Este trabalho apresenta estratégias de controle para a sincronização de dois sistemas não-lineares do tipo Lur'e sob controle saturante. O objetivo no uso de controlador e para que os estados de um sistema escravo sigam a referência dos estados do sistema mestre. Resultados teóricos para a síntese de controladores são propostos considerando diferentes hipóteses sobre a não-linearidade do sistema Lur'e. Primeiramente esta e tratada como uma função genérica que satisfaz globalmente uma condição de setor, enquanto que posteriormente assume-se que a função não-linear e uma função linear por partes e um modelo equivalente baseado em funções saturação e empregado para descrever os efeitos da mesma no comportamento dinâmico do sistema. São considerados, ainda, duas estrat egias de controle: realimentação estática dos estados dos sistemas e realimentação dinâmica da saída dos sistemas, incluindo neste ultimo caso elementos referentes as não-linearidades inerentes do sistema Lur'e e um elemento anti-windup. O projeto dos parâmetros de cada controlador e feito através de problemas de otimização convexa com restrições na forma de desigualdades matriciais lineares (LMI s) tendo como objetivo maximizar o conjunto de estados inicias nos quais a sincronização e assegurada. A formulação dos problemas de otimização e obtida através de inequações matriciais lineares, utilizando-se a teoria de estabilidade de Lyapunov juntamente com métodos baseados em condições de setor para assegurar a convergência assintótica do erro de sincronização para zero, i.e. garantir que os estados do sistema mestre são seguidos pelos do escravo. Os métodos propostos são ilustrados por meio de exemplos numéricos tendo como objetivo a sincronização de dois circuitos de Chua. / This work presents control strategies for the synchronization of two nonlinear Lur'e systems subject to control saturation. The objective of the use of controllers is so that the states of a slave system follow the reference of the states of the master system. Theoretical results for the synthesis of controllers are proposed considering di erent hypothesis about the nonlinearity of the Lur'e system. Initially it is considered as being a generic function that satis es globally a sector condition, while afterwards it is assumed that the non-linear function is a piecewise-linear function and an equivalent saturation function model is employed in order to describe its effect on the system's dynamic behaviour. Two controller strategies are considered: a static feedback of the system's states and a dynamic feedback of the system's output, coupled, in the last case, with elements based on the system's non-linearities and an anti-windup element is considered. The design of the parameters of each controller is generated by convex optimization problems with restrictions in the form of linear matriz inequalities (LMI) having as objective maximizing the set of initial conditions for which synchronization is guaranteed. The optimization problems are formulated by the means of linear matrix inequalities based on Lyapunov's stability theory and a sector-based approach to ensure null synchronization error, i.e. to ensure the local asymptotic convergence of the slave state to the master one. The proposed methods are illustrated by numerical examples with the objective of the synchronization of two Chua's circuits.

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-10-17T15:14:14Z No. of bitstreams: 1 WILLY RODRIGO DE ARAÚJO - DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2018.pdf: 5030697 bytes, checksum: 8a14506fd3d3d6346a2c2cd041ea7844 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-17T15:14:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 WILLY RODRIGO DE ARAÚJO - DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2018.pdf: 5030697 bytes, checksum: 8a14506fd3d3d6346a2c2cd041ea7844 (MD5) Previous issue date: 2018-04-13 / Capes / Como contribuição inicial, este trabalho propõe a substituição do MPT por um código desenvolvido em MATLAB®, uma vez que este sana a deficiência do primeiro em regiões não convexas. No âmbito da operabilidade estacionária, aborda dois estudos de caso: uma mistura de correntes com diferentes restrições em vazões e temperaturas e um CSTR encamisado para condução de uma reação exotérmica. Neste, a EDS foi tratada do ponto de vista estatístico, em que quanto maior o distúrbio menor a probabilidade de ocorrência. Informações relativas ao índice de operabilidade (OI) foram inseridas em um controlador proporcional-integral de modo que este conduzisse, de forma rápida e direta, a um estado permanente que garanta as especificações desejadas. Quanto à perspectiva de operabilidade dinâmica, a proposta é fundamentada na análise a cada período. O modelo utilizado, bem como suas condições e restrições foi delimitado por um reator batelada de bancada. Uma rotina programada em VBA é capaz de realizar experimentações numéricas de forma automática e foi desenvolvida com o propósito de simular um massivo planejamento experimental utilizado na metodologia dependente do tempo. Este código cria um banco de dados série-temporal, aplica uma técnica para reconciliação dos elementos quanto ao passo e pode ser utilizada conjuntamente a grande maioria dos simuladores dinâmicos comerciais. Foi sugerida uma nova abordagem para a região desejada (DOS) baseada na região de confiabilidade conjunta de modo a estabelecer este conjunto em cada intervalo e com caráter de controle estatístico de processos. A proposta para delimitação dos entornos necessários à operabilidade apresentou respostas satisfatórias diante comportamentos convexos ou não. Os resultados mostraram que a EDSp apresentou maior eficiência em problemas não lineares, já que leva em conta um histórico na determinação de perturbações e a consideração dos extremos não necessariamente abrange os intermediários. Mediante falhas em faixas esperadas, a conciliação de operabilidade a uma malha “feedback” sempre assegurou a DOS. Foi obtido um perfil de superfícies, para monitoramento e controle da operação ao longo do tempo, que conduz à DOS requerida ao final da batelada. / As an initial contribution, this work proposes the MPT replacement by a code developed in MATLAB®, since it heals the deficit of the first one in non-convex regions. In the stationary operability scope, it deals with two case studies: a mixture of streams with different restrictions in flow and temperatures and a jacketed CSTR to conduct an exothermic reaction. In this, the method treated the EDS from a statistical point of view in which as larger is the disorder lower is the probability of occurrence. Information on the operability index (OI) was entered into a proportional-integral controller so that it would lead, quickly and directly, to a steady state that guarantees the desired specifications. In dynamic operability scenery, the proposal performs analysis in each period. A batch bench reactor delimited the model as well as its conditions and restrictions. A VBA routine capable of automatically performs numerical experiments was developed with the purpose of simulating one massive experimental planning used in the time-dependent methodology. This code creates a time-series database, applies a technique for reconciling the elements in step and can be used with the vast majority of dynamic commercial simulators. A new approach for the DOS based on joint confidence region was suggested to establish this set at each interval and with statistical process control character. The proposal for shape delimitations required along the procedure showed satisfactory responses to convex and non-convex behaviors. The results showed that the EDSp presented greater efficiency in nonlinear problems since it takes into account historical data in the disturbance determination. Also, the extreme perturbation values do not necessarily cover the intermediates. Through failures in expected ranges, the reconciliation of operability and a feedback loop has always ensured DOS. Surface profiles were obtained for monitoring and control the operation over time, leading to the required DOS at the end of the batch.

Este trabalho tem como propósito, investigar a validade da lei de Hess-Murray, através da experimentação numérica, aplicando o método do Design Construtal associado ao método de otimização da busca exaustiva, no escoamento interno em estruturas em forma de T com seção circular. Variação do número de Reynolds, escoamento de fluidos newtonianos e não newtonianos, estrutura em forma de T com paredes impermeáveis e permeáveis, foram as principais características avaliadas para confrontar a lei de Hess-Murray. O estudo proposto assume escoamento tridimensional, laminar, incompressível, regime permanente e propriedades fluidodinâmicas constantes, sendo o regime de escoamento governado pelo número de Reynolds (Re). O objetivo principal consiste em determinar as configurações ótimas que facilitem o escoamento de fluido ou minimizem as resistências ao escoamento, quando a área ocupada pelos dutos (A) e o volume ocupado pelos dutos (V) são mantidos constantes, variando-se as razões de diâmetros (aD) e comprimentos (aL). As equações de conservação de massa e quantidade de movimento, foram resolvidas através do método de volumes finitos. A geometria foi discretizada através de uma malha tridimensional composta por aproximadamente 1.950.000 elementos. Como resultados, obteve-se as geometrias ótimas que apresentaram resistências ao escoamento até 30 vezes menor do que as demais configurações. Além disso, foi possível verificar que a lei de Hess-Murray nem sempre é válida, visto que o sistema adapta sua geometria ótima para cada condição de escoamento, a fim de proporcionar a melhor arquitetura de escoamento para atender ao objetivo de minimizar as resistências ao escoamento em acordo com a Lei Construtal. Esta dissertação avançou no presente estado da arte, pois desenvolveu um modelo tridimensional sem simplificações, aplicado ao sistema de escoamento de fluidos em estrutura em forma de T utilizando o método do Design Construtal, validando os resultados analíticos apresentados na bibliografia e apresentando novas referências que permitem ampliar a complexidade dos sistemas de escoamento bem como a implementação de métodos de otimização mais avançados. / This work investigates, through the numerical experimentation together with the Construtal Design method, the Hess-Murray Law in the internal flow in T-shaped structures with a circular section for the laminar flow of Newtonian and non-Newtonian fluids with impermeable and permeable walls, determining the optimal configurations that facilitate fluid flow or minimize flow resistance. The geometric global constants, the volume occupied by the ducts (V) and the area occupied by the ducts (A), delimit the space occupied by the T-shaped structure and the degrees of freedom, the ratio between the diameter of the parent duct and daughter (aD) and the ratio between parent duct length and daughter (aL), are the main geometric parameters to be evaluated. The proposed study is assumed three-dimensional, laminar, incompressible, permanent and constant fluidodynamic properties being the flow regime governed by Reynolds number (Re). Construtal Design method, associated with the exhaustive search, was used to determine the global geometric constants, degrees of freedom and objective function in the geometric evaluation of the system. The numerical solution of the mass conservation and momentum equations is solved based on the finite volume method. The geometries and mesh of the computational domain was discretized through a three-dimensional composed of approximately 1,950,000 elements. The results show that the optimal geometries that presented resistance to the flow up to 30 times smaller than the other configurations. In addition, it was possible to verify that the Hess-Murray Law is not always valid, since the system adapts its optimal geometry to each flow condition, in order to provide a better flow architecture to meet the objective of minimizing resistance to flow in agreement with the Constructal Law. This work advanced in the present state of the art, since it developed a three-dimensional model without simplifications, applied to the fluid flow system in T-shaped structure using the Construtal Design method, validating the analytical results presented in the bibliography and presenting new references that allow increase the complexity of flow systems as well as the implementation of more advanced optimization methods.

Este trabalho tem como propósito investigar como a variação geométrica de determinados parâmetros envolvidos na construção de uma geometria bifurcada de seção circular, em forma de Y, afeta a resistência ao escoamento, tanto de fluidos newtonianos como não newtonianos. As geometrias estudadas foram construídas utilizando-se o princípio do Design Construtal. Os parâmetros variados foram a relação entre os comprimentos dos dutos pais e filhos, a relação entre os diâmetros dos mesmos dutos, e o ângulo central da estrutura em forma de Y. Para as relações geométricas lineares foram utilizados os valores de 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9 e 1, enquanto para os ângulos, foram utilizados os valores de 155°, 135°, 115°, 95°, 75°, 45°, 25° e 10°. Os fluidos utilizados foram do tipo newtoniano e não newtoniano, dentre estes últimos, foram estudados fluidos pseudoplásticos e dilatantes. O trabalho foi realizado através de simulações numéricas, implementadas com a utilização do software comercial Ansys Fluent, o qual resolve as equações governantes através do método dos volumes finitos. As malhas utilizadas foram do tipo poliédrica. Os resultados indicam que há uma diferença em relação ao que se espera da literatura para as relações entre os diâmetros e os comprimentos. A Lei Hess-Murray indica que estas relações ótimas seriam de 2-1/3 para as relações entre os diâmetros e comprimentos. No presente trabalho, foram determinadas relações entre os diâmetros próximas de 0,6, e entre os comprimentos, iguais a 1. Os ângulos ótimos ficaram localizados no intervalo entre 100° e 135°. / This work aims to investigate how the geometric variation of certain parameters involved in the construction of a bifurcated Y-shaped circular cross-section geometry affects the flow resistance of both Newtonian and non-Newtonian fluids. The geometries studied were constructed using the Constructal Design principle. The parameters were the relationship between the lengths of the daughter and parent ducts, the relationship between the diameters of the same ducts, and the central angle of the Y-shaped structure. For the linear geometric relations, values of 0.5; 0.6; 0.7; 0.8; 0.9 and 1 where used, for the angles, the values of 155 °, 135 °, 115 °, 95°, 75 °, 45 °, 25 ° and 10 ° were used. The fluids used were of the Newtonian and non-Newtonian type, among the latter, pseudo plastic and dilatant fluids were studied. The work was carried out through numerical simulations, implemented with the commercial software Ansys Fluent, which solves the governing equations through the finite volume method. The meshes used were of the polyhedral type. The results indicate that there is a difference in relation to what is expected from the literature for the relationships between diameters and lengths. The Hess-Murray Law indicates that these optimal relations would be 2-1/3 for the relationships between diameters and lengths. In the present work, relationships between the diameters close to 0,6 were found and s equal to 1 between the lengths. The optimum angles were located in the range between 100 ° and 135 °.

Submitted by Lucienne Costa (lucienneferreira@ufcg.edu.br) on 2018-08-13T20:28:06Z No. of bitstreams: 1 MILENA PEREIRA DANTAS – DISSERTAÇÃO (PPGMET) 2017.pdf: 2671336 bytes, checksum: 9905ca7f274eefdb2f18c8ba0f5c8796 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-13T20:28:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MILENA PEREIRA DANTAS – DISSERTAÇÃO (PPGMET) 2017.pdf: 2671336 bytes, checksum: 9905ca7f274eefdb2f18c8ba0f5c8796 (MD5) Previous issue date: 2017-02-16 / Capes / Este estudo teve como objetivo fazer uma análise comparativa dos fluxos de superfície, obtidas por simulações numéricas do modelo BRAMS 5.1, antes e depois, da incorporação dos dados de IVDN estimados pelo satélite do MODIS/Terra. Foram feitas duas simulações, no período mais seco, para áreas homogêneas selecionadas na região do cerrado do Amapá. O intuito foi avaliar o comportamento dos fluxos de superfície. Estimaram-se o Índice de vegetação por diferença normalizada (IVDN), o Saldo de Radiação (Rn) e o fluxo de calor no solo (G0). Os fluxos de calor sensível (H) e latente (LE) foram obtidos pelo o algoritmo S-SEBI, a partir de imagens de satélite MODIS/Terra no período de 13-20/08/2002, 29-05/09/2006, 21-28/08/2015. Na primeira simulação, utilizaram-se os dados de controle de vegetação da simulação e na segunda procedeu-se a incorporação dos dados de IVDN do MODIS/Terra (período 29-05/09/2006) ao modelo numérico. Os resultados do IVDN obtidos pelo satélite mostraram que as variabilidades ocorrem conforme o tipo de vegetação e cobertura do solo. A substituição do cerrado sensu stricto pela floresta de eucalipto ocasionou um aumento do Rn e LE, e uma redução do G0 e H. Ao se comparar os dados medidos de Rn pela torre com os dados obtidos pelo MODIS /Terra, o erro percentual foi da ordem de 4,46% e estão de acordo com outros trabalhos encontrados na literatura. Já os erros observados na validação das simulações do BRAMS para algumas variáveis do balanço de energia, em algumas áreas, foram elevados. Salienta-se que este estudo pode ser melhorado com o aperfeiçoamento de outras condições iniciais e configuração das simulações realizadas. / This study aims to make a comparative analyses of the surface flow, obtained by numeric simulations of BRAMS 5.1 model, before and after of the NVDI data incorporation, Estimated by Terra/MODIS / satellite. We performed two simulations, in the driest period, for homogeneous areas selected in the cerrado (Savana) region of Amapá. The aim was to evaluate the behavior of surface flows. We estimate the normalized difference vegetation index (NVDI), the Radiation Balance (Rn) and the heat flux in the soil (G0). The latent (H) and latent (LE) heat fluxes were obtained by the S-SEBI algorithm, from Terra/MODIS satellite images in the period of 13-20/ 08/2002, 29-05/09/2006, 21-28/ 08/2015. The results of the IVDN obtained by the satellite showed that they present variabilities according to vegetation type and soil cover. The substitution of cerrado sensu stricto for eucalyptus forest caused an increase of Rn and LE, and a reduction of G0 and H. When we comparing the Rn measured data obtained by the tower with the data obtained by Terra/MODIS, the percentage error was of the order of 4.4% and are in agreement with other works found in the literature. However, the errors observed in the validation of the BRAMS simulations for some energy balance variables in some areas were high. We emphasized that this study can be improved with the improvement of other initial conditions and configuration of the simulations.

Esta tese propõe um modelo para descrever o campo de velocidade do vento originado numa tormenta elétrica. O escoamento descendente que ocorre durante uma tormenta elétrica madura é modelado como um campo de fluxo axial simétrico. A evolução da velocidade do vento com o tempo é considerada por meio de uma função de modulação empírica. As flutuações da velocidade ao redor da velocidade média em evolução são representadas por um processo aleatório do tipo ruído branco em faixa. Todos os parâmetros utilizados no modelo estão relacionados a variáveis meteorológicas, tais como a altura e diâmetro da nuvem cumulonimbus causadora do evento, a diferença de pressão e a distância entre o solo e a base da nuvem. Adicionalmente considera-se que a nuvem é transportada numa direção pré escolhida pelo vento de fundo, que pode ser devido à circulação geral na região ou a um ciclone extra-tropical. O campo de velocidades do vento resulta da superposição de ambos campos. O modelo é validado comparando as velocidades do vento determinadas em eventos simulados, com registros de estações meteorológicas. Adicionalmente, perfis verticais previstos pelo modelo são comparados com vários perfis para tormentas elétricas propostos na literatura. Finalmente, séries de velocidade máximas anuais a altura padrão de 10m foram simuladas para três estações meteorológicas no sul do Brasil, para as quais dados experimentais são conhecidos, em termos do número médio de tormentas elétricas por ano e das funções distribuição de probabilidade que caracterizam o vento de fundo. A comparação com séries de registros máximos existentes é satisfatória, dando credibilidade adicional ao modelo proposto.

A análise do comportamento estrutural sob incêndio constitui uma parte importante da engenharia de proteção contra incêndio, especialmente no caso de estruturas de aço, por sua alta condutividade térmica e relativa esbeltez das seções. As dificuldades econômicas e práticas, associadas à avaliação do comportamento estrutural, por meio de ensaios em escala real, têm estimulado o desenvolvimento e uso de métodos de simulação numérica. Esta tese trata da simulação numérica do comportamento de estruturas de aço sob condições de incêndio e se divide em três partes. As duas primeiras partes foram desenvolvidas na Universidade de Liége, na Bélgica, usando-se o programa SAFIR como ferramenta numérica. A terceira parte foi desenvolvida de forma independente, na Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Na primeira parte, é feito um estudo comparativo entre o uso de elementos finitos de viga e de casca, na modelagem de vigas simplesmente apoiadas, sujeitas a flambagem lateral por torção. Os esforços de torção, presentes no caso de flambagem lateral, podem levar a uma plastificação da seção transversal e à conseqüente redução da rigidez à torção da seção. Da mesma forma, a degradação das propriedades do material, com o aumento da temperatura, leva à redução da rigidez à torção Havia dúvidas se o modelo com elementos de viga, com uma rigidez à torção constante, poderia fornecer uma resposta aceitável. O estudo mostrou que uma resposta com boa precisão pode ser conseguida, usando-se elementos de viga, desde que o módulo de elasticidade transversal seja ajustado para refletir seu valor correspondente à temperatura de falha. Isso implica um processo iterativo, uma vez que a temperatura de falha não é previamente conhecida. Por outro lado, a degradação da rigidez à torção, por efeitos de plastificação, pode ser ignorada. Na segunda parte, é feita a comparação entre as modelagens bidimensional e tridimensional, de galpões industriais de um andar, sob incêndio. Comumente, a estrutura de galpões industriais é composta por pórticos-tipo, dispostos em paralelo. A análise desses galpões é comumente feita pela simulação no plano do pórtico de aço ou, simplesmente, da treliça da cobertura Na análise bidimensional, importantes efeitos fora do plano são ignorados, como a redistribuição de esforços devido à degradação do material ou à expansão térmica, ou instabilidade lateral dos elementos. A importância desses efeitos e a adequabilidade do modelo 2D para representar o comportamento real são discutidas. Na terceira parte, um modelo numérico para a simulação tridimensional do comportamento de estruturas de aço sob incêndio é apresentado. O modelo é baseado no conceito de rótulas plásticas generalizadas, com modificações para melhor representar a formação e expansão da plastificação no elemento. A descrição cinemática adotada permite obter bons resultados, mesmo com o uso de poucos elementos. A determinação do vetor de esforços internos no elemento, incluindo os efeitos da temperatura, é detalhada. O procedimento foi validado por comparação com ensaios e com modelos numéricos mais sofisticados, como o programa SAFIR. Os resultados demonstram que o procedimento proposto pode ser usado como uma forma alternativa de análise 3D de estruturas sob incêndio, com precisão razoável e baixo esforço computacional.

No presente estudo, são apresentadas soluções numéricas de problemas de Engenharia, na área de Dinâmica dos Fluidos Computacional, envolvendo fluidos viscosos, em escoamentos incompressíveis, isotérmicos e não isotérmicos, em regime laminar e turbulento, podendo envolver transporte de massa. Os principais objetivos deste trabalho são a formulação e a aplicação de uma estratégia de adaptação automática de malhas e a inclusão de modelos de viscosidade turbulenta, integrados com um algoritmo utilizado para simular escoamentos de fluidos viscosos bi e tridimensionais, no contexto de malhas não estruturadas. O estudo é dirigido no sentido de aumentar o conhecimento a respeito das estruturas de escoamentos turbulentos e de estudar os efeitos físicos no transporte de quantidades escalares propiciando, através de técnicas de adaptação automática de malhas, a obtenção de soluções numéricas precisas a um custo computacional otimizado. As equações de conservação de massa, de balanço de quantidade de movimento e de quantidade escalar filtradas são utilizadas para simular as grandes escalas de escoamentos turbulentos e, para representar as escalas submalha, são utilizados dois modelos de viscosidade turbulenta: o modelo de Smagorinsky clássico e o modelo dinâmico. Para obter soluções numéricas com precisão, é desenvolvida e implementada uma estratégia de adaptação automática de malhas, a qual é realizada simultaneamente e interativamente com a obtenção da solução. O estudo do comportamento da solução numérica é fundamentado em indicadores de erro, com o propósito de mapear as regiões onde certos fenômenos físicos do escoamento ocorrem com maior intensidade e de aplicar nestas regiões um esquema de adaptação de malhas. A adaptação é constituída por processos de refinamento/desrefinamento e por um processo de suavização laplaciana. Os procedimentos para a implementação dos modelos de viscosidade turbulenta e a estratégia de adaptação automática de malhas são incorporados ao código computacional de elementos finitos tridimensionais, o qual utiliza elementos tetraédricos lineares. Aplicações de escoamentos de fluidos viscosos, incompressíveis, isotérmicos e não isotérmicos em regime laminar e turbulento são simuladas e os resultados são apresentados e comparados com os obtidos numérica ou experimentalmente por outros autores.

No ambiente universitário, um grande esforço é feito para disponibilizar ferramentas que facilitem aos graduandos, desde o início do curso, a fazer uma correlação entre conteúdos matemáticos abstratos e sua aplicação em uma realidade física, objetivando não apenas a melhor compreensão e fixação de conceitos físicos e matemáticos, mas estimulando o interesse do aluno a estes conceitos. Este trabalho propõe uma ferramenta de simulação de topologias variáveis, que possibilita uma realimentação visual de um sistema descrito através dos dispositivos físicos que o constituem, permitindo ao aluno a interatividade com processo simulado, e uma mais fácil associação com a dinâmica do sistema estudado, pontos-chave na utilização de experimentos para fixação e compreensão de conceitos de controle. Esta ferramenta implementará um algoritmo de simulação em blocos, onde cada bloco é processado individualmente em termos de suas entradas e saídas, proporcionando uma relação direta entre cada aspecto do experimento físico e cada bloco funcional utilizado na simulação. Como os blocos são simulados separadamente, existe também uma relação direta entre as grandezas mensuráveis no experimento físico e as grandezas utilizadas na interligação entre os blocos na simulação. / In the university environment, a great effort is done to make available tools that allow undergraduate students, from the beginning of the course, to correlate abstract mathematical concepts and their application in a physical reality, aiming not only at a better comprehension and fixation of physical and mathematical concepts, but also stimulating the student interest in this concepts. This work proposes a variable topology simulation tool, which allows a visual feedback of a system described using physical devices, enabling the student to interact with the simulated system, key points in the utilization of experiments for the comprehension and fixation of control concepts. This tool will implement an block simulation algorithm , where each block is processed individually, in terms of its inputs and outputs, providing a direct relantionship between between each aspets of the physical experiment and each functional block used in the simulation. Since the blocks are simulated separately, there is also a direct relantionship between the measurable values on the physical experiment and the values used on the interconnection between blocks on the simulation.

O avanço no estudo da simulação numérica somado ao crescimento da capacidade computacional tem possibilitado a solução numérica de problemas de engenharia cada vez mais complexos. Modelos numéricos mais acurados e robustos têm sido desenvolvidos, aproximando os resultados numéricos dos experimentais. Neste caminho, o presente trabalho tem como objetivo a análise numérica comparada a dados experimentais de ondas de pressão na admissão de ar de um motor de combustão interna, se utilizando do método dos volumes finitos. Para isso, utilizou-se a pressão colhida experimentalmente na porta da válvula como condição de contorno e obteve-se a pressão nos pontos de monitoramento ao longo do domínio. Esta situação física trouxe diversos problemas a serem solucionados ao longo da história, sendo então resolvido no presente trabalho se utilizando do esquema de Runge-Kutta para integração explícita no tempo fictício e do esquema Three-Point Backward Difference (BDF2) para integração implícita no tempo físico. Isto é, se utiliza do Dual Time-Stepping (DTS) na integração temporal, pois usa a matriz de pré-condicionamento para condicionar a solução do problema para escoamentos compressíveis e incompressíveis em todas as velocidades, e esta matriz deteriora a acuracidade temporal que é devolvida pelo DTS. O tratamento dos fluxos invíscidos foi baseado no método da separação dos fluxos de Roe, através do pacote computacional Star CCM+. Percebeu-se que o método se encaixa muito bem na situação estudada, modelando o comportamento físico realisticamente. A velocidade de propagação das ondas de pressão e suas amplitudes são muito próximas dos valores experimentais, tendo os gráficos de seu comportamento em todos os pontos de monitoramento, boa concordância com os gráficos gerados experimentalmente. / The advance in the field of numerical simulation added to the growth of computational capability has enabled the numerical solution of engineering problems become more and more complex. More accurate and robust numerical models have been developed, approximating the numerical and experimental results. In this way, this work aims at the numerical analysis compared to experimental data of pressure waves in the air intake of an internal combustion engine, using the Finite Volumes Method. The pressure is experimentally measured in the valve port and inserted as a boundary condition to obtain the pressure in the monitoring points along the domain. This physical situation has brought many problems to be solved throughout history. The present work applied the Runge-Kutta explicit integration in pseudo-time and Three-Point Backward Difference (BDF2) for implicit integration in physical-time. It is used the Dual-Time Stepping (DTS) for temporal integration, and the preconditioning for incompressible and compressible flows at all speeds deteriorates the temporal accuracy which is returned by DTS. The treatment of inviscid flows was based on the Flux Difference Splitting scheme of Roe, through the computational package Star CCM+. The method fits very well the situation under study, modeling the physical behavior realistically. The speed of propagation of pressure waves and their amplitudes are very close to the experimental values, and the graphs of their behavior present at all monitoring points, good agreement with the experimentally generated graphics.