Integrable anisotropic spin-ladder model

We present an integrable spin-ladder model, which possesses a free parameter besides the rung coupling J. Wang's system based on the SU(4) symmetry can be obtained as a special case. The model is exactly solvable by means of the Bethe ansatz method. We determine the dependence on the anisotropy parameter of the phase transition between gapped and gapless spin excitations and present the phase diagram. Finally, we show that the model is a special case of a more general Hamiltonian with three free parameters.

Earth pressure on cantilever walls at design retained heights

There are many methods for the analysis and design of embedded cantilever retaining walls. They involve various different simplifications of the pressure distribution to allow calculation of the limiting equilibrium retained height and the bending moment when the retained height is less than the limiting equilibrium value, i.e. the serviceability case. Recently, a new method for determining the serviceability earth pressure and bending moment has been proposed. This method makes an assumption defining the point of zero net pressure. This assumption implies that the passive pressure is not fully mobilised immediately below the excavation level. The finite element analyses presented in this paper examine the net pressure distribution on walls in which the retained height is less, than the limiting equilibrium value. The study shows that for all practical walls, the earth pressure distributions on the front and back of the wall are at their limit values, Kp and K-a respectively, when the lumped factor of safety F-r is less than or equal to2.0. A rectilinear net pressure distribution is proposed that is intuitively logical. It produces good predictions of the complete bending moment diagram for walls in the service configuration and the proposed method gives results that have excellent agreement with centrifuge model tests. The study shows that the method for determining the serviceability bending moment suggested by Padfield and Mair(1) in the CIRIA Report 104 gives excellent predictions of the maximum bending moment in practical cantilever walls. It provides the missing data that have been needed to verify and justify the CIRIA 104 method.

Liquid phase sintering of aluminium alloys

The principle that alloys are designed to accommodate the manufacture of goods made from them as much as the properties required of them in service has not been widely applied to pressed and sintered P/M aluminium alloys. Most commercial alloys made from mixed elemental blends are identical to standard wrought alloys. Alternatively, alloys can be designed systematically using the phase diagram characteristics of ideal liquid phase sintering systems. This requires consideration of the solubilities of the alloying elements in aluminium, the melting points of the elements, the eutectics they form with aluminium and the nature of the liquid phase. The relative diffusivities are also important. Here we show that Al-Sn, which closely follows these ideal characteristics, has a much stronger sintering response than either Al-Cu or Al-Zn, both of which have at least one non-ideal characteristic. (C) 2001 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Operating space diagrams: a tool for designers of wastewater treatment plants

Recent years have seen the introduction of new and varied designs of activated sludge plants. With increasing needs for higher efficiencies and lower costs, the possibility of a plant that operates more effectively has created the need for tools that can be used to evaluate and compare designs at the design stage. One such tool is the operating space diagram. It is the aim of this paper to present this tool and demonstrate its application and relevance to design using a simple case study. In the case study, use of the operating space diagram suggested changes in design that would improve the flexibility of the process. It also was useful for designing suitable control strategies.

Computation of the linear elastic properties of random porous materials with a wide variety of microstructure

A finite-element method is used to study the elastic properties of random three-dimensional porous materials with highly interconnected pores. We show that Young's modulus, E, is practically independent of Poisson's ratio of the solid phase, nu(s), over the entire solid fraction range, and Poisson's ratio, nu, becomes independent of nu(s) as the percolation threshold is approached. We represent this behaviour of nu in a flow diagram. This interesting but approximate behaviour is very similar to the exactly known behaviour in two-dimensional porous materials. In addition, the behaviour of nu versus nu(s) appears to imply that information in the dilute porosity limit can affect behaviour in the percolation threshold limit. We summarize the finite-element results in terms of simple structure-property relations, instead of tables of data, to make it easier to apply the computational results. Without using accurate numerical computations, one is limited to various effective medium theories and rigorous approximations like bounds and expansions. The accuracy of these equations is unknown for general porous media. To verify a particular theory it is important to check that it predicts both isotropic elastic moduli, i.e. prediction of Young's modulus alone is necessary but not sufficient. The subtleties of Poisson's ratio behaviour actually provide a very effective method for showing differences between the theories and demonstrating their ranges of validity. We find that for moderate- to high-porosity materials, none of the analytical theories is accurate and, at present, numerical techniques must be relied upon.

Simulation of the micro-physics of rocks using LSMearth

The particle-based Lattice Solid Model (LSM) was developed to provide a basis to study the physics of rocks and the nonlinear dynamics of earthquakes (MORA and PLACE, 1994; PLACE and MORA, 1999). A new modular and flexible LSM approach has been developed that allows different microphysics to be easily included in or removed from the model. The approach provides a virtual laboratory where numerical experiments can easily be set up and all measurable quantities visualised. The proposed approach provides a means to simulate complex phenomena such as fracturing or localisation processes, and enables the effect of different micro-physics on macroscopic behaviour to be studied. The initial 2-D model is extended to allow three-dimensional simulations to be performed and particles of different sizes to be specified. Numerical bi-axial compression experiments under different confining pressure are used to calibrate the model. By tuning the different microscopic parameters (such as coefficient of friction, microscopic strength and distribution of grain sizes), the macroscopic strength of the material and can be adjusted to be in agreement with laboratory experiments, and the orientation of fractures is consistent with the theoretical value predicted based on Mohr-Coulomb diagram. Simulations indicate that 3-D numerical models have different macroscopic properties than in 2-D and, hence, the model must be recalibrated for 3-D simulations. These numerical experiments illustrate that the new approach is capable of simulating typical rock fracture behaviour. The new model provides a basis to investigate nucleation, rupture and slip pulse propagation in complex fault zones without the previous model limitations of a regular low-level surface geometry and being restricted to two-dimensions.

Balanced scorecard (BSC): uma vis??o metodol??gica para o acompanhamento de sua implementa????o

A Embrapa, na inten????o de operacionalizar a gest??o dos seus planos estrat??gicos (Plano Diretor da Embrapa ??? PDE e Planos Diretores das Unidades ??? PDUs) desenvolveu a metodologia Mogest para a implementa????o do seu Modelo de Gest??o Estrat??gica (MGE), no ??mbito corporativo e de suas 40 unidades de neg??cio, com base na modifica????o do m??todo Balanced Scorecard ??? BSC, de Kaplan. Posteriormente, ap??s a implementa????o dos MGEs, no per??odo de 1999 at?? os dias atuais, inicia-se e desenvolve-se a fase de acompanhamento por meio da elabora????o do m??todo MGE/Acompanha. Este trabalho aborda, de forma modificada, o uso do diagrama elaborado por Norton, apud Coutinho (2002), para acompanhar/avaliar a implementa????o do BSC para uma organiza????o orientada ?? estrat??gia, inserido no m??todo MGE/Acompanha (2000), elaborado pela Equipe MGE e aplicado em uma das unidades de neg??cio da Embrapa. Os resultados mostraram a efici??ncia do m??todo e proporcionaram a internaliza????o do conceito ???painel de bordo???, desenvolvido no software Oracle BSC (OBSC).

Cenários de mudanças climáticas para a América do Sul : impacto no zoneamento agroclimático da cana-de-açúcar

O Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) através do seu Quarto Relatório de Avaliação das Mudanças Climáticas Globais (IPCC-AR4), publicado em 2007, atribui as emissões de gases de efeito estufa como a principal causa do aumento médio das temperaturas e alerta para uma elevação entre 1,8 ºC e 6,4 ºC até 2100, podendo modificar assim a aptidão climática para as culturas agrícolas em diversas regiões do planeta. Diante disso, existe a necessidade de substituição dos combustíveis fósseis por fontes renováveis e limpas de energia, como o etanol. A cana-de-açúcar apresenta-se, portanto, como uma cultura estratégica na produção do etanol. O presente trabalho teve como objetivos: 1) avaliar o desempenho dos Modelos Climáticos Globais (MCGs) do IPCC-AR4 na simulação de dados climáticos de temperatura do ar e precipitação pluviométrica para o período anual e mensal; 2) elaborar o zoneamento agroclimático da cana-de-açúcar para a América do Sul considerando o clima referência e o futuro para as décadas de 2020, 2050 e 2080 em função do cenário de emissão A1B considerado pessimista e que usa um equilíbrio entre todas as fontes de energia. Para a avaliação do desempenho dos MCGs, foram utilizados dados climáticos médios mensais observados de precipitação e temperatura do ar provenientes do Climatic Research Unit (CRU) e dados simulados oriundos dos 22 MCGs do IPCC (cenário 20c3m) compreendidos entre o período de 1961-1990, além do Multimodel (ensemble) – MM que é a média da combinação dos dados de todos os modelos. O desempenho dos MCGs foi avaliado pelos índices estatísticos: desvio padrão, correlação, raiz quadrada da média do quadrado das diferenças centralizadas e o “bias” dos dados simulados com os observados, que foram representados no diagrama de Taylor. Para a etapa da elaboração do zoneamento agroclimático procedeu-se o cálculo dos balanços hídricos (referência e futuros) da cultura, pelo método de Thornthwaite & Mather (1955). Para o cenário referência, utilizaram-se dados das médias mensais da precipitação e temperatura provenientes do CRU, enquanto que para as projeções futuras, dados provenientes das anomalias do Multimodel (ensemble) – MM para as décadas de 2020, 2050 e 2080, que foram ajustados, obtendo-se assim as projeções futuras para cada período analisado. Baseado nos mapas temáticos reclassificados de deficiência hídrica anual, temperatura média anual, excedente hídrico anual e no índice de satisfação das necessidades de água (ISNA), realizou-se uma sobreposição dessas informações obtendo assim, os mapas finais do zoneamento agroclimático da cana-de-açúcar. Posteriormente ao zoneamento, realizou-se a análise das transições (ganhos, perdas e persistências) entre as classes de aptidão climática da cultura. Os resultados mostram que o Multimodel (ensemble) – MM para o período mensal apresenta o melhor desempenho entre os modelos analisados. As áreas inaptas correspondem a maior parte da América do Sul e uma expressiva transição entre as classes de aptidão climática da cultura.

Variabilidade espacial e temporal de atributos químicos do solo em povoamento de eucalipto

Nos anos mais recentes, observa-se aumento na adoção das técnicas de silvicultura de precisão em florestas plantadas no Brasil. Os plantios de eucalipto ocorrem preferencialmente em áreas com baixa fertilidade de solo e consequentemente baixa produtividade. Logo, para otimizar ao máximo a produção, é necessário saber o quanto essa cultura pode produzir em cada local (sítio). Objetivou-se aplicar uma metodologia que utiliza técnicas de estatística, geoestatística e geoprocessamento, no mapeamento da variabilidade espacial e temporal de atributos químicos do solo cultivado com eucalipto, em área de 10,09 ha, situada no sul do estado do Espírito Santo. Os atributos químicos da fertilidade do solo estudados foram: fósforo (P), potássio (K), cálcio (Ca) e magnésio (Mg), no ano da implantação do povoamento do eucalipto, em 2008, e três anos após, em 2011. O solo foi amostrado em duas profundidades, 0-0,2 m e 0,2-0,4 m, nos 94 pontos de uma malha regular, com extensão de 33 x 33 m. Os dados foram analisados pela estatística descritiva e, em seguida, pela geoestatística, por meio do ajuste de semivariogramas. Diferentes métodos de interpolação foram testados para produzir mapas temáticos mais precisos e facilitar as operações algébricas utilizadas. Com o auxílio de índices quantitativos, realizou-se uma análise geral da fertilidade do solo, por meio da álgebra de mapas. A metodologia utilizada neste estudo possibilitou mapear a variabilidade espacial e temporal de atributos químicos do solo. A análise variográfica mostrou que todos os atributos estudados apresentaram-se estruturados espacialmente, exceto para o atributo P, no Ano Zero (camada 0-0,2 m) e no Ano Três (ambas as camadas). Os melhores métodos de interpolação para o mapeamento de cada atributo químico do solo foram identificados com a ajuda gráfica do Diagrama de Taylor. Mereceram destaque, os modelos esférico e exponencial nas interpolações para a maioria dos atributos químicos do solo avaliados. Apesar de a variação espacial e temporal dos atributos estudados apresentar-se, em média, com pequena variação negativa, a metodologia usada mostrou variações positivas na fertilidade do solo em várias partes da área de estudo. Além disso, os resultados demonstram que os efeitos observados são majoritariamente em função da cultura, uma vez que não foram coletadas amostras de solo em locais adubados. A produtividade do sítio florestal apresentou-se com tendências semelhantes às variações ocorridas na fertilidade do solo, exceto para o magnésio, que se mostrou com tendências espaciais para suporte de elevadas produtividades, de até 50 m3 ha-1 ano-1. Além de mostrar claramente as tendências observadas para as variações na fertilidade do solo, a metodologia utilizada confirma um caminho operacional acessível para empresas e produtores florestais para o manejo nutricional em florestas plantadas. O uso dos mapas facilita a mobilização de recursos para melhorar a aplicação de fertilizantes e corretivos necessários.

Aplicação de ferramentas de simulação de processos

Este trabalho foi efectuado com o propósito de interpretar, compreender e explicar algumas ferramentas de simulação de processos, em particular o Aspen Energy Analyzer (AEA), o Aspen Economic Evaluation (AEE) e o seu funcionamento integrado com o Aspen Hysys(AH). O AH é uma ferramenta de modelação de processos para a concepção de projectos de engenharia química, o AEA é uma ferramenta de modelação de redes de integração energética. O AEE integrado no AH é uma ferramenta que permite incorporar estudos económicos numa fase preliminar do desenvolvimento de um projecto de engenharia. A abordagem a este trabalho foi efectuada através do estudo de Casos. O Caso I foi baseado na resolução de um problema no AEA através da construção e optimização de uma rede de permutadores de calor. Os Casos II e III foram baseados na construção de um flowsheet de produção de Benzeno e de Cloreto de Vinil, respectivamente, e cada Caso foi dividido em dois cenários diferentes. Para o efeito foram utilizados os softwares AEA para a integração energética dos processos, o AH para construção do fluxograma do processo e o AEE para os estudos económicos dos diferentes cenários. Finalmente, os Casos IV e V dizem respeito à resolução de um problema de integração energética. O Caso IV foi baseado num problema de optimização da rede de permutadores através do aumento da sua área. Já o Caso V foi baseado na informação inicial das correntes do caso anterior e em dois cenários diferentes, nos quais foi estudada a influência dos preços das utilidades na construção da rede de permutadores. A conclusão foi que as ferramentas de modelação, particularmente o AH, o AEA e o AEE são uma mais-valia extraordinária para ajudar o utilizador na tomada de decisões em fases bastante preliminares da engenharia de processos.

Projecto de entreposto frigorífico a R-744/R-717 para produtos congelados

Pretende-se com este trabalho de Projecto de Mestrado conceber uma câmara frigorífica de 20000 m3 para armazenar produtos congelados e estudar um sistema frigorífico com dois fluidos frigorigénios que serão o CO2 (R-744) e o NH3 (R-717) O trabalho inicia-se com a definição dos objectivos principais para o projecto de um sistema frigorífico deste tipo. Após a definição dos objectivos, o projecto propõe um estudo termodinâmico do CO2 (R-744) como fluido frigorigénio, definindo se o seu historial de utilização, características principais, diagrama pressão-entalpia com a distinção das diversas fases do fluído, comparação em diversos parâmetros com outros fluidos, o porquê da utilização deste fluído, problemas comuns em sistemas com a presença deste fluído, entre outros parâmetros de estudo. De seguida será feito o dimensionamento de uma câmara frigorífica de 20000 m3 para armazenar produtos congelados paletizados através de um balanço térmico manual e um balanço térmico informático através do programa da Centauro comparando no final o resultado dos dois métodos. Será feito uma descrição das características básicas da câmara frigorífica com um esquema simples do edifício. Será abordado de seguida o sistema frigorífico a CO2 (R-744) e a NH3 (R-717) nas suas diversas características, nomeadamente no cálculo de caudais, diagrama pressão-entalpia, dimensionamento de tubagens e finalmente selecção de equipamento. Procede-se assim também ao estudo um sistema apenas a NH3 (R-717) com as suas diversas características nomeadamente no cálculo de caudais, diagrama pressão-entalpia, dimensionamento de tubagens e finalmente selecção dos equipamentos mais importantes, para que desta forma se proceda à comparação dos dois sistemas a nível energético, consumo eléctrico e manutenção de equipamentos. Finalmente proceder-se-á interpretação de resultados com o objectivo final de escolher a melhor solução nos vários parâmetros de comparação, para o esquema em questão.

Impacto da integração dos veículos eléctricos nos edifícios multi-habitacionais, nas redes de distribuição de baixa tensão e no diagrama de carga nacional

Associado à escassez dos combustíveis fósseis e ao desejado controlo de emissões nocivas para a atmosfera, assistimos no mundo ao desenvolvimento do um novo paradigma — a mobilidade eléctrica. Apesar das variações de maior ou menor arbítrio político dos governos, do excelente ou débil desenvolvimento tecnológico, relacionados com os veículos eléctricos, estamos perante um caminho, no que diz respeito à mobilidade eléctrica, que já não deve ser encarado como uma moda mas como uma orientação para o futuro da mobilidade. Portugal tendo dado mostras que pretende estar na dianteira deste desafio, necessita equacionar e compreender em que condições existirá uma infra-estrutura nacional capaz de fazer o veículo eléctrico vingar. Assim, neste trabalho, analisa-se o impacto da mobilidade eléctrica em algumas dessas infra-estruturas, nomeadamente nos edifícios multi-habitacionais e redes de distribuição em baixa tensão. São criados neste âmbito, quatro perfis de carregamento dos EVs nomeadamente: nas horas de chegada a casa; nas horas de vazio com início programado pelo condutor; nas horas de vazio controlado por operador de rede (“Smart Grid”); e um cenário que contempla a utilização do V2G. Com a obrigação legal de nos novos edifícios serem instaladas tomadas para veículos eléctricos, é estudado, com os cenários anteriores a possibilidade de continuar a conceber as instalações eléctricas, sem alterar algumas das disposições legais, ao abrigo dos regulamentos existentes. É também estudado, com os cenários criados e com a previsão da venda de veículos eléctricos até 2020, o impacto deste novo consumo no diagrama de carga do Sistema Eléctrico Nacional. Mostra-se assim que a introdução de sistemas inteligentes de distribuição de energia [Smartgrid e vehicle to grid” (V2G)] deverá ser encarada como a solução que por excelência contribuirá para um aproveitamento das infra-estruturas existentes e simultaneamente um uso acessível para os veículos eléctricos.

Bias-dependent photocurrent collection in p-i-n a-Si : H/SiC : H heterojunction

A series of large area single layers and glass/ZnO:AVp(SixC1-x:H)/i(Si:H)/n(SixC1-x:H)/AI (0 < x < 1) heterojunction cells were produced by plasma-enhanced chemical vapour deposition (PE-CVD) at low temperature. Junction properties, carrier transport and photogeneration are investigated from dark and illuminated current-voltage (J-V) and capacitance-voltage (C-V) characteristics. For the heterojunction cells atypical J-V characteristics under different illumination conditions are observed leading to poor fill factors. High series resistances around 106 Q are also measured. These experimental results were used as a basis for the numerical simulation of the energy band diagram, and the electrical field distribution of the structures. Further comparison with the sensor performance gave satisfactory agreement. Results show that the conduction band offset is the most limiting parameter for the optimal collection of the photogenerated carriers. As the optical gap increases and the conductivity of the doped layers decreases, the transport mechanism changes from a drift to a diffusion-limited process.

Definition of MV Load Diagrams via Weighted Evidence Accumulation Clustering using Subsampling

A definition of medium voltage (MV) load diagrams was made, based on the data base knowledge discovery process. Clustering techniques were used as support for the agents of the electric power retail markets to obtain specific knowledge of their customers’ consumption habits. Each customer class resulting from the clustering operation is represented by its load diagram. The Two-step clustering algorithm and the WEACS approach based on evidence accumulation (EAC) were applied to an electricity consumption data from a utility client’s database in order to form the customer’s classes and to find a set of representative consumption patterns. The WEACS approach is a clustering ensemble combination approach that uses subsampling and that weights differently the partitions in the co-association matrix. As a complementary step to the WEACS approach, all the final data partitions produced by the different variations of the method are combined and the Ward Link algorithm is used to obtain the final data partition. Experiment results showed that WEACS approach led to better accuracy than many other clustering approaches. In this paper the WEACS approach separates better the customer’s population than Two-step clustering algorithm.

Re-entrant phase behaviour of network fluids: A patchy particle model with temperature-dependent valence

We study a model consisting of particles with dissimilar bonding sites ("patches"), which exhibits self-assembly into chains connected by Y-junctions, and investigate its phase behaviour by both simulations and theory. We show that, as the energy cost epsilon(j) of forming Y-junctions increases, the extent of the liquid-vapour coexistence region at lower temperatures and densities is reduced. The phase diagram thus acquires a characteristic "pinched" shape in which the liquid branch density decreases as the temperature is lowered. To our knowledge, this is the first model in which the predicted topological phase transition between a fluid composed of short chains and a fluid rich in Y-junctions is actually observed. Above a certain threshold for epsilon(j), condensation ceases to exist because the entropy gain of forming Y-junctions can no longer offset their energy cost. We also show that the properties of these phase diagrams can be understood in terms of a temperature-dependent effective valence of the patchy particles. (C) 2011 American Institute of Physics. [doi: 10.1063/1.3605703]