Metodologia para conversão de veículos equipados com motores a combustão interna para tração elétrica: aplicação de motor síncrono de ímã permanente com fluxo magnético radial a um furgão, Brasil. 2009.

Questões climáticas, atmosféricas e de poluição ambiental têm tornado o uso final da energia assunto de interesse mundial. Sistemas com tração elétrica oferecem a oportunidade de redução de emissões. O mix de energia caracterizado pela matriz energética brasileira viabiliza o desenvolvimento desta tecnologia. É desenvolvida aqui uma metodologia para conversão de veículos equipados com motores a combustão interna para tração elétrica. A metodologia considera fatores como o peso e tamanho, o torque de partida, transmissão e potência, entre outros. Ferramentas matemáticas e a prática corrente fornecem a base para a elaboração deste trabalho, que descreve a análise de desempenho de veículos elétricos, os componentes utilizados, as equações mecânicas e os critérios para escolha do veículo ideal para conversão. É apresentada a execução de um projeto de conversão de uma Kombi para tração elétrica, cujo objetivo tem caráter educativo, buscando assim promover os benefícios da tecnologia veicular elétrica. Para viabilização do experimento, o trabalho conclui que é necessário ampliar a demanda por nacionalização de tecnologia, o que tornaria o projeto uma realidade comercialmente viável. Além disto, há necessidade de políticas públicas para o incentivo da tecnologia veicular elétrica no Brasil. Este trabalho apresenta uma contribuição para converter veículos para tração elétrica, visto que sistematiza as etapas de projeto, a partir das quais outros poderão seguir, utilizando componentes encontrados no mercado nacional.

First principles based multiparadigm modeling of electronic structures and dynamics

Electronic structures and dynamics are the key to linking the material composition and structure to functionality and performance.

An essential issue in developing semiconductor devices for photovoltaics is to design materials with optimal band gaps and relative positioning of band levels. Approximate DFT methods have been justified to predict band gaps from KS/GKS eigenvalues, but the accuracy is decisively dependent on the choice of XC functionals. We show here for CuInSe₂ and CuGaSe₂, the parent compounds of the promising CIGS solar cells, conventional LDA and GGA obtain gaps of 0.0-0.01 and 0.02-0.24 eV (versus experimental values of 1.04 and 1.67 eV), while the historically first global hybrid functional, B3PW91, is surprisingly the best, with band gaps of 1.07 and 1.58 eV. Furthermore, we show that for 27 related binary and ternary semiconductors, B3PW91 predicts gaps with a MAD of only 0.09 eV, which is substantially better than all modern hybrid functionals, including B3LYP (MAD of 0.19 eV) and screened hybrid functional HSE06 (MAD of 0.18 eV).

The laboratory performance of CIGS solar cells (> 20% efficiency) makes them promising candidate photovoltaic devices. However, there remains little understanding of how defects at the CIGS/CdS interface affect the band offsets and interfacial energies, and hence the performance of manufactured devices. To determine these relationships, we use the B3PW91 hybrid functional of DFT with the AEP method that we validate to provide very accurate descriptions of both band gaps and band offsets. This confirms the weak dependence of band offsets on surface orientation observed experimentally. We predict that the CBO of perfect CuInSe₂/CdS interface is large, 0.79 eV, which would dramatically degrade performance. Moreover we show that band gap widening induced by Ga adjusts only the VBO, and we find that Cd impurities do not significantly affect the CBO. Thus we show that Cu vacancies at the interface play the key role in enabling the tunability of CBO. We predict that Na further improves the CBO through electrostatically elevating the valence levels to decrease the CBO, explaining the observed essential role of Na for high performance. Moreover we find that K leads to a dramatic decrease in the CBO to 0.05 eV, much better than Na. We suggest that the efficiency of CIGS devices might be improved substantially by tuning the ratio of Na to K, with the improved phase stability of Na balancing phase instability from K. All these defects reduce interfacial stability slightly, but not significantly.

A number of exotic structures have been formed through high pressure chemistry, but applications have been hindered by difficulties in recovering the high pressure phase to ambient conditions (i.e., one atmosphere and room temperature). Here we use dispersion-corrected DFT (PBE-ulg flavor) to predict that above 60 GPa the most stable form of N₂O (the laughing gas in its molecular form) is a 1D polymer with an all-nitrogen backbone analogous to cis-polyacetylene in which alternate N are bonded (ionic covalent) to O. The analogous trans-polymer is only 0.03-0.10 eV/molecular unit less stable. Upon relaxation to ambient conditions both polymers relax below 14 GPa to the same stable non-planar trans-polymer, accompanied by possible electronic structure transitions. The predicted phonon spectrum and dissociation kinetics validate the stability of this trans-poly-NNO at ambient conditions, which has potential applications as a new type of conducting polymer with all-nitrogen chains and as a high-energy oxidizer for rocket propulsion. This work illustrates in silico materials discovery particularly in the realm of extreme conditions.

Modeling non-adiabatic electron dynamics has been a long-standing challenge for computational chemistry and materials science, and the eFF method presents a cost-efficient alternative. However, due to the deficiency of FSG representation, eFF is limited to low-Z elements with electrons of predominant s-character. To overcome this, we introduce a formal set of ECP extensions that enable accurate description of p-block elements. The extensions consist of a model representing the core electrons with the nucleus as a single pseudo particle represented by FSG, interacting with valence electrons through ECPs. We demonstrate and validate the ECP extensions for complex bonding structures, geometries, and energetics of systems with p-block character (C, O, Al, Si) and apply them to study materials under extreme mechanical loading conditions.

Despite its success, the eFF framework has some limitations, originated from both the design of Pauli potentials and the FSG representation. To overcome these, we develop a new framework of two-level hierarchy that is a more rigorous and accurate successor to the eFF method. The fundamental level, GHA-QM, is based on a new set of Pauli potentials that renders exact QM level of accuracy for any FSG represented electron systems. To achieve this, we start with using exactly derived energy expressions for the same spin electron pair, and fitting a simple functional form, inspired by DFT, against open singlet electron pair curves (H₂ systems). Symmetric and asymmetric scaling factors are then introduced at this level to recover the QM total energies of multiple electron pair systems from the sum of local interactions. To complement the imperfect FSG representation, the AMPERE extension is implemented, and aims at embedding the interactions associated with both the cusp condition and explicit nodal structures. The whole GHA-QM+AMPERE framework is tested on H element, and the preliminary results are promising.

Síntese e caracterização de biodiesel obtido via catálises homogênea e heterogênea de óleo extraído de sementes de Helianthus annuus

O biodiesel é definido como um mono alquil éster de ácidos graxos de cadeia longa derivado de fontes renováveis tais como óleos vegetais e gorduras animais. Sua importância esta associada ao uso como um combustível alternativo para motores do ciclo Diesel podendo ser utilizado puro ou em misturas com o diesel representando economia de petróleo e menor poluição ambiental. Em geral é obtido por meio da reação de transesterificação na qual os triacilgliceróis, principais constituintes dos óleos e gorduras reagem com álcool, em presença de um catalisador ácido ou básico, produzindo ésteres de ácidos graxos e glicerol. A transesterificação pode ser conduzida por catálise homogênea ou heterogênea. O grande desafio da indústria é otimizar o processo a fim de alcançar um produto e uma rota de produção tecnologicamente eficiente e ambientalmente correta. O objetivo desta pesquisa foi estudar a síntese do biodiesel utilizando o processo de transesterificação do óleo de girassol por catálises homogênea e heterogênea. Foram realizadas reações de transesterificação via rotas metílica e etílica, empregando como catalisador homogêneo alcóxido de potássio e como catalisador heterogêneo a resina comercial de troca iônica Amberlyst 26

Control de un sistema de accionamientos de traslación basado en correa para un manipulador de cinemática paralela

[ES]Este Trabajo de Fin de Grado “Control de un sistema de accionamientos de traslación basado en correa para un manipulador de cinemática paralela” tiene como objetivo principal la implementación de un sistema de control que nos permita manejar un manipulador de cinemática paralela de dos grados de libertad accionado mediante dos motores eléctricos de corriente continua. Como componente central de este sistema de control, se dispondrá de un ordenador portátil cuyo procesador será el encargado de ejecutar las acciones necesarias para que pueda llevarse a cabo esta actividad de control. De esta forma, la tarea más importante y laboriosa a llevar cabo en este proyecto será el desarrollo de un aplicación de control que, corriendo en el citado ordenador, permitirá al usuario manejar el manipulador de cinemática paralela en cuestión. Para ello, esta aplicación deberá ser capaz de interpretar las ordenes de movimiento dadas por el usuario y transmitirlas al procesador del mencionado ordenador. Además de todo lo anterior, para completar el desarrollo del sistema de control, será necesaria la implementación de diversos sensores que se encargarán de detectar y transmitir las señales necesarias para evitar situaciones de emergencia en el que el manipulador estuviese a punto de chocar con algún objeto o persona. En conclusión, mediante el cumplimiento de los objetivos de este Trabajo de Fin de Grado, se va a disponer de un sistema de control sencillo, intuitivo y fácilmente operable, que va a permitir a cualquier futuro usuario del mismo el manejo de un robot de cinemática paralela.

An investigation of a method of underwater propulsion by direct gas injection

This report presents the results of an investigation of a method of underwater propulsion. The propelling system utilizes the energy of a small mass of expanding gas to accelerate the flow of a large mass of water through an open ended duct of proper shape and dimensions to obtain a resultant thrust. The investigation was limited to making a large number of runs on a hydroduct of arbitrary design, varying between wide limits the water flow and gas flow through the device, and measuring the net thrust caused by the introduction and expansion of the gas.

In comparison with the effective exhaust velocity of about 6,000 feet per second observed in rocket motors, this hydroduct model attained a maximum effective exhaust velocity of more than 27,000 feet per second, using nitrogen gas. Using hydrogen gas, effective exhaust velocities of 146,000 feet per second were obtained. Further investigation should prove this method of propulsion not only to be practical but very efficient.

This investigation was conducted at Project No. 1, Guggenheim Aeronautical Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, California.

Análise de viabilidade técnica e econômica da geração de energia através do biogás de lixo em aterros sanitários.

A geração de energia a partir do biogás do lixo em aterros sanitários é uma maneira de produzir energia elétrica renovável e limpa, reduzindo os impactos globais provocados pela queima dos resíduos sólidos urbanos. A contribuição ambiental mais relevante é a redução de emissões dos gases de efeito estufa (GEE), por meio da conversão do metano em dióxido de carbono, visto que o metano possui um potencial de aquecimento global cerca de 21 vezes maior, quando comparado ao dióxido de carbono (através da combustão do mesmo). De acordo com o Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL), os países ricos podem comprar créditos de carbono (CERs) dos países em desenvolvimento (que possuam projetos sustentáveis) para cumprir suas metas ambientais. O objetivo é transformar um passivo ambiental (destinação final dos resíduos sólidos urbanos) em um recurso energético, além do estudo da alternativa de obtenção de recursos financeiros através dos CERs. São analisadas as tecnologias de conversão energética (tecnologia de gás de lixo, incineração, entre outras), com a seleção da melhor alternativa para a geração de energia através do biogás de lixo em aterros sanitários. A metodologia utilizada é a recomendada pela Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos - USEPA (2005). Serão apresentadas outras duas metodologias de cálculo da geração de metano: a do Banco Mundial e a do IPCC (Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas). São apresentados estudos comparativos demonstrando quando as turbinas a gás, motores de combustão interna (ciclos Otto ou Diesel) ou outras tecnologias de conversão energética serão viáveis na área técnica e econômica para implantação de Unidades Termoelétricas a biogás. No caso do Aterro de Gramacho, o projeto é viável com a utilização de motores a combustão interna e a obtenção de receitas com a venda da produção de energia e créditos de carbono. Por fim, será apresentada a alternativa do uso do biogás como substituto do gás natural para fins energéticos ou outros fins industriais.

Transonic wind tunnel for investigation of turbomachinery blades

The design of a two-stream wind tunnel was undertaken to allow the simulation and study of certain features of the flow field around the blades of high-speed axial-flow turbomachineries. The mixing of the two parallel streams with designed Mach numbers respectively equal to 1.4 and 0.7 will simulate the transonic Mach number distribution generally obtained along the tips of the first stage blades in large bypass-fan engines.

The GALCIT hypersonic compressor plant will be used as an air supply for the wind tunnel, and consequently the calculations contained in the first chapter are derived from the characteristics and the performance of this plant.

The transonic part of the nozzle is computed by using a method developed by K. O. Friedrichs. This method consists essentially of expanding the coordinates and the characteristics of the flow in power series. The development begins with prescribing, more or less arbitrarily, a Mach number distribution along the centerline of the nozzle. This method has been programmed for an IBM 360 computer to define the wall contour of the nozzle.

A further computation is carried out to correct the contour for boundary layer buildup. This boundary layer analysis included geometry, pressure gradient, and Mach number effects. The subsonic nozzle is calculated {including boundary layer buildup) by using the same computer programs. Finally, the mixing zone downstream of the splitter plate was investigated to prescribe the wall contour correction necessary to ensure a constant-pressure test section.

Effect of the A cation size disorder and synthesis conditions on the properties of an iron perovskite series

Póster presentado en The Energy and Materials Research Conference - EMR2015 celebrado en Madrid (España) entre el 25-27 de febrero de 2015

Desenvolvimento de metodologia para avaliação de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos e derivados em emissões de motores usando diesel/biodiesel

Os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA) são amplamente estudados na área de meio ambiente, em diversas matrizes ambientais como ar, água, solo e sedimento, devido a sua toxicidade, potencial mutagênico e carcinogênico. Por conta disto, as agências ambientais de países desenvolvidos listaram dezesseis HPA como sendo poluentes prioritários. As legislações a nível mundial não estipulam limites para estes compostos para ar ambiente, somente para emissões de fontes fixas e móveis e ambientes ocupacionais, mas existem diversos estudos, mais especificamente para os 16 prioritários HPA e muito pouco para os homólogos alquilados. Os HPA alquilados são mais abundantes, persistentes e frequentemente mais tóxicos que os não alquilados e a toxicidade aumenta com o número de substituições alquil sobre os núcleos aromáticos. As legislações ambientais em todo o mundo não realizam o controle em nenhuma matriz ambiental para os HPA alquilados. Neste trabalho foi desenvolvido um método para análise dos HPA e seus homólogos alquilados, utilizando cromatografia de fase gasosa acoplado a um detector de espectrometria de massa e com um sistema de injeção para grande volume, associado à vaporização com temperatura programada, que permitiu um nível de detecção na faixa de 0,70 até 103,6 ng mL-1, sendo possível analisar as amostras de material particulado oriundas de emissões veiculares. As amostras foram coletadas de acordo com a Norma ABNT NBR14489, em um dinamômetro de bancada para motor do ciclo diesel (Ciclo de 13 pontos). Os resultados encontrados foram na faixa de 0,5 ng mL-1 até 96,9 ng mL-1 Os resultados indicaram que motores a diesel/ biodiesel têm uma contribuição muito grande na formação destes HPA e homólogos alquilados

Uso de ontologia em serviço de contexto e descoberta de recursos para autoadaptação de sistemas.

Aplicações cientes de contexto precisam de mecanismos para recuperar informações sobre o seu contexto de execução. Com base no contexto atual, tais aplicações são capazes de se autoadaptar para fornecer informações e serviços adequados aos seus usuários. A abordagem comum para infraestruturas de apoio às aplicações sensíveis ao contexto fornece serviços para a descoberta de recursos através da utilização de pares e motores que executam apenas correspondência sintática. Esta abordagem não considera as possíveis relações semânticas entre as palavras-chave usadas. Portanto, a sua expressividade semântica limitada, leva a um serviço de descoberta que provê baixa taxa de recuperação e baixa acurácia. Este trabalho apresenta a utilização de uma outra abordagem para o serviço de contexto e descoberta, que utiliza ontologias para representar os recursos do contexto de execução e capturar a semântica da consulta do usuário, melhorando assim o processo de descoberta para a autoadaptação de sistemas sensíveis ao contexto. A abordagem proposta oferece também pontos de extensão para as aplicações clientes através da utilização de outras ontologias. Esta abordagem foi integrada à infraestrutura CDRF, de forma a adicionar semântica aos serviços desenvolvidos neste projeto. Exemplos de aplicações são também propostos para demonstrar a utilização dos novos serviços.

Modificación del sistema energético de la unidad móvil de donantes de osakidetza (CVTT)

[ES]Hoy en día los vehículos usados en la extracción de sangre utilizan un motor de combustión interna, no solamente para sus desplazamientos, sino también para generar electricidad con la que poder utilizar todos los aparatos del interior. Como consecuencia, el autobús es una fuente importante de ruidos y contaminación, ya que el motor diesel está funcionando durante las largas paradas en las que se realiza dicha actividad. El objetivo del proyecto es diseñar un sistema innovador basado en pilas de combustible que sirva para alimentar todos los equipos y dispositivos, evitando el ruido, las vibraciones y los gases contaminantes. Para ello y en primer lugar, será necesario estimar el consumo total del autobús. Tras esto, también se tomarán una serie de decisiones con el fin de mejorar la eficiencia energética del autobús. Finalmente, se hará un diseño del sistema energético, el cual debe incluir una pila de combustible, junto con todos sus sistemas asociados, y todas las especificaciones.

Mejora de la gestión de proyectos en el desarrollo de nuevos productos en una empresa de motores.

[ES]Este proyecto tiene la intención de convertirse en una herramienta útil para Guascor I + D, empresa española dedicada al diseño y producción de motores de cogeneración, mediante la elaboración de una propuesta de mejora de la organización que proporcionará un estímulo para su crecimiento en un futuro cercano. Se centra en el uso óptimo de los recursos y en evitar errores de planificación que podrían conducir a un retraso en los plazos de entrega establecidos. El enfoque técnico se basa en el Modelo de Madurez en la Gestión de Proyectos desarrollado por su autor Harold Kerzner, que identifica los procesos deficientes que han de ser modificados. La efectividad de esta propuesta se analiza en este documento y será corroborado por su posterior aplicación en la empresa.