de sistemas miniatuarizados, a criação e desenvolvimento de métodos simples e eficazes e com menor custo de fabricação de microcomponentes desafiam projetistas e pesquisadores. Dentro deste contexto, este trabalho visa o estudo do processo de replicação por laminação, com PMMA (polimetilmetacrilato) aquecido, para geração de microestruturas. O laminador utilizado é de precisão e a distância entre rolos possui controle milimétrico garantindo sua distância, mesmo quando em operação. Foi confeccionado um cilindro molde contendo microrranhuras que serão replicadas no PMMA. Utilizaram-se, como material do cilindro molde, o alumínio e a liga de alumínio 7075. O processo de aquecimento do PMMA consistiu de duas maneiras: condução através do contato com placa térmica, e convecção através do aquecimento em estufa. Para PMMA identificou-se a temperatura ótima para replicação a 105°C. O estudo demonstrou que, para replicar uma geometria com taxa de replicação elevada, devem-se levar em consideração fatores como a velocidade de laminação e a taxa de redução (distância entre cilindros). Este trabalho vai de encontro a pensamentos inovadores, demonstrando ser uma técnica que permite obter a replicação de determinadas geometrias com eficiência de produção. / The increasing demand for miniatuature systems, the creation and development of simple, effective and low cost manufacturing mehods of microcomponents challenge designers and researchers. Within this context, this work aims to study the replication process by rolling of heated PMMA (polymethylmethacrylate) to generate microstructures. A precision mill roll is used so that the distance between rolls has millimeter adjustment ensuring the distance is kept constant, even while in operation. A cylinder mold containing microgrooves to be replicated in PMMA was fabricated. Aluminum and 7075 aluminum alloy were used for the cylinder mold. The process of heating the PMMA occurred in two manners: conduction through the contact thermal plate, and convection by heating in an oven. For PMMA, the temperature for replication of 105°C was identified as being optimum. The study showed that, to replicate a geometry with a high rate of replication, one should take into account factors such as the rolling speed and the rate (distance between cylinders). This work goes towards the innovative thinking, proving to be a technique that allows for the replication of certain geometries and production efficiency.

Nas últimas décadas, questões sobre o controle de emissões em motores à combustão interna e sobre a redução de consumo de combustível vêm sendo debatidas globalmente, com claros desdobramentos em especificações de controles mais restritos, a fim de permitir a comercialização de novos motores à combustão interna a consumidores mais exigentes, que presam pela qualidade de vida e meio ambiente. Mesmo com a introdução de novas tecnologias, os motores ainda apresentam uma grande perda da energia gerada por conta do atrito mecânico. Com base neste contexto, os projetos dos novos motores visam uma melhor eficiência térmica e mecânica, com auxílio de soluções de engenharia que possam beneficiar o desempenho dos motores, resultando em uma melhor queima do combustível e menor atrito. Um dos contribuintes mais relevantes para o atrito num motor é o sistema pistão-anel de pistão-camisa de cilindro que é o foco de muitos trabalhos em busca da redução das perdas por atrito. As propriedades dos filmes à base de carbono tipo diamante (Diamond-Like Carbon - DLC) são bem conhecidas por apresentam alta resistência ao desgaste e baixo coeficiente de atrito, tornando-se adequados para diferentes aplicações tribológicas. O presente trabalho discute a viabilidade técnica de se aplicar um filme DLC amorfo hidrogenado, com gradiente de composição química, sobre a superfície interna brunida de camisas de cilindro para redução do atrito. A metodologia aborda duas espessuras de filme: 2,5 e 12,5 μm, depositadas pelo processo de deposição química em fase vapor assistida por plasma (PACVD), como alternativa para redução do atrito do motor e, consequentemente, redução no consumo específico de combustível, e ainda na redução do desgaste dos anéis de pistão e da superfície de trabalho da camisa de cilindro. Comparando camisas de cilindro com mesma rugosidade na superfície interna, denominadas camisas de referência (sem revestimento interno) e camisas recobertas com filme DLC, testes de bancada com movimento recíproco de contato mostraram redução do coeficiente de atrito (COF) em até 19%. Testes de motor ciclo Otto e Diesel em banco de prova com dinamômetro conferiram, respectivamente, uma redução da pressão média efetiva de atrito (FMEP) do motor em até 12% e consumo específico de combustível (BSFC) em até 2,5% em rotações de 1000 a 1400 rpm. / In the last few decades questions about emissions level control for internal combustion engines as well as fuel consumption reduction have been debated in a global bases with clear deployments in more restricted control specifications to allow the commercialization of new internal combustion engines to more restrictive markets that look for a better life quality and environment. Even with the introduction of new technologies the engines still present a significant loss of energy due to the mechanical friction. With base in this context, the new development projects seek for high mechanical-thermal efficiency linked with engineer that can benefit the engine performance with a better combustion process and reduced friction as well. One of the most relevant contributors for the friction in an engine is the piston-piston ring-cylinder liner system which has been the focus of many research works with focus on reduce engine friction losses. The properties of Diamond-Like Carbon films (DLC) are well-known such as superior wear resistance and low friction coefficients that makes suitable for many different tribology applications. This work evaluates the application of a graded hydrogen amorphous DLC film with applied over cylinder liner running surface. The methodology approach two coating thickness: 2.5 and 12.5 μm, deposited by the plasma assisted chemical vapor deposition process (PACVD) as the alternative solution for engine friction reduction and thus a reduction on brake specific fuel consumption (BSFC), and a improved wear resistance behavior of the piston rings and cylinder liner contact surfaces as well. By using baseline parts without inner DLC coating and DLC coated parts with similar running roughness surfaces, comparative reciprocating bench tests showed a tendency of coefficient of friction (COF) reduction in up to 19%. In a same trend, fired gasoline and diesel engine tests showed a friction mean effective pressure reduction (FMEP) in to 12% and small brake specific fuel consumption (BSFC) in up to 2.5% at low engine speed range respectively.

Orientador: Marcelo Messias / Banca: Messias Meneguette Júnior / Banca: Claudio Gomes Pessoas / Resumo: Neste trabalho fazemos o estudo de uma classe de sistemas diferenciais polinomiais quadráticos definidos em R3 que possui um cilindro como superfície algébrica invariante. Mais especificamente, fizemos o estudo da estabilidade e das bifurcações locais dos pontos singulares, utilizando para isto a estrutura do espaço de fase, ou seja, a restrição geométrica dada pela existência do cilindro invariante. Provamos que ocorre uma bifurcação de Hopf sobre o cilindro, que leva a criação de um ciclo limite estável, para determinados valores dos parâmetros. Mostramos também a existência de órbitas homoclínicas, heteroclínicas e centros, contidos nestes cilindros. O estudo apresentado visa contribuir para o entendimento do complicado comportamento dinâmico dos sistemas diferenciais (ou campos vetoriais) polinomiais definidos em R3 / In this work we study a class of quadratic polynomial differential systems defined in R3 which has a cylinder as invariant algebraic surface. More specifically, we study the stability and local bifurcations of singular points, using for this the structure of the phase space, that is, the geometric constraint provided by the existence of the invariant cylinder. We prove that there is a Hopf bifurcation on the cylinder, which leads to the creation of a stable limit cycle, for certain parameter values. We also show the existence of homoclinic orbits, heteroclinic orbits and centers, contained in these cylinders. These elements are key ingredients to understand the complicated dynamic behavior of small perturbations of these differential systems in R3 / Mestre