Projeto e implementação de um sistema de instrumentação eletro-eletrônica para caracterização de escoamentos através de processamento digital de imagens

Historicamente, devido à incompreensibilidade dos fenômenos físicos envolvidos, diversas técnicas de análise experimental de escoamentos foram desenvolvidas. Inicialmente, estas técnicas consistiam em uma simples visualização do escoamento em questão. Visava-se com isto produzir a intuição física a respeito do sistema físico para que futuras teorias pudessem ser formuladas. No entanto, nos anos posteriores, tornou-se necessária a criação de técnicas quantitativas. Neste segmento, a evolução tecnológica da eletrônica propiciou que técnicas intrusivas e não intrusivas fossem criadas. Tal processo culminou com o surgimento da microeletrônica, quando sensores eletrônicos de imagem puderam ser fabricados. Assim, técnicas não intrusivas de velocimetria através de processamento digital de imagens tornaram-se referência, possibilitando a medição de campos de velocidade do escoamento em análise. Tais técnicas são atualmente utilizadas não apenas no meio acadêmico, na investigação da turbulência, como na indústria, em projetos de engenharia que envolvam alta tecnologia. Neste trabalho, apresenta-se uma metodologia para a concepção de um sistema de velocimetria de 2 dimensões por processamento digital de imagens. Para tanto, o sistema de velocimetria foi dividido em duas partes, sendo os equipamentos bem como os conceitos físicos envolvidos em cada uma analisados e descritos Por fim, projetou-se e implementou-se um sistema de velocimetria de 2 dimensões através de processamento digital de imagens, modo PIV. A sua validação foi efetuada sobre um escoamento altamente turbulento interno a um duto circular, cuja solução é conhecida e exaustivamente estudada no decorrer dos anos. O resultado obtido se apresentou totalmente satisfatório e demonstrou a grande importância atual de tal técnica de medição.

Mecanismos técnico-institucionais para a sustentabilidade da drenagem urbana

A drenagem urbana, especialmente nos grandes centros, tem sido efetuada de forma não sustentável com contaminação e alterações no regime de escoamento superficial devido à impermeabilização de superfícies, e deposição de resíduos sólidos. Estas condições representam ameaça considerável ao homem e ao ecossistema do corpo receptor. O emprego de práticas sustentáveis aparece como caminho a ser perseguido, encontrando no Desenvolvimento Urbano de Baixo Impacto (Low Impact Development, LID) o conjunto de técnicas que mais se aproxima desta meta. LID objetiva atingir paisagens com funções hidrológicas, apresentando comportamento mais similar ao natural, por controlar não somente o pico de vazões, mas volume, freqüência/duração, além de qualidade dos escoamentos pluviais. Este tipo de desenvolvimento atua recuperando a capacidade de infiltração das superfícies urbanas, além de estimular o reuso de água, reduzindo os impactos, com ganhos econômicos e paisagísticos em comparação ao controle efetuado pelos métodos tradicionais de controle por condutos e mesmo detenções. A utilização desta nova tecnologia se aplica à implantação de novos desenvolvimentos e redesenvolvimentos, a priori, apresentando ainda vantagens para implantação destas em empreendimentos antigos com relação a métodos tradicionais Buscou-se, por intermédio deste estudo, avaliar os potenciais mecanismos técnicoinstitucionais que possam ser empregados na realidade brasileira, em especial em Porto Alegre, vislumbrando a implementação da sustentabilidade, assim como, avaliar as respostas obtidas da simulação numérica da implantação das técnicas de LID a um condomínio hipotético. Para tanto, fez-se necessário aplicar metodologia diferente da proposta pelos manuais existentes, em virtude da insuficiência destes em representar o comportamento dos dispositivos de controle do escoamento. Os resultados obtidos confirmaram a necessidade de revisão nos mecanismos para controle da drenagem vigentes, bem como, as vantagens de aplicação de técnicas que apresentam abordagem mais integradora e de escala menor.

Fundamentos teóricos para a elaboração de programas de treinamento do motivo de realização, através do processo de modelação

Este trabalho teve como objetivo analisar fundamentos teóricos do motivo de realização e do processo de modelação. Visa à elaboração de um programa de treinamento do referido motivo a ser desenvolvido no contexto escolar, mais especificamente no primeiro grau do ensino. A decisão de realizar um trabalho teórico foi devida ao fato de acreditarmos ser imprencidível o conhecimento e a compreensão dos aspectos teóricos que nos mostram os caminhos a seguir na prática, bem como a melhor maneira de fazer uso deles. Foi processada uma intensa revisão de literatura sobre a Teoria da Motivação para a Realização de Davis Mc Clelland e a Teoria da Aprendizagem Social de Albert BAndura englobando, outrossim, estudos e pesquisar realizadas pelos autores e colaboradores levadas a efeito com base nas respectivas teorias. O presente estudo advoga a importância do motivo de realização no desempenho scolar, bem como, a efetividade do processo de modelação na modificação do comportamento infantil e pretende abrir perspectivas para novas investigações nesta área.

Análise experimental e numérica do comportamento térmico de um coletor solar acumulador

Esta tese apresenta um estudo do comportamento térmico de um coletor solar acumulador e desenvolve uma metodologia para medir a sua eficiência diária. O coletor solar acumulador está instalado na face norte do prédio de Energia Solar da UFRGS e possui cerca de 26 m2. É constituído de uma massa espessa de concreto com uma superfície absorvente feita de tijolos, possuindo uma cobertura dupla de vidros colocada de modo a deixar um espaço para a circulação de ar. Os raios solares atravessam a cobertura de vidro e aquecem a massa absorvente de tijolo, a qual aquece o ar que é introduzido no interior da construção por efeito de termossifão. Uma das principais características do coletor solar acumulador consiste no fato de que a resposta do coletor é defasada no tempo. Este fenômeno permite que o coletor entregue calor ao ambiente mesmo após o término da radiação solar. Essa defasagem dos picos de energia térmica ocorre devido ao baixo valor da difusividade térmica do concreto. Este trabalho foi dividido em duas etapas. A primeira etapa consistiu na montagem de um calorímetro para controle e monitoração das variáveis envolvidas. No interior do calorímetro foram instaladas 36 garrafas com água. As temperaturas dos conteúdos das garrafas, do coletor solar e as radiações envolvidas foram monitoradas através de 26 sensores de temperatura de CI, 8 sensores resistivos PT100 e dois sensores de radiação fotovoltaicos. Para obter as medidas dos sensores instalados foi feita a montagem de um sistema de aquisição de dados interfaceado a um microcomputador A segunda etapa consistiu na produção de um programa computacional, escrito em linguagem Fortran 90, para simular o comportamento térmico dos diversos elementos constituintes do coletor, determinar a potência térmica do coletor solar e sua eficiência diária. Para a simulação numérica do coletor solar acumulador, adotou-se um modelo simplificado bidimensional do mesmo. Foi integrada, através do Método dos Volumes Finitos, a equação de difusão de calor transiente em 2 dimensões. Na formulação das equações lineares optou-se pelo emprego das diferenças centrais no espaço e formulação explícita no tempo. Ao todo foram produzidas 4 malhas computacionais, com distintos refinamentos e foi realizado o estudo da estabilidade numérica das diversas malhas. Através da montagem experimental obtiveram-se várias características térmicas do comportamento do sistema, entre as quais, a transmitância da cobertura, curvas de temperatura do ar fornecido ao calorímetro e curva da eficiência diária do coletor solar . Através da simulação numérica foi possível determinar a potência térmica que o coletor entrega para o laboratório, a eficiência do coletor, os campos de temperatura e a vazão mássica nos diversos canais interiores do coletor solar.

Transição à turbulência na camada de mistura estavelmente estratificada utilizando simulação numérica direta e simulação de grandes escalas

A transição à turbulência em uma camada de mistura estavelmente estratificada é de grande interesse para uma variedade de problemas geofísicos e de engenharia. Esta transição é controlada pela competição entre o cisalhamento do escoamento de base e as forças de empuxo, devido à estratificação em densidade do ambiente. Os efeitos do empuxo atuam no escoamento reduzindo a taxa de crescimento das perturbações e retardando a transição à turbulência, enquanto o cisalhamento fornece energia cinética ao escoamento. O presente trabalho investiga a natureza da transição à turbulência em uma camada de mistura temporal estavelmente estratificada através de Simulação Numérica Direta (DNS) e Simulação de Grandes Escalas (LES). O propósito da investigação é analisar o efeito da estratificação estável no desenvolvimento da instabilidade de Kelvin-Helmholtz (K-H) e na formação dos vórtices longitudinais, que se formam após a saturação dos turbilhões primários de K-H. Além deste propósito, é examinado, utilizando de DNS e LES, o desenvolvimento das instabilidades secundárias de K-H na camada baroclínica. Os testes numéricos tridimensionais são realizados com diferentes tipos de condições iniciais para a flutuação de velocidade transversal, enquanto uma condição forçada é usada para as outras duas componentes de flutuação de velocidade. Em particular, o efeito do comprimento transversal do domínio de cálculo é testado empregando diferentes comprimentos, enquanto são usadas as mesmas dimensões para a direção longitudinal e vertical. As simulações bidimensionais mostram que o aumento da estratificação inibe o processo de emparelhamento, reduz a troca de energia entre os turbilhões de K-H e o escoamento, atenua a instabilidade de K-H e diminui o fluxo vertical de massa. A instabilidade secundária do tipo K-H é identtificada na camada baroclínica para Re ¸ 500 quando há o processo de emparelhamento dos vórtices simulados. Na simulação a Re = 500, a instabilidade secundária de K-H aparece tanto para Ri = 0.07 (fraca estratificação) como para Ri = 0.167 (forte estratificação). Os resultados tridimensionais demonstram que os vórtices longitudinais são claramente formados na camada a Ri = 0. Por outro lado, nos casos estratificados os vórtices são enfraquecidos, devido ao gradiente longitudinal de densidade, que diminui a vorticidade nos turbilhões de K-H enquanto aumenta na região entre eles.

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.

Um método de linearização local com passo adaptativo para solução numérica de equações diferenciais estocásticas com ruído aditivo

Neste trabalho apresentamos um novo método numérico com passo adaptativo baseado na abordagem de linearização local, para a integração de equações diferenciais estocásticas com ruído aditivo. Propomos, também, um esquema computacional que permite a implementação eficiente deste método, adaptando adequadamente o algorítimo de Padé com a estratégia “scaling-squaring” para o cálculo das exponenciais de matrizes envolvidas. Antes de introduzirmos a construção deste método, apresentaremos de forma breve o que são equações diferenciais estocásticas, a matemática que as fundamenta, a sua relevância para a modelagem dos mais diversos fenômenos, e a importância da utilização de métodos numéricos para avaliar tais equações. Também é feito um breve estudo sobre estabilidade numérica. Com isto, pretendemos introduzir as bases necessárias para a construção do novo método/esquema. Ao final, vários experimentos numéricos são realizados para mostrar, de forma prática, a eficácia do método proposto, e compará-lo com outros métodos usualmente utilizados.

Padrões de aleatoriedade na modelação do acaso

A soma de variáveis aleatórias com número de parcelas é aleatório, para além do evidente interesse conceptual e teórico, tem larga ressonância na investigação do processo de risco e em processos de ramificação. Reformulamos a teoria de Panjer (1981), que permite o cálculo iterativo do risco agregado, com o recurso a valores médios de uniformes, descrevendo uma extensão da classe de Panjer, e estudando em detalhe a equação funcional que a caracteriza. Aplicamos essas ideias na caracterização de aleatoriedade discreta, exemplificando com o comportamento das fêmeas de pássaros que investem na promiscuidade de parceiros para garantir a diversidade genética da progénie, tendo no entanto o cuidado de manter as aparências de fidelidade, para garantir a cooperação do parceiro no sucesso da ninhada. Apresentamos as transformadas de Laplace e funções geradoras numa perspectiva que leva a uma introdção natural de transformadas de Pareto, cuja relevância exemplificamos.

Modelação de diálogos com o Midiki: um gestor de diálogo do tipo Information State Update

Nesta dissertação investigamos a problemática da criação de sistemas e interfaces que permitam a interacção entre pessoas e máquinas através de linguagem natural(LN), recorrendo a Gestores de Diálogo (GD). Esse tipo de interacção concretiza-se através do estabelecimento de diálogos entre uma pessoa (cliente ou utilizador de um serviço) e a máquina, por exemplo, e em particular, através da fala. Quando disponibilizado da forma tradicional, o acesso ao serviço exige um intermediário Humano ou a adaptação da Pessoa a interfaces menos naturais, tais como linhas de comandos num computador, digitadas através de teclado ou o recurso (usual) a janelas, cliques de rato e preenchimento de formulários. Os sistemas que possibilitam a intermediação com esses serviços através de LN chamam-se Sistemas de Diálogo (SD), no núcleo dos quais se encontram os chamados Gestores de Diálogo. A implementação de SDs robustos ainda constitui um desafio, dada a complexidade, problemas e dificuldades que apresenta. Um SD, e em particular um GD, tem de ser configurado para levar a cabo um diálogo em linguagem natural com um Humano, por mais restrito ou mais genérico que seja o domínio (ou tarefa) considerado. Infelizmente, existem poucas metodologias e ferramentas de autoria que possibilitem a modelação fácil e intuitiva de tais diálogos (sobre os GDs). Nesta dissertação apresentamos uma metodologia [Quintal & Sampaio, 2007] e uma ferramenta para a autoria de diálogos com base no Gestor de Diálogo MIDIKI [Burke, 2005b]. A ferramenta de autoria automatiza as partes mais importantes da geração de código com vista à execução de um diálogo nesse GD.