A estimativa acurada do fluxo de calor radiativo na região próxima à chama do tipo jato não pré-misturada é necessária para garantir a segurança de pessoas e equipamentos em caso de vazamentos ou processo de descarte na indústria de petróleo e gás. A simulação computacional dos fenômenos físicos envolvidos na transferência de calor e combustão do processo tem alto custo computacional. No presente trabalho é apresentado um estudo para o emprego do modelo de múltiplas fontes ponderadas para a estimativa do fluxo de calor radiativo no campo próximo à chama. O modelo matemático simplificado tem baixo custo computacional e consiste em representar a transferência de calor radiativa por fontes pontuais distribuídas no eixo central da chama. Cada fonte tem um peso proporcional à contribuição de cada região discretizada da chama na transferência de calor por radiação. Para determinar o peso de cada fonte foi utilizada a análise inversa pelo método da Otimização Extrema Generalizada, no qual o fluxo de calor é dado de entrada enquanto o peso de cada fonte é dado de saída. Como dado de entrada foi utilizado o fluxo de calor radiativo medido experimentalmente de um conjunto de 12 chamas, com potência entre 0,139 e 0,554 kW. A análise inversa foi utilizada para recuperar os pesos, e a fração radiante, que geram o fluxo de calor radiativo com maior compatibilidade com os dados experimentais em três abordagens. A primeira abordagem consiste em aplicar a análise inversa em cada chama separadamente, e depois de obtidos os pesos correlaciona-los com a potência da chama. Na aplicação do método em cada chama individualmente, o desvio máximo do resultado do modelo com os dados experimentais é de 5%. Em uma segunda abordagem, foi utilizada a análise inversa para obter diretamente os coeficientes de uma função entre os pesos do modelo e a potência da chama e seu comprimento estimado, o desvio máximo encontrado é de 18,6%. Na terceira abordagem, a análise inversa foi utilizada novamente para encontrar os coeficientes da função que correlaciona a potência da chama com parâmetros do modelo, e neste caso foi utilizado o comprimento experimental da chama para posicionar as fontes pontuais. Para o caso em que sete fontes foram posicionadas a 2,25 vezes o comprimento da chama medido experimentalmente, o desvio máximo observado foi de 8,6% e o desvio médio de 2,9%. / The accurate approximation of radiative heat flux on non-premixed flame in the region adjacent to the flame is required to guarantee the staff and machinery safety on oil and gas industry in cases of fuel leaking or disposal process. The physical phenomena involved on heat transfer and combustion has high computational cost in numerical simulation, in accidental leaking cases it is prohibitive. In the present study it is presented an application of Weighted Multi-Point Sources model to predict the radiative heat flux in the region adjacent to the flame. The simplified mathematical model has low computational cost and simulates the radiative heat transfer by punctual sources placed at the flame axis. Each source has the weight proportional to heat transfer contribution by each flame portion. To set each source's weight, it was used the inverse analysis by the Generalized Extremal Optimization. In inverse analysis the radiative heat fluxes are the input data while the weight of each source is the sought variable. As input data are used the radiative heat fluxes measured from a set of 12 flames, with power between 0.139 and 0.554 kW. The inverse analysis was used to recover the weights, and the fraction of heat radiated, which generate radiative heat fluxes with greater compatibility with the experimental data on three approaches. The first approach is to apply the inverse analysis in each flame separately, obtain the weights and then correlates them with the flame power. In method application for each flame, the maximum deviation between model outcome and experimental data was less than 5%. In a second approach, it was used the inverse analysis to directly obtain the coefficients of a function between the model's parameters and the flame’s power. When used just the flame power as model input parameter to distributes the sources and predict the heat flux, the maximum deviation is 18.6%. In the third approach, the inverse analysis was again used to find the coefficients of the function which correlates the flame power with model parameters, in this case was used the experimental flame length for positioning the point sources. For the case in which seven sources are positioned at 2.25 times the experimental length of the flame, the maximum deviation observed was 8.6% and the mean deviation of 2 9%.

A constante emissão de CO2 na atmosfera devido a fontes antropogênica despertou uma preocupação crescente em função da sua atuação no efeito estufa. Um número crescente de metodologias para redução da concentração deste gás na atmosfera vem sendo proposta e uma alternativa atrativa é a da inserção do CO2 em anéis epóxidos para formação de carbonatos cíclicos. Apesar de já existirem inúmeros trabalhos a respeito destas reações, o mecanismo pelo qual elas ocorrem não está completamente esclarecido. Neste trabalho é apresentado o estudo mecanístico da cicloadição de CO2 em diferentes epóxidos catalisada por líquidos iônicos haletos de alquil-imidazólios, CnMIm X (n = 1, 2, 3, 4 e X = Cl, Br, I), através da Teoria do Funcional da Densidade empregando-se o funcional !B97X-D e o conjunto de base 6-31G(d,p) e LanL2DZ (somente para o I). Propuseram-se duas rotas distintas para o mecanismo, uma composta por três etapas e outra composta por somente duas etapas. Ambas as rotas tiveram a primeira etapa como sendo a mais energética e correspondendo à abertura do anel epóxido e mostraram ser competitivas entre si energeticamente. Esta etapa mostrou depender de ambos cátion e ânion do catalisador para ocorrer, onde uma ligação de hidrogênio não clássica com o H2 do imidazólio aparece no estado de transição. Verificou-se que no geral a energia de ativação da reação diminui com o aumento da cadeia alquílica do cátion imidazólio assim como diminui com o aumento do caráter nucleofílico do haleto (Cl > Br > I). O substituinte do anel epóxido também exerce influência sobre a energia de ativação da reação, porém não há uma tendência bem definida. Constatou-se que o sítio mais favorável para ataque nucleofílico é o carbono não substituído do anel epóxido tanto pela diferença de energia quanto por análise de índices de reatividade de Fukui e de interações não covalentes. Uma análise de 14 funcionais da densidade e do método perturbativo de segunda ordem MP2 em comparação ao método composto G4MP2 revelaram a forte dependência das energias de ativação com o método empregado. Através de cálculos de dinâmica molecular clássica foi possível estudar dinamicamente o sistema brometo de 1-butil-3-metil imidazólio, o óxido de estireno e o CO2 e notou-se a formação de duas fases com a presença de uma interface. Adicionalmente, observou-se que a probabilidade da reação ocorrer no bulk do líquido iônico é maior, pois a proporção catalisador/substrato é maior nesta região. Por meio da dinâmica molecular de Born-Oppenheimer constatou-se que o anel epóxido também pode ser ativado através de interações com os hidrogênios H4 e H5 do anel imidazólio. / The constant emission of CO2 into the atmosphere due to anthropogenic sources has generated a growing concern regarding the greenhouse effect. Many methodologies to reduce the atmospheric CO2 concentration have been proposed and an alternative is the insertion of CO2 into epoxides to form cyclic carbonates. Although there are a lot of studies in this area, the reaction mechanism by which they occur is still unclear. In this work the cycloaddition mechanism of CO2 into different epoxides catalyzed by alkyl-imidazolium halide ionic liquids, CnMIm X (n = 1, 2, 3, 4 e X = Cl, Br, I), is presented. Density Functional Theory in conjunction with the functional !B97X-D and 6-31G(d,p) and LanL2DZ (for I atoms) basis sets were employed. Two distinct routes were proposed for the mechanism: one composed of three steps and another composed by only two steps. Both routes showed that the first step regarding the epoxide ring opening is the determined one and they are energetically competitive with each other. This step depends on both cation and anion from the catalyst to proceed through a non-classical hydrogen bond in the transition state. It was found that the activation energy decreases with the chain length of the alkyl group from the imidazolium ring as well as with the nucleophilic character of the halide (Cl > Br > I). The epoxide ring substituent also exerts influence on the activation energy of this reaction, but there is no well defined behaviour. The most favourable site for nucleophilic attack is the non-substituted epoxide ring carbon as was shown by the reaction energy difference and through reactive Fukui index and non-covalent interaction (NCI) analysis. 14 exchange-correlation density functionals were investigated and compared to the well established second order perturbation theory (MP2) method and G4MP2 composite method. One found out that the activation energies strongly depends on the chosen method. Through classical molecular dynamics it was possible to study the system 1-butyl-3-methyl-imidazolium bromide together with styrene oxide and CO2 e the formation of two phases with the presence of an interface was observed. Additionally, it was shown that the probability of the reaction to occur in the ionic liquid bulk is bigger because the catalyst/substrate proportion is bigger in this region. Born-Oppenheimer molecular dynamics was used to prove that the H4 and H5 hydrogen atoms from the imidazolium ring may interact with the oxygen atom from the epoxide and activate the C–O bond for the reaction to proceed.

Este trabalho visa a determinação numérico-experimental de propriedades hidrodinâmicos em um cilindro de seção circular parcialmente submerso. A solução numérica do problema foi desenvolvida através do método dos painéis, o qual foi programado no pacote MATLAB®, sendo que o modelo do cilindro é excitado segundo os parâmetros de onda registrados a partir do ensaio de arrasto do cilindro, possibilitando a determinação da massa adicional e amortecimento hidrodinâmico. O desenvolvimento experimental foi efetivado através de ensaios em tanque de testes, com o uso de um carro de arrasto, tendo sido utilizado um sistema PIV (Particle Imagem Velocimetry) para mapear a não ocorrência da formação de vórtices na superfície submersa do cilindro. O cilindro foi fixado na base do carro, através de uma haste, na posição vertical, permanecendo parcialmente submerso nos ensaios de movimento oscilatório, com frequência e deslocamento longitudinal definidos. Nos ensaios, o conjunto de sensores no sistema detectou as variáveis de aceleração e carregamento na haste de sustentação do cilindro, deslocamento do carro e altura de onda, este último, realizado por dois wave probes simetricamente distanciados da posição inicial do cilindro. Os ensaios possibilitaram a obtenção da massa adicional e dos parâmetros necessários à solução numérica. O desenvolvimento da solução numérica hidrodinâmica via simulação em programa comercial foi realizado no pacote ANSYS® AQWATM, onde o cilindro foi modelado parcialmente submerso, sendo excitado pela frequência e velocidade de onda, os quais foram obtidos nos ensaios experimentais. Os resultados numéricos da programação e da simulação mostraram boa correspondência com os resultados experimentais. / This study involves the experimental and numerical determination of the hydrodynamic properties of a partially submerged cylinder with circular cross section. The numerical solution to the problem was developed using the panel method, which was programmed in the MATLAB® package, and the cylinder model was excited according to the wave parameters recorded during the cylinder drag test, enabling the determination of added mass and hydrodynamic damping. The experimental part of this study involved using a drag car in a test tank, with a PIV (Particle Image Velocimetry) system to map the non-occurrence of vortex formation on the submerged surface of the cylinder. The cylinder was attached vertically to the bottom of the car base by a rod, remaining partially submerged in the oscillatory motion tests, with defined frequency and longitudinal displacement. In the tests, the system’s sensor array detected the variables of acceleration and loading on the cylinder support rod, the car’s displacement and wave height, the latter measured by two wave probes placed at symmetrical distances from the cylinder’s initial position. The experimental tests made it possible to determine the added mass and the parameters required for the numerical solution. The development of the numerical solution of the hydrodynamic problem via simulation with commercial software was performed using the ANSYS® AQWATM package, in which the modeled cylinder was partially submerged and was excited by the wave frequency and velocity that were determined in the experimental tests. The numerical results of the programming and simulation showed a good correspondence with the experimental results.

Este trabalho visa desenvolver uma metodologia, através de ferramentas computacionais de simulação, de avaliação de mapas solares para a análise de sombreamentos e da radiação solar incidente sobre as coberturas e telhados das edificações dentro do ambiente urbano e aplicá-la para a cidade de Porto Alegre. Desta forma é possível identificar os melhores espaços para alocar futuras instalações fotovoltaicas e evitar possíveis perdas por sombreamento ao longo do ano. Para tanto, foram selecionadas quatro regiões de estudo, cada uma representando uma tipologia de bairro e edificações. Os bairros Centro Histórico, São Geraldo, São Sebastião e Santana foram selecionados por representarem: edificações comerciais de escritórios, galpões comerciais (depósitos e oficinas), residencial de baixa altura e prédios residenciais, respectivamente. Após o desenvolvimento dos mapas solares, são realizadas estimativas para capacidade de instalação e produção de energia elétrica por sistemas fotovoltaicos em cada edificação. O software EnergyPlus produziu modelos termoenergéticos para quatro edificações típicas representando cada uma das regiões de estudo e, assim, proceder um balanço de energia em escala anual para o consumo energético e a produção de energia. Considerando as hipóteses de simulação e premissas de cálculo utilizadas, verifica-se que existe potencial para a geração distribuída de energia em escala urbana para as regiões de estudo. Um resultado significativo ocorreu para a região do bairro São Geraldo, onde as dez maiores áreas de telhado equivalem a 53% do potencial total de instalação fotovoltaica aplicada a edificações da região de estudo. Ainda, realizado o balanço de energia, foram analisados os cenários de investimento para cada tipologia de edificação típica, resultando em um retorno sobre o investimento entre 9 e 13 anos, dependendo do tipo de edificação. / This work aims to develop a methodology, through computer simulation tools, for evaluating solar maps for shading analysis and incident solar radiation on the building roofs within the urban environment. This methodology is applied in the city of Porto Alegre. Thus, it is possible to identify the best areas to allocate future photovoltaic systems and avoid possible shading losses throughout the year. Therefore were selected four study areas, each one representing one type of neighborhood and respective buildings. The neighborhoods Centro Histórico, São Geraldo, São Sebastião and Santana were selected because they represent: commercial/office buildings, warehouses/workshops, low-rise residential and residential buildings, respectively. After the development of solar maps, estimates were made for the capacity of installation and the electric energy produced by photovoltaic systems in each building roof. The EnergyPlus software produced an energy model for a typical building of each study area (neighborhood) and make an energy balance in annual scale for the energy consumption and energy production. Considering the simulation hypothesis and assumptions, it appears that there is potential for the distributed generation in urban scale for the four study areas. A significant result was found for the São Geraldo region, where only the top ten building roof areas equals to 53% of the total potential of building applied photovoltaic in the respective neighborhood region. Also, performing the energy balance, investment scenarios were analyzed for each typical building, resulting in a return on investment between 9 and 13 years, depending on the building type.

Made available in DSpace on 2015-07-22T20:50:48Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-01-26 / Uma grande quantidade dos vírus de importância médica, como o HIV, o vírus sincicial respiratório, o vírus da hepatite C, o vírus influenza A (H1N1), e o vírus da poliomielite, possui genoma RNA. Estes vírus apresentam taxas mutacionais extremamente altas, rápida cinética replicativa, população numerosa de partículas, e grande diversidade genética. Manifestas durante o processo infeccioso, tais características permitem a população viral adaptar-se rapidamente a ambientes dinâmicos, escapar ao sistema imunológico, desenvolver resistência às vacinas e drogas antivirais, e exibir dinâmica evolutiva complexa cuja compreensão representa um desafio para a genética de populações tradicional e para as estratégias de intervenção terapêutica efetiva. Para descrever biológica e matematicamente a evolução dos vírus RNA, modelos teóricos de evolução viral têm sido propostos, e muitas de suas predições foram confirmadas experimentalmente. O presente trabalho teve como objetivo simular computacionalmente e analisar um modelo de evolução viral que represente relações evolutivas existentes entre a população viral de genoma RNA e as diferentes pressões seletivas exercidas sobre ela na sua interação com o organismo hospedeiro. Também objetivou desenvolver um software de simulação computacional personalizado para o modelo de evolução viral, e demonstrar a possibilidade de descrever o modelo como um processo de ramificação de Galton-Watson. Entre os resultados e discussões delineados, encontram-se um critério analítico para estudo do tempo de recuperação e do regime crítico de um processo de ramificação de Galton-Watson aplicado à evolução viral; predições sobre a correlação entre fatores do organismo hospedeiro e a dinâmica evolutiva da população viral; predições sobre a contribuição da taxa mutacional, do tamanho e da capacidade replicativa máxima da população viral para o prognóstico e quatro fases da infecção: o tempo de recuperação, o equilíbrio mutação-seleção, o limiar da extinção, e a mutagênese letal. / A large amount of viruses of medical importance such as HIV, respiratory syncytial virus, the hepatitis C virus, influenza A (H1N1) and polio virus, has RNA genome. These viruses exhibit extremely high mutational rate, fast replicative kinetics, large population of particles and high genetic diversity. Manifested during the infectious process, these features allow the virus population to adapt quickly to dynamic environments, escape from the immune system, develop resistance to vaccines and antiviral drugs, and display complex evolutionary dynamics whose understanding represents a challenge to the traditional population genetics and for effective therapeutic intervention strategies. To describe mathematically and biological evolution of RNA viruses, theoretical models of virus evolution have been proposed, and many of their predictions were experimentally confirmed. This study aimed to simulate and analyze computationally a model of viral evolution that represents evolutionary relationships between the population of viral RNA genome and the different selective pressures on it in its interaction with the host organism. It also aimed to develop computational simulation software for the viral evolution model, and demonstrate the possibility of describing the model as a Galton-Watson branching process. Among the results and discussions outlined, there are an analytical criterion to study the recovery time and the critical regime of a Galton-Watson branching process applied to viral evolution; predictions about the correlation between factors of the host organism and the evolutionary dynamics of viral population; predictions about the contribution of mutational rate, the size and maximum replicative capacity of viral population for the prognosis and four stages of infection: recovery time, mutation-selection equilibrium, extinction threshold, and lethal mutagenesis. / TEDE / BV UNIFESP: Teses e dissertações

Recentemente observou-se experimentalmente, Johnson et al. (2010), que fatias organotípicas corticais de rato são capazes de completar padrões espaço-temporais, após serem treinadas. Embora se especule que mecanismos de plasticidade sináptica e homeostática estejam por trás do fenômeno, ainda não existe nenhuma explicação detalhada sobre o assunto. Com o intuito de propor uma explicação clara e consistente para os mecanismos que permeiam a resposta da rede aos estímulos como um todo, nos propomos a estudar este fenômeno por meio de uma rede de neurônios de integração-e-disparo dotada de mecanismos de homeostase intrínseca e de plasticidade sináptica dependente de disparos. O sistema construído foi explorado, de modo a determinar em que condições a rede poderia comportar-se como o sistema real, e treinado de forma similar `a realizada experimentalmente por Johnson et al. (2010). / Recently it has been observed experimentally, Johnson et al. (2010), that organotypic cortical slices of rat are capable of completing spatio-temporal patterns after training. Although it is speculated that synaptic and homeostatic plasticity may have an important role in this phenomenon, there is still no detailed explanation about this subject. In order to propose a clear and consistent explanation for the mechanisms that underlie the network response to stimuli as a whole, we propose to study this phenomenon through a network of integrate-and-fire neurons endowed with intrinsic homeostasis and spike-timing dependent plasticity mechanisms. The constructed system was explored, aiming to determine in which conditions the network could behave as the real system, and trained in a way similar as the experimental one done by Johnson et al. (2010).

Esta tese propõe avaliar a integridade estrutural de projetos de válvulas do tipo esfera trunnion e/ou gaveta. Por meio desta pesquisa, são avaliados os principais modos de falhas e parâmetros funcionais. Os estudos foram realizados utilizando a técnica dos elementos finitos e permitiram a construção de modelos para avaliar os seguintes modos de falha. (i) colapso estrutural dos principais componentes; (ii) vazamento na interface esfera/sede; (iii) travamento do sistema de acionamento devido à influência da vazão de escoamento do fluido. A avaliação da integridade estrutural é de fundamental importância para mitigar e/ou evitar erros, durante a fase de desenvolvimento de válvulas. Os modelos desenvolvidos também possibilitam o aprimoramento de novos projetos de válvulas e o aperfeiçoamento de projetos já desenvolvidos. O estudo proposto pode ser utilizado como indicador da qualidade de projeto de válvulas, auxiliando a equipe de desenvolvimento no dimensionamento de novos produtos, permitindo assim a avaliação dos requisitos funcionais e a avaliação da possível melhoria do projeto. Os resultados mostraram que o uso do método dos elementos finitos durante as fases iniciais do processo de desenvolvimento de válvulas é extremamente útil na concepção de novos produtos, permitindo a elaboração de produtos otimizados, sendo que por meio de um conhecimento multidisciplinar falhas prematuras podem ser detectadas nas fases iniciais do processo de desenvolvimento de projeto de válvulas, possibilitando com isso o desenvolvimento de um projeto mais racional com melhoria significativa de qualidade, confiabilidade, desempenho e competividade. O uso do método dos elementos finitos também possibilita uma redução do número de ensaios com protótipos físicos, o tempo de desenvolvimento e consequentemente o custo final do produto. / This thesis proposes to evaluate the structural integrity of the trunnion ball valves and/or gate. By means of this research, are evaluated main failure modes and functional parameters. The studies were conducted using the finite elements technique and allowed the construction of models to evaluate the following modes of failure. (i) structural collapse of the main components; (ii) leakage in the ball/seat interface; (iii) torque and/or locking of drive system due the influence of fluid flow rate. The evaluation of the integrity structural is of fundamental importance to mitigate and/or avoid errors, during the valve development phase. The models developed also enable the improvement de new valves design and the upgrade the valves design already developed. The proposed study can be used as an indicator the quality of valves design, assisting the development team in the design of new products, thus enabling the assessment of the functional requirements and evaluation of possible improvements in the design. The results showed that the use of finite element method during the early stage of valve development process is extremely useful in the conception the new products, allow to develop products optimized, and by means of a multidisciplinary knowledge premature failures can be detected in the early stages of the product design, besides enable the development of a design more rational with significant improvement in quality, reliability, performance and competitiveness. The use of finite element method also allows reduction the number of with physical prototype tests, time of development and the final cost of the product.

A dissertação aborda o desenvolvimento e testes de um conversor eletromagnético de 3 para 5 fases, sendo inicialmente avaliadas configurações conhecidas usando vários tipos de ligações. Foi desenvolvido um modelo baseado em resistências e indutâncias próprias e mútuas, para as quais caminhos de fluxo magnético através do núcleo de aço silício e também através do ar em torno dos enrolamentos foram considerados. Com base no modelo desenvolvido e nos resultados das simulações realizadas com o modelo, na sequência, foi projetado e construído um protótipo. O projeto levou em conta aspectos como equilíbrio de tensão nos secundários sob carga, aproveitamento do material dos enrolamentos e do núcleo, assim como a facilidade de conexão dos enrolamentos. Para as simulações do modelo utilizou-se o software Micro- Cap, tendo sido avaliado o equilíbrio nas tensões de saída do conversor sob carga equilibrada e desequilibrada, além de avaliar seu comportamento diante de falhas (abertura) de uma das fases da carga dos secundários. Os resultados das simulações foram comparados com os ensaios realizados no protótipo utilizando cargas resistivas e também um motor de indução pentafásico, tendo sido observada uma boa concordância entre ambos. Para as cargas resistivas utilizadas nos ensaios, as tensões ficaram muito próximas da simulação, mantendo as tensões nos secundários dentro de níveis aceitáveis de desequilíbrio. Contudo, na operação sob falha em uma das fases da carga, o nível de desequilíbrio de tensão apresentou-se acima do aceitável. Já para o motor de indução pentafásico utilizado nos ensaios, as tensões nos secundários apresentaram níveis aceitáveis de desequilíbrio, mesmo na operação sob falha em uma das fases da carga e independente da conexão dos enrolamentos primários. Finalmente, a indução no núcleo do conversor foi avaliada, sendo que em todos os ensaios e simulações, os valores máximos nas colunas do transformador não ultrapassaram os limites projetados, mostrando que não houve efeitos significativos de saturação e assim mantendo níveis aceitáveis de perdas no ferro. / This work addresses the development and test of an electromagnetic converter which can convert a three-phase system into a five-phase system. Initially, known configurations are evaluated which use several different types of connections. A prototype was designed and built considering aspects such as (1) voltage balanced under load on the secondary side, (2) utilization of the conductor and core material, and (3) difficulty to connect the windings. In order to evaluate the performance of the converter, a model was developed which is based on resistances, self inductance, and mutual inductances; for the determination of these inductances, the flux paths through the yokes and also through the air space surrounding the windings have been considered, besides the iron characteristic. The model was implemented using the software Micro-Cap, being assessed the voltage balance on the secondary side under balanced and also unbalanced load; in addition, the performance was evaluated under the occurrence of a fault on the secondary side (loss of one phase). The results obtained through simulations were compared with practical results measured on the prototype connected to a resistive load and also to a five-phase induction machine, being a good agreement between both results observed. For the resistive loads used during the tests, the voltages were very close to the predicted values, being the output voltages within an acceptable level of unbalance. However, for the operation under fault in one phase, the secondary voltages showed not acceptable unbalance. For the operation of the induction machine, the secondary voltages showed acceptable unbalance, even for the operation under fault and for all types of connection on the primary side. Finally, the induction in the magnetic yokes of the converter was investigated; in all tests and simulations, the maximal values in the magnetic parts did not surpass the design limits, ensuring that no significant saturation effects took place and thus keeping the magnetic losses within acceptable limits.

Inversores de sistemas fotovoltaicos são equipamentos de eletrônica de potência que fornecem energia elétrica em corrente alternada (CA) a partir de uma fonte de energia elétrica em corrente contínua (CC), no caso, os módulos fotovoltaicos. Estes inversores quando em operação aumentam sua temperatura. Este aumento de temperatura é indesejável, porém é inerente ao seu funcionamento. Equipamentos eletrônicos possuem um limite seguro de temperatura de operação, acima do qual podem ocorrer instabilidades de operação, redução da vida útil ou até mesmo falha drástica. O conhecimento da eficiência de conversão elétrica e das perdas responsáveis pelo aquecimento é importante para o adequado dimensionamento de inversores quando aplicados em sistemas fotovoltaicos conectados à rede, assim como para o desenvolvimento do inversor como produto. Para proteção, para aumento da vida útil, para maior confiabilidade, para maior estabilidade e para maior segurança de operação de componentes, inversores possuem rotinas em seus algoritmos de controle com estratégias automatizadas dedicadas ao gerenciamento térmico. Estas rotinas de proteção e gerenciamento térmico, sempre quando acionadas, tendem a reduzir a capacidade de conversão de potência do inversor, seja pelo acionamento de um ventilador auxiliar, seja pelo deslocamento do ponto de operação em máxima potência. Fabricantes de inversores tratam deste assunto pelo termo “temperature derating” (em inglês) Esta tese apresenta um estudo relacionado a influência da temperatura sobre o desempenho de inversores fotovoltaicos conectados à rede. Avalia tipos de estratégias de gerenciamento térmico e proteção de uso corrente em inversores comerciais. Apresenta resultados de ensaios experimentais para determinação de parâmetros térmicos característicos dos inversores. Descreve um modelo preditivo da temperatura de operação em regime transiente. A partir da determinação experimental de parâmetros térmicos, o modelo preditivo de temperatura de operação foi implementado no software de simulação dinâmica para dimensionamento e avaliação de sistemas fotovoltaicos FVCONECT, desenvolvido no LABSOL/UFRGS, estando o mesmo apto para simular a operação e estimar perdas anuais de desempenho energético decorrentes das rotinas de gerenciamento térmico, dos seus efeitos e das limitações impostas durante a operação de inversores fotovoltaicos conectados à rede. Um dos resultados da simulação é a evolução da temperatura do inversor, permitindo avaliar a frequência e amplitude dos ciclos térmicos ao qual o inversor é submetido e, consequentemente, determinar uma estimativa para durabilidade do inversor. / Photovoltaic inverters are electronic power devices that provide electrical energy in alternating current (AC) from a source of electrical energy in direct current (DC) - a photovoltaic generator, in this case. Inverters increase their temperature when in operation. This rise in temperature is not desirable, but inherent to its operation. Any electronic equipment has a safe operating temperature limit. When this limit is surpassed, operating instability, life reduction or even drastic failure may occur. The knowledge of the electrical conversion efficiency and the losses responsible for the heating is important for the proper sizing of grid-tie inverters in photovoltaic systems, as well as for the development of the inverter as a product. In order to increase the useful life of the device and its components, for greater reliability, safety, stability and security of operation, inverters have routines in their algorithms of control with automated strategies dedicated to the thermal management. These protection and thermal management routines, whenever activated, tend to reduce the power conversion capacity of the inverter, either by the activation of an auxiliary fan or by the displacement of the operating point at maximum power. Inverter manufacturers address this issue by the term "temperature derating". This thesis presents a methodology to evaluate the influence of the performance of different strategies to avoid excessive temperature of the inverter components on its performance and durability It is also made an evaluation of different thermal management strategies and protection used in commercial inverters. Results of experimental tests for determination of thermal parameters characteristic of the inverters are presented. A predictive model of transient operating inverter temperature is also described. From the experimental determination of thermal parameters, the predictive model of operating temperature was implemented to the FVCONECT, a dynamic simulation software for sizing and evaluation of photovoltaic systems developed in LABSOL / UFRGS. With this modification, the software was able to simulate the operation and estimate losses of energy due to the thermal management routines, their effects and the limitations imposed during the operation of grid-tie inverters. One of the results of the simulation is the evolution of the inverter temperature, allowing to evaluate the frequency and amplitude of thermal cycles to which the inverter is subjected and, as a consequence, an estimate of durability of the inverter.

O presente trabalho tem por objetivo principal apresentar a avaliação térmica, energética e financeira para um sistema de aquecimento de ar de um secador solar híbrido de produtos agroalimentícios, o qual utiliza como fonte de energia a energia solar e uma fonte de energia auxiliar. Dois tipos de fonte de energia auxiliar são utilizados, uma fonte utiliza biomassa como combustível e a outra utiliza energia elétrica. O sistema é composto por um coletor solar térmico, tipo placa plana de exposição indireta, uma fonte de energia auxiliar. O software TRNSYS é utilizado como ferramenta para executar as simulações, tendo como meta alcançar a temperatura do ar de 70°C na entrada da câmara de secagem. Os resultados são apresentados em função das temperaturas da placa absorvedora, do ar de saída do coletor solar e do ar de entrada na câmara de secagem e em função da quantidade de energia, por hora, fornecida para o ar de secagem pelo coletor solar (ganho de energia útil) e pela fonte de energia auxiliar. Calcula-se o custo horário da energia considerando a utilização da biomassa e da energia elétrica, resultando no custo da biomassa equivalente a 42,5% do custo da energia elétrica.Embora os custos com insumos sejam mais baratos para a utilização do sistema com biomassa, a implementação desse sistema é mais cara, sendo viável apenas em longo prazo. O retorno do investimento para o sistema com biomassa ocorre no quarto ano, enquanto que o sistema com energia elétrica obtém retorno no primeiro ano. / This work aim to perform thermal, energy and financial analysis for an air heating system of a hybrid solar dryer for agricultural products, which uses as energy source a combination of solar energy and an auxiliary power source. Two types of external auxiliary power source for energy are used, biomass and electric power. The dryer is composed by an indirect flat plate flat plate collector, an external energy source and a drying chamber. The software TRNSYS is used to run the hybrid solar dryer simulations. The simulations goal is for the system to achieve 70°C air temperature at the drying chamber inlet. The results are showed as a function of the absorber flat plate temperature, the solar thermal collector outlet air temperature and the drying chamber inlet air temperature as a function of the energy amount per hour supplied to the drying air by the solar collector (useful energy gain) and by the external auxiliary power source. The energy cost per hour is calculated by assuming each one of the sources, biomass and electric power. It resulted that biomass costs 42.5% of the electrical power total costs. Although the source material costs are cheaper for biomass usage, it implies higher implementation costs, thus requiring long range usage analysis to prove practicable. The biomass system return of investment occurs at the fourth year while at the electrical power system return of investment occurs at the first year.