Na indústria aeronáutica, muitas companhias estão desenvolvendo sistemas baseados na tecnologia de células a combustível, devido ao seu potencial para elevadas eficiências, baixas emissões, uso flexível de combustíveis e baixos níveis de ruído. A indústria da aviação constantemente se depara com limitações no que se refere ao preço do combustível e custos operacionais totais, os quais incluem o preço devido ao combustível consumido, custos de manutenção e outras variáveis de menor impacto. Este trabalho tem como objetivo ser uma investigação teórica das melhores combinações de células a combustível e combustíveis para as mesmas visando a substituição da RAT, APU, geradores e baterias de uma aeronave típica pré-definida, que neste trabalho foi o EMB-170 da Embraer. É feita também uma análise de TRL para duas potenciais aplicações de células na indústria aeronáutica, a fim de investigar o grau de maturidade: uma PEMFC utilizando hidrogênio puro como combustível para substituição da RAT e uma SOFC utilizando querosene de aviação como combustível para substituição de uma APU.

A utilização de softwares computacionais para análises de engenharia é comum. A redução de custos de projeto e a hodierna facilidade de se conseguir computadores com razoável capacidade de cálculo são fatores que incentivam a pesquisa na área de simuladores. Os estudos na área de geração de energia necessitam de uma análise termodinâmica e cinética acurada, o que envolve também aspectos relacionados às limitações da representação numérica computacional. Nesta dissertação, faz-se uma apresentação do desenvolvimento de um software computacional com a finalidade de simular um reator de ordem zero, ou seja, desconsiderando as dimensões espaciais. Utilizando-se de dados de entrada termodinâmicos e cinéticos, o programa é capaz de apresentar resultados como variações de pressão, temperatura e a potência máxima associada ao processo de geração energética. Este seria um primeiro passo para um projeto de desenvolvimento de simuladores de motores-foguete, turbinas e geradores de energia de um, dois e três dimensões no espaço.

Este trabalho tem como objetivo avaliar o desempenho aerodinâmico de geradores eólicos em escala reduzida. Inicialmente é desenvolvido o projeto do rotor eólico com base na aplicação da Teoria de Elemento de Pá, onde são definidas as dimensões características com base na velocidade nominal e a razão de velocidade na ponta da pá. Para o calculo do escoamento é gerado um domínio periódico representando apenas uma pá. A discretização do domínio computacional foi realizada com uma malha hibrida com camadas prismáticas na parede da pá. Para a obtenção da solução numérica 3D é utilizado o software CFX. Resultados como: potencia de eixo, torque, e coeficiente de potencia tanto do modelo como do protótipo foram reportados. Finalmente foi avaliado o desempenho do protótipo e do modelo, com a presença de pequenas diferenças que deram origem à determinação de uma função de transposição mediante a utilização do ajuste de curvas no software Matlab, com a qual é possível obter correlações entre protótipo e modelo em situações de Reynolds diferentes. Esta contribuição permitira auxiliar no projeto de rotores eólicos na determinação do coeficiente de potencia. Entre tanto, esta lei de transposição devera ser validada experimentalmente.

A investigação dos mecanismos de perdas ópticas no componente multi-camada, responsável pela geração primária de energia nos geradores solares de satélites artificiais, o Solar Cell Assembly - SCA, proporcionou a identificação de uma perda óptica adicional, causada por um tipo de defeito de fabricação até então ignorado, e o desenvolvimento de duas metodologias voltadas para a otimização do projeto e da fabricação de SCA's. A primeira delas possibilita analisar o desempenho de um SCA vizando minimizar as perdas óptica. A segunda, baseada na aplicação da técnica fototérmica da fotorefletância induzida por laser, está voltada para a detecção de defeitos em SCA's e para a análise das variações de parâmetros de interesse para a fabricação. A aplicação da primeira metodologia, ao SCA utilizado no Satélite Sino-Brasileiro de Recursos Terrestres - CBERS, demonstrou a existência de perdas ópticas elevadas neste SCA e apontou soluções que poderiam levar a um aumento significativo da potência gerada em órbita. A aplicação da segunda metodologia, ao mesmo SCA, identificou a existência de perdas por interferência óptica destrutiva causada por defeito de fabricação. A segunda metodologia permite, também, a quantificação das perdas por interferência óptica e a caracterização do defeito de fabricação que provoca essas perdas. As metodologias desenvolvidas possuem um potencial de aplicação para investigação de outros tipos de defeitos e em outro tipos de sistema multi-camada, não considerados neste trabalho de tese, sendo o horizonte de aplicações de natureza acadêmica muito mais amplo que o explorado no exemplo de aplicação prática utilizado neste trabalho. Essa é a primeira vez que se detecta e se quantificam perdas por interferência óptica em SCA e se disponibiliza uma metodologia para inspeção dessas perdas.

Abordam-se aqui alternativas que visam tanto a melhoria na eficiência , quanto o aumento na produção de ozônio por meio de células com barreira dielétrica e geometria cilíndrica. O ozônio é gerado por meio de microdescargas que ocorrem no interior das células apresentadas, utilizando-se o oxigênio como matéria prima. Mostra-se que para uma relação ótima na geração de ozônio exige-se um estreito compromisso entre vários parâmetros. Outro ponto importante estudado neste trabalho foi que este provou a possibilidade de utilizar-se óleo como dielétrico para células geradoras de ozônio, utilizando-se o óleo ao mesmo tempo como fluído refrigerante. A fonte de alta tensão necessária para o funcionamento do sistema utilizou-se de um transformador do tipo "flyback".

O desenvolvimento tecnológico da indústria aeronáutica tem sido, com o passar dos anos, fator de extrema importância para a sobrevivência do setor, uma vez que enquanto a concorrência faz com que as margens de lucro se tornem cada vez menores, o custo do combustível tem sido cada vez mais representativo nas despesas operacionais das companhias, fazendo com que qualquer medida que aumente a eficiência da aeronave tenha grande importância. O aumento do preço do petróleo vivido pelo mundo na última década tem acelerado a necessidade de estudo de tecnologias de redução de consumo das aeronaves, uma das tecnologias mais promissoras nesse sentido é a célula a combustível (CaC). O primeiro objetivo desse trabalho é promover uma discussão a respeito de quais tipos de células apresentam as melhores características para serem embarcadas em uma aeronave. São discutidas também diferentes aplicações de CaC nesse setor, como em substituição à auxiliary power unit - APU, às baterias ou à ram air turbine - RAT, e os projetos dos principais fabricantes de aeronaves. Por fim é realizada uma discussão a respeito da eletrônica de potencia a ser utilizada para o caso de uma célula a combustível substituindo uma RAT de uma aeronave típica pré-definida. São discutidas as principais características que podem ajudar a selecionar a topologia a ser empregada.

Calculando quinze motores (variando a pressão de câmara e a razão de expansão dos gases) e mais cinco geradores de gás (variando apenas a pressão de funcionamento), propulsionados a LOX e álcool, foi selecionado um motor compatível com o atual motor russo RD109 (LOX e querosene) com os dados numéricos gerados por um algoritmo de cálculo. Uma vez escolhida à pressão de câmara, foi possível dimensionar um motor de 75kN com um gerador de gás que alimenta uma turbo bomba com funcionamento de ciclo aberto. Neste trabalho, foi estudado um novo tipo de gerador de gás alimentado por injetores de célula única, com duas regiões de queima, com o objetivo de reduzir a formação de fuligem. Com o modelo proposto de gerador de gás foi realizado um estudo estrutural estático, para verificar a espessura mínima da parede da câmara geradora de gás.

Nas últimas décadas o uso da energia eólica tem apresentado uma maior participação na matriz energética mundial. Como consequência, o tamanho das turbinas eólicas tem aumentado, procurando aproveitar uma quantidade maior de vento e em alturas onde a velocidade é menos afetada pela turbulência atmosférica. Isto gera custos maiores devido ao investimento em novos materiais e tecnologias de fabricação. O projeto de novos perfis aerodinâmicos e o desenvolvimento de técnicas de controle da camada limite têm providenciado melhoras na eficiência aerodinâmica das turbinas, permitindo o aproveitamento de ventos com velocidade média menor, diminuição do efeito da turbulência e conservação do tamanho atual das pás. Uma das técnicas estudadas para o incremento da eficiência aerodinâmica de perfis é a sucção da camada limite, cujo intuito é ampliar a região laminar do escoamento ou adiar a separação deste. Diversos estudos no campo da aviação têm sido desenvolvidos, mostrando resultados promissórios na diminuição do arrasto e aumento da sustentação, mas ainda sem uso comercial. Neste estudo objetivou-se o uso da sucção da camada limite a fim de controlar a separação em um perfil NREL-S809 de uso típico na construção de pás para turbinas eólicas. Assim, foram projetadas três faixas de material perfurado distribuídas no extradorso de um modelo para análise bidimensional, desde o bordo de ataque até 80% da corda. Ensaios aerodinâmicos foram realizados no túnel de vento do Laboratório de Aeronaves da Escola de Engenharia de São Carlos - USP. O ar da camada limite foi sugado através da superfície e os coeficientes de sustentação, arrasto e momento foram medidos. Os resultados foram comparados com o comportamento do perfil base e geradores de vórtice localizados no 10% da corda. O efeito dos geradores de vórtice também foi combinado com aquele produzido pela sucção. Os resultados mostraram que succionar a camada limite aumenta a sustentação principalmente em ângulos de ataque onde a separação é evidente. O efeito da sucção no bordo de ataque adiou ou suavizou o estol, mas presentou maior sensibilidade à presença dos furos quando a sucção foi desligada. Encontrou-se que a sucção é mais eficiente quando a região de sucção é anterior à separação. Neste sentido sucção na parte média da corda (50 < x &#8260; c < 65%) apresentou os melhores resultados quando foi analisado o coeficiente de eficiência em função do coeficiente de sustentação. Este comportamento se mantém ainda para a combinação de sucção e geradores de vórtice, mas preservando muitas das caraterísticas do uso independente destes. Medições da distribuição do coeficiente de pressão no extradorso, mostraram que a sucção distribuída e aplicada em uma região afeta a totalidade da superfície do perfil. Comparações do perfil de velocidades na esteira do bordo de fuga indicaram que o arrasto de forma aumenta quando são usados os geradores de vórtice e diminui quando a sucção é aplicada. / In the last decades the use of wind power has become presenting a greater participation in the world energy matrix. As result, the size of wind turbines has been increased, looking for a larger quantity of wind and the same way high altitudes where the wind speed is less affected by atmospheric turbulence. This leads to higher costs due to investment in new materials and manufacturing technologies. The design of new airfoils and the development of the boundary layer control techniques have provided improvements in the aerodynamic efficiency of the turbines, allowing the harnessing of winds with lower average speeds and lowering the turbulence effect, while the size of turbine blades is keeping. The boundary layer suction has been studied with aim of increase the aerodynamic efficiency of airfoils, in order to extend the laminar region or delay the flow separation. Several studies in the aviation field have been developed, showing promissory results in the drag reduction and lift increasing, however without commercial use. The aim of this study is the boundary layer suction in order to control the separation in a typical airfoil used in the construction of wind turbine blades - NREL-S809. For this purpose three strips of perforated material were located over the upper surface of a model to two-dimentional analysis. The strips were distributed from the leading edge to 80% of the chord. The air in the boundary layer was sucked through the surface and the aerodynamic coefficients of lift, drag and pitch moment were measured. The results were compared with the baseline profile and vortex generators located at 10% of the chord. The effect of the vortex generators has also been combined with that produced by suction. The results showed that the boundary layer suction in the middle of the chord (50% < x &#8260; c < 65%) offers greater increase in the efficiency ratio regarding to maximum lift coefficient. However, boundary layer suction at the leading edge shows both a smoothing and delayed stall. This behavior remains even for the combination of suction and vortex generators, while preserving many of the aerodynamic features of the vortex generators. The main results of the aerodynamic forces were confirmed through pressure coefficient distribution measurements and comparison of the velocity profile in the wake at the trailing edge. The aerodynamic tests were carried out in the wind tunnel of the Aircraft Laboratory of the Escola de Engenharia de São Carlos - USP.

Uma Linha de Produtos de Software (LPS) consiste de um conjunto de sistemas de software que compartilham características comuns e satisfazem às necessidades específicas de um segmento particular. Para tornar o processo de instanciação de produtos mais rápido e menos suscetível a erros, o projeto de uma LPS pode adotar a utilização de geradores de aplicação, que podem gerar os artefatos da LPS utilizando uma especificação das variabilidades de um certo produto. Adicionalmente, notase que determinadas características transversais de uma linha de produtos têm potencial de reúso em diferentes domínios, podendo ser implementadas usando a programação orientada a aspectos (POA). Neste trabalho é proposto um processo para o desenvolvimento de LPS e geração automatizada de produtos levando em consideração os interesses transversais existentes em cada domínio de aplicação. Os interesses transversais são as características comuns espalhadas pelas divisões ou módulos do programa de diferentes domínios. O processo aqui proposto tem a finalidade de aumentar o reúso de características de linhas de produtos por meio da POA, permitindo que as LPSs sejam projetadas de forma mais coesa e, consequentemente, facilitando sua manutenção e evolução. Visando diminuir o esforço necessário para a instanciação dos produtos provenientes dessas linhas de produtos, neste trabalho também é apresentada uma extensão do gerador Captor, denominada Captor-AO. Esse gerador fornece suporte ao processo proposto, permitindo a criação de produtos formados por características de diferentes domínios. Por fim, é apresentado um estudo de caso em que é realizada a configuração de um domínio transversal para o interesse de persistência, a definição de um domínio-base compatível com esse domínio transversal e a geração de produtos formados pelas características de ambos os domínios utilizando o gerador estendido Captor-AO / A Software Product Line (SPL) consists of a set of software systems that share common features and fulfill the specific requirements of a particular domain. In order to make the products instantiation process faster and less prone to errors, the project of a SPL can adopt the utilization of application generators, which can can automatically generate the SPL artifacts based on the specification of the variabilities of a particular product. Additionally, it can be noticed that certain crosscutting features of a product line have potencial to be reused in different domains, so they can be implemented using aspect oriented programming (AOP). In this work, a process is proposed for the development of SPLs and automatic generation of products, considering the crosscutting concerns present in each application domain. The crosscutting concerns are related to the common features that are scattered around program divisions or modules of different domains. The process proposed here has the goal of enhancing the reuse of SPL features using AOP, allowing the design of SPL in a more cohesive way and, thus, easing its maintenance and evolution. Aiming at decreasing the effort needed to instantiate products from these SPL, this work also presents an extension to the Captor application generator, named Captor-AO. This generator supports the proposed process, allowing the creation of products composed by features of different domains. Finally, a case study is presented in which Captor-AO is configured with two domains: a crosscutting domain for the persistence concern and a base domain compatible with this crosscutting domain, such that the generation of products can be done by composing features of both domains

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