Este trabalho apresenta os resultados obtidos no processo de otimização realizado nas câmeras astronômicas do instrumento BTFI (Brazilan Tunable Filter Imager) instalado no telescópio SOAR, no Chile, para reduzir o ruído nos sinais. O instrumento BTFI opera com duas câmeras astronômicas de alto desempenho que utilizam detectores de imagens denominados EMCCDs. Esses detectores são sensores de imagem baseados em dispositivos de carga acoplada (CCDs) otimizados por um estágio integrado de multiplicação de elétrons por avalanche. Essa característica permite atingir ao mesmo tempo altas taxas de leitura (10 MHz) e níveis de ruído muito baixos (<1 elétron/pixel). Detectores CCD exigem temperaturas de operação da ordem de -100oC para operar com baixo ruído, o que demanda uma série de especificações técnicas quanto ao projeto da câmera. O trabalho aqui exposto fundamentou-se na otimização de aspectos mecânicos e eletrônicos de câmeras astronômicas com o intuito de se obter a melhor relação sinal-ruído, mostrando a importância do correto desenho mecânico (do ponto de vista térmico) e sua influência no comportamento eletrônico da câmera. São expostos os resultados obtidos com as duas câmeras em laboratório, os métodos e processos de caracterização utilizados, bem como as simulações térmicas e experimentos realizados em laboratório. Com as técnicas empregadas alcançou-se níveis de ruído total menores que 0,18 elétrons/pixel/segundo para exposições de 10 segundos. Os resultados atingidos foram observados nas duas câmeras do instrumento BTFI e foram validados em laboratório, onde demonstraram estabilidade durante 71 dias consecutivos. Por fim, é mostrada uma caracterização comparativa entre as duas câmeras quanto aos níveis de ruídos, ganho, estabilidade, eficiência quântica, linearidade e relação sinal-ruído. / This work presents results of the optimization performed in the astronomical cameras from the Brazilian Tunable Filter Imager (BTFI), instrument for the SOAR Telescope in Chile, in order to reduce the signals noise. The BTFI instrument has two highperformance cameras equipped with detectors named EMCCDs, which are image sensors based on charge-coupled devices (CCDs) optimized by an electron multiplication integrated stage. This feature enables to achieve high readout rates (10 MHz) and very low noise levels (<1 electron/pixel) at the same time. CCD detectors demand running temperatures of about -100,sup>oC for very low noise operation, which requires a series of technical specifications for the camera design. The work shown here is based in the optimization of the mechanical and electronic aspects for the astronomical cameras, in order to obtain the best signal to noise ratio, showing the importance of the correct mechanical design (from the thermal point of view) and its influence on the camera electronic behavior. The laboratory results obtained with the two cameras, the characterization procedures, as well as the thermal simulations and laboratory ratification experiments that allowed achieve the results presented are exposed. Using such techniques it was possible to achieve total noise levels lower than 0.18 electron/pixel/second for 10 seconds of exposure time. The results achieved were observed in both BTFI cameras and were validated in laboratory showing 71 consecutive days of stability. Finally it is shown a comparative characterization between both cameras in: noise and gain levels, stability, quantum efficiency, linearity and signal to noise ratio.

Este trabalho apresenta os resultados obtidos no processo de otimização realizado nas câmeras astronômicas do instrumento BTFI (Brazilan Tunable Filter Imager) instalado no telescópio SOAR, no Chile, para reduzir o ruído nos sinais. O instrumento BTFI opera com duas câmeras astronômicas de alto desempenho que utilizam detectores de imagens denominados EMCCDs. Esses detectores são sensores de imagem baseados em dispositivos de carga acoplada (CCDs) otimizados por um estágio integrado de multiplicação de elétrons por avalanche. Essa característica permite atingir ao mesmo tempo altas taxas de leitura (10 MHz) e níveis de ruído muito baixos (<1 elétron/pixel). Detectores CCD exigem temperaturas de operação da ordem de -100oC para operar com baixo ruído, o que demanda uma série de especificações técnicas quanto ao projeto da câmera. O trabalho aqui exposto fundamentou-se na otimização de aspectos mecânicos e eletrônicos de câmeras astronômicas com o intuito de se obter a melhor relação sinal-ruído, mostrando a importância do correto desenho mecânico (do ponto de vista térmico) e sua influência no comportamento eletrônico da câmera. São expostos os resultados obtidos com as duas câmeras em laboratório, os métodos e processos de caracterização utilizados, bem como as simulações térmicas e experimentos realizados em laboratório. Com as técnicas empregadas alcançou-se níveis de ruído total menores que 0,18 elétrons/pixel/segundo para exposições de 10 segundos. Os resultados atingidos foram observados nas duas câmeras do instrumento BTFI e foram validados em laboratório, onde demonstraram estabilidade durante 71 dias consecutivos. Por fim, é mostrada uma caracterização comparativa entre as duas câmeras quanto aos níveis de ruídos, ganho, estabilidade, eficiência quântica, linearidade e relação sinal-ruído. / This work presents results of the optimization performed in the astronomical cameras from the Brazilian Tunable Filter Imager (BTFI), instrument for the SOAR Telescope in Chile, in order to reduce the signals noise. The BTFI instrument has two highperformance cameras equipped with detectors named EMCCDs, which are image sensors based on charge-coupled devices (CCDs) optimized by an electron multiplication integrated stage. This feature enables to achieve high readout rates (10 MHz) and very low noise levels (<1 electron/pixel) at the same time. CCD detectors demand running temperatures of about -100,sup>oC for very low noise operation, which requires a series of technical specifications for the camera design. The work shown here is based in the optimization of the mechanical and electronic aspects for the astronomical cameras, in order to obtain the best signal to noise ratio, showing the importance of the correct mechanical design (from the thermal point of view) and its influence on the camera electronic behavior. The laboratory results obtained with the two cameras, the characterization procedures, as well as the thermal simulations and laboratory ratification experiments that allowed achieve the results presented are exposed. Using such techniques it was possible to achieve total noise levels lower than 0.18 electron/pixel/second for 10 seconds of exposure time. The results achieved were observed in both BTFI cameras and were validated in laboratory showing 71 consecutive days of stability. Finally it is shown a comparative characterization between both cameras in: noise and gain levels, stability, quantum efficiency, linearity and signal to noise ratio.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de um programa computacional que simula o desempenho térmico de um sistema de aquecimento solar de água com circulação forçada, adequado para uso em edificações. O programa trabalha realizando o balanço de massa e de energia no reservatório térmico a cada hora, tendo como valores de entrada dados do ano meteorológico típico da localidade selecionada e a vazão de água quente de consumo. Os componentes do sistema são o reservatório térmico de água quente com aquecedor auxiliar interno, o coletor solar e a bomba de circulação. A base de dados meteorológicos escolhida foi a do projeto SWERA, que contém arquivos no formato padrão TMY disponíveis na internet para um número considerável de cidades, incluindo diversas localidades brasileiras. Foi proposto um modelo de temperatura de água da rede de abastecimento relacionado com a temperatura do solo, dado disponível nos arquivos de entrada utilizados. O programa utilizou como referência para a validação dos modelos de cálculo resultados obtidos pelo programa comercial de simulação TRNSYS. Foram comparados resultados para os modelos de irradiação incidente em superfície inclinada, do coletor solar e do sistema completo. Para isto foram simulados sistemas localizados em quatro cidades distintas com climas diferentes. O tempo total usado nas simulações foi de um ano e os resultados das comparações dos valores resultantes foram considerados satisfatórios. / This paper presents the development of a software that simulates the thermal performance of a solar water heating system with forced circulation, suitable for buildings. The implemented model computes the mass and energy balance in the thermal tank every hour. Its input data are values from a typical meteorological year of a chosen location and the hot water load. The system components are the thermal tank, the solar collector and the circulation pump. The Swera project was used as the meteorological database, which contains files in the standard TMY format. Those are available on the internet for a number of cities, including several Brazilian locations. A model for the network water supply temperature was proposed. It is related with the ground temperature, available in the data input files. The validation of the models used results obtained by the commercial simulation software TRNSYS. Results for the incident radiation on tilted surface, the solar collector and the complete system models were compared. For that, systems were simulated in four cities with different climates. The total time used in the simulations was one year and the results obtained from this comparison were satisfactory.

Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de um programa computacional que simula o desempenho térmico de um sistema de aquecimento solar de água com circulação forçada, adequado para uso em edificações. O programa trabalha realizando o balanço de massa e de energia no reservatório térmico a cada hora, tendo como valores de entrada dados do ano meteorológico típico da localidade selecionada e a vazão de água quente de consumo. Os componentes do sistema são o reservatório térmico de água quente com aquecedor auxiliar interno, o coletor solar e a bomba de circulação. A base de dados meteorológicos escolhida foi a do projeto SWERA, que contém arquivos no formato padrão TMY disponíveis na internet para um número considerável de cidades, incluindo diversas localidades brasileiras. Foi proposto um modelo de temperatura de água da rede de abastecimento relacionado com a temperatura do solo, dado disponível nos arquivos de entrada utilizados. O programa utilizou como referência para a validação dos modelos de cálculo resultados obtidos pelo programa comercial de simulação TRNSYS. Foram comparados resultados para os modelos de irradiação incidente em superfície inclinada, do coletor solar e do sistema completo. Para isto foram simulados sistemas localizados em quatro cidades distintas com climas diferentes. O tempo total usado nas simulações foi de um ano e os resultados das comparações dos valores resultantes foram considerados satisfatórios. / This paper presents the development of a software that simulates the thermal performance of a solar water heating system with forced circulation, suitable for buildings. The implemented model computes the mass and energy balance in the thermal tank every hour. Its input data are values from a typical meteorological year of a chosen location and the hot water load. The system components are the thermal tank, the solar collector and the circulation pump. The Swera project was used as the meteorological database, which contains files in the standard TMY format. Those are available on the internet for a number of cities, including several Brazilian locations. A model for the network water supply temperature was proposed. It is related with the ground temperature, available in the data input files. The validation of the models used results obtained by the commercial simulation software TRNSYS. Results for the incident radiation on tilted surface, the solar collector and the complete system models were compared. For that, systems were simulated in four cities with different climates. The total time used in the simulations was one year and the results obtained from this comparison were satisfactory.

A obtenção de urânio metálico é fundamental para produção de elementos combustíveis que alimentam reatores nucleares de pesquisa e que fabricam radioisótopos e radiofármacos. No IPEN, o urânio metálico é obtido via redução magnesiotérmica do UF4. Essa reação é realizada em um cadinho fechado de grafite inserido em um reator metálico vedado e evitando contato com o meio exterior. O conjunto é aquecido gradualmente em um forno poço, até que se atinja a temperatura de ignição da reação (entre 600-650oC). A modelagem do perfil de aquecimento do sistema pode ser realizada empregando programas de simulação pelo Método dos Elementos Finitos. Através dos perfis térmicos no corpo da carga, têm-se uma noção do período de aquecimento necessário para que a reação ocorra, possibilitando a identificação da mesma em um agrupamento de maior ou menor rendimento em urânio metálico. Estima-se as propriedades térmicas do UF4, determinando sua condutividade térmica e capacidade térmica empregando o Método Flash Laser, bem como as propriedades térmicas da carga UF4 + Mg. Os resultados obtidos são comparados a testes laboratoriais realizados para a simulação preliminar do processo de produção. / The production of metallic uranium is essential for production of fuel elements for using in nuclear reactors manufacturing of radioisotopes and radiopharmaceuticals. In IPEN, metallic uranium is produced by magnesiothermical reduction of UF4. This reaction is performed in a closed graphite crucible inserted in a sealed metal reactor and no contact with the outside environment. The set is gradually heated in an oven pit, until it reaches the ignition temperature of the reaction (between 600-650°C). The modeling of the heating profile of the system can be made using simulation programs by finite element method. Through the thermal profiles in the load, we can have a notion of heating period required for the reaction to occur, allowing the identification of the same group in a greater or smaller yield in metallic uranium production. Thermal properties of UF4 are estimated, obtaining thermal condutivity and heat capacity using the Flash Laser Method, and for the load UF4 + Mg, either. The results are compared to laboratory tests to simulate the primary production process.

A obtenção de urânio metálico é fundamental para produção de elementos combustíveis que alimentam reatores nucleares de pesquisa e que fabricam radioisótopos e radiofármacos. No IPEN, o urânio metálico é obtido via redução magnesiotérmica do UF4. Essa reação é realizada em um cadinho fechado de grafite inserido em um reator metálico vedado e evitando contato com o meio exterior. O conjunto é aquecido gradualmente em um forno poço, até que se atinja a temperatura de ignição da reação (entre 600-650oC). A modelagem do perfil de aquecimento do sistema pode ser realizada empregando programas de simulação pelo Método dos Elementos Finitos. Através dos perfis térmicos no corpo da carga, têm-se uma noção do período de aquecimento necessário para que a reação ocorra, possibilitando a identificação da mesma em um agrupamento de maior ou menor rendimento em urânio metálico. Estima-se as propriedades térmicas do UF4, determinando sua condutividade térmica e capacidade térmica empregando o Método Flash Laser, bem como as propriedades térmicas da carga UF4 + Mg. Os resultados obtidos são comparados a testes laboratoriais realizados para a simulação preliminar do processo de produção. / The production of metallic uranium is essential for production of fuel elements for using in nuclear reactors manufacturing of radioisotopes and radiopharmaceuticals. In IPEN, metallic uranium is produced by magnesiothermical reduction of UF4. This reaction is performed in a closed graphite crucible inserted in a sealed metal reactor and no contact with the outside environment. The set is gradually heated in an oven pit, until it reaches the ignition temperature of the reaction (between 600-650°C). The modeling of the heating profile of the system can be made using simulation programs by finite element method. Through the thermal profiles in the load, we can have a notion of heating period required for the reaction to occur, allowing the identification of the same group in a greater or smaller yield in metallic uranium production. Thermal properties of UF4 are estimated, obtaining thermal condutivity and heat capacity using the Flash Laser Method, and for the load UF4 + Mg, either. The results are compared to laboratory tests to simulate the primary production process.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Esta dissertação apresenta a avaliação térmica, econômica e ambiental de um sistema de aquecimento solar (SHS) que é usado em uma usina de asfalto, através de simulação computacional com TRNSYS. O processo escolhido é o aquecimento do betume a partir da temperatura de armazenamento até a temperatura de mistura, usando óleo mineral como fluido de transferência de calor (HTF). Os componentes do sistema são o trocador de calor HTF-betume, o coletor concentrador solar parabólico composto (CPC), o aquecedor auxiliar e a bomba de circulação. A simulação no TRNSYS calcula os balanços de massa e energia no circuito fechado do HTF a cada hora. Dados horários do Ano Meteorológico Típico (TMY) do Rio de Janeiro foram utilizados para executar este trabalho. Em muitos casos, a temperatura do HTF ultrapassou 238C, mostrando que o CPC é apropriado para esta aplicação. Economia de combustível e emissões evitadas foram consideradas para as análises economica e ambiental. Este trabalho descreve as fontes renováveis de energia, os tipos de usinas de asfalto e de aquecedores de betume. Ele também mostra a fração brasileira de algumas destas fontes. Os resultados, portanto, mostram ser possível encorajar políticas públicas ambientalmente corretas para incentivar o uso de energia solar na indústria de asfalto. Além disso, este trabalho pode ajudar na redução da elevada emissão dos gases de efeito estufa a partir da utilização dos combustíveis fósseis nesta indústria. / This dissertation presents thermal, economic and environmental evaluation of a solar heating system (SHS) which is used in an asphalt plant from computational simulation with TRNSYS. The process chosen is the bitumen heating from the storage up to the mixing temperature, using mineral oil as heat transfer fluid (HTF). The system components are the HTF-bitumen heat exchanger, the compound parabolic concentration solar collector (CPC), the auxiliary heater and the circulation pump. The TRNSYS simulation computes the mass and energy balances in the HTF closed loop every hour. Rio de Janeiro typical meteorological year (TMY) hourly weather data was used in order to perform this paper. In many instances, HTF temperature has reached a temperature that more than 238C, showing that the CPC is suitable for this application. Fuel savings and avoided emissions were taken into account for economic and environmental analysis. In this work describes the renewable energy sources, the asphalt plant and bitumen heater types. It also shows the Brazilian portion of the some of these sources. The results, though, made it possible to address environmentally sound public policies to encourage solar energy use in the Asphalt Industry. Moreover, it will help in reducing the high emission of the green house gases from the use of the fossil fuels in this industry.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Esta dissertação apresenta a avaliação térmica, econômica e ambiental de um sistema de aquecimento solar (SHS) que é usado em uma usina de asfalto, através de simulação computacional com TRNSYS. O processo escolhido é o aquecimento do betume a partir da temperatura de armazenamento até a temperatura de mistura, usando óleo mineral como fluido de transferência de calor (HTF). Os componentes do sistema são o trocador de calor HTF-betume, o coletor concentrador solar parabólico composto (CPC), o aquecedor auxiliar e a bomba de circulação. A simulação no TRNSYS calcula os balanços de massa e energia no circuito fechado do HTF a cada hora. Dados horários do Ano Meteorológico Típico (TMY) do Rio de Janeiro foram utilizados para executar este trabalho. Em muitos casos, a temperatura do HTF ultrapassou 238C, mostrando que o CPC é apropriado para esta aplicação. Economia de combustível e emissões evitadas foram consideradas para as análises economica e ambiental. Este trabalho descreve as fontes renováveis de energia, os tipos de usinas de asfalto e de aquecedores de betume. Ele também mostra a fração brasileira de algumas destas fontes. Os resultados, portanto, mostram ser possível encorajar políticas públicas ambientalmente corretas para incentivar o uso de energia solar na indústria de asfalto. Além disso, este trabalho pode ajudar na redução da elevada emissão dos gases de efeito estufa a partir da utilização dos combustíveis fósseis nesta indústria. / This dissertation presents thermal, economic and environmental evaluation of a solar heating system (SHS) which is used in an asphalt plant from computational simulation with TRNSYS. The process chosen is the bitumen heating from the storage up to the mixing temperature, using mineral oil as heat transfer fluid (HTF). The system components are the HTF-bitumen heat exchanger, the compound parabolic concentration solar collector (CPC), the auxiliary heater and the circulation pump. The TRNSYS simulation computes the mass and energy balances in the HTF closed loop every hour. Rio de Janeiro typical meteorological year (TMY) hourly weather data was used in order to perform this paper. In many instances, HTF temperature has reached a temperature that more than 238C, showing that the CPC is suitable for this application. Fuel savings and avoided emissions were taken into account for economic and environmental analysis. In this work describes the renewable energy sources, the asphalt plant and bitumen heater types. It also shows the Brazilian portion of the some of these sources. The results, though, made it possible to address environmentally sound public policies to encourage solar energy use in the Asphalt Industry. Moreover, it will help in reducing the high emission of the green house gases from the use of the fossil fuels in this industry.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The Autodesk Revit software has been increasingly used in architecture due to the advantages brought about by the incorporation of BIM technology, which combines all the information representing a real building into a single virtual model. However, its capabilities have not yet been fully explored, such as in building simulations, for which Revit lacks detailed thermal analytical features. Thus, this study aims to examine the reliability of the interoperability between Autodesk Revit 2016 and EnergyPlus 8.4.0 by using Revit models for thermal simulations in EnergyPlus, one of the most commonly used tools for this purpose. The methodology consists of case studies targeting building models based on Case 600, from ASHRAE Standard 140, and Casa Eficiente Project, located in the city of Florianópolis, Brazil. The digital models of both buildings were produced in Revit with different modelling processes (conceptual mass or building elements with rooms or spaces) and software settings. All of these BIM models were exported in IFC, gbXML and IDF file formats and later converted through the use of additional tools in order to be opened in EnergyPlus. Such files were compared with the reference model of each building produced directly in EnergyPlus, using SketchUp containing the plug-in Legacy OpenStudio, in order to check for any distortions occurring in the process of data transfer when performing model exports and conversions. This comparison was based on parameters defined for geometry, simulation settings (materials thermal properties, building use and occupation etc.) and simulation results containing outputs of monthly internal temperatures for the thermal zones of each model. The results showed variations and similarities among the different types of modelling, export processes, and file formats used, revealing that distortions in data transfer become larger the more complex the building model is. This study points out conceptual mass models from gbXML files regardless of the export mode out of Revit as a viable alternative to be used in conjunction with EnergyPlus, as they preserve the geometrical accuracy of the building, even as some Revit default settings may be transferred over, thus failing to reflect some of the aspects of the real built environment. However, it was found that Revit models in general are not recommended for these types of exports due to the resulting rework needed for correcting files. It was concluded that the interoperability between Autodesk Revit and EnergyPlus is not perfect, as their combined use allows for data transfers that make possible the thermal simulation of buildings, however, in this exchange there are distortions in the exported geometries and lack of the necessary data for correct simulation in all exported models. / O programa computacional Autodesk Revit tem seu uso crescente na prática de projetos de arquitetura devido às vantagens pela incorporação da tecnologia BIM, a qual reúne todas as informações que representam uma edificação real em um único modelo virtual. Contudo suas capacidades ainda não são totalmente exploradas, inclusive no âmbito de simulação computacional de edificações no qual o programa carece de ferramentas para análises térmicas detalhadas do ambiente construído. Portanto, este estudo objetivou analisar o grau de confiabilidade da interoperabilidade entre os programas Autodesk Revit 2016 e EnergyPlus 8.4.0, para verificar o uso de modelos digitais de edificações criados no Revit em simulações térmicas realizadas na ferramenta EnergyPlus, uma das mais difundidas para este fim. A metodologia consistiu em estudos de caso com modelos de edificações baseados no Case 600, da norma ASHRAE Standard 140, e no Projeto Casa Eficiente, localizado em Florianópolis. Os modelos digitais de ambas as edificações foram produzidos no Revit com diferentes processos de modelagem (massas conceituais ou elementos de construção com ambientes ou espaços inseridos) e configurações do programa. Todos estes modelos BIM foram exportados nos formatos de arquivo IFC, gbXML e IDF e posteriormente convertidos para a extensão suportada pelo EnergyPlus, com o auxílio de ferramentas adicionais, para serem abertos no programa. Tais arquivos foram comparados com o modelo de referência de cada edificação produzido diretamente no EnergyPlus, por meio do programa SketchUp com o plug-in Legacy OpenStudio, para verificar as distorções na transferência das informações quando foi realizada a exportação e conversão dos modelos. Esta comparação foi feita com base em parâmetros definidos para as geometrias, configurações de simulação (propriedades térmicas dos materiais, padrões de uso e ocupação, entre outros) e resultados das simulações com valores de saída para as temperaturas internas mensais das zonas térmicas de cada modelo. Os resultados demonstraram variações e similaridades entre os tipos de modelagem, de processo de exportação e de formato de arquivo utilizado, cujas distorções na transferência dos dados são maiores quanto mais complexo for o modelo da edificação. A pesquisa apontou que os modelos de massas conceituais provenientes de arquivos gbXML, independentemente do modo de exportação a partir do Revit, configuraram-se como alternativa mais viável para utilização no EnergyPlus, por se manterem mais próximos à geometria da edificação, ainda que sejam transferidas configurações padrão do Revit que podem não retratar a realidade do ambiente construído. Porém, foi verificado que, de maneira geral, os modelos digitais do Autodesk Revit não são recomendados para esse tipo de exportação devido ao retrabalho diante da necessidade de correções nos arquivos. Concluiu-se que não é perfeita a interoperabilidade entre os programas computacionais Autodesk Revit e EnergyPlus, pois existe a possibilidade de transferência de informações para simulações térmicas de edificações, entretanto nesta troca há distorções nas geometrias e falta de dados necessários para a correta execução da simulação em todos os modelos exportados.