Desenvolvimento de um programa de simulação computacional de sistemas de aquecimento solar para água

Esta Tese apresenta uma análise do comportamento térmico de um sistema de aquecimento solar operando por termossifão. Neste tipo de sistema o fluido no coletor solar é circulado por convecção natural, que acontece devido à diferença de massa específica da água ao longo circuito. Nestes sistemas a vazão mássica varia ao longo do dia e do ano, dependendo, dentre outros fatores, da irradiância solar absorvida, do perfil de temperaturas da água no sistema, da geometria, do volume e do perfil de demanda de água quente. Para uma avaliação detalhada do comportamento térmico de aquecedores solares operando por termossifão foram realizados ensaios experimentais e cálculos teóricos. Os resultados dos experimentos concordaram com aqueles apresentados na literatura e sua análise fundamentou o desenvolvimento do aplicativo TermoSim, um programa de simulação computacional do comportamento térmico de sistemas de aquecimento de água com energia solar. O tratamento matemático adotado no TermoSim compreende a modelagem dos coletores solares de acordo com a teoria de Hottel-Bliss-Whillier. O reservatório térmico é modelado com estratificação térmica, convecção e condução entre as camadas. A vazão mássica é obtida a partir do balanço da quantidade de movimento no circuito. Os modelos matemáticos empregados na construção do aplicativo TermoSim foram validados através do confronto dos resultados simulados com medidas experimentais. Foi demonstrado que a utilização destes modelos é adequada e permite reproduzir com precisão o comportamento térmico dos coletores solares e do reservatório térmico. Além do programa TermoSim, foi também desenvolvido o programa TermoDim, que é uma ferramenta para o dimensionamento de sistemas de aquecimento solar, que requer apenas o conhecimento dos parâmetros geométricos do sistema, dados meteorológicos em média mensal e informação a respeito do volume de demanda. O TermoDim é apropriado para estimar o desempenho de aquecedores solares operando por termossifão com tanques verticais e horizontais. O método de dimensionamento do TermoDim é baseado na correlação para a eficiência média mensal obtida neste trabalho a partir de um grande número de simulações.

Comportamento do reator seqüencial em batelada (RSB) sob estado estacionário dinâmico utilizando idade do lodo como parâmetro de controle operacional

O reator seqüencial em batelada (RSB) é uma variante de lodos ativados capaz de promover a remoção da matéria orgânica, a remoção dos nutrientes e a separação da fase sólida da líquida em uma unidade. A valorização das áreas urbanas, a carência de tratamento terciário e a crescente necessidade de redução nas dimensões de estações de tratamento de esgoto devem impulsionar o desenvolvimento de pesquisas sobre RSB em curto espaço de tempo. A partir deste cenário, o presente trabalho teve como objetivo modelar o comportamento do reator seqüencial em batelada a partir da teoria desenvolvida por Marais e colaboradores. Dentro deste contexto, a cinética de oxidação dos compostos orgânicos e do nitrogênio na forma amoniacal foi descrita e modelada. O trabalho experimental foi realizado em duas escalas: bancada e piloto. O experimento em escala de bancada foi dividido em duas fases. Foram utilizados dois RSBs e um sistema de fluxo contínuo. Um reator seqüencial em batelada (RSB1) foi operado com idade de lodo. O outro reator em batelada (RSB2) foi operado em função da relação F/M e o sistema de fluxo contínuo (FC1) por idade de lodo. Estes reatores foram utilizados como controle no monitoramento do RSB1 Na primeira fase, os três sistemas removeram apenas matéria orgânica. Na fase seguinte, removeram matéria orgânica e nitrogênio. A partir dos resultados obtidos em escala de bancada, foi possível concluir que o modelo desenvolvido pode ser aplicado ao reator seqüencial em batelada operando com idade de lodo, permitindo determinar a qualidade do efluente, a produção de lodo e o consumo de oxidante. Além disso, foi possível descrever o comportamento da taxa de consumo de oxigênio em função da oxidação da matéria orgânica biodegradável e da oxidação do nitrogênio na forma amoniacal. O reator seqüencial em batelada operado com idade de lodo (RSB1) alcançou remoção média de matéria orgânica de 90 % nas idades de lodo de 30, 20, 10 e 5 dias. A remoção média de nitrogênio mais elevada foi obtida na idade de lodo de 20 dias e atingiu 87 %. Nas demais idades de lodo a remoção média de nitrogênio variou entre 79 e 42 %. A modelagem do comportamento do reator seqüencial em batelada resultou numa proposta de metodologia para o dimensionamento que tem como finalidade abolir critérios obsoletos e inadequados para o dimensionamento de lodos ativados em batelada No experimento em escala piloto, foram utilizados um reator seqüencial em batelada, denominado RSB, e um sistema de fluxo contínuo com a configuração Bardenpho, denominado FC. Os sistemas de lodos ativados sob investigação foram monitorados em duas idades de lodo: 30 e 10 dias. Os dados do experimento em escala piloto mostraram que os processos físico-químicos e biológicos envolvidos na remoção de matéria orgânica e nitrogênio no RSB foram mais eficientes do que no Bardenpho quando trataram o mesmo esgoto doméstico e foram submetidos às mesmas condições operacionais. No RSB, obteve-se 88 e 89 % de remoção de matéria orgânica nas idades de lodo de 10 e 30 dias, respectivamente. Nesta seqüência das idades de lodo, a eficiência do Bardenpho caiu de 87 para 76 %. O sistema de fluxo contínuo removeu 66 e 52 % do nitrogênio total afluente nas idades de lodo de 10 e 30 dias, respectivamente. A eficiência do RSB na remoção de nitrogênio foi determinada apenas na idade de lodo de 10 dias e alcançou 69 %. A partir dos resultados obtidos em escala de bancada e piloto, constata-se que o reator seqüencial em batelada operando com idade de lodo pode ser utilizado no tratamento de esgoto doméstico e obter eficiência na remoção de matéria orgânica e nitrogênio igual ou superior ao sistema de fluxo contínuo.

Gestão verde de tecnologia da informação e comunicação: fatores que influenciam a sua adoção em grandes empresas usuárias no Brasil

A crescente utilização de recursos de informática e comunicação nas empresas, visando modernização, agilidade, redução de custos e outros, tem trazido diversos benefícios, mas tem também se tornado um enorme problema para o planeta. A quantidade de lixo eletrônico (e-waste) gerada pelos equipamentos de informática e comunicação tem dobrado a cada cinco anos, se tornando um dos principais focos de atenção nos últimos anos. O volume de lixo eletrônico gerado pelo descarte de equipamentos de informática e comunicação (TIC), já ultrapassa a marca de 50 milhões de toneladas por ano, o que equivale a oito vezes a produção total de resíduos da cidade de São Paulo. O mercado brasileiro total de eletrônicos é considerado o quinto do mundo, depois da China, Estados Unidos, Japão e Rússia. A produção total de lixo eletrônico no Brasil em 2011 foi de um milhão de toneladas e a parte referente a equipamentos de TIC foi estimada em 98 mil toneladas. Frente a este contexto este estudo visa contribuir para a expansão do conhecimento na gestão verde da cadeia de suprimentos (GSCM) aplicado à realidade empresarial brasileira de TIC. Especificamente pretende-se identificar quais fatores influenciam o processo de adoção e aplicação da gestão verde de TIC, em grandes empresas usuárias de TIC no Brasil, a partir dos modelos propostos por Molla (2008) e Molla e Coopers (2008). Desta forma buscou-se responder ao seguinte problema de pesquisa: quais fatores influenciam grandes empresas usuárias de tecnologia da informação e comunicação (TIC) no Brasil na adoção de conceitos de gestão de verde? Para isto, foi realizado estudo de caso em seis grandes empresas, todas lideres em seus setores, representando grandes áreas de serviços e manufatura. Como resultado final, foi proposto um novo modelo analítico, que pareceu mais adequado ao setor de serviços. O estudo também identificou que na gestão verde de TIC empresas manufatureiras tem prioridades diferentes das de serviço. Muitas vezes seus desafios operacionais são mais críticos em relação à sustentabilidade, que a gestão verde de TIC em si. Por outro lado, o estudo dos serviços prestados pelo setor público apesar dos grandes orçamentos anuais, apontou restrições quanto aos aspectos legais e deficiência de qualificação e capacitação de seus colaboradores como fatores limitantes para a implantação de programas de gestão verde mais abrangentes.

Precificação em orquestradores de informação: maximizando redes estáveis

Em redes de inovação baseadas em trocas de informação, o agente orquestrador se apropria das informações dos atores periféricos, gera inovação e distribui em forma de valor agregado. É sua função promover a estabilidade na rede fazendo com que a mesma tenha taxas não negativas de crescimento. Nos mercados de análise de crédito e fraude, por exemplo, ou bureaus funcionam como agentes orquestradores, concentrando as informações históricas da população que são provenientes de seus clientes e fornecendo produtos que auxiliam na tomada de decisão. Assumindo todas as empresas do ecossistema como agentes racionais, a teoria dos jogos se torna uma ferramenta apropriada para o estudo da precificação dos produtos como mecanismo de promoção da estabilidade da rede. Este trabalho busca identificar a relação de diferentes estruturas de precificação promovidas pelo agente orquestrador com a estabilidade e eficiência da rede de inovação. Uma vez que o poder da rede se dá pela força conjunta de seus membros, a inovação por esta gerada varia de acordo com a decisão isolada de cada agente periférico de contratar o agente orquestrador ao preço por ele estipulado. Através da definição de um jogo teórico simplificado onde diferentes agentes decidem conectar-se ou não à rede nas diferentes estruturas de preços estipuladas pelo agente orquestrador, o estudo analisa as condições de equilíbrio conclui que o equilíbrio de Nash implica em um cenário de estabilidade da rede. Uma conclusão é que, para maximizar o poder de inovação da rede, o preço a ser pago por cada agente para fazer uso da rede deve ser diretamente proporcional ao benefício financeiro auferido pela inovação gerada pela mesma. O estudo apresenta ainda uma simulação computacional de um mercado fictício para demonstração numérica dos efeitos observados. Através das conclusões obtidas, o trabalho cobre uma lacuna da literatura de redes de inovação com agentes orquestradores monopolistas em termos de precificação do uso da rede, servindo de subsídio de tomadores de decisão quando da oferta ou demanda dos serviços da rede.

Uma análise dos leilões de partilha de produção do pré-sal através de simulação computacional

O presente trabalho consiste na aplicação da simulação computacional como método de aprofundamento do estudo de mecanismos de leilões aplicados na alocação do direito de exploração das reservas de petróleo da camada do pré-sal. A camada do pré-sal está localizada na costa brasileira e apresenta um grande potencial em termos de reserva de óleo e gás. A função lance aplicada para os participantes criados computacionalmente foi estimada com base em dados experimentais e segue uma função exponencial. A simulação possibilita reproduzir o modelo de leilão considerando todas as características e parâmetros dos experimentos sem incorrer no custo da realização de novas sessões de leilão com participantes reais. Os leilões estudados foram o leilão de valores privados de 1° preço e o leilão de valores privados de 2° preço. Através dos resultados obtidos identificou-se que o leilão de valores privados de 1° preço é menos arriscado que o leilão de valores privados de 2° preço; no leilão com simetria, o Princípio de Equivalência de Receita é válido; a eficiência observada é menor em leilões assimétricos; o leilão de 2° preço comparado com o de 1° preço apresenta um tradeoff entre a eficiência e a receita do governo; e que considerando o aprendizado dos participantes, não se observam alterações significativas nas estatísticas analisadas à medida que os participantes se tornam mais experientes.

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.

A Numerical method for the semilinear stochastic transport equation

Trabalho apresentado no XXXV CNMAC, Natal-RN, 2014.

A methodology for building energy modelling and calibration in warm climates

PEDRINI, Aldomar; WESTPHAL, F. S.; LAMBERT, R.. A methodology for building energy modelling and calibration in warm climates. Building And Environment, Australia, n. 37, p.903-912, 2002. Disponível em: . Acesso em: 04 out. 2010.

Modos projetuais de simulação: uso de ferramentas de simulação térmica no processo projetual de arquitetura

This thesis aims to describe and demonstrate the developed concept to facilitate the use of thermal simulation tools during the building design process. Despite the impact of architectural elements on the performance of buildings, some influential decisions are frequently based solely on qualitative information. Even though such design support is adequate for most decisions, the designer will eventually have doubts concerning the performance of some design decisions. These situations will require some kind of additional knowledge to be properly approached. The concept of designerly ways of simulating focuses on the formulation and solution of design dilemmas, which are doubts about the design that cannot be fully understood nor solved without using quantitative information. The concept intends to combine the power of analysis from computer simulation tools with the capacity of synthesis from architects. Three types of simulation tools are considered: solar analysis, thermal/energy simulation and CFD. Design dilemmas are formulated and framed according to the architect s reflection process about performance aspects. Throughout the thesis, the problem is investigated in three fields: professional, technical and theoretical fields. This approach on distinct parts of the problem aimed to i) characterize different professional categories with regards to their design practice and use of tools, ii) investigate preceding researchers on the use of simulation tools and iii) draw analogies between the proposed concept, and some concepts developed or described in previous works about design theory. The proposed concept was tested in eight design dilemmas extracted from three case studies in the Netherlands. The three investigated processes are houses designed by Dutch architectural firms. Relevant information and criteria from each case study were obtained through interviews and conversations with the involved architects. The practical application, despite its success in the research context, allowed the identification of some applicability limitations of the concept, concerning the architects need to have technical knowledge and the actual evolution stage of simulation tools

Análise de métodos para aplicação de ventilação natural em projetos de edificações em Natal-RN

Natural ventilation is an efficient bioclimatic strategy, one that provides thermal comfort, healthful and cooling to the edification. However, the disregard for quality environment, the uncertainties involved in the phenomenon and the popularization of artificial climate systems are held as an excuse for those who neglect the benefits of passive cooling. The unfamiliarity with the concept may be lessened if ventilation is observed in every step of the project, especially in the initial phase in which decisions bear a great impact in the construction process. The tools available in order to quantify the impact of projected decisions consist basically of the renovation rate calculations or computer simulations of fluids, commonly dubbed CFD, which stands for Computational Fluid Dynamics , both somewhat apart from the project s execution and unable to adapt for use in parametric studies. Thus, we chose to verify, through computer simulation, the representativeness of the results with a method of simplified air reconditioning rate calculation, as well as making it more compatible with the questions relevant to the first phases of the project s process. The case object consists of a model resulting from the recommendations of the Código de Obras de Natal/ RN, customized according to the NBR 15220. The study has shown the complexity in aggregating a CFD tool to the process and the need for a method capable of generating data at the compatible rate to the flow of ideas and are discarded during the project s development. At the end of our study, we discuss the necessary concessions for the realization of simulations, the applicability and the limitations of both the tools used and the method adopted, as well as the representativeness of the results obtained

Utilização de um aplicativo de simulação computacional na avaliação de desempenho térmico de protótipo de habitação de interesse social (his)

This Masters Degree dissertation seeks to make a comparative study of internal air temperature data, simulated through the thermal computer application DesignBuilder 1.2, and data registered in loco through HOBO® Temp Data Logger, in a Social Housing Prototype (HIS), located at the Central Campus of the Federal University of Rio Grande do Norte UFRN. The prototype was designed and built seeking strategies of thermal comfort recommended for the local climate where the study was carried out, and built with panels of cellular concrete by Construtora DoisA, a collaborator of research project REPESC Rede de Pesquisa em Eficiência Energética de Sistemas Construtivos (Research Network on Energy Efficiency of Construction Systems), an integral part of Habitare program. The methodology employed carefully examined the problem, reviewed the bibliography, analyzing the major aspects related to computer simulations for thermal performance of buildings, such as climate characterization of the region under study and users thermal comfort demands. The DesignBuilder 1.2 computer application was used as a simulation tool, and theoretical alterations were carried out in the prototype, then they were compared with the parameters of thermal comfort adopted, based on the area s current technical literature. Analyses of the comparative studies were performed through graphical outputs for a better understanding of air temperature amplitudes and thermal comfort conditions. The data used for the characterization of external air temperature were obtained from the Test Reference Year (TRY), defined for the study area (Natal-RN). Thus the author also performed comparative studies for TRY data registered in the years 2006, 2007 and 2008, at weather station Davis Precision Station, located at the Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais INPE-CRN (National Institute of Space Research), in a neighboring area of UFRN s Central Campus. The conclusions observed from the comparative studies performed among computer simulations, and the local records obtained from the studied prototype, point out that the simulations performed in naturally ventilated buildings is quite a complex task, due to the applications limitations, mainly owed to the complexity of air flow phenomena, the influence of comfort conditions in the surrounding areas and climate records. Lastly, regarding the use of the application DesignBuilder 1.2 in the present study, one may conclude that it is a good tool for computer simulations. However, it needs some adjustments to improve reliability in its use. There is a need for continued research, considering the dedication of users to the prototype, as well as the thermal charges of the equipment, in order to check sensitivity

Análise de métodos de predição de conforto térmico de habitação em clima quente-úmido com condicionamento passivo

The assessment of building thermal performance is often carried out using HVAC energy consumption data, when available, or thermal comfort variables measurements, for free-running buildings. Both types of data can be determined by monitoring or computer simulation. The assessment based on thermal comfort variables is the most complex because it depends on the determination of the thermal comfort zone. For these reasons, this master thesis explores methods of building thermal performance assessment using variables of thermal comfort simulated by DesignBuilder software. The main objective is to contribute to the development of methods to support architectural decisions during the design process, and energy and sustainable rating systems. The research method consists on selecting thermal comfort methods, modeling them in electronic sheets with output charts developed to optimize the analyses, which are used to assess the simulation results of low cost house configurations. The house models consist in a base case, which are already built, and changes in thermal transmittance, absorptance, and shading. The simulation results are assessed using each thermal comfort method, to identify the sensitivity of them. The final results show the limitations of the methods, the importance of a method that considers thermal radiance and wind speed, and the contribution of the chart proposed

Análise de componentes arquitetônicos para potencialização da ventilação natural com ênfase em captadores de vento

The building envelope is the principal mean of interaction between indoors and environment, with direct influence on thermal and energy performance of the building. By intervening in the envelope, with the proposal of specific architectural elements, it is possible to promote the use of passive strategies of conditioning, such as natural ventilation. The cross ventilation is recommended by the NBR 15220-3 as the bioclimatic main strategy for the hot and humid climate of Natal/RN, offering among other benefits, the thermal comfort of occupants. The analysis tools of natural ventilation, on the other hand, cover a variety of techniques, from the simplified calculation methods to computer fluid dynamics, whose limitations are discussed in several papers, but without detailing the problems encountered. In this sense, the present study aims to evaluate the potential of wind catchers, envelope elements used to increase natural ventilation in the building, through CFD simplified simulation. Moreover, it seeks to quantify the limitations encountered during the analysis. For this, the procedure adopted to evaluate the elements implementation and efficiency was the CFD simulation, abbreviation for Computer Fluid Dynamics, with the software DesignBuilder CFD. It was defined a base case, where wind catchers were added with various settings, to compare them with each other and appreciate the differences in flows and air speeds encountered. Initially there has been done sensitivity tests for familiarization with the software and observe simulation patterns, mapping the settings used and simulation time for each case simulated. The results show the limitations encountered during the simulation process, as well as an overview of the efficiency and potential of wind catchers, with the increase of ventilation with the use of catchers, differences in air flow patterns and significant increase in air speeds indoors, besides changes found due to different element geometries. It is considered that the software used can help designers during preliminary analysis in the early stages of design

Uma janela tropical: análise do desempenho luminoso de ambientes com aberturas sombreadas para o clima de Natal/RN

This master thesis introduces assessment procedures of daylighting performance in office rooms with shaded opening, recommendations for Natal-RN (Latitude 05,47' S, Longitude 35,11' W). The studies assume the need of window exterior shading in hot and humid climate buildings. The daylighting performance analyses are based on simulated results for three levels of illuminance (300,500 e 1000 lux) between 08h00 e 16h00, in rooms with 2,80 m height, 6 m large and 4 m, 6 m e 8 m depths, with a centered single opening, window wall ratio (20%, 40% e 60%), four orientations (North, East, South and West), and two types of sky (clear and partially cloudy). The sky characteristics were statistically determined based on hourly data from INPE-CRN solar and daylighting weather station. The lighting performance is resulted from dynamic computer simulation of 72 models using Troplux 3.12. The simulation results were assessed using a new parameter to quantify the use of interior daylighting, the useful percentage of daylight (PULN), which corresponds to the time fraction with satisfactory light, in accordance with the illuminance design. The passive zone depths are defined based on the PULN. Despite the failures of illuminance data from the weather station, the analyses ratified the high potential of daylighting for shaded rooms. The most influential variables on the lighting performance are the opening size and the illuminance of design, while the orientation is a little influential