Simulation environment of distance protection with ATP and foreign models

This paper presents an interactive simulation environment for distance protection, developed with ATP and foreign models based on ANSI C. Files in COMTRADE format are possible to generate after ATP simulation. These files can be used to calibrate real relays. Also, the performance of relay algorithms with real oscillography events is possible to assess by using the ATP option for POSTPROCESS PLOT FILE (PPF). The main purpose of the work is to develop a tool to allow the analysis of diverse fault cases and to perform coordination studies, as well as, to allow the analysis of the relay's performance in the face of a real event. © 2011 IEEE.

Computer tools to aid the learning and design steps for photovoltaic systems

This paper presents novel simulation tools to assist the lecturers about learning processes on renewable energy sources, considering photovoltaic (PV) systems. The PV behavior, functionality and its interaction with power electronic converters are investigated in the simulation tools. The main PV output characteristics, I (current) versus V (voltage) and P (power) versus V (voltage), were implemented in the tools, in order to aid the users for the design steps. In order to verify the effectiveness of the developed tools the simulation results were compared with Matlab. Finally, a prototype was implemented with the purpose to compare the experimental results with the results from the proposed tools, validating its operational feasibility. © 2011 IEEE.

Cooperative RNA Polymerase Molecules Behavior on a Stochastic Sequence-Dependent Model for Transcription Elongation

The transcription process is crucial to life and the enzyme RNA polymerase (RNAP) is the major component of the transcription machinery. The development of single-molecule techniques, such as magnetic and optical tweezers, atomic-force microscopy and single-molecule fluorescence, increased our understanding of the transcription process and complements traditional biochemical studies. Based on these studies, theoretical models have been proposed to explain and predict the kinetics of the RNAP during the polymerization, highlighting the results achieved by models based on the thermodynamic stability of the transcription elongation complex. However, experiments showed that if more than one RNAP initiates from the same promoter, the transcription behavior slightly changes and new phenomenona are observed. We proposed and implemented a theoretical model that considers collisions between RNAPs and predicts their cooperative behavior during multi-round transcription generalizing the Bai et al. stochastic sequence-dependent model. In our approach, collisions between elongating enzymes modify their transcription rate values. We performed the simulations in Mathematica® and compared the results of the single and the multiple-molecule transcription with experimental results and other theoretical models. Our multi-round approach can recover several expected behaviors, showing that the transcription process for the studied sequences can be accelerated up to 48% when collisions are allowed: the dwell times on pause sites are reduced as well as the distance that the RNAPs backtracked from backtracking sites. © 2013 Costa et al.

Energetic, ecologic and fluid-dynamic analysis of a fluidized bed gasifier operating with sugar cane bagasse

This work aims to study the thermodynamic, ecological and fluid-dynamic aspects of a circulating fluidized bed gasifier using sugar cane bagasse as biomass, in order to estimate a model of its normal operation. In the initial stage was analysed the composition of biomass selected (sugar cane bagasse) and its lower heating value (LHV) was calculated. The energy balance of the gasifier was done, being the volumetric flow of air, synthesis gas and biomass estimated. Also the power produced by this gasifier was theoretically estimated. Then the circulating fluidized bed gasifier was designed for operation with approximately 100 kg/h of processed biomass. Cross-sectional area of the reactor, feeder size, diameter of the exit zone of the gases and minimum height of the expanded bed were selected. Some bed gasifier hydrodynamic factors were also studied. The minimum fluidization velocity, fluidization terminal velocity, and average fluidizing velocity were calculated, in order to understand the fluid-dynamic behaviour of gasification of this fuel. It was obtained a theoretical model that can support a possible prototype of circulating fluidized bed gasifier biomass. Finally, there were studied the ecological aspects of the gasifier, through an overall methodology. Ecological efficiencies were estimated for two scenarios: first considering the carbon cycle and thereafter disregarding the carbon cycle. In both cases, it can be proved the ecological viability of the project. © 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Simulação numérica do escoamento de jatos impingentes axissimétricos confinados

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Simulação numérica de escoamentos de fluídos pelo método de elementos finitos baseado em volumes de controle com a técnica de passo fracionado

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Ecologia populacional de Lucilia cuprina (Wiedemann, 1830) (Diptera, Calliphoridae): aspecto do desenvolvimento em diferentes densidades larvais e seus efeitos sobre os adultos resultantes

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Metodologia baseada em sistema fuzzy intervalar do tipo-2 para detecção e identificação de faltas de incipientes em motores de indução

Desde a incorporação da automação no processo produtivo, a busca por sistemas mais eficientes, objetivando o aumento da produtividade e da qualidade dos produtos e serviços, direcionou os estudos para o planejamento de estratégias que permitissem o monitoramento de sistemas com o intuito principal de torna-los mais autônomos e robustos. Por esse motivo, as pesquisas envolvendo o diagnóstico de faltas em sistemas industriais tornaram-se mais intensivas, visto a necessidade da incorporação de técnicas para monitoramente detalhado de sistemas. Tais técnicas permitem a verificação de perturbações, falta ou mesmo falhas. Em vista disso, essa trabalho investiga técnicas de detecção e diagnostico de faltas e sua aplicação em motores de indução trifásicos, delimitando o seu estudo em duas situações: sistemas livre de faltas, e sobre atuação da falta incipiente do tipo curto-circuitoparcial nas espiras do enrolamento do estator. Para a detecção de faltas, utilizou-se analise paramétrica dos parâmetros de um modelo de tempo discreto, de primeira ordem, na estrutura autoregressivo com entradas exógenas (ARX). Os parâmetros do modelo ARX, que trazem informação sobre a dinâmica dominante do sistema, são obtidos recursivamente pela técnica dos mínimos quadrados recursivos (MQR). Para avaliação da falta, foi desenvolvido um sistema de inferência fuzzy (SIF) intervala do tipo-2, cuja mancha de incerteza ou footprint of uncertainty (FOU), características de sistema fuzzy tipo-2, é ideal como forma de representar ruídos inerentes a sistemas reais e erros numéricos provenientes do processo de estimação paramétrica. Os parâmetros do modelo ARX são entradas para o SIF. Algoritmos genéricos (AG’s) foram utilizados para otimização dos SIF intervalares tipo-2, objetivando reduzir o erro de diagnóstico da falta identificada na saída desses sistemas. Os resultados obtidos em teste de simulação computacional demonstram a efetividade da metodologia proposta.

Simulação computacional no auxílio à tomada de decisão nos processos industriais: utilizando a ferramenta Tecnomatix Plant Simulation 9.0

Atualmente existem inúmeros processos produtivos automatizados, os quais vêm se tornando cada vez mais complexos em função das necessidades do mundo moderno e, portanto, demandam nas fases de projetos e de implementação ferramentas de engenharia cada vez mais poderosas para modelá-los e analisá-los da maneira mais eficiente possível. Nesse ambiente de crescente pressão por resultados positivos, racionalização e aprimoramento de recursos internos, que a ferramenta computacional Tecnomatix Plant Simulation 9.0, surge como um caminho para a obtenção de competitividade produtiva. Ressaltando ainda que, o estudo proposto é de grande relevância para os profissionais da gestão produtiva, os quais almejam resultados que minimizem custos e maximizem lucros.

Interação CFD-DEM em fluidização: aplicação para o setor mineral

A fluidização de partículas é amplamente utilizada na indústria, principalmente devido às altas taxas de transferência de calor e massa entre as fases. O acoplamento entre a Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD – Computational Fluid Dynamics) e o Método dos Elementos Discretos (DEM – Discrete Element Method) tem se tornado atrativo para a simulação de fluidização, já que nesse caso o movimento das partículas é analisado de forma mais direta do que em outros tipos de abordagens. O grande problema do acoplamento CFD-DEM é a alta exigência computacional para rastrear todas as partículas do sistema, o que leva ao uso de estratégias de redução do tempo de simulação que em caso de utilização incorreta podem comprometer os resultados. O presente trabalho trata da aplicação do acoplamento CFD-DEM na análise de fluidização de alumina, que é um problema importante para o setor mineral. Foram analisados diversos parâmetros capazes de influenciar os resultados e o tempo de simulação como os passos de tempo, os modelos de arrasto, a distribuição granulométrica das partículas, a constante de rigidez, a utilização de partículas representativas com tamanho maior que o das partículas reais, etc. O modelo de força de interação DEM utilizado foi o modelo de mola e amortecedor lineares (LSD – Linear Spring Dashpot). Todas as simulações foram realizadas com o software ANSYS FLUENT 14.5 e os resultados obtidos foram comparados com dados experimentais e da literatura. Tais resultados permitiram comprovar a capacidade do modelo linear LSD em predizer o comportamento global de leitos de alumina e reduzir o tempo de simulação, desde que os parâmetros do modelo sejam definidos de forma adequada.

Simulação computacional da adsorção dos poluentes benzeno, tolueno e p-xileno sobre carvão ativado

Os maiores problemas de contaminação de aquíferos e solos são atribuídos aos hidrocarbonetos monoaromáticos, que são os constituintes mais solúveis e mais móveis da fração de algumas substâncias, como por exemplo, da gasolina. Para a remoção destes contaminantes, a adsorção por carvão ativado é o método mais utilizado, pois o carvão apresenta uma habilidade significativa para adsorver componentes orgânicos de baixo peso molecular, como o benzeno, o tolueno e o p-xileno. Neste trabalho, verificou-se a adsorção dos mesmos sobre carvão ativado via simulação computacional. Como base, utilizou-se o modelo postulado de carvão preparado por Bourke et al. (2007). Várias etapas foram concluídas desde os modelos das estruturas do carvão e dos poluentes até as simulações de dinâmica molecular. Para a análise conformacional da estrutura do carvão, foi utilizado o método semi-empírico PM3 e para o processo de dinâmica, o campo de força AMBER FF99SB. A estrutura passou por um aquecimento, à pressão constante, até alcançar uma temperatura final de 298K (25ºC), sendo suas informações coletadas a cada 50ps. Posteriormente, a estrutura foi submetida a equilíbrio de sistema, à temperatura constante de 298K (25ºC), por 500ps para então suas informações serem analisadas. Por fim, o sistema foi então submetido à dinâmica molecular durante 15 ns. Após análise dos resultados, constatou-se que os grupos éter, lactona e carbonila (cetona) presentes na estrutura de carvão ativado conferem caráter ácido à mesma e devido a isto e à sua consequente carga superficial negativa, a adsorção tornou-se viável uma vez que os poluentes apresentavam carga superficial positiva, o que corrobora o entendimento que já se tem a respeito desse tipo de fenômeno.

Análise do escoamento turbulento por um queimador industrial a gás utilizando dinâmica dos fluidos computacional

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Numerical modeling of flow through an industrial burner orifice

This paper presents numerical modeling of a turbulent natural gas flow through a non-premixed industrial burner of a slab reheating furnace. The furnace is equipped with diffusion side swirl burners capable of utilizing natural gas or coke oven gas alternatively through the same nozzles. The study is focused on one of the burners of the preheating zone. Computational Fluid Dynamics simulation has been used to predict the burner orifice turbulent flow. Flow rate and pressure at burner upstream were validated by experimental measurements. The outcomes of the numerical modeling are analyzed for the different turbulence models in terms of pressure drop, velocity profiles, and orifice discharge coefficient. The standard, RNG, and Realizable k-epsilon models and Reynolds Stress Model (RSM) have been used. The main purpose of the numerical investigation is to determine the turbulence model that more consistently reproduces the experimental results of the flow through an industrial non-premixed burner orifice. The comparisons between simulations indicate that all the models tested satisfactorily and represent the experimental conditions. However, the Realizable k-epsilon model seems to be the most appropriate turbulence model, since it provides results that are quite similar to the RSM and RNG k-epsilon models, requiring only slightly more computational power than the standard k-epsilon model. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Ab initio protein folding simulations using atomic burials as informational intermediates between sequence and structure

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

A two-fluid model for refrigerant flow through adiabatic capillary tubes

This work presents a numerical model to simulate refrigerant flow through capillary tubes, commonly used as expansion devices in refrigeration systems. The flow is divided in a single-phase region, where the refrigerant is in the subcooled liquid state, and a region of two-phase flow. The capillary tube is considered straight and horizontal. The flow is taken as one-dimensional and adiabatic. Steady-state condition is also assumed and the metastable flow phenomena are neglected. The two-fluid model, considering the hydrodynamic and thermal non-equilibrium between the liquid and vapor phases, is applied to the two-phase flow region. Comparisons are made with experimental measurements of the mass flow rate and pressure distribution along two capillary tubes working with refrigerant R-134a in different operating conditions. The results indicate that the present model provides a better estimation than the commonly employed homogeneous model. Some computational results referring to the quality, void fraction, velocities, and temperatures of each phase are presented and discussed.