Atualmente, a exigência da indústria na construção de estruturas complexas é consequência da acirrada concorrência, principalmente, entre empresas dos segmentos rodoviários. Com o auxílio de ferramentas computacionais, baseadas no Método de Elementos Finitos, é possível dimensionar essas estruturas submetidas a solicitações aleatórias variando no tempo. Nesse caso, é comum a realização de simulações dinâmicas no domínio do tempo que se empregue um modelo de Elementos Finitos de placa ou viga e, assim, obter as tensões nos locais críticos de interesse. Porém, análises no domínio do tempo capturam tensões e deformações com boa precisão, mas costumam ser caras computacionalmente. Na maioria dos casos estudados, a vida em fadiga é fundamental para prever falhas estruturais de elevadas proporções, como o colapso da viga principal da estrutura chassi de um implemento rodoviário. Diante disso, são de interesse tecnológico e industrial as análises no domínio da frequência, a fim de diminuir o custo computacional de simulação dinâmica independente do modelo de Elementos Finitos. Com esse propósito, o presente trabalho propõe uma comparação entre metodologias capazes em estimar a vida em fadiga no domínio do tempo e da frequência, de um caso simples e um segundo caso, mais complexo, que é o da indústria. Os diferentes modelos de Elementos Finitos e métodos de cálculos da vida em fadiga no domínio da frequência são comparados e discutidos, usando-se como referência o método clássico de cálculo da vida em fadiga, domínio do tempo. A metodologia leva em conta os diferentes Elementos Finitos empregados, as simplificações dos modelos estruturais usados e potenciais restrições cinemáticas aplicadas ao modelo. A comparação é feita com a ajuda de ferramentas comerciais que executam as análises modais, harmônicas, transientes, espectrais e rotinas de cálculos. Assim, o analista pode selecionar malhas com quantidade viável de graus de liberdade tornando possível as simulações dinâmicas e, além disso, prever a vida em fadiga no domínio do tempo para modelos simples e complexos. A partir dos resultados, verificou-se que as análises de estimativa da vida em fadiga no domínio da frequência, para modelos complexos, ainda não apresentam resultados confiáveis e, assim, são sugeridas recomendações. / Currently, the industry demand for the construction of complex structures is a consequence of the fierce competition, mainly between companies from semi-trailers segments. With the support of computational tools, based on the Finite Element Method, it is possible to size these structures submitted to random requests varying in time. In this case, it is common to perform dynamic simulations in the time domain to use a Finite Element model of plate or beam and thus obtain the stresses at the critical sites of interest. However, time domain analyses capture tensions and deformations with good accuracy, but they are often computationally expensive. In most of the studied cases, fatigue life is fundamental to predict structural failures of high proportions, such as main beam collapse of the chassis structure of a semi-trailer. Therefore, the semi-trailer industry segments is interested in the frequency domain, in order to reduce the computational cost of dynamic simulation no matter of the Finite Element model. With this purpose, the present work proposes a comparison between methodologies which are able to estimate the fatigue life in time domain and frequency, of a simple and second case, more complex, that of the industry. The different Finite Element models and methods of calculating fatigue life in frequency domain are compared and discussed using the classic time domain fatigue life calculation method as reference. The methodology takes into account the different Finite Elements are used, the simplifications of the structural models used and potential kinematic constraints applied to the model. The comparison is made with not only the following analyses: modal, harmonic, transient, spectral, but also computational routines. Thus, the analyst can select meshes with a viable amount of degrees of freedom making dynamic simulations possible, in addition, to its predict the fatigue life in time domain for simple and complex models. Based on the results, it was verified that the fatigue life estimates in frequency domain, for complex models, do not present reliable results yet. Therefore, recommendations are suggested.

Os edifícios são responsáveis por importantes impactos ambientais, principalmente, pelo seu longo ciclo de vida. Neste sentido, as edificações são potenciais redutoras de danos ambientais, já que as decisões sobre seu impacto podem ser feitas em projeto. No Brasil, o Programa Minha Casa Minha Vida (PMCMV) produziu mais de dois milhões de unidades de habitação, sendo um importante gerador de impactos. Foram realizadas pesquisas avaliando impactos sociais, urbanísticos e arquitetônicos do PMCMV, entretanto ainda existe escassez de estudos avaliando os impactos ambientais dessas edificações. Esta pesquisa utiliza a metodologia de Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) para quantificar os impactos ambientais potenciais de uma casa do PMCMV. A metodologia considera três fases, com referência no estudo de caso de uma casa térrea situada na região metropolitana de Porto Alegre (sul do Brasil). A Fase 1 quantifica o uso de energia através de simulação termoenergética, testando envoltórias alternativas em comparação à original. A Fase 2 realiza a ACV preliminar, para verificar as contribuições de impacto mais relevantes em dois modelos selecionados. A Fase 3 desenvolve a ACV final com dados adaptados para a realidade brasileira. Os resultados demonstram que os impactos operacionais da edificação são os mais importantes ao longo do ciclo de vida de 50 anos, para as duas alternativas de envoltória avaliadas. Mesmo assim, os requerimentos incorporados da edificação podem representar impactos importantes, ultrapassando 40% em categorias como aquecimento global e depleção da camada de ozônio. O transporte de materiais de construção e matérias primas é um dos maiores causadores dos impactos incorporados. Além desse, a recorrência de manutenções mostra-se importante, assim como a durabilidade dos materiais de construção. A aplicação da ferramenta de ACV confirma sua importância como instrumento para a tomada de decisão, identificando processos mais relevantes na qualificação ambiental de edificações. / Buildings are responsible for expressive environmental impacts, especially for its long life-cycle. In fact, buildings are important potential reducers of environmental damages, because decisions concerning its future impacts can be made at design stage. In Brazil, “My House My Life” program (MHMLP) produced more than two million dwellings, generating significant impacts. Some of MHMLP impacts were already addressed, such as social, urban and architectural, however there is a lack on environmental impacts studies focused on these buildings. This research applies Life Cycle Assessment method to quantify potential environmental impacts of a MHMLP dwelling. Methodology considered three phases, using as reference the case study of a single-story house located at the metropolitan area of Porto Alegre (southern Brazil). Phase 1 quantifies energy use through thermal dynamic simulations, considering different encloses types in comparison to the original option. Phase 2 applies streamlined Life Cycle Assessment (LCA) framework to evaluate the most important contributions to the environmental impacts of the two previously selected models. In phase 3, LCA was developed considering data regionalization and adaptation to the Brazilian context. Results show that operational impacts are the most important ones on the 50 years dwelling life cycle, for both evaluated alternatives. Nevertheless, embodied impacts can represent more than 40% of total global warming and ozone depletion potential impacts. Transportation of raw and construction materials is one of the most important contributors to embodied impacts. Furthermore, recurrent embodied impacts are important, as well as construction materials durability. LCA application validates its importance as a framework to support decision-making, identifying hotspots on buildings environmental qualification.

Fundação de Amparo a Pesquisa no Estado do Rio Grande do Sul / Islanding occurs when a part of the electrical system is supplied solely by a unit or group of distributed generators isolated from the main electrical network. When the center of Distributed Generation (DG) operates connected to the electrical system, the stability depends especially on the inertia of the large power generation plants. However, when DG operates in isolation, the stability depends on the response from controllers, the dynamics of the turbine and generator to maintain the system in normal operation. Due to the low inertia of the isolated system, the network is more susceptible to sags or swells and violations in the frequency levels. Thus, this work aims to analyze the stability of systems with DG operating in isolation, making sure that it can keep the stress levels and appropriate frequency. Dynamic simulation system are performed in Matlab Simulink® environment using the SimPowerSystems library, where the case study is carried out with a DG type Small Hydroelectric Plant (SHP), analyzing the stability of microgrid upon disconnection with the system main and stand-alone operation (load shedding, load connection, short circuit, among other contingencies). It is also observed the behavior of the microgrid in cases of restoration of power supply through the start of DG operating in isolation. / O ilhamento ocorre quando uma parte do sistema elétrico é suprida unicamente por uma unidade ou grupo de geradores distribuídos isolados da rede elétrica principal. Quando a central de Geração Distribuída (GD) opera conectada ao sistema elétrico, a estabilidade depende especialmente da inércia das grandes centrais de produção de energia. No entanto, quando a GD opera em modo isolado, a estabilidade depende da resposta dos controladores, da dinâmica da turbina e do gerador para manter a rede elétrica em operação adequada. Devido à baixa inércia do sistema isolado, a rede fica mais susceptível a afundamentos e/ou elevações de tensão e violações nos níveis de frequência. Desta forma, este trabalho tem o objetivo de analisar a estabilidade de sistemas com GD operando no modo isolado, verificando se a mesma pode manter os níveis de tensão e frequência adequados. As simulações dinâmicas são realizadas em ambiente Matlab® Simulink®, utilizando a biblioteca SimPowerSystems, onde o estudo de caso é realizado com uma GD do tipo Pequena Central Hidrelétrica (PCH), analisando a estabilidade da microrrede no momento da desconexão do sistema principal e em operação isolada (rejeição de carga, conexão de cargas, curto-circuito, entre outras contingências). Também é verificado o comportamento da microrrede em casos de recomposição do fornecimento de energia através da partida da GD em operação isolada.

Atualmente, a exigência da indústria na construção de estruturas complexas é consequência da acirrada concorrência, principalmente, entre empresas dos segmentos rodoviários. Com o auxílio de ferramentas computacionais, baseadas no Método de Elementos Finitos, é possível dimensionar essas estruturas submetidas a solicitações aleatórias variando no tempo. Nesse caso, é comum a realização de simulações dinâmicas no domínio do tempo que se empregue um modelo de Elementos Finitos de placa ou viga e, assim, obter as tensões nos locais críticos de interesse. Porém, análises no domínio do tempo capturam tensões e deformações com boa precisão, mas costumam ser caras computacionalmente. Na maioria dos casos estudados, a vida em fadiga é fundamental para prever falhas estruturais de elevadas proporções, como o colapso da viga principal da estrutura chassi de um implemento rodoviário. Diante disso, são de interesse tecnológico e industrial as análises no domínio da frequência, a fim de diminuir o custo computacional de simulação dinâmica independente do modelo de Elementos Finitos. Com esse propósito, o presente trabalho propõe uma comparação entre metodologias capazes em estimar a vida em fadiga no domínio do tempo e da frequência, de um caso simples e um segundo caso, mais complexo, que é o da indústria. Os diferentes modelos de Elementos Finitos e métodos de cálculos da vida em fadiga no domínio da frequência são comparados e discutidos, usando-se como referência o método clássico de cálculo da vida em fadiga, domínio do tempo. A metodologia leva em conta os diferentes Elementos Finitos empregados, as simplificações dos modelos estruturais usados e potenciais restrições cinemáticas aplicadas ao modelo. A comparação é feita com a ajuda de ferramentas comerciais que executam as análises modais, harmônicas, transientes, espectrais e rotinas de cálculos. Assim, o analista pode selecionar malhas com quantidade viável de graus de liberdade tornando possível as simulações dinâmicas e, além disso, prever a vida em fadiga no domínio do tempo para modelos simples e complexos. A partir dos resultados, verificou-se que as análises de estimativa da vida em fadiga no domínio da frequência, para modelos complexos, ainda não apresentam resultados confiáveis e, assim, são sugeridas recomendações. / Currently, the industry demand for the construction of complex structures is a consequence of the fierce competition, mainly between companies from semi-trailers segments. With the support of computational tools, based on the Finite Element Method, it is possible to size these structures submitted to random requests varying in time. In this case, it is common to perform dynamic simulations in the time domain to use a Finite Element model of plate or beam and thus obtain the stresses at the critical sites of interest. However, time domain analyses capture tensions and deformations with good accuracy, but they are often computationally expensive. In most of the studied cases, fatigue life is fundamental to predict structural failures of high proportions, such as main beam collapse of the chassis structure of a semi-trailer. Therefore, the semi-trailer industry segments is interested in the frequency domain, in order to reduce the computational cost of dynamic simulation no matter of the Finite Element model. With this purpose, the present work proposes a comparison between methodologies which are able to estimate the fatigue life in time domain and frequency, of a simple and second case, more complex, that of the industry. The different Finite Element models and methods of calculating fatigue life in frequency domain are compared and discussed using the classic time domain fatigue life calculation method as reference. The methodology takes into account the different Finite Elements are used, the simplifications of the structural models used and potential kinematic constraints applied to the model. The comparison is made with not only the following analyses: modal, harmonic, transient, spectral, but also computational routines. Thus, the analyst can select meshes with a viable amount of degrees of freedom making dynamic simulations possible, in addition, to its predict the fatigue life in time domain for simple and complex models. Based on the results, it was verified that the fatigue life estimates in frequency domain, for complex models, do not present reliable results yet. Therefore, recommendations are suggested.

Os edifícios são responsáveis por importantes impactos ambientais, principalmente, pelo seu longo ciclo de vida. Neste sentido, as edificações são potenciais redutoras de danos ambientais, já que as decisões sobre seu impacto podem ser feitas em projeto. No Brasil, o Programa Minha Casa Minha Vida (PMCMV) produziu mais de dois milhões de unidades de habitação, sendo um importante gerador de impactos. Foram realizadas pesquisas avaliando impactos sociais, urbanísticos e arquitetônicos do PMCMV, entretanto ainda existe escassez de estudos avaliando os impactos ambientais dessas edificações. Esta pesquisa utiliza a metodologia de Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) para quantificar os impactos ambientais potenciais de uma casa do PMCMV. A metodologia considera três fases, com referência no estudo de caso de uma casa térrea situada na região metropolitana de Porto Alegre (sul do Brasil). A Fase 1 quantifica o uso de energia através de simulação termoenergética, testando envoltórias alternativas em comparação à original. A Fase 2 realiza a ACV preliminar, para verificar as contribuições de impacto mais relevantes em dois modelos selecionados. A Fase 3 desenvolve a ACV final com dados adaptados para a realidade brasileira. Os resultados demonstram que os impactos operacionais da edificação são os mais importantes ao longo do ciclo de vida de 50 anos, para as duas alternativas de envoltória avaliadas. Mesmo assim, os requerimentos incorporados da edificação podem representar impactos importantes, ultrapassando 40% em categorias como aquecimento global e depleção da camada de ozônio. O transporte de materiais de construção e matérias primas é um dos maiores causadores dos impactos incorporados. Além desse, a recorrência de manutenções mostra-se importante, assim como a durabilidade dos materiais de construção. A aplicação da ferramenta de ACV confirma sua importância como instrumento para a tomada de decisão, identificando processos mais relevantes na qualificação ambiental de edificações. / Buildings are responsible for expressive environmental impacts, especially for its long life-cycle. In fact, buildings are important potential reducers of environmental damages, because decisions concerning its future impacts can be made at design stage. In Brazil, “My House My Life” program (MHMLP) produced more than two million dwellings, generating significant impacts. Some of MHMLP impacts were already addressed, such as social, urban and architectural, however there is a lack on environmental impacts studies focused on these buildings. This research applies Life Cycle Assessment method to quantify potential environmental impacts of a MHMLP dwelling. Methodology considered three phases, using as reference the case study of a single-story house located at the metropolitan area of Porto Alegre (southern Brazil). Phase 1 quantifies energy use through thermal dynamic simulations, considering different encloses types in comparison to the original option. Phase 2 applies streamlined Life Cycle Assessment (LCA) framework to evaluate the most important contributions to the environmental impacts of the two previously selected models. In phase 3, LCA was developed considering data regionalization and adaptation to the Brazilian context. Results show that operational impacts are the most important ones on the 50 years dwelling life cycle, for both evaluated alternatives. Nevertheless, embodied impacts can represent more than 40% of total global warming and ozone depletion potential impacts. Transportation of raw and construction materials is one of the most important contributors to embodied impacts. Furthermore, recurrent embodied impacts are important, as well as construction materials durability. LCA application validates its importance as a framework to support decision-making, identifying hotspots on buildings environmental qualification.

A indústria de papel e celulose passa por constantes desafios para solucionar problemas relacionados ao alto consumo de água industrial. Uma alternativa é utilizar ferramentas como a Integração de Processos, onde é possível aplicar técnicas gráficas como o \"Water Pinch\" ou técnicas com programação matemática para otimizar o circuito de água. Para contribuir com o setor, as técnicas foram aplicadas no presente trabalho utilizando-se dados reais coletados em uma unidade produtora de polpa termomecânica e papel imprensa. Com os dados, um caso base em um simulador foi desenvolvido para iniciar a análise por Integração de Processos. A análise é baseada no aproveitamento das correntes de águas residuais em outras etapas do processo sob restrições na concentração limite de contaminantes, especificamente finos e sólidos dissolvidos. Diferentemente dos trabalhos apresentados na literatura que alegam que a solução encontrada trata-se de valores otimizados, os resultados mostram que os valores encontrados através da programação matemática e do método Pinch são teoricamente corretos, porém, quando novamente simuladas sob estas novas condições obtidas por Integração de Processos, as condições operacionais da unidade industrial mostram-se inadequadas. As concentrações limites de contaminantes previamente estabelecidos pelas técnicas utilizadas são frequentemente ultrapassadas nos resultados de recálculo por simulação, e portanto, as soluções de Integração de Processos devem ser corrigidas antes de implantação. Por isso, os valores previstos, por exemplo, de redução de consumo de até 38% no projeto realístico atinge o valor de 23%, o que ainda é um bom resultado. O trabalho ainda mostra que a programação matemática é eficaz e rápida para encontrar soluções com múltiplos contaminantes, enquanto o método Pinch é mais voltado para casos com contaminante simples. / The Pulp and Paper industry has constantly struggled to solve problems related to high water consumption. One alternative is to use tools like Process Integration, where graphical methods and mathematical programming can be applied to optimize the water circuit. To contribute to the Pulp and Paper sector, the methods were applied in the present work using real process data that have been collected in an integrated thermomechanical and newsprint mill. With these data, a base case simulation was developed to initiate the analysis by Process Integration. The analysis is based on residual water reuse in other process stages under propriety constraints like contaminants concentration limits, specifically the dissolved solids and fine fibers. Differently from works presented in the references that claim that solutions found are optimized values, the results of this work show that values found by mathematical programming and pinch method are theoretically correct, however, the operational conditions of the mill become inadequate when simulated under new conditions achieved by Process Integration. The concentration limits of contaminants previously established for the methods have their values frequently exceed after recalculation by simulation, and thus, the solutions by Process Integration must be corrected before using them. So, if the predicted value for reduction of fresh water consumption is, for example, 38%, in the realistic project this value will reach only 23%, which is still a good result. The work also shows that mathematical programming is efficient to find solutions when there are multiple contaminants, while pinch method is more adequate for those cases with single contaminant.

A fim de garantir a inocuidade, alguns alimentos industrializados são termicamente tratados por um processo contínuo denominado pasteurização, o qual visa inativar os micro-organismos patogênicos, mantendo, ao mesmo tempo, a sua qualidade sensorial e nutricional. Essa operação é aplicada a produtos como sucos, leite, cervejas, polpas, entre outros. A modelagem matemática deste processo tem como intuito auxiliar no entendimento, controle e posterior otimização desta operação. O principal objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento da modelagem do processo contínuo da pasteurização HTST do leite e a validação experimental do modelo empírico da incrustação do produto nas placas do trocador de calor, em malha aberta (sem PID). A modelagem fenomenológica foi composta por balanços diferenciais de energia, para temperatura, e de material, para letalidade, nos canais, nas placas, no tubo de retenção e nas conexões do pasteurizador. Também foi realizada a modelagem empírica da incrustação do leite na seção de aquecimento. Os modelos desenvolvidos representam um conjunto de equações diferenciais ordinárias de primeira e segunda ordem, o qual foi resolvido pelo método das diferenças finitas, pelo uso do software gPROMS. O modelo foi aplicado para representar o comportamento de um pasteurizador a placas de escala laboratorial, com e sem incrustação, com e sem perturbações no sistema e durante a partida do equipamento, através de estudo de caso. Os dados simulados foram apresentados pela distribuição unidimensional e temporal de temperatura e da letalidade do tratamento, ao longo do processo, e do perfil do coeficiente global de troca térmica na seção de aquecimento. Para a validação do modelo de incrustação foi realizado um ensaio experimental da pasteurização de solução proteica (similar ao leite). Inseriu-se termopares em diversos pontos do equipamento e as temperaturas foram registradas ao longo do tempo. As placas do trocador foram pesadas e fotografadas antes e depois do teste para controle da quantidade de material depositado. A partir dos resultados laboratoriais, fez-se o ajuste dos parâmetros do modelo de incrustação, simulando novamente. Esses resultados foram comparados aos experimentais, sendo, então, o modelo validado. / In order to guarantee harmlessness, some processed foods are thermally treated in a continuous process named pasteurization, in which the purpose is to eliminate pathogenic microorganisms, while avoiding sensorial and quality losses. This operation is used in products such as juice, beers, milk and dairy food, pulp, and so on. Mathematical modeling of this process seeks to help its understanding, controlling, and optimization. Thus, the aim of this work was to develop and simulate a model of a continuous process pasteurization, and to conduct the experimental validation of a fouling model in the plates of the heat exchanger plates, without a process controller (PID). The phenomenological modeling was composed by differential energy and material balances, for temperature and lethality, respectively, in the channels, plates, holding tube and its connections of the pasteurizer. It was also developed an empirical fouling model for the product in the heating section. All these models represent a set of first and second order differential equations which were solved by a finite difference method through the gPROMS software. This modeling was used to express the behavior of a laboratory scale plate pasteurizer, with and without fouling, with and without system disturbances and during the equipment startup, in a case study. The simulated data was presented by the unidimensional spatial and temporal distribution of temperature and lethality along the process, and overall heat transfer coefficient profile in the heating section. To validate the fouling model, an experimental test by using a protein solution (similar to cow milk) was conducted. The temperature logging over time was done by various thermocouples inserted in the pasteurizer. All the plates were weighed and photographed before and after the tests to quantify the amount of deposits. From laboratory results, fouling model parameters were adjusted and simulation was performed again. These results were compared to the experiments, being the model validated adequately.

Orientador: Sergio Persio Ravagnani / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-07T03:49:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Trochmann_JoseLuizLino_D.pdf: 1070584 bytes, checksum: 3407aee7ad6d88d9de0a1326aaf3d29d (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Neste trabalho de tese foi realizado um estudo do potencial de predição de propriedades de transporte em matrizes poliméricas de poli - imidas, utilizando a simulação dinâmica molecular de gases simples como Oxigênio, Nitrogênio e Dióxido de Carbono. A propriedade de transporte de interesse prático, a permeabilidade de uma membrana polimérica a um dado penetrante, envolve a determinação de propriedades de ordem cinética e termodinâmica, respectivamente a determinação do coeficiente de difusão e da solubilidade deste penetrante na matriz polimérica. Atenção especial foi conferida à propriedade cinética, pela predição do coeficiente de autodifusão dos penetrantes. Num procedimento experimental clássico é de vital importância para significância das conclusões derivadas dos experimentos, o uso de amostras de membranas poliméricas adequadamente preparadas quanto à composição química, estrutura física e morfologia. Analogamente, quando se utiliza a simulação molecular para a predição de propriedades, tais como o coeficiente de autodifusão, também é de fundamental relevância para os resultados obtidos, a qualidade dos modelos moleculares das matrizes poliméricas, que serão usados como base. Assim para a preparação de modelos moleculares com o adequado empacotamento, um procedimento para a obtenção de modelos bem equilibrados foi desenvolvido neste trabalho. Os modelos moleculares desenvolvidos foram usados para a obtenção dos valores de massa específica em função da temperatura, e comparados aos valores experimentais disponíveis e quando necessário a, valores preditos por meio da expressão de massa específica em função da temperatura, acima e abaixo da temperatura de transição. A capacidade do modelo molecular desenvolvido em predizer a massa especifica e temperatura de transição vítrea foi usada como critério para a validação da adequação do empacotamento proposto para o referido modelo molecular da matriz polimérica. Os modelos validados de empacotamento, células amorfas, foram utilizados para o cálculo do coeficiente de autodifusão dos gases acima mencionados, através do da simulação dinâmica molecular. A comparação dos coeficientes de autodifusão obtidos das poli-imidas aromáticas e éster imidas, BAAF, 6FDA-ODA, PMDA-ODA e BA-20DA, para os gases O2, N2 e CO2, com os dados experimentais, permitiu concluir a adequação das células amorfas e do esquema de simulação dinâmica molecular para a predição do coeficiente de autodifusão.. A versão preditiva de Vrentas e Duda, baseada na teoria do volume livre, foi utilizada para a predição dos coeficientes de autodifusão da água e do etanol para as poli-imidas acima. , Estes valores, quando comparados com os valores obtidos através da simulação dinâmica molecular mostram a validade de ambas as teorias para a predição da cinética de difusão de penetrantes em matrizes poliméricas complexas / Abstract: In this thesis a study of the predictive potential of the molecular dynamic simulation was performed for transport properties of light gases in polyimide matrix. From de practical point of view permeability is the property of most interest, and involves kinetics as well as thermodynamics properties, diffusion coefficient and solubility of the penetrants molecule in the bulk polymeric matrix, this work will be focus in the former. As important as is in as experimental work, a well prepared polymeric membrane is essential for the significance of the draw conclusions. Therefore a special attention was take in the preparation of the bulk molecular polymeric model, the so called amorphous cell, in order to obtain well-equilibrated molecular packing models for the polyimide matrixes. The amorphous cells were prepared throughout thermodynamic transforms, using one or more of the statistical ensembles and cell specific volume obtained as a function of temperature, this data was compared against the experimental data available, and when necessary to data obtained via predictive methods. The molecular packing model ability to predict the glass transition temperature was used as criteria to validate de amorphous cell, to be used in the molecular dynamic' simulations allow the matrix to be locally flexible and coupled to the classic molecular dynamics simulation. The resulting self diffusion coefficients for the polyimide, BAAF, 6FDA-ODA, PMDA­ODA and BA-20DA for the gases O2, N2 e CO2 were compared to the experimental data. The lack of quality experimental diffusion data available for polyimide membranes for larger penetrants as water and ethanol, showed up as a good opportunity to assess the predictive capability of the molecular dynamic simulation for self diffusion coefficients, considering the relevant technological relevance of polyimide membranes for pervaporation process. The data of self diffusion coefficient produced by the predictive version of free-volume theory after Vrentas and Duda, was compared with the data produced via coupled molecular dynamic simulation for the water and ethanol penetrants, showing the relevance of both theories for the prediction of penetrants kinetic in complex polymeric matrixes / Doutorado / Ciencia e Tecnologia de Materiais / Doutor em Engenharia Química

Les petits robots humanoïdes sont généralement soumis à de nombreuses imperfections : déformations et jeux mécaniques, défauts électriques et problèmes d'asservissements moteurs. L'objet de ces travaux est l'utilisation de techniques d'apprentissage pour compenser les imperfections du robot réel. L'amélioration de la précision de l'odométrie et de la stabilité de mouvements générés est étudiée. Cette thèse est fortement guidée et inspirée par la participation de l'équipe Rhoban (Rhoban Football Club) à la compétition internationale de robotique, la RoboCup. Depuis 2011, l'équipe concourt chaque année dans la ligue des petits robots humanoïdes complètement autonomes (Humanoid Kid-Size) dans un tournoi de football robotique. L'odométrie proprioceptive estime les déplacements du robot à partir de ses capteurs internes (la caméra n'est pas utilisée) alors que l'odométrie prédictive simule les déplacements engendrés par une séquence donnée d'ordres du mouvement de marche. Deux méthodes de correction sont ici proposées pour les deux odométries. La première se fonde sur une technique de régression non paramétrique (LWPR) et un système externe de capture de mouvement. La deuxième optimise (CMA-ES) un modèle de correction linéaire sans ne nécessiter aucun autre dispositif de mesure. L'odométrie proprioceptive est essentielle à la localisation du robot sur le terrain de football alors que l'odométrie prédictive permet d'entraîner hors ligne une politique de contrôle de la marche. La synthèse de mouvements très dynamiques tels que la marche ou le tir est rendue difficile par la forte contrainte de stabilité bipède et les imperfections des servomoteurs. Des mouvements de tir sont tout d'abord générés par optimisation (CMA-ES) et évalués au travers du modèle dynamique inverse du robot. Le développement d'un simulateur physique a été commencé. Le but est de réduire la distance entre le comportement réel et désiré du robot par correction des mouvements au sein du simulateur. / Small humanoid robots are often affected by many flaws : mechanical wraps and backlashes, electrical issues and motor control problems. This work is aimed at applying machine learning methods to deal with the flaws of the real robot. More precisely, improving the odometry accuracy and generated motion stability is studied. This thesis is highly guided and inspired by the participation of the Rhoban team (Rhoban Football Club) to the international RoboCup competition. Since 2011, the team has been competing each year in a soccer tournament within the fully autonomous small humanoid robots (Kid-Size) league. Proprioceptive odometry estimates the robot displacements from its internal sensors (no camera is used) whereas predictive odometry simulates the displacements created from a sequence of walk orders. Two corrective methods are proposed for the two kinds of odometries. The first one is based on a non parametric regression (LWPR) and a motion capture setup. The second one optimizes (CMA-ES) a linear corrective model without needing any external measure system. The proprioceptive odometry is essential to the localization of the robot on the soccer field. The predictive odometry is used to train a control policy for the walk motion. The generation of very dynamic motions like walking or kicking the ball is difficult due to the biped balance constraint and the many servomotor flaws. To start, kick motions are generated by optimization (CMA-ES) and evaluated based on the inverse dynamic model of the robot. The implementation of a physics simulator has been started. The objective is make the real behaviour of the robot to catch up the target trajectory by correcting the motion within the simulator.

La réduction des besoins dans les bâtiments à basse consommation d'énergie (BBC) nécessite un réexamen de l'approche de modélisation des systèmes énergétiques dans les outils de simulation. L'approche proposée repose sur une modélisation plus fine des phénomènes physiques incluant la régulation en boucle fermée du système énergétique couplé au bâtiment. A partir de l'identification des phénomènes propres au comportement énergétique des BBC, des recommandations, ou règles de modélisation, sont établies pour le développement des modèles de leurs systèmes énergétiques. Ces recommandations sont mises en application dans deux études. Tout d'abord, une simulation dynamique d'un bâtiment et de son système conduit à un dimensionnement plus adapté comparé aux méthodes classiques dans le cas de BBC avec des répercussions sur les appels de puissance et la consommation d'énergie. Ensuite, une analyse de sensibilité par la méthode de Morris sur une représentation générique du système énergétique a permis d'identifier les paramètres nécessitant d'être connus avec précision. La différence entre l'approche développée et la simulation horaire avec régulation idéale n'est que de quelques pourcents en besoins énergétiques pour un bâtiment existant mais elle passe à plus de 20% dans un bâtiment BBC. Un écart du même ordre de grandeur peut être identifié pour la détermination de la performance énergétique globale du système par une prise en compte plus détaillée des phénomènes de cyclage, de charge partielle ou de consommation des auxiliaires. / The decrease of heat demands in low energy buildings requires to examine again modeling approaches in building energy simulation tools. The developed approach is based on a more accurate modeling of physical phenomena including the closed loop control between the HVAC system and the building. From the identification of the phenomena that specifically impact the energy behavior of the low energy buildings, some recommendation, or modeling rule, are established for the development of their HVAC systems. Those recommendations are applied in two case studies. Firstly, a dynamic simulation of a building and its system offers a better evaluation of the design power for a low energy building, affecting power demands and energy consumption. Then, a sensitivity analysis from Morris method on a generic representation of the HVAC system identifies the parameters to be accurately known. The difference between the developed approach and an hourly simulation with an ideal control is low for the evaluation of the heat load in an existing building but it is more than 20% in a low energy buildings. A difference of the same order of magnitude can be identified in the determination of the overall energy performance of the system by a more detailed consideration of the phenomena of cycling, the part load or the consumption of auxiliaries.