[pt] Estudou-se, numericamente, a utilização de nanofluidos como fluidos secundários em sistemas de refrigeração por compressão de vapor. Foi desenvolvido um modelo de simulação de um sistema água-água com compressor alternativo e condensador e evaporador de tubo duplo reto. O método de multi-zonas foi utilizado na simulação dos trocadores de calor. As zonas bifásicas, por sua vez, foram discretizadas para levar em conta a variação local do coeficiente de transferência de calor. No caso do condensador determinou-se o coeficiente de transferência de calor a partir de um mapa de escoamento bifásico. No evaporador o nanofluido escoa na seção circular (interna) enquanto que o refrigerante escoa na seção anular. Um programa baseado na plataforma EES foi desenvolvido para a solução do sistema de equações algébricas não lineares resultantes do modelo matemático. Os resultados da simulação mostram que, para a mesma capacidade frigorífica, a área de troca de calor no evaporador e a queda de pressão no lado do refrigerante diminuem quando: (i) a concentração volumétrica das nanopartículas e a temperatura do fluido-base aumentam; (ii) o diâmetro das nanopartículas diminui. Observou-se, também, que a queda de pressão do lado do nanofluido e, conseqüentemente, a potência de bombeamento, aumentam com a concentração volumétrica de nanopartículas, mas diminuem para diâmetros das nanopartículas menores e temperaturas mais elevadas do fluido-base. Os resultados para um sistema típico mostraram que o uso de nanofluidos como fluidos secundários pode levar a uma redução de até 6% na área do evaporador, quando comparado com o fluido-base convencional. / [en] The use of nanofluids as secondary coolants in vapor compression refrigeration systems was numerically studied. A simulation model for a liquid-towater heat pump, with reciprocating compressor and straight double-tube condenser and evaporator was studied. The multi-zone method was employed in the modeling of the heat exchangers. By their turn, the two-phase regions of both condenser and evaporator were discretized to take into account the local variation of the refrigerant condensing and boiling heat transfer coefficients. In the condenser two-phase region, the local heat transfer coefficient was determined as a function of the governing two-phase flow regime. The nanofluid was supposed to flow through the inner circular section of the evaporator, while the refrigerant was left to the annular passage. A computational program, based on EES (Engineering Equation Solver) package, was developed to solve the resulting non-linear system of algebraic equations. Different nanoparticles (Cu, Al2O3, CuO and TiO2) were studied for different volumetric concentrations and particle diameters. Simulation results have shown that, for a given refrigerating capacity, evaporator area and refrigerant-side pressure drop are reduced when: (i) the volumetric concentration of nanoparticles and nanofluid temperature increase; (ii) the diameter of nanoparticles decrease. Also, nanofluid-side pressure drop and, consequently, pumping power, increase with nanoparticle volumetric concentration and decrease with nanoparticle diameter and nanofluid temperature. Results from a typical case-study indicated an evaporator area reduction of up to 6%, with the use of nanofluids as secondary coolant, if compared to the conventional base-fluid (H2O).

[pt] Esta tese propõe avaliar a presença do herbicida paraquat no escoamento superficial, ocorrido na microbacia do Córrego Pito Aceso, localizada em Bom Jardim-RJ, utilizando inicialmente uma etapa de modelagem e, posteriormente, uma etapa de simulação com SIG (Sistema de Informação Geográfica). A etapa da modelagem foi desenvolvida especificamente para cinco parcelas padrão Wischmeier, considerando suas respectivas culturas, manejo, tipo de solo e os seguintes parâmetros de influência no escoamento: interceptação do pesticida pela cultura, sorção do pesticida no solo. O fator de declividade da bacia hidrográfica foi considerado apenas para a etapa de simulação com SIG. Os resultados foram representados através de índices e concentrações de paraquat presente no escoamento e, posteriormente validados, através de dados reais medidos na área de estudo, e analisados pela EMBRAPA SOLOS. Uma vez validados, os resultados das parcelas foram georeferenciados em mapas poligonais e matriciais, através do software Arcgis 9.2, dando início, assim, a etapa de simulação dos resultados para toda a bacia hidrográfica. Pretende-se, ao final, avaliar o grau de influencia de alguns parâmetros considerados, tais como: interceptação do paraquat pela cultura e declividade da bacia hidrográfica. Os resultados das concentrações do paraquat (presente no escoamento) poderão em trabalhos futuros, serem comparados com os padrões mínimos aceitáveis para segurança ambiental, objetivando estabelecer limites de uso do paraquat em bacias hidrografias similares. Espera-se também, o desenvolvimento e aplicação da mesma modelagem utilizada nessa tese, para outros tipos de pesticidas aplicados e em diferentes bacias hidrográficas. / [en] This study proposes to evaluate the presence of the herbicide paraquat in runoff water in a catchment in the municipality of Bom Jardim – RJ, using two steps: modelling and simulation with GIS (Geographical Information System). The step of modelling was developed specifically for five standarded Wischmeier scenarios, considering the respective crops, management, soil type and the following parameters: culture interception and soil of the sorption. The slope was considered only for the simulation steps of the GIS. The results were represented as rates paraquat concentrations in runoff and afterwards validated with real data measured in the study area and analysed by EMBRAPA SOLOS. After validation, the scenario results was georeferenced as raster images using the Arcgis Software 9.2, beginning the result simulation step for the watershed. The aim is also to evaluate the influence of some parameters: paraquat interception by the crop and slop of the catchmente. The results of paraquat concentrations in the runoff can, in the future , be compared with accepted standards for environmental safety, defining thereshobes limits of paraquat use in similar watersheds. We also expect the development and application of the same modeling approach used in this study for other types of pesticides and in different watersheds.

[pt] A técnica de simulação tem sido largamente utilizada como uma ferramenta no processo de tomada de decisão. O presente trabalho propõe o uso dessa ferramenta para avaliar o desempenho atual do Aeroporto Internacional do Rio de Janeiro Antônio Carlos Jobim (Galeão) no que se refere à movimentação de chegadas e de saídas de aeronaves, estimando, entre outras medidas, o ponto de saturação do Aeroporto, e conseqüentemente avaliar o nível de serviço prestado atualmente, visando, caso necessário, propor alterações em sua infraestrutura. O software utilizado na simulação é apresentado e explicado detalhadamente a fim de descrever a seqüência de procedimentos adotados para a obtenção dos resultados desse estudo. Para estimação dos parâmetros necessários na simulação, serão utilizados dados atuais, em forma de séries de tempo, referentes aos processos de movimentação de aeronaves no Aeroporto do Galeão, bem como dados sobre infraestrutura disponível no local. / [en] The simulation technique has been widely used as a tool in the decision making process. The present work proposes the use of this tool to evaluate the current performance of the International Airport of Rio de Janeiro Antonio Carlos Jobim (Galeão) concerning the aircraft movements of arrivals and departures, estimating, among other measures, the saturation point of the airport, and consequently evaluating the current level of service provided, aiming, if necessary, to propouse modifications in its infrastructure. The software used in the simulation is presented and explained in details in order to describe the sequence of procedures adopted to obtain the results of this study. For the estimation of the necessary parameters in the simulation, recent data, in the form of time series, of the aircraft movement procedures in the Galeão Airport, will be used as well as local infrastructure data locally available.

[pt] O Brasil é o segundo maior produtor de soja, sendo a principal cultura explorada no mercado interno. Para a exportação da soja brasileira, se observam gargalos logísticos no modal rodoviário, que possui maior representatividade na matriz de transporte do país, e na baixa participação dos modais ferroviário e hidroviário. A falta de infraestrutura nos portos brasileiros e a falta de terminais para integração entre os modais são um agravante para a integração logística. Com a movimentação das cargas, os portos assumem função estratégica na cadeia passando a ser elo fundamental no canal de comercialização. O Porto de Santos é a principal via de entrada e saída de mercadorias do país e enfrenta muitos problemas em sua infraestrutura. Neste contexto se torna cada vez mais importante à definição e implantação de projetos de melhorias nos portos brasileiros para que os produtos nacionais adquiram competitividade no mercado internacional. Esse trabalho tem como objetivo analisar a movimentação da soja no Porto de Santos, através da técnica de Modelagem e Simulação, utilizando software especializado. Para tanto, foi necessário saber a extensão do problema e de todas as peculiaridades que envolvem o sistema logístico da Baixada Santista. A partir desse ponto, foi possível a construção e validação do modelo. Com o modelo validado, foram testados cenários, e dentre os cenários simulados, alguns se destacam como possíveis para a melhoria da movimentação e exportação da soja brasileira. / [en] Brazil is the second largest producer of soybeans, the main crop being exploited in the domestic market. For the export of Brazilian soybeans, it is important to emphasize that logistics bottlenecks in the roads, which have the largest representation in the transport matrix of the country, and the low market share of rails and waterways. The lack of infrastructure in Brazilian ports and terminals for integration between the modes is an aggravating factor for logistics integration. Ports have an strategic role in the chain representing a fundamental link in the marketing channel. The Port of Santos is the main route of entry and exit of goods from the country and faces many problems in their infrastructure. In this context becomes increasingly important the definition and implementation of improvement projects in Brazilian ports to allow national products be competitive in the international market. This work aims to analyze the handling of soybeans in the Port of Santos, through the technique of Modeling and Simulation, using specialized software. Therefore, it was necessary to build a solid base of information about the extension of the problem and the Baixada Santista logistic system characteristic. From this point, it was possible to develop and validate the model. With the validated model, scenarios were tested, and among the simulated scenarios, some stand out as possible to improve the handling and export of Brazilian soybeans.

[pt] A primeira parte deste trabalho consiste num estudo das desigualdades lineares que aparecem na síntese de funções lógicas por single-threshold. São desenvolvidas condições necessárias e suficientes para existência de solução, e também estabelecidas condições para a redução das desigualdades. Na segunda parte é proposto um método para calcular uma solução ótima para o sistema, sob certas condições de projeto. Finalmentesão apresentados métodos para realiza, com multithreshold devices, funções lógicas não realizáveis por single-threshold devices. / [en] The first part of this thesis is a theoretical study of sets of inequalities that appear in the synthesis of logical sufficient conditions are developd for existence of solution of the inequalities. In the second part, a numerical method for calculating proposed. Following this development, logical functions that cannot be realized by a single-threshold device are studied. Using the conditions developed before for single- threshold, methods are presented for realization of these functions by multithreshold devices.

[pt] Neste trabalho é estudado um meio de se determinar os parâmetros de um regulador de tensão. È também discutida a determinação do modelo para o regulador. São mostrados exemplos diferentes aos reguladores de ação não contínua. Foi desenvolvido um programa digital para simular os testes de campo realizados com os reguladores. / [en] A study is made of a way of determining the parameters of a voltage regulator. Some thoughts are also given on the determination of the model representing the regulator. Sample cases are given for the noncontinuosly acting regulators. A digital program was developed for simulating the tests that were with the regulators.

[pt] Este trabalho descreve um estudo teórico e sua aplicação computacional sobre a operação de usinas hidráulicas num sistema elétrico de potência. Parte-se das equações dinâmicas do sistema, considerando os parâmetros que influenciam um sistema multireservatório (afluências e potência demandada, aleatória, tempo de percurso da água entre dois reservatórios). Essas equações são um conjunto de equações diferenciais de 1º ordem, quais são aproximadas por um conjunto de diferentes finitas, com a finalidade de que o sistema em um instante t só dependa do instante anterior (t-1). Quando apresenta-se o problema do tempo de percurso da água entre dois reservatórios, t(i), o sistema em um instante t vai depender de (t-l) e de (t-t(i)). Então as equações recorrentes com transmissão não instantânea são transformadas em um conjunto de equações de estado, que representam estados intermediários entre os reservatórios, assim aumentando o número de equações de estado, faz-se com que o retardo de tempo t(i) não apareça explicitamente. Tendo definido o modelo matemático do sistema, o objetivo é maximizar a quantidade de água armazenada, satisfazendo uma demanda de potência aleatória e as restrições em hidráulicidade (características hidráulicas do sistema) e em instalações. São usados os métodos de relaxação e de intervalos iguais. Os programas foram feitos para o sistema IBM 370-165 da PUC/RJ. / [en] This thesis describes a theorectical study and its computational application for the operation of hidraulic plants within an electric power system. It is besed on the dynamic equations of the system, considering the parameters wihich influence a multi-reservoir (water inflows and demended power both aleatory quantities, transit time of water between two reservoirs).These equations are a first order diferential equations, which are aproximated by a set of diference-equations, in order that in a given instant t, the water transit-time problem between two reservoirs, t(i), is presented. The system in an instant t will depend on (t-l) and (t-,t(i)). Then the recurrence equations with noninstantaneous transmission are transformed in a set of state variables, these represent intermediary states between the reservoirs, so that, increasing the number of state equations the time delay in is eliminated. Once the mathematical model is defined, the objective is to maximize the stored water quantity satisfying an aleatory demand power and the restrictions on hidraulicity and instalations. The relaxation and equal-intervals methods are used the computer programs were implement for the IBM 370-165 system of the PUC/RJ.

[pt] A exploração e produção de petróleo é uma tarefa complexa onde a utilização de modelos físicos é fundamental para minimizar riscos exploratórios e maximizar o retorno do capital investido durante a etapa de produção dos campos descobertos. Com o passar do tempo, estes modelos vêm se tornando cada vez mais complexos, apresentando uma grande tendência de integração entre simuladores distintos e dando origem à necessidade de novas simulações multifísicas, onde modelos físicos isolados são resolvidos conjuntamente de maneira acoplada. Este trabalho apresenta o framework GeMA (Geo Modelling Analysis framework), uma biblioteca para suporte ao desenvolvimento de novos simuladores multifísicos, permitindo tanto o acoplamento de novos modelos construídos tendo o framework como base, quanto a integração com simuladores já existentes. Seu objetivo é promover a utilização de técnicas de engenharia de software tais como extensibilidade, reusabilidade, modularidade e portabilidade na construção de modelos físicos para engenharia, permitindo que engenheiros estejam livres para se concentrarem na formulação física do problema, uma vez que o framework se encarrega do gerenciamento de dados e das funções de suporte necessárias, agilizando a produção de código. Construído para auxiliar durante todo o fluxo de trabalho de uma simulação multifísica, a arquitetura do framework suporta múltiplos paradigmas de simulação e acoplamento de físicas, com especial ênfase no método de elementos finitos, sendo capaz de representar o domínio espacial através de múltiplas discretizações (malhas) e efetuar a troca de valores entre as mesmas. O framework implementa ainda conceitos importantes de extensibilidade, através do uso combinado de plugins e interfaces abstratas, bem como orquestração configurável e prototipação rápida através do uso da linguagem Lua. Além da descrição do framework, este trabalho apresenta ainda um conjunto de testes aplicados para testar sua corretude e expressividade, com especial ênfase em um modelo 2D de modelagem de bacias acoplando cálculo não linear de temperatura baseado em elementos finitos, compactação mecânica, maturação e geração de hidrocarbonetos. / [en] Petroleum exploration and production is a complex task where the use of physical models is imperative to minimize exploration risks and maximize the return on the invested capital during the production phase of new oil fields. Over time, these models have become more and more complex, giving rise to a tendency of integration between several simulators and the need for new multiphysics simulations, where single-physics models are solved together in a coupled way. This work presents the GeMA (Geo Modelling Analysis) framework, a library to support the development of new multiphysics simulators, allowing both the coupling of new models built with the framework as a base and the integration with pre-existing simulators. Its objective is to promote the use of software engineering techniques, such as extensibility, reusability, modularity and portability in the construction of engineering physical models, allowing engineers to focus on the physical problem formulation since the framework takes care of data management and other necessary support functions, speeding up code development. Built to aid during the entire multiphysics simulation workflow, the framework architecture supports multiple simulation and coupling paradigms, with special emphasis given to finite element methods. Being capable of representing the spatial domain by multiple discretizations (meshes) and exchanging values between them, the framework also implements some important concepts of extensibility, through the combined use of plugins and abstract interfaces, configurable orchestration and fast prototyping through the use of the Lua language. This work also presents a set of test cases used to assess the framework correctness and expressiveness, with particular emphasis given to a 2D basin model that couples FEM non-linear temperature calculations based on finite elements, mechanical compaction and hydrocarbon maturation and generation.

[pt] Simulações de Ambientes Virtuais (VES) são um tipo especial de simulação, normalmente utilizado para implementar jogos ou jogos sérios com representação em espaço virtual e utilizando a técnicas de avanço do tempo de simulação para o próximo evento ou dirigida por tempo. Um exemplo de uso é a aplicação em simulações de apoio a Jogos de Guerra. O uso de Simulações Baseadas em Sistemas Multiagentes (MABS) para implementar VES é adequado devido a possibilidade de modelar e implementar o sistema com ênfase nos atores e seus comportamentos dinâmicos. Contudo, quando os agentes da simulação passam a controlar o avanço do tempo de simulação de forma individualizada, surge uma situação semelhante á simulação paralela, o que implica na necessidade de tratar questões como disputa por recursos computacionais pelos agentes, atrasos em tempo de execução e a perda de consistência da própria simulação. A situação torna-se mais complicada em sistemas desenvolvidos com Java, devido a particularidades desta tecnologia. Este trabalho apresenta uma abordagem para controlar estes atrasos em tempo de execução e assim apoiar o desenvolvimento de VES utilizando MABS com Java. / [en] Virtual Environment Simulations (VES) are a special type of simulation, often used to implement games and serious games with virtual space representation and using both the next-event or stepped–time simulation time advance approach. An example of serious games is the simulation used to support War Games. Multiagent Based Simulation (MABS) are suitable to implement these simulations because of their ability to handle with complexity and individual actors modeling. However, when agents are responsible for advance their own simulation time, a situation similar to a parallel simulation arises. This implies in treat issues such as delays in performing scheduled actions (i.e tardiness) and its consequences in the virtual space representations. This situation is worst in Java based MABS, because of Java technology particularities. This work presents an approach to tame this tardiness and help the development of these cited VES using agent oriented paradigm.

[pt] A proposta deste trabalho é viabilizar e acelerar a simulação de um sistema de grãos implementado inteiramente na GPU, utilizando o Método dos Elementos Discretos (MED). O objetivo de implementar todo o sistema na GPU é evitar o custo de transferência de informações entre a placa gráfica e a CPU. O sistema proposto simula partículas de diferentes diâmetros, com tratamento de colisão entre partículas e entre partículas e o ambiente. Com o Método dos Elementos Discretos são consideradas forças normais e forças tangenciais aplicadas sobre as partículas. Algoritmos paralelos foram desenvolvidos para construção e armazenamento do histórico de forças tangenciais existente em cada contato entre partículas. São comparadas duas propostas de construção de grade regular de células para realizar a detecção de contato. A primeira proposta é muito eficiente para partículas com raio fixo, enquanto que a segunda se mostra com maior escalabilidade para modelos com variação de raio. O sistema é composto por diversos algoritmos executados em threads, responsáveis por cada etapa da simulação. Os resultados da simulação foram validados com o programa comercial PFC3D. O sistema de partículas em GPU consegue ser até 10 vezes mais rápido do que o programa comercial. / [en] The purpose of this work is to make possible and speed up a grain system simulation implemented entirely on GPU, using the Discrete Element Method (DEM). The goal of implementing all the system on GPU is to avoid the cost of data transfer between the graphics hardware and the CPU. The proposed system simulate particles of different diameters, with collision treatment between particles and between particles and the environment. The Discrete Element Method consider normal forces and tangential forces applied on the particles. Parallel algorithms were designed to construct and storage the tangential forces history present in each contact between particles. Two ideas for the construction of the regular grid of cells are proposed and compared to perform the collision detection. The first one is very efficient to particles with fixed radius, while the second one shows more scalability in models with radius variation. The system consists of several algorithms running in threads, responsible for each step of the simulation. The results of the simulation were validated with the commercial program called PFC3D. The GPU particle system can be up to 10 times faster then the commercial program.