Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Engenharia Civil, especialidade de Hidráulica, Recursos hídricos e Ambiente, na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, sob a orientação dos Professores Doutores Fernando Seabra Santos e Fernando Veloso Gomes

Diseña e implementa un equipo medidor de campos electromagnéticos de baja frecuencia de bajo costo para realizar el monitoreo de radiaciones no ionizantes, mediante el diseño e implementación de sensor isotrópicos de campo eléctrico y campo magnético, así como una unidad de procesamiento controlada por el microcontrolador PIC que realiza el procesamiento de datos en tiempo real, almacenamiento y presentación de los resultados de la medición. Para el desarrollo de este prototipo se tendrá como referencia el analizador de campos electromagnéticos de baja frecuencia NARDA EFA 300, lo que se quiere lograr es realizar un equipo que tenga la misma funcionalidad que el equipo mencionado. El prototipo completo está conformado por tres componentes principales; sonda de campo eléctrico, sonda de campo magnético, un equipo procesador de datos. El equipo se podrá hacer uso para realizar mediciones de campos electromagnéticos de baja frecuencia. / Tesis

Este trabalho é dedicado a entender alguns aspectos matemáticos dos seguintes modelos não lineares: a equação de Schrödinger não linear com potência dupla, isto é iu t + u xx + u|u| 2 + u|u| 4 = 0, (1) e uma perturbação de tipo delta deste modelo, à saber, iu t + u xx + Z(x)u + u|u| 2 + u|u| 4 = 0. (2) Para o primeiro modelo em (1), usando a teoria de integrais elpticas de Jacobi e o teorema da função implcita, obtemos uma famlia de ondas estacionárias u(x, t) = e iwt w (x), onde w : R R é uma função positiva e periódica de perodo L > 0, conhecida como o perfil da onda. Para L , mostramos que as ondas esta- cionárias periódicas tendem uniformemente sobre intervalos compactos à onda so- litária. Usando uma extensão da teoria de Angulo&Natali assim como as idéias de- senvolvidas por Weinstein, Bona, Grillakis, Shatah e Strauss, mostramos estabilidade orbital desas ondas por perturbações do mesmo perodo que a onda. Por fim, provamos um resultado de instabilidade orbital por perturbações subharmônicas. Para o segundo modelo em (2), usando a onda solitária w,0 no caso em que Z = 0, obtemos duas famlias de picos solitários. Nós observamos que quando Z 0, temos que w,Z w,0 , onde w,0 denota a onda solitária. Então, usando a teoria de perturbação analtica para operadores lineares não limitados, obtemos um resultado detalhado da estabilidade orbital de picos solitários. Além disto, apresentamos alguns problemas naturais que podem ser resolvidos fu- turamente. Em particular, nós propomos uma nova abordagem para resolver questões de estabilidade linear de soluções de equilbrio para certo tipo de equações parabólicas. / This work is devoted to understand some mathematical aspects of the following nonlinear models: the nonlinear Schrödinger equation with double power in its non-linearity, that is iu t + u xx + u|u| 2 + u|u| 4 = 0, (3) and a perturbation of delta type of this model, namely iu t + u xx + Z(x)u + u|u| 2 + u|u| 4 = 0. (4) For the first model, by using the theory of Jacobi elliptic integrals and the implicit function theorem, we obtain a family of standing waves u(x, t) = e iwt w (x), where w : R R is a positive periodic function of period L > 0, known as the wave profile. When L , we show that the periodic standing waves converge uniformly on compact intervals to the solitary waves. Moreover, using an extension of the Angulo&Natali stability theory, as well as, the stability ideas developed by Weinstein, Bona, Grillakis, Shatah and Strauss, we show the orbital stability of the standing waves for perturbations of the same period of the wave profile. Finally, an orbital instability result by subharmonic perturbations is proved. For the second model, by using the existence of the solitary wave w,0 in the case Z = 0, we obtain two families of solitary peaks. We observe that when Z 0, we have that w,Z w,0 , where w,0 denotes the solitary wave. Then, using the analytic perturbation theory of unbounded linear operators, we obtain an accurate result about orbital stability of solitary peaks. Furthermore, we give some natural problems that can be solved futurely. In par- ticular, we propose a new approach to solve question of linear stability of equilibrium solutions for certain type of parabolic equations.

Ingeniero Civil / Es de particular interés para la ingeniería civil entender el comportamiento destructivo de los terremotos chilenos. Por lo tanto, el objetivo principal del presente estudio es analizar la demanda sísmica de diferentes tipos de sismos producidos en Chile, en base a la atenuación de alta frecuencia y la caracterización espectral. El análisis contempla espectros de Fourier y espectros de respuesta de aceleración. En los primeros se analizan parámetros característicos como frecuencias esquinas y pendientes de decaimiento para eventos de la categoría I, definidos como eventos con razón espectral H/V plana. En el segundo se da énfasis a los periodos de mayor amplitud que corresponden a la fuente sísmica y el suelo para eventos de la categoría II, definidos como eventos con razón espectral H/V de 1 peak. El estudio de los espectros de Fourier confirma la existencia de 3 estructuras tectónicas que alteran el contenido de frecuencia registrado en los acelerogramas, ordenado los eventos según su atenuación de alta frecuencia de la siguiente forma, eventos interplaca superiores, interplaca inferiores e intraplaca de profundidad intermedia. En el caso de los espectros de respuesta de aceleración, exhiben similar comportamiento, pudiendo observar la presencia del suelo o la fuente de forma independiente para eventos de pequeña y mediana magnitud, en contraposición, para grandes eventos generalmente se observa la presencia de 2 peaks en forma simultánea. Este hecho da pie a la formulación de un espectro de diseño elástico que contemple 2 peaks y que por tanto incluya la fuerte aceleración asociada a los periodos de la fuente sísmica, tratando de aportar en algún grado el desarrollo del actual código de diseño.

Ingeniero Civil / Este trabajo de título propone y desarrolla una metodología simple para estimar desplazamientos permanentes inducidos en muros de tranques de relaves chilenos producto de solicitaciones sísmicas, basándose en el trabajo de Makdisi & Seed (1978). Al igual que el método original, el procedimiento propuesto calcula los desplazamientos a partir de las aceleraciones generadas en distintos puntos del muro. Para estudiar la respuesta dinámica de un tranque de relaves se implementó un modelo numérico con el software de elementos finitos GTS-NX, caracterizado con un modelo constitutivo hiperbólico y parámetros típicos de algunos de los tranques más importantes del país. Los registros se asocian a distintas superficies de falla potenciales mediante el coeficiente de aceleración máxima, kmax. Los desplazamientos se calculan a partir de la doble integración de los registros de aceleración, asumiendo que los desplazamientos de las superficies de falla se generan al superar el coeficiente pseudo-estático de fluencia ky. Los principales resultados presentan una reducción más pronunciada de la razón ky/kmax a medida que aumenta la profundidad de la superficie analizada, y un aumento en la magnitud de los desplazamientos en comparación al estudio original. De forma complementaria se estudia el efecto del modelamiento de los relaves de la cubeta en la respuesta dinámica del muro y se compara la distribución de aceleraciones y desplazamientos considerando modelos constitutivos elástico y Mohr-Coulomb para el muro. Los resultados indican una baja influencia de los relaves de la cubeta en las aceleraciones de los puntos cercanos al talud aguas abajo del muro y resultados erráticos para modelos configurados con relaciones de esfuerzo-deformación lineales.

Las patologías anorectales benignas (fisura anal, incontinencia fecal, hemorroides) presentan una elevada prevalencia. De forma general, se desconoce la fisiopatología de estas enfermedades en las que se producen diversas alteraciones del esfínter anal interno (EAI). Los objetivos para esta tesis fueron: 1º Caracterizar los mecanismos y neurotransmisores implicados en el control del tono, la relajación y la contracción del EAI en dos modelos animales (cerdo y rata) y del músculo longitudinal del canal anal porcino. 2º Estudiar la fisiopatología de las alteraciones de la motilidad del canal anal (EAI) en pacientes con fisura anal. Pacientes, material y método. Se realizaron estudios in vitro en baño de órgano en tiras de EAI y músculo longitudinal del canal anal porcino para comparar el efecto de la estimulación neuronal por estimulación eléctrica de campo y a través de los receptores nicotínicos, purinérgicos y serotoninérgicos. Las tiras de EAI de rata fueron estudiados en la técnica de baño de órgano y microelectrodo para comparar la respuesta mecánica y eléctrica. En ambos modelos se realizó histopatología para estudiar la estructura del canal anal. Los pacientes con fisura anal fueron estudiados mediante manometría convencional y de alta resolución, EMG, ecografía endoanal e histopatología de biopsias de EAI. Resultados. A) Estudios animales: El EAI porcino desarrolla tono miogénico y actividad rítmica espontáneo. La estimulación neural produce una relajación antagonizada con inhibidores de la NOS y bloqueadores de los receptores P2Y1, y una contracción antagonizada por atropina y fentolamina. El músculo longitudinal del canal anal no presenta relajación y la estimulación neural solo provoca una contracción colinérgica. El EAI de rata también desarrolló tono miogénico, un potencial de membrana en reposo de -51mV e IJPs espontáneos y una relajación e hiperpolarización (IJP) en respuesta a la estimulación neural. El L-NNA produjo una despolarización y aumento del tono, no modificó los IJP espontáneos, y bloqueo la relajación y el componente lento del IJP. El MRS2500 (antagonista receptores P2Y1) sólo bloqueó los IJPs espontáneos y el componente rápido del IJP. La adición secuencial de L-NNA y MRS2500 bloqueó completamente la relajación neural y los IJPs. Los receptores P2Y1 fueron inmunolocalizados en la célula muscular lisa del EAI. B) Estudios en humanos. Los pacientes con fisura anal presentan hipertonía e hiperdinamia del esfínter interno con ondas lentas (>90%) y superlentas (>65%). Los pacientes con ondas superlentas presentaban una mayor hipertonía y una disminución de la relajación del EAI y un incremento en la pos-contracción. Las biopsias de EAI de pacientes con fisura anal crónica muestran una marcada fibrosis con pérdida de tejido muscular liso y un infiltrado inflamatorio con neutrófilos y linfocitos. Conclusiones. La motilidad del EAI incluye un tono miogénico, una relajación mediada por oxido nítrico y una purina (ATP) que actúa a través de receptores P2Y1 situados en las células musculares lisas. Estos neurotransmisores realizan una función específica y complementaria. La contracción fásica del esfínter anal se debe a motoneuronas colinérgicas y fibras simpáticas a través de receptores alfa-adrenérgicos. La motilidad del músculo longitudinal del canal anal porcino se limita a una contracción mediada por neuronas colinérgicas sobre receptores muscarínicos. Estructural e histológicamente el canal anal porcino presenta una mayor similitud con el canal anal humano en comparación al de la rata, sin embargo, ambos modelos animales son útiles para su utilización en estudios de fisiología del EAI. Los pacientes con fisura anal presentan una alteración de la motilidad del EAI con una severa hipertonía y un aumento en la actividad rítmica espontánea representada por las ondas superlentas. Éstas son un marcador de severidad de la disfunción puesto que los pacientes que las desarrollan presentan mayor hipertonía, menor relajación del EAI y un incremento de la amplitud de la pos-contracción después de inducir el reflejo rectoanal inhibitorio. Nuestro estudio sugiere que el principal mecanismo para la disfunción del EAI en los pacientes con fisura anal sería una alteración en la vía nitrérgica inhibitoria de origen probablemente inflamatorio, ya que una alteración en la liberación tónica de óxido nítrico favorecería el desarrollo de las ondas superlentas y una hipertonía, mientras que un daño en la liberación fásica de este neurotransmisor sería el responsable de la disminución de la relajación del EAI.

El objetivo principal de esta tesis es investigar los procesos físicos que dan lugar a emisión no-térmica a altas energías en objetos astrofísicos capaces de acelerar partículas hasta velocidades relativistas. En particular, se ha estudiado la emisión de rayos gamma producida en fuentes cósmicas con diferentes escalas espaciales, desde objetos estelares jóvenes hasta cúmulos de galaxias, pasando por microcuasares y núcleos de galaxias activas. En los dos primeros tipos de objetos se ha modelado la emisión de rayos gamma a partir de los datos obtenidos en frecuencias radio de las fuentes IRAS 16547-4247 y Abell 3376. En los dos últimos, se ha desarrollado un modelo específico de emisión basado en la interacción de inhomogeneidades del medio externo con los jets producidos por el objeto compacto. Específicamente, se han considerado clumps o grumos del viento de la estrella compañera en los microcuasares y nubes de la región de formación de líneas anchas en las galaxias activas, interactuando con los jets de las fuentes. En todos los casos, los modelos desarrollados permiten realizar predicciones contrastables por la nueva generación de instrumentos que operan en altas energías, tales como los satélites Fermi y AGILE y los telescopios Cherenkov HESS, MAGIC y el planeado CTA.

Analisamos um problema de transmissão de ondas viscoelásticas. Isto é, estudamos a propagação da onda sobre materiais consistindo de componentes elástica e viscoelástica em um conjunto aberto, conexo e limitado com fronteira suave e fronteira com condições de transmissão. Mostramos que para este tipo de material a dissipação produzida pela parte viscoelástica é suficientemente forte para produzir decaimento exponencial da solução, não importando quão pequeno seja o tamanho da parte viscoelástica. / We consider a transmission problem of viscoelastic waves. That is, we study the wave propagations over materials consisting of elastic and viscoelastic components in a bounded, open connected set with smooth boundary and transmission boundary conditions. We show that for this type decay of the solution, no matter how small is its size.

Orientador: Fernando Pinhabel Marafão / Banca: Francisco de Assis dos Santos Neves / Banca: Jakson Paulo Bonaldo / Resumo: O emprego de switching power interfaces em problemas relacionados a qualidade de energia, tem se tornado uma alternativa interessante na busca de aproveitar ao máximo a contribuição de recursos energéticos distribuídos. Além da função majoritária, que é a injeção de potência ativa, serviços auxiliares são possíveis devido à flexibilidade de operação destes dispositivos, sendo capazes de prover suporte para potência reativa e muitas outras necessidades. Inversores multifuncionais, assim como também são chamados, podem especialmente ter papéis fundamentais na redução de distorção harmônica, que pode se tornar um ponto crítico em microrredes de baixa tensão com alta densidade de cargas não lineares dispersas. Entretanto, para usufruir dos benefícios da multifuncionalidade, é fundamental que se estabeleça uma operação coordenada desses inversores distribuídos. Portanto, este trabalho propõe uma topologia hierárquica de dois níveis focada na operação cooperativa de inversores, com o intuito de empregar atividades multifuncionais relacionadas à compensação harmônica em microrredes monofásicas de baixa tensão. A recente metodologia do chamado Current-Based Control é proposta, visando uma contribuição coordenada de inversores através de um esquema de compartilhamento de correntes, com a tentativa de melhorar a qualidade de energia em um ponto de acoplamento comum. O escopo desta dissertação foca desde o projeto de controladores de nível primário para inversores, passando por exemplos... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The employment of switching power interfaces (SPIs) in power quality related issues is becoming a reasonable alternative to pursue maximum contribution of distributed energy resources in electrical grids. Beyond their major functionality, which is active power injection, additional ancillary services are possible due to the flexibility of their operations, being capable of providing interventions in reactive power support and many other important matters. Multifunctional inverters, as they are also called, could specially play a key role on harmonic mitigation, which may become a meaningful matter in low-voltage microgrids with high density of nonlinear loads spread out. Nevertheless, to take advantage of such multifunctional use it is fundamental to conquer a mutual and coordinated operation of many SPIs dispersed over the energy networks. Therefore, this work proposes an alternative two-level hierarchical topology focused on the cooperative operation of distributed SPIs, aiming their use on multifunctional activities related to harmonic mitigation in single-phase low-voltage microgrids. A novel secondary control approach, named Current-Based Control, is proposed aiming at achieving a coordinated contribution of inverters through a current sharing scheme, attempting power quality enhancement in a point of common coupling. The scope of this dissertation ranges from the design of primary level controllers for inverters, passing through simulation examples, up to the final expe... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

O trabalho se concentra no estudo de um sistema de conversão de energia a partir de movimentos oscilatórios. Toma-se como exemplo de aplicação e objetivo norteador do estudo o aproveitamento da oscilação de uma boia marítima, oriunda do movimento ondulatório da água, como fonte de energia mecânica primária oscilatória, para de prover energia elétrica ao sinalizador da referida boia. O movimento da boia é modelado por um movimento com forma de onda sinusoidal, de acordo com as referências bibliográficas. A baixa frequência do acionamento força a escolha da topologia por uma que propicie alta densidade magnética. Após uma revisão sobre os materiais magnéticos e das topologias, optou-se pela topologia radial com duplo rotor, imãs permanentes de NdFeB e enrolamento toroidal. Após a análise numérica através do Método dos Elementos Finitos foi projetado e construído o protótipo do gerador. A maioria das peças componentes do gerador foram fabricadas no próprio Laboratório de Máquinas Elétricas, Acionamentos e Energia, LAMEAE – UFRGS. Paralelamente a construção foi feita a modelagem analítica do gerador. Primeiro, foi feita a modelagem do campo magnético com a correção do efeito da ranhura, pelo Fator de Carter e após, foi modelada a tensão induzida a partir de movimento constante e de um movimento sinusoidal. A modelagem analítica do sistema dinâmico foi baseada no método de Lagrange. E finalmente, são apresentados os resultados e são feitas as validações entre os métodos analítico, numérico e experimental. Os ensaios experimentais foram feitos variando a frequência do acionamento e a amplitude do movimento do acionador. E finalmente, a utilização de um conversor CC-CC na saída do gerador, mostrou-se que pode ser uma solução para a utilização do protótipo em uma boia de sinalização. / This work focuses on the study of a power conversion system driven by an oscillating movement. The example of application taken into account as a guiding target of this study is the utilization of a sea buoy, exposed to the wave motion of the water, as the prime mover, a renewable source of oscillating mechanical energy, in order to supply power to the previously mentioned buoy flag. The movement of the float is modeled by a sine wave, according to the references. The low frequency of the sea waves requires a machine topology that provides high magnetic density. After a review of magnetic materials and topologies, the radial topology with dual rotor, permanent magnets NdFeB and toroidal winding was chosen. With the numerical analysis using the Finite Element Method the generator is designed and built. Most of generator parts were manufactured in the Electrical Machines Laboratory at UFRGS. In addition to the prototype construction, analytical modeling was studied. First, the magnetic field modeling was performed with the correction of the effect of the slotting, with the Carter’s factor and also the induced voltage was modeled for a sinusoidal constant prime mover’s movement. The analytical modeling of the dynamic system was based on the equation of Lagrange. Finally, the results are validated with the investigation on the analytical, numerical and experimental methods. Experimental tests were performed by varying the actuation frequency and amplitude of the prime mover’s oscillation. At the end, the use of a DC-DC converter is proposed as the generator’s power output to feed the signaling buoy.