Desarrollo de un código de cálculo basado en un Nuevo Modelo Hidrogenoide Apantallado Relativista para la determinación de las propiedades radiativas y termodinámicas de plasmas de fusión por confinamiento inercial y astrofísica en condiciones de equilibrio local termodinámico

Programa de doctorado Física, Matemáticas, Geología y Clima

Desenvolvimento de um Sistema de Informação para Monitoramento e Diagnóstico de Desempenho Termodinâmico de uma Central Termelétrica com Motores de Combustão Interna

Um sistema de informação para o monitoramento e diagnóstico de desempenho de centrais termelétricas é uma ferramenta capaz de auxiliar no gerenciamento das atividades de manutenção. Portanto, esta dissertação tem por objetivo desenvolver um sistema de informação para o monitoramento e diagnóstico de desempenho termodinâmico em uma central termelétrica equipada com motores de combustão interna, sistema este capaz de ser implementado em uma aplicação em ambiente MS Windows. Neste trabalho, a condição de referência é estabelecida nas condições ISO com base em testes realizados na planta em operação, além de informações técnicas adicionais. Consequentemente, para o diagnóstico, o estado real é corrigido para a condição ISO. Mesmo assim, além do estado de referência definido, para maior confiabilidade dos resultados foi considerada outra base de comparação em função das informações do fabricante. Além disso, como a central termelétrica possui 20 unidades motogeradoras iguais, o sistema de informação desenvolvido mostrou-se prático comparar os parâmetros operacionais entre duas unidades quaisquer, visando uma análise independente da qualidade do modelo de referência.

Dinâmica de tempos curtos aplicado ao modelo de ising diluído por sítio em duas dimensões

Existem vários métodos de simulação para calcular as propriedades críticas de sistemas; neste trabalho utilizamos a dinâmica de tempos curtos, com o intuito de testar a eficiência desta técnica aplicando-a ao modelo de Ising com diluição de sítios. A Dinâmica de tempos curtos em combinação com o método de Monte Carlos verificou que mesmo longe do equilíbrio termodinâmico o sistema já se mostra insensível aos detalhes microscópicos das interações locais e portanto, o seu comportamento universal pode ser estudado ainda no regime de não-equilíbrio, evitando-se o problema do alentecimento crítico ( critical slowing down ) a que sistema em equilíbrio fica submetido quando está na temperatura crítica. O trabalho de Huse e Janssen mostrou um comportamento universal e uma lei de escala nos sistemas críticos fora do equilíbrio e identificou a existência de um novo expoente crítico dinâmico θ, associado ao comportamento anômalo da magnetização. Fazemos uima breve revisão das transições de fase e fenômeno críticos. Descrevemos o modelo de Ising, a técnica de Monte Carlo e por final, a dinâmica de tempos curtos. Aplicamos a dinâmica de tempos curtos para o modelo de Insing ferromagnéticos em uma rede quadrada com diluição de sítios. Calculamos o expoente dinâmicos θ e z, onde verificamos que existe quebra de classe de universilidade com relação às diferentes concentrações de sítios (p=0.70,0.75,0.80,0.85,0.90,0.95,1.00). calculamos também os expoentes estáticos β e v, onde encontramos pequenas variações com a desordem. Finalmente, apresentamos nossas conclusões e possíveis extensões deste trabalho

Posição e densidade dos zeros de Yang-Lee do modelo de Blume-Emery-Griffiths unidimensional sobre anéis conexos e desconexos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Modelos de redes unidimensionais aplicados ao estudo termodinâmico do DNA

Pós-graduação em Biofísica Molecular - IBILCE

Um estudo sobre sincronização no modelo de Kuramoto

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Dinâmica das transições quiral e de desconfinamento da cromodinâmica quântica com o modelo Polyakov-Nambu-Jona-Lasinio

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Modelo no estacionario para determinar la estructura atómica en un plasma de fusión por confinamiento inercial

Durante los últimos años la física atómica ha vuelto a cobrar un papel fundamental en los planes de investigación, entre los que destacan aquellos dedicados al estudio teórico y experimental de la fusión nuclear. Concretamente, en el concepto de fusión por confinamiento inercial se pueden distinguir cuatro grandes áreas donde es básico el conocimiento de las propiedades atómicas de la materia. Estas son: 1. Modelado de la interacción entre haces de partículas o láser con la cápsula combustible 2. Simulación de blancos de irradiación indirecta mediante conversión a rayos X 3. Diagnosis de experimentos 4. Láseres de rayos X La modelación de los plasmas en fusión depende principalmente de la densidad electrónica. En fusión por confinamiento magnético (tokamaks), los plasmas tienen densidades bajas, por lo que, en general, es suficiente considerar un modelo corona, en el que la mayoría de los iones se encuentran en su estado fundamental o con un número pequeño de estados excitados, estableciéndose sus poblaciones mediante un balance entre la ionización colisional/recombinación radiativa y excitación/decaimiento espontáneo. Sin embargo, los plasmas característicos de la fusión por confinamiento inercial tienen densidades más altas, aunque, normalmente, no lo suficientes como para poder establecer condiciones de equilibrio local termodinámico (balance entre procesos colisionales). Estas densidades, que se podrían clasificar como intermedias, se caracterizan por la aparición de un mayor número de estados excitados por ión y por la importancia tanto de los procesos colisionales como radiativos. Además de lo expuesto anteriormente, en ciertos regímenes de plasma, las variables termodinámicas locales, fundamentalmente presión (densidad) y temperatura, varían fuertemente con el tiempo, de manera que cuando los tiempos característicos de esta variación son menores que los propios de relajación de los procesos atómicos, el sistema no puede tratarse en estado estacionario, siendo necesario resolver las ecuaciones de balance con dependencia temporal. Estas ecuaciones de tasa o de balance contienen una serie de términos que representan los distintos procesos mediante una serie de coeficientes cuyas expresiones dependen de las condiciones del plasma, por lo que el problema es fuertemente no lineal. Por otra parte, hay que añadir que si el medio es ópticamente grueso a la radiación, en las ecuaciones de tasa aparecen términos radiativos que incluyen el campo de radiación, por lo que es necesario resolver la ecuación de transferencia en cada línea o bien, utilizar otras aproximaciones, que sin resolver dicha ecuación, permitan tener en cuenta el campo de radiación en la línea. Por todo ello, el objetivo de esta Tesis se centra en el desarrollo de un modelo original para el cálculo de la distribución de los estados de ionización en un plasma de fusión por confinamiento inercial en condiciones de no-equilibrio termodinámico local, caracterizado por: 1. Resolución de las ecuaciones de balance en estado estacionario y con dependencia temporal, considerando a las distintas especies iónicas tanto en su estado fundamental como en posibles estados excitados. 2. Elección de especies iónicas y número de estados excitados en función de las condiciones de densidad y temperatura del plasma. En el caso de una evolución temporal el número de estados excitados y su distribución se adecúan en cada caso a las condiciones del plasma. 3. Tratamiento de medios ópticamente finos y gruesos, utilizándose para estos últimos una evaluación aproximada del campo de radiación en la línea. 4. Capacidad de acoplamiento a un modelo hidrodinámico a través de la temperatura electrónica, densidad y campo de radiación. Entre todas estas características, se debe hacer constar que las principales aportaciones originales se refieren, en primer lugar, a la forma original de resolver las ecuaciones de tasa con dependencia temporal, ya que se tiene en cuenta la evolución de todos los estados: fundamentales y excitados, frente a la hipótesis habitual de resolver las ecuaciones temporales sólo de los estados fundamentales, y suponer los excitados en estado estacionario, es decir, que siguen el comportamiento de su correspondiente fundamental. En segundo lugar, la elección del número de estados excitados por cada funda- X mental, que se realiza mediante un cálculo inicial donde se considera todos los iones del plasma en estado fundamental, para en función de las densidades de población obtenidas, elegir los estados fundamentales y sus correspondientes excitados que se deben considerar. Y por último, señalar que en el tratamiento de medios ópticamente gruesos se ha conseguido obtener una evaluación de la radiación absorbida por el plasma, independientemente de la geometría del mismo, sin necesidad de resolver la ecuación de transferencia en la línea, y sin acudir a otros métodos, que sin resolver dicha ecuación, necesitan la definición de una geometría para el plasma, por ejemplo, factores de escape. El modelo ha sido comparado y contrastado tanto con resultados teóricos como experimentales, observando unos resultados muy aceptables, de lo cual se deduce que el modelo es capaz de suministrar la evaluación de los parámetros atómicos en este tipo de plasmas. A partir de esta Tesis, el modelo se puede potenciar, a través de varias líneas de investigación que se han identificado: 1. Tratamiento de medios ópticamente gruesos con resolución de la ecuación de transferencia en las líneas. 2. Evaluación detallada de las secciones eficaces de los distintos procesos que tienen lugar en plasmas, y que aparecen en las ecuaciones de balance a través de los coeficientes de tasa.

Desarrollo de un modelo para la caracterización termoeconómica de ciclos combinados de turbinas de gas y de vapor en condiciones de carga variable

En la actualidad, el interés por las plantas de potencia de ciclo combinado de gas y vapor ha experimentado un notable aumento debido a su alto rendimiento, bajo coste de generación y rápida construcción. El objetivo fundamental de la tesis es profundizar en el conocimiento de esta tecnología, insuficientemente conocida hasta el momento debido al gran número de grados de libertad que existen en el diseño de este tipo de instalaciones. El estudio se realizó en varias fases. La primera consistió en analizar y estudiar las distintas tecnologías que se pueden emplear en este tipo de centrales, algunas muy recientes o en fase de investigación, como las turbinas de gas de geometría variable, las turbinas de gas refrigeradas con agua o vapor del ciclo de vapor o las calderas de paso único que trabajan con agua en condiciones supercríticas. Posteriormente se elaboraron los modelos matemáticos que permiten la simulación termodinámica de cada uno de los componentes que integran las plantas, tanto en el punto de diseño como a cargas parciales. Al mismo tiempo, se desarrolló una metodología novedosa que permite resolver el sistema de ecuaciones que resulta de la simulación de cualquier configuración posible de ciclo combinado. De esa forma se puede conocer el comportamiento de cualquier planta en cualquier punto de funcionamiento. Por último se desarrolló un modelo de atribución de costes para este tipo de centrales. Con dicho modelo, los estudios se pueden realizar no sólo desde un punto de vista termodinámico sino también termoeconómico, con lo que se pueden encontrar soluciones de compromiso entre rendimiento y coste, asignar costes de producción, determinar curvas de oferta, beneficios económicos de la planta y delimitar el rango de potencias donde la planta es rentable. El programa informático, desarrollado en paralelo con los modelos de simulación, se ha empleado para obtener resultados de forma intensiva. El estudio de los resultados permite profundizar ampliamente en el conocimiento de la tecnología y, así, desarrollar una metodología de diseño de este tipo de plantas bajo un criterio termoeconómico. ABSTRACT The growing energy demand and the need of shrinking costs have led to the design of high efficiency and quick installation power plants. The success of combined cycle gas turbine power plants lies on their high efficiency, low cost and short construction lead time. The main objective of the work is to study in detail this technology, which is not thoroughly known owing to the great number of degrees of freedom that exist in the design of this kind of power plants. The study is divided into three parts. Firstly, the different technologies and components that could be used in any configuration of a combined cycle gas turbine power plant are studied. Some of them could be of recent technology, such as the variable inlet guide vane compressors, the H-technology for gas turbine cooling or the once-through heat recovery steam generators, used with water at supercritical conditions. Secondly, a mathematical model has been developed to simulate at full and part load the components of the power plant. At the same time, a new methodology is proposed in order to solve the equation system resulting for any possible power plant configuration. Therefore, any combined cycle gas turbine could be simulated at any part load condition. Finally a themoeconomic model is proposed. This model allows studying the power plant not only from a thermodynamic point of view but also from a thermoeconomic one. Likewise, it allows determining the generating costs or the cash flow, thus achieving a trade off between efficiency and cost. Likewise, the model calculates the part load range where the power plant is profitable. Once the thermodynamic and thermoeconomic models are developed, they are intensively used in order to gain knowledge in the combined cycle gas turbine technology and, in this way, to propose a methodology aimed at the design of this kind of power plants from a thermoeconomic point of view.

Determinación de la higroscopicidad y comportamiento termodinámico de la madera juvenil y madura a través de sus isotermas de sorción

La respuesta higroscópica de la madera varía a lo largo de la dirección radial del árbol. El aumento de corta de ejemplares jóvenes y el uso de troncos de pequeños diámetros en la industria de los productos forestales, hacen preciso estudiar el comportamiento higroscópico tanto de la madera juvenil como de la madura. Su determinación proporciona información para comprender los mecanismos de sorción. Asimismo, la obtención de las propiedades termodinámicas de ambos tipos de madera facilita la modelización de procesos industriales como el secado o el encolado. En el presente trabajo, se ha comparado el comportamiento higroscópico y las propiedades termodinámicas de la madera juvenil y madura de Abies pinsapo Boissier, Abies alba Mill., Pinus canariensis C. Sm. ex DC., Pinus nigra Arnold, Pinus uncinata Mill. ex Mirb. y Pinus pinea L. Para este propósito se han utilizado las isotermas de sorción obtenidas mediante el método tradicional de sales saturadas descrito por COST Action E8 a 15, 35 y 50ºC en Abies pinsapo, Abies alba, Pinus nigra, Pinus uncinata y Pinus pinea, y a 35 y 50ºC en Pinus canariensis. Igualmente, se ha empleado el equipo dynamic vapor sorption (DVS) en la obtención de las isotermas de Pinus pinea a 35 y 50ºC. El ajuste de las curvas se ha realizado mediante el modelo Guggenheim, Anderson y de Boer-Dent (GAB), cumpliendo todas las muestras los criterios de aceptación establecidos. En el estudio de las isotermas se ha calculado el coeficiente y área de histéresis entre el proceso de adsorción y desorción para cada una de las muestras. Con el fin de comprender el comportamiento higroscópico experimentado por cada madera se ha determinado la composición química, espectros de infrarrojos (FTIR) y difractogramas de rayos X de cada una. Los parámetros termodinámicos - calor isostérico neto y total heat of wetting - se han obtenido a partir de las isotermas de sorción mediante el método de integración de la ecuación de Clausius-Clapeyron. Finalmente, se han comparado los datos obtenidos con el método tradicional de sales saturadas y con dynamic vapor sorption con el propósito de conocer la existencia de similitudes entre ambas metodologías. Los resultados mostraron que los puntos de equilibrio son, en la mayor parte de los casos, superiores en la madera madura frente a la juvenil, y por tanto las isotermas de la madera madura se encuentran siempre por encima de las de la juvenil, debido principalmente a la composición química. Respecto a las propiedades termodinámicas, se ha determinado que la energía involucrada en los procesos de sorción es superior en la madera madura que en la madera juvenil, siendo mayor en el proceso de desorción frente al de adsorción. En la comparación de las metodologías de sales saturadas y dynamic vapor sorption no se han detectado casi diferencias significativas en el proceso de adsorción, mientras que sí se han obtenido en el de desorción. ABSTRACT The hygroscopic response of wood varies throughout the radial direction of the tree. The longer cut of young trees and the use of small-diameter trunks in the forest product industry make it necessary to study the hygroscopic behaviour of both juvenile and mature wood. Determining this behaviour in both types of wood provides information for understanding the sorption mechanisms. Similarly, obtaining the thermodynamic properties of juvenile and mature wood facilitates modelling of industrial processes such as drying and bonding. In this study a comparison was made of the hygroscopic behaviour and thermodynamic properties of juvenile and mature wood of Abies pinsapo Boissier, Abies alba Mill., Pinus canariensis C. Sm. ex DC., Pinus nigra Arnold, Pinus uncinata Mill. ex Mirb. and Pinus pinea L. This was done by obtaining the sorption isotherms using the traditional saturated salt method described by COST Action E8 at 15, 35 and 50ºC in Abies pinsapo, Abies alba, Pinus nigra, Pinus uncinata and Pinus pinea, and at 35 and 50ºC in Pinus canariensis. In addition, dynamic vapour sorption (DVS) was used to obtain the isotherms of Pinus pinea at 35 and 50ºC. The curves were fitted using the Guggenheim, Anderson and de Boer- Dent (GAB) model and all samples met the established acceptance criteria. In the study of the isotherms, the hysteresis coefficient and area of the hysteresis loop between adsorption and desorption were calculated for each sample. To understand the hygroscopic behaviour of juvenile and mature wood, the chemical composition, infrared spectra (FTIR) and X-ray diffractograms of each type of wood were determined. The thermodynamic parameters - net isosteric heat and total heat of wetting - were obtained from the sorption isotherms by applying the integration method of the Clausius-Clapeyron equation. The data obtained using the traditional saturated salt method and with dynamic vapour sorption were compared to determine the similarities between the two methods. The results showed that the equilibrium points are greater in the mature wood than in the juvenile wood in most cases, and therefore the mature wood isotherms are always above the juvenile wood isotherms, mainly because of the chemical composition. As regards the thermodynamic properties, it was determined that the energy involved in the sorption processes is greater in the mature wood than in the juvenile wood, and is greater in the desorption process than in the adsorption process. On comparing the saturated salt and dynamic vapour sorption methods, almost no significant differences were detected in the adsorption process, but significant differences were obtained in the desorption process.

Condições de equilíbrio termodinâmico: a função disponibilidade

The thermodynamic equilibrium is a state defined by conditions which depend upon some characteristics of the system. It requires thermal, mechanical, chemical and phase equilibrium. Continuum thermodynamics, its radical restriction usually called homogeneous processes thermodynamics, as well as the classical thermodynamic science of reversible processes, each of them defines equilibrium in a differing way. But these definitions lead to the same physical contents.

Modelo dinâmico de simulação e otimização da força normal de reação do solo para um mecanismo de corte basal

The physical model was based on the method of Newton-Euler. The model was developed by using the scientific computer program Mathematica®. Several simulations where tried varying the progress speeds (0.69; 1.12; 1.48; 1.82 and 2.12 m s-1); soil profiles (sinoidal, ascending and descending ramp) and height of the profile (0.025 and 0.05 m) to obtain the normal force of soil reaction. After the initial simulations, the mechanism was optimized using the scientific computer program Matlab® having as criterion (function-objective) the minimization of the normal force of reaction of the profile (FN). The project variables were the lengths of the bars (L1y, L2, l3 and L4), height of the operation (L7), the initial length of the spring (Lmo) and the elastic constant of the spring (k t). The lack of robustness of the mechanism in relation to the variable height of the operation was outlined by using a spring with low rigidity and large length. The results demonstrated that the mechanism optimized showed better flotation performance in relation to the initial mechanism.

Modelo de programação quadrática para análise da movimentação logística e comercialização da soja brasileira

The purpose of this work was to analyze the logistical distribution of Brazilian soybean by applying a quadratic programming to a spatial equilibrium model. The soybean transportation system is an important part of the soybean complex in Brazil, since the major part of the costs of this commodity derives from the transportation costs. Therefore, the optimization of this part of the process is essential to a better competitiveness of the Brazilian soybean in the international market. The Brazilian soybean complex have been increasing its agricultural share in the total of the exportation value in the last ten years, but due to other countries' investments the Brazilian exportations cannot be only focused on increasing its production but it still have to be more efficient. This way, a model was reached which can project new frames by switching the transportation costs and conduce the policy makers to new investments in the sector.

Estrutura de um curso de taxonomia de campo: o modelo aplicado em Ubatuba, São Paulo

The field activities are essential for the education of a good taxonomist. The most common problems found in field activities are: a) large number of students, b) heterogeneous educational background and unlevelled knowledge of the participants, c) repetitions and tendency of collecting the more evidents life-forms. The causes and consequences of such problems are discussed herein. The proposed solution is a methodology, based on many years of experience in field courses for undergraduate and graduate courses. Topics about the ideal number of participants, area of coverage, period of activity, division of work and the necessary material and equipment are discussed. According to the number of species collected at the same place, this methodology may result in a list of local species with precise information about the life-forms, habitat, common names, frequency, uses, phenology and further information in this kind of work. The results of the aplication of this metodology in a field course held in the region of Ubatuba-SP are presented.

Análise bayesiana do modelo de herança monogênica no melhoramento vegetal: um exemplo com abobrinha

A common breeding strategy is to carry out basic studies to investigate the hypothesis of a single gene controlling the trait (major gene) with or without polygenes of minor effect. In this study we used Bayesian inference to fit genetic additive-dominance models of inheritance to plant breeding experiments with multiple generations. Normal densities with different means, according to the major gene genotype, were considered in a linear model in which the design matrix of the genetic effects had unknown coefficients (which were estimated in individual basis). An actual data set from an inheritance study of partenocarpy in zucchini (Cucurbita pepo L.) was used for illustration. Model fitting included posterior probabilities for all individual genotypes. Analysis agrees with results in the literature but this approach was far more efficient than previous alternatives assuming that design matrix was known for the generations. Partenocarpy in zucchini is controlled by a major gene with important additive effect and partial dominance.