Mathematical modeling of pressurized system behaviour with entrapped air

The presence of entrapped air in pressurized hydraulic systems is considered a critical condition for the infrastructure security, due to the transient pressure enhancement related with its dynamic behaviour, similar to non-linear spring action. A mathematical model for the assessment of hydraulic transients resulting from rapid pressurizations, under referred condition is presented. Water movement was modeled through the elastic column theory considering a moving liquid boundary and the entrapped air pocket as lumped gas mass, where the acoustic effects are negligible. The method of characteristics was used to obtain the numerical solution of the liquid flow. The resulting model is applied to an experimental set-up having entrapped air in the top of a vertical pipe section and the numerical results are analyzed.

Projecto de um regulador linear de tensão: LDO

Os reguladores de tensão LDO são utilizados intensivamente na actual indústria de electrónica, são uma parte essencial de um bloco de gestão de potência para um SoC. O aumento de produtos portáteis alimentados por baterias levou ao crescimento de soluções totalmente integradas, o que degrada o rendimento dos blocos analógicos que o constituem face às perturbações introduzidas na alimentação. Desta forma, surge a necessidade de procurar soluções cada vez mais optimizadas, impondo assim novas soluções, e/ou melhoramentos dos circuitos de gestão de potência, tendo como objectivo final o aumento do desempenho e da autonomia dos dispositivos electrónicos. Normalmente este tipo de reguladores tem a corrente de saída limitada, devido a problemas de estabilidade associados. Numa tentativa de evitar a instabilidade para as correntes de carga definidas e aumentar o PSRR do mesmo, é apresentado um método de implementação que tem como objectivo melhorar estas características, em que se pretende aumentar o rendimento e melhorar a resposta à variação da carga. No entanto, a técnica apresentada utiliza polarização adaptativa do estágio de potência, o que implica um aumento da corrente de consumo. O regulador LDO foi implementado na tecnologia CMOS UMC 0.18μm e ocupa uma área inferior a 0,2mm2. Os resultados da simulação mostram que o mesmo suporta uma transição de corrente 10μA para 100mA, com uma queda de tensão entre a tensão de alimentação e a tensão de saída inferior a 200mV. A estabilidade é assegurada para todas as correntes de carga. O tempo de estabelecimento é inferior a 6μs e as variações da tensão de saída relativamente a seu valor nominal são inferiores a 5mV. A corrente de consumo varia entre os 140μA até 200μA, o que permite atingir as especificações proposta para um PSRR de 40dB@10kHz.

Avaliação do risco associado a movimentos verticais de navios em manobra no porto da Praia da Vitória

O risco associado a um navio em manobra pode ser avaliado pela probabilidade do movimento vertical de um ponto do navio ultrapassar um determinado limiar pré-definido. Essa excedência pode originar danos tanto no próprio navio como nas estruturas portuárias envolventes. Este trabalho surge no seguimento de um estudo efectuado no Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC), no qual foi desenvolvido um conjunto de ferramentas de avaliação da função resposta do navio quando sujeito à agitação marítima e, partindo dessas ferramentas, foi obtido um procedimento para determinação do espectro dos movimentos verticais de um ponto de um navio parado sujeito àquele estado de agitação (Rodrigues, 2010). No presente estudo, estendeu-se esse procedimento de modo a avaliar a influência da velocidade de avanço do navio no espectro dos movimentos verticais do mesmo. O percurso de entrada do “N/M Fernão Gomes” no porto da Praia da Vitória foi o caso de estudo considerado. A agitação marítima incidente no navio cobriu o período de Janeiro de 2009 a Dezembro de 2010 e foi obtida com base no modelo previsão de escala regional (WAVEWATCH III) e posteriormente transferida para o interior do porto com o recurso a modelos numéricos de propagação de ondas (SWAN e DREAMS). Foi também assumido que a altura do movimento vertical do navio segue uma distribuição de Rayleigh, a qual possibilita a determinação da altura significativa desse movimento vertical, bem como a implementação de um procedimento para determinar a probabilidade de a altura do movimento vertical do navio não exceder um limiar pré-definido e consequentemente mostrar, através da análise dos resultados, a influência da velocidade de avanço do navio. Da análise dos resultados concluiu-se que a velocidade tem uma influência significativa nos resultados. No final avaliou-se a contribuição dos resultados anteriormente determinados, para a análise do risco associado aos movimentos verticais do navio quando em manobra no porto em estudo.

Angular and linear accelerations of a rolling cylinder acted by an external force

The dynamics of a cylinder rolling on a horizontal plane acted on by an external force applied at an arbitrary angle is studied with emphasis on the directions of the acceleration of the centre-of-mass and the angular acceleration of the body. If rolling occurs without slipping, there is a relationship between the directions of these accelerations. If the linear acceleration points to the right, then the angular acceleration is clockwise. On the other hand, if it points to the left, then the angular acceleration is counterclockwise. In contrast, if rolling and slipping occurs, the direction of the linear acceleration does not determine the direction of the angular acceleration. For example, the linear acceleration may point to the right and the angular acceleration clockwise or counterclockwise depending on the external force orientation and point of application.

Análise da estrutura de um edifício em betão armado usando um método dos elementos finitos: aplicação do método dos elementos finitos a problemas tridimensionais de elasticidade linear usando o freeFEM++

Pretende-se, utilizando o Modelo da Elasticidade Linear em freeFEM++, determinar os esforços e deslocamentos de um edifício alto submetido apenas à acção do peso próprio da estrutura e, efectuar estudos comparativos dos resultados obtidos com o SAP2000. O trabalho inicia-se com a introdução da teoria da elasticidade linear, onde são feitas as deduções das Equações de Compatibilidade, Equilíbrio e as Leis Constitutivas, de modo a resolver numericamente o problema de Elasticidade Linear mencionado. O método de elementos finitos será implementado em freeFEM++ com auxílio do GMSH que é uma poderosa ferramenta com capacidade de gerar automaticamente malhas tridimensionais de elementos finitos e com relativa facilidade de pré e pós-processamento.

Modelação em regime elástico-linear de pavimentos rodoviários

Neste trabalho apresenta-se o desenvolvimento de um programa de elementos finitos tridimensionais denominado AE3D1.0, concebido especificamente para a análise de pavimentos rodoviários, partindo do pressuposto de que todos os materiais incorporados possuem comportamento elástico-linear. Por comparação dos resultados do programa AE3D1.0 com as soluções analíticas da teoria da elasticidade para o semi-espaço homogéneo e multiestratificado, confirma-se que é possível estabelecer uma analogia próxima entre ambas as abordagens. Tirando partindo das potencialidades do método dos elementos finitos, e da capacidade do programa de registar os resultados de cálculo em ficheiros digitais que possibilitam a posterior apreciação visual e tratamento dos dados obtidos, comparam-se pavimentos rígidos expostos a carregamentos de canto e de bordo, e é evidenciado o efeito prejudicial que a erosão da estrutura de apoio subjacente à laje de betão tem na longevidade e integridade estrutural do pavimento. São também aplicadas forças de frenagem a pavimentos rígidos em secções confinadas e não confinadas. Elege-se um modelo de pneu para veículos pesados representativo das características do eixo padrão de 130 kN, e analisa-se o efeito que a correspondente impressão ovalizada e distribuição de pressões verticais não uniforme tem na estrutura de um pavimento semi-rígido. Adapta-se e é aplicada uma malha de elementos finitos ao estudo da avaliação da capacidade de carga de pavimentos através de ensaios com o defletómetro de impacto.

Identification of tsunami-induced deposits using numerical modeling and rock magnetism techniques: Astudy case of the 1755 Lisbon tsunami in Algarve, Portugal (vol 182, pg 187, 2010)

Storm- and tsunami-deposits are generated by similar depositional mechanisms making their discrimination hard to establish using classic sedimentologic methods. Here we propose an original approach to identify tsunami-induced deposits by combining numerical simulation and rock magnetism. To test our method, we investigate the tsunami deposit of the Boca do Rio estuary generated by the 1755 earthquake in Lisbon which is well described in the literature. We first test the 1755 tsunami scenario using a numerical inundation model to provide physical parameters for the tsunami wave. Then we use concentration (MS. SIRM) and grain size (chi(ARM), ARM, B1/2, ARM/SIRM) sensitive magnetic proxies coupled with SEM microscopy to unravel the magnetic mineralogy of the tsunami-induced deposit and its associated depositional mechanisms. In order to study the connection between the tsunami deposit and the different sedimentologic units present in the estuary, magnetic data were processed by multivariate statistical analyses. Our numerical simulation show a large inundation of the estuary with flow depths varying from 0.5 to 6 m and run up of similar to 7 m. Magnetic data show a dominance of paramagnetic minerals (quartz) mixed with lesser amount of ferromagnetic minerals, namely titanomagnetite and titanohematite both of a detrital origin and reworked from the underlying units. Multivariate statistical analyses indicate a better connection between the tsunami-induced deposit and a mixture of Units C and D. All these results point to a scenario where the energy released by the tsunami wave was strong enough to overtop and erode important amount of sand from the littoral dune and mixed it with reworked materials from underlying layers at least 1 m in depth. The method tested here represents an original and promising tool to identify tsunami-induced deposits in similar embayed beach environments.

Optimal scheduling of a renewable micro-grid in an isolated load area using mixed-integer linear programming

In the energy management of the isolated operation of small power system, the economic scheduling of the generation units is a crucial problem. Applying right timing can maximize the performance of the supply. The optimal operation of a wind turbine, a solar unit, a fuel cell and a storage battery is searched by a mixed-integer linear programming implemented in General Algebraic Modeling Systems (GAMS). A Virtual Power Producer (VPP) can optimal operate the generation units, assured the good functioning of equipment, including the maintenance, operation cost and the generation measurement and control. A central control at system allows a VPP to manage the optimal generation and their load control. The application of methodology to a real case study in Budapest Tech, demonstrates the effectiveness of this method to solve the optimal isolated dispatch of the DC micro-grid renewable energy park. The problem has been converged in 0.09 s and 30 iterations.

Ancillary services dispatch using linear programming and genetic algorithm approaches

Electricity market players operating in a liberalized environment requires access to an adequate decision support tool, allowing them to consider all the business opportunities and take strategic decisions. Ancillary services represent a good negotiation opportunity that must be considered by market players. For this, decision support tools must include ancillary market simulation. This paper proposes two different methods (Linear Programming and Genetic Algorithm approaches) for ancillary services dispatch. The methodologies are implemented in MASCEM, a multi-agent based electricity market simulator. A test case concerning the dispatch of Regulation Down, Regulation Up, Spinning Reserve and Non-Spinning Reserve services is included in this paper.

Comparação de diferentes técnicas de irradiação de mama em radioterapia com recurso a acelerador linear em modo de fotões

RESUMO: Introdução – A Radioterapia (RT) é uma abordagem terapêutica para tratamento de neoplasia de mama. Contudo, diferentes técnicas de irradiação (TI) podem ser usadas. Objetivos – Comparar 4 TI, considerando a irradiação dos volumes alvo (PTV) e dos órgãos de risco (OAR). Metodologia – Selecionaram-se 7 pacientes com indicação para RT de mama esquerda. Sobre tomografia computorizada foram feitos os contornos do PTV e dos OAR. Foram calculadas 4 planimetrias/paciente para as TI: conformacional externa (EBRT), intensidade modulada com 2 (IMRT2) e 5 campos (IMRT5) e arco dinâmico (DART). Resultados – Histogramas de dose volume foram comparados para todas as TI usando o software de análise estatística, IBM SPSS v20. Com IMRT5 e DART, os OAR recebem mais doses baixas. No entanto, IMRT5 apresenta melhores índices de conformidade e homogeneidade para o PTV. Conclusões – IMRT5 apresenta o melhor índice de conformidade; EBRT e IMRT2 apresentam melhores resultados que DART. Há d.e.s entre as TI, sobretudo em doses mais baixas nos OAR.

Two-way MANCOVA: an application to public health

The aim of this work is to use the MANCOVA model to study the influence of the phenotype of an enzyme - Acid phosphatase - and a genetic factor - Haptoglobin genotype - on two dependent variables - Activity of Acid Phosphatase (ACP1) and the Body Mass Index (BMI). Therefore it's used a general linear model, namely a multivariate analysis of covariance (Two-way MANCOVA). The covariate is the age of the subject. This covariate works as control variable for the independent factors, serving to reduce the error term in the model. The main results showed that only the ACP1 phenotype has a significant effect on the activity of ACP1 and the covariate has a significant effect in both dependent variables. The univariate analysis showed that ACP1 phenotype accounts for about 12.5% of the variability in the activity of ACP1. In respect to this covariate it can be seen that accounts for about 4.6% of the variability in the activity of ACP1 and 37.3% in the BMI.

Numerical optimization experiments using the hyperbolic smoothing strategy to solve MPCC

In this work we solve Mathematical Programs with Complementarity Constraints using the hyperbolic smoothing strategy. Under this approach, the complementarity condition is relaxed through the use of the hyperbolic smoothing function, involving a positive parameter that can be decreased to zero. An iterative algorithm is implemented in MATLAB language and a set of AMPL problems from MacMPEC database were tested.

Numerical experiments with a modified regularization scheme for mathematical programs with complementarity constraints

On this paper we present a modified regularization scheme for Mathematical Programs with Complementarity Constraints. In the regularized formulations the complementarity condition is replaced by a constraint involving a positive parameter that can be decreased to zero. In our approach both the complementarity condition and the nonnegativity constraints are relaxed. An iterative algorithm is implemented in MATLAB language and a set of AMPL problems from MacMPEC database were tested.

Determinantes dos déficits ponderal e de crescimento linear de crianças menores de dois anos

OBJETIVO: Identificar os determinantes da desnutrição energético-protéica que ocasionam déficits ponderal e de crescimento linear em crianças. MÉTODOS: Estudo transversal envolvendo 1.041 crianças (menores de dois anos de idade) de 10 municípios do Estado da Bahia, de 1999 a 2000. Utilizou-se a técnica de regressão logística e estratégia da abordagem hierárquica para identificar os fatores associados ao estado antropométrico. RESULTADOS: O modelo final para déficit no crescimento linear revelou como determinante básico: a posse de dois ou menos equipamentos domésticos (OR=2,9; IC 95%: 1,74-4,90) e no nível subjacente, a ausência de consulta pré-natal (OR=2,7; IC 95%: 1,47-4,97); entre os determinantes imediatos o baixo peso ao nascer (<2.500 g) (OR=3,6; IC 95%: 1,72-7,70) e relato de hospitalização nos 12 meses anteriores à entrevista (OR=2,4; IC 95%: 1,42-4,10). Fatores determinantes no déficit ponderal nos níveis básico, subjacente e imediato foram, respectivamente: a renda mensal per capita inferior a ¼ do salário-mínimo (OR=3,4; IC 95%: 1,41-8,16), a ausência de pré-natal (OR=2,1; IC 95%: 1,03-4,35), e o baixo peso ao nascer (OR=4,8; IC 95%: 2,00-11,48). CONCLUSÕES: Os déficits ponderal e linear das crianças foram explicados pela intermediação entre as precárias condições materiais de vida e o restrito acesso ao cuidado com a saúde e a carga de morbidade. Intervenções que melhorem as condições de vida e ampliem o acesso às ações do serviço de saúde são estratégias que caminham na busca da eqüidade em saúde e nutrição na infância.