Modelagem numérica aplicada aos fenômenos de escoamento e mistura em modelos físicos de panelas de aciaria

Esse trabalho tem por objetivo geral o desenvolvimento de uma metodologia de modelagem numérica que represente o escoamento e o fenômeno de mistura em um modelo físico de panela de aciaria de base elíptica. Os objetivos específicos do trabalho são: o estudo dos coeficientes das forças de interação líquido-bolha, dos modelos de turbulência e da mudança do formato da base da panela de circular para elíptica. O escoamento e o fenômeno de mistura foram calculados através do método de Volume Finitos baseado em Elementos por meio do software CFX5.7 da Ansys. Dados da literatura e ensaios em modelo físico, realizados em laboratório, auxiliaram na validação dos modelos numéricos. O estudo dos coeficientes das forças de não-arrasto mostrou que os resultados da distribuição de ar ao longo da altura do banho mudam com a variação dos coeficientes. No final, coeficientes para 3 configurações de panelas em diferentes vazões de ar foram encontrados. Com relação ao estudo dos modelos de turbulência, observou-se que para a solução do escoamento e do fenômeno de mistura em uma panela de base circular, o k-ε é o modelo de turbulência mais indicado. Por outro lado, para uma panela de base elíptica, o modelo RSM mostrou-se o mais adequado. Finalmente, com relação ao estudo da mudança do formato da base da panela, observou-se que os tempos de mistura de uma panela de base elíptica são maiores que uma de base circular e aumentam à medida que a vazão de ar diminui.

Functional timing analysis of VLSI circuits containing complex gates

The recent advances in CMOS technology have allowed for the fabrication of transistors with submicronic dimensions, making possible the integration of tens of millions devices in a single chip that can be used to build very complex electronic systems. Such increase in complexity of designs has originated a need for more efficient verification tools that could incorporate more appropriate physical and computational models. Timing verification targets at determining whether the timing constraints imposed to the design may be satisfied or not. It can be performed by using circuit simulation or by timing analysis. Although simulation tends to furnish the most accurate estimates, it presents the drawback of being stimuli dependent. Hence, in order to ensure that the critical situation is taken into account, one must exercise all possible input patterns. Obviously, this is not possible to accomplish due to the high complexity of current designs. To circumvent this problem, designers must rely on timing analysis. Timing analysis is an input-independent verification approach that models each combinational block of a circuit as a direct acyclic graph, which is used to estimate the critical delay. First timing analysis tools used only the circuit topology information to estimate circuit delay, thus being referred to as topological timing analyzers. However, such method may result in too pessimistic delay estimates, since the longest paths in the graph may not be able to propagate a transition, that is, may be false. Functional timing analysis, in turn, considers not only circuit topology, but also the temporal and functional relations between circuit elements. Functional timing analysis tools may differ by three aspects: the set of sensitization conditions necessary to declare a path as sensitizable (i.e., the so-called path sensitization criterion), the number of paths simultaneously handled and the method used to determine whether sensitization conditions are satisfiable or not. Currently, the two most efficient approaches test the sensitizability of entire sets of paths at a time: one is based on automatic test pattern generation (ATPG) techniques and the other translates the timing analysis problem into a satisfiability (SAT) problem. Although timing analysis has been exhaustively studied in the last fifteen years, some specific topics have not received the required attention yet. One such topic is the applicability of functional timing analysis to circuits containing complex gates. This is the basic concern of this thesis. In addition, and as a necessary step to settle the scenario, a detailed and systematic study on functional timing analysis is also presented.

Características do escoamento sobre vertedouros em degraus de declividade 1V:1H

Este estudo visa a caracterização dos escoamentos deslizantes sobre turbilhões em vertedouros em degraus com declividade de 45° (1V:1H) através da análise experimental em modelos físicos. Foram avaliadas quatro estruturas, sendo uma com calha lisa, utilizada como estrutura de controle, e três com calhas em degraus de alturas constantes iguais a 3 cm, 6 cm e 9 cm. As medições dos níveis médios da água, das velocidades médias na região não aerada do escoamento, das pressões médias nos degraus e a visualização da aeração do escoamento permitiram o estabelecimento de parâmetros qualitativos e quantitativos do escoamento. Assim, foram determinados: (1) os perfis de velocidade média ao longo da calha, (2) o fator de resistência proporcionado pelos degraus, (3) a posição média de início de aeração, (4) a dissipação de energia devida à rugosidade da calha e (5) o comportamento das pressões médias na face e no espelho dos degraus. Tendo em vista a escassa bibliografia relativa à declividade de 45°, buscou-se a comparação com os dados de diferentes declividades procurando estabelecer critérios mais abrangentes.

Estudo comparativo da influência da forma de hastes femorais cimentadas afiladas e polidas nos padrões de transmissão de carga e estabilidade in vitro

A necessidade de uma maior longevidade da artroplastia total do quadril em pessoas mais jovens e ativas tem impulsionado a evolução do projeto de hastes cimentadas polidas e sem colar, através de alterações da forma desde a original de Charnley, passando pela dupla cunha e mais recentemente, a tripla cunha. Essa pesquisa foi direcionada à análise comparativa da estabilidade de hastes cujos ângulos de cunha foram a variável de projeto. Modelos físicos simplificados de diferentes conicidades foram elaborados e submetidos a testes e simulações numéricas para verificar, respectivamente, a migração distal e o ambiente mecânico da interface entre a haste e o cimento. Em modelos anatômicos constituídos das formas de hastes comerciais, implantadas em fêmures compósitos, foram acompanhadas as movimentações axial e rotacional e foi determinado o padrão de transmissão de carga através do nível de deformações no interior do manto de cimento e na superfície do osso. A hipótese é que uma prótese que apresente maiores deslocamentos e maiores níveis de deformações impostas ao manto de cimento em testes estáticos e cíclicos devem ser as de maior probabilidade de revisão precoce. Por outro lado, a relação entre o nível de deformação da superfície cortical antes e depois da implantação das hastes indica o potencial para o remodelamento ósseo As hastes foram extraídas e reimplantadas nos modelos anatômicos após os testes de fadiga para verificar alterações nos padrões de deformação. Também foi avaliada a contribuição da polimerização do cimento na estabilidade através do acompanhamento das deformações e de simulações numéricas. O processo de polimerização do cimento contribui para o acoplamento, pois promove um grande nível de deformações residuais devido à retração. Por outro lado pode provocar trincas iniciais e espaços na interface entre o cimento e o osso, além de facilitar a propagação de trincas por fadiga. Nas simulações numéricas dos modelos físicos observamos que a condição inicial de adesão na interface é representativa entre a haste e o manto. Os modelos físicos indicaram maior migração com menor conicidade. Para os modelos anatômicos houve diferença significativa apenas quanto à rotação permanente entre os grupos, estando isto associado à rigidez proximal e ao raio de transição do calcar. As hastes tripla cunha conferem uma menor redução do nível de carregamento no grande trocânter, o que pode prevenir a reabsorção óssea adaptativa. As hastes dupla cunha provocam menor redução do nível de carregamento na região do calcar. Entretanto, outros fatores devem ser considerados, tais como o raio de transição do calcar e a rigidez proximal das hastes. Nos modelos anatômicos, mesmo após a extração e reimplantação das hastes, manteve-se o padrão de deformações tanto no manto quanto na superfície dos fêmures compósitos.

Tipos de representações mentais utilizadas por estudantes de física geral na área de mecânica clássica e possíveis modelos mentais nessa área

Neste trabalho, além de investigarmos o tipo de representação mental (proposições, imagens ou modelos mentais) utilizado por estudantes de Física Geral na área de Mecânica Newtoniana, tentamos identificar possíveis modelos mentais que estes estudantes teriam sobre alguns conceitos físicos. Baseamos nosso estudo na Teoria dos Modelos Mentais de Johnson-Laird. Estudantes de nível universitário foram observados durante dois semestres com o objetivo de determinar o tipo de representação mental que eles teriam utilizado durante o curso, quando resolviam os problemas e as questões propostas nas tarefas instrucionais. Foi realizada uma entrevista no final do curso com a finalidade de encontrar elementos adicionais que nos permitissem inferir modelos mentais sobre conceitos físicos usados pelos estudantes na elaboração de suas respostas. Os resultados desta pesquisa sugerem a importância dos modelos mentais na compreensão e uso dos conceitos físicos. Parece que quanto mais “elaborados” os modelos mentais, mais facilmente os alunos poderiam compreender situações e contextos distintos daqueles trabalhados em aula.

Geração de sistemas supervisórios a partir de modelos orientados a objetos

Este trabalho aborda o tema da geração de sistemas supervisórios a partir de modelos orientados a objetos. A motivação para realização do trabalho surgiu com o estudo de sistemas supervisórios e de ferramentas de suporte à modelagem de sistemas usando orientação a objetos. Notou-se que nos primeiros, apesar de possuírem como principal objetivo a visualização de estados e grandezas físicas relacionadas a componentes de plantas industriais (nível de um tanque, temperatura de um gás, por exemplo), os modelos computacionais utilizados baseiam-se em estruturas de dados não hierárquicas, nas quais variáveis de contexto global e não encapsuladas, as chamadas “tags”, são associadas às grandezas físicas a serem visualizadas. Modelos orientados a objeto, por outro lado, constituem uma excelente proposta para a criação de modelos computacionais nos quais a estrutura e semântica dos elementos de modelagem é bastante próxima a de sistemas físicos reais, facilitando a construção e compreensão dos modelos. Assim sendo, a proposta desenvolvida neste trabalho busca agregar as vantagens do uso de orientação a objetos, com conceitos existentes em sistemas supervisórios, a fim de obter-se ferramentas que melhor auxiliem o desenvolvimento de aplicações complexas. Classes e suas instâncias são usadas para modelagem de componentes da planta industrial a ser analisada. Seus atributos e estados são associados às grandezas físicas a serem visualizadas. Diferentes formas de visualização são associadas às classes, aumentando assim o reuso e facilitando o desenvolvimento de sistemas supervisórios de aplicações complexas. A proposta conceitual desenvolvida foi implementada experimentalmente como uma extensão à ferramenta SIMOO-RT, tendo sido denominada de “Supervisory Designer”. A ferramenta desenvolvida estende o modelo de objetos e classes de SIMOO-RT, permitindo a adição de informações específicas para supervisão – tais como as definições de limites para os atributos. A ferramenta foi validada através do desenvolvimento de estudos de casos de aplicações industriais reais, tendo demonstrado diversas vantagens quando comparada com o uso de ferramentas para construção de sistemas supervisórios disponíveis comercialmente).

Influência de parâmetros físicos no dimensionamento de chaminés de equilíbrio simples de usinas hidrelétricas

Tendo em vista que as chaminés de equilíbrio são estruturas importantes na proteção dos circuitos hidráulicos das usinas hidrelétricas contra os fenômenos transientes que ocorrem rotineiramente durante sua operação, realizou-se uma investigação sobre a influência dos parâmetros físicos no desempenho e conseqüentemente no dimensionamento de chaminés de equilíbrio simples localizadas a jusante das turbinas, caso aplicado a Usina Hidrelétrica de Serra da Mesa. Os parâmetros estudados foram: área da chaminé, comprimento e área do túnel de fuga, perda de carga, vazão, nível no canal de fuga e tempo de manobra. Foram coletados dados na Usina Hidrelétrica de Serra da Mesa e em uma estrutura laboratorial existente no LAHE, ambas pertencentes a FURNAS Centrais Elétricas S.A, referentes a situações de regimes permanentes (operação normal) e de regimes transientes. Estes dados foram utilizados na determinação da perda de carga linear nos túneis e das características das oscilações em suas chaminés de equilíbrio. Para o estudo da perda de carga linear em túneis, também foram feitas medições, em regime permanente, na Usina Hidrelétrica de Salto Forqueta – CERTEL - Cooperativa de Eletrificação Teutônia, e utilizados os dados da Usina Hidrelétrica Bugres fornecidos pela CEEE – Companhia Estadual de Energia Elétrica –RS. Com estes dados foram estabelecidas relações entre o coeficiente de atrito e o número de Reynolds para cada estrutura e realizada a sua comparação com valores teóricos Verificou-se, através da comparação com dados experimentais que os quatro modelos numéricos disponíveis estavam aptos à aplicação na seqüência da pesquisa, porém, elegeu-se o modelo CHAMINE-IPH devido a sua maior versatilidade e simplicidade de uso. Com a análise dos resultados das simulações numéricas realizadas foi possível a identificação da influência dos parâmetros físicos no comportamento do nível d’água em chaminés de equilíbrio simples durante regimes transientes. Constatou-se que para a reprodução numérica de fenômenos transitórios em chaminés de equilíbrio a jusante das turbinas, é fundamental a consideração da oscilação do nível no canal de fuga e dos coeficientes de perda de carga adequados.

Consultando XML por meio de modelos conceituais : extensão e formalização de CXPath

Com o objetivo de realizar consultas em diferentes fontes XML,é necessário que se escreva uma consulta específica para cada fonte XML. Uma solução mais adequada é fazer uma única consulta sobre um esquema conceitual e então traduzi-la automaticamente para consultas XML para cada fonte XML específica. CXPath é uma linguagem de consulta que foi proposta para consultar dados em nıvel conceitual. Este trabalho tem como objetivos formalizar a linguagem existente, estendê-la para permitir consultas que utilizem o conceito de herança e estender o mecanismo de tradução de consultas. A formalização da linguagem é feita por meio de um conjunto de regras que definem formalmente um critério para validar uma consulta escrita nessa linguagem sobre um esquema conceitual. Essa formalização permite estender a linguagem para que ela passe a tratar os relacionamentos de herança e especialização. Outra contribuição dessa formalização é que ela apresenta o primeiro passo rumo à verificação formal de que a avaliação da consulta global traz os mesmos resultados obtidos pela avaliação da consulta resultante do processo de mapeamento de consultas proposto. A extensão do mecanismo de tradução de consultas é necessária para traduzir relacionamentos representados no modelo conceitual para junções nas fontes de dados XML. Tal aspecto é fundamental para permitir a construção de modelos conceituais com relacionamentos semânticos e que não dependam de relacionamentos físicos existentes nos documentos fontes, mas apenas de junções tal como é feito em bases de dados relacionais.

Desenvolvimento de uma ferramenta para obtenção de modelos empíricos

O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de uma ferramenta de regressão multivariável apropriada para abordar o problema da modelagem de propriedades relacionadas à qualidade final de produtos em processos industriais. No caso geral, dados provenientes de sistemas físicos e químicos típicos do meio industrial são caracterizados pela presença de relação não linear entre as variáveis, podendo, ainda, apresentar outros problemas que dificultam o processo de modelagem empírica, como baixa disponibilidade de observações experimentais, presença de ruído excessivo nas medidas e a presença de colinearidade entre os termos explicativos. Foi feita uma revisão de diferentes métodos de regressão multivariável tais como regressão linear múltipla (MLR), regressão não linear baseada em transformações das variáveis explicativas e métodos de redução de dimensionalidade (PCA, PLS, QPLS e BTPLS). Também foram propostas novas metodologias para a abordagem das questões da seleção de variáveis e estimação das incertezas dos modelos. Posteriormente, utilizando as metodologias revisadas e propostas, foi sugerida uma sistemática para o tratamento da questão da modelagem empírica de dados industriais, que constitui a base para a implementação da ferramenta desejada. A aplicabilidade da ferramenta desenvolvida foi ilustrada através de alguns estudos de caso retirados da literatura, onde modelos para a predição de propriedades relativas à qualidade de produtos produzidos em quatro tipos de processos industriais diferentes são obtidos.

Uma interface visual para modelos de bancos de dados orientados a objetos com suporte para versões

Este trabalho apresenta o projeto de uma interface visual para modelos de bancos de dados orientados a objetos, com suporte para versões. Um requisito importante, não atendido pelas interfaces visuais específicas e genéricas para sistemas orientados a objetos, é a capacidade de definir e manipular versões de um objeto nos vários níveis da hierarquia de classes (herança por extensão, adotada pelo modelo de versões [GOL 95]). As interfaces, que manipulam versões, suportam essa característica no nível mais especializado da hierarquia (herança por refinamento, adotada pelos principais SGBDOOs). Procurando prover a possibilidade do versionamento de objetos nos vários níveis da hierarquia de classes, surgiu a motivação para projetar e desenvolver uma interface visual com funcionalidades de interfaces existentes (específicas e genéricas) e que obedeça às características principais dos Modelos de Dados Orientados a Objetos e do Modelo de Versões [GOL 95], seguindo as características recomendadas para interfaces visuais para MDOOs, propostas em [SIL 96]. Foi implementado um protótipo com algumas das características projetadas para o browser de objeto e seu suporte para versões.

Organização e gerenciamento de frota e terminais em empresas de transporte de carga através de modelos de pesquisa operacional

Este trabalho discute a aplicação de modelos de Pesquisa Operacional como base para o gerenciamento de operações e análise de tecnologias em empresa de transporte de carga. Inicialmente, busca-se contextualizar o escopo deste trabalho dentro do ambiente competitivo atual a fim de que sejam percebidas as conexões entre os sistemas de operações vigentes e os modelos apresentados. Também é feita uma discussão preliminar do conceito de logística, visto que este enseja uma série de acepções para o termo. Em seguida é apresentada uma revisão de algumas ferramentas de modelagem que usualmente são aplicadas a problemas de suprimento, distribuição e transbordo de produtos. Com base nesta revisão é proposta uma abordagem hierarquizada para o tratamento de problemas de logística. Um estudo de caso realizado em uma empresa de transporte de carga busca então aplicar algumas ferramentas de Pesquisa Operacional nos diversos níveis de gerenciamento de operações. Por fim, o trabalho verifica as potencialidades do uso de uma abordagem hierarquizada e a importância da adoção de modelos em empresas de transporte de carga como forma de alavancagem da sua competividade frente as novas exigências do mercado.

Atributos físicos e químicos de um argissolo e rendimento de culturas em função do seu revolvimento na reaplicação de calcário no sistema plantio direto

As alterações da qualidade estrutural do solo pelo uso continuado do sistema plantio direto ocorre junto com o processo de sua (re)acidificação. Em algumas circunstâncias, ocorre também compactação superficial devido ao tráfego de máquinas, que necessita ser corrigida pela mobilização do solo. Assim, avaliou-se os efeitos acumulados e a curto prazo de mobilizar ou não o solo por ocasião das reaplicações de calcário sobre os atributos físicos e químicos no perfil do solo e o rendimento de culturas em diferentes preparos de solo. Foi utilizado um experimento de 12 anos no sistema plantio direto (SPD) e preparo convencional (PC) instalado em Argissolo Vermelho Distrófico típico na EEA-UFRGS. Determinou-se os atributos físicos (densidade, porosidade e estabilidade de agregados) e químicos (pH em água, índice SMP, teor de matéria orgânica, cálcio, magnésio e alumínio trocáveis e CTC efetiva) em três camadas (0,0-2,5; 2,5-7,5 e 7,5-15,0 cm) do solo e a produtividade das culturas de milho e aveia + ervilhaca. O SPD por quatro anos após o revolvimento recuperou os atributos físicos do solo à condição original. O revolvimento propiciou condições mais favoráveis de densidade e porosidade do solo, mas diminuiu a estabilidade de agregados, que não retornou à condição original após doze meses. Os atributos físicos do solo foram mais uniformes no PC, mas com menor estabilidade de agregados na camada superficial. O PC propiciou a situação menos desejável para os atributos químicos do solo. O efeito da aplicação superficial de calcário no SPD consolidado (oito e doze anos) atingiu a profundidade de 15 cm em doze meses, nos atributos químicos. As diferenças nos atributos físicos e químicos do solo decorrentes dos sistemas de manejo não foram suficientes para afetar a produtividade das culturas.