Programa de Pós-Graduação em Modelagem Matemática - Mestrado

URI Permanente para esta coleçãohttps://bibliodigital.unijui.edu.br/handle/123456789/466

Navegar

Agora exibindo 1 - 20 de 188

Neoplasia de mama no Rio Grande do Sul: uma análise por modelos multiníveis
(2011-09-21) Heimerdinger, Ana Paula
Introdução: A neoplasia de mama responde por 22% dos casos novos a cada ano, é o segundo tipo mais freqüente no mundo. No Brasil, as taxas de mortalidade ainda estão bastante elevadas pela doença ser diagnosticada em estágios mais avançados. Um dos estados que apresenta a maior mortalidade por neoplasia de mama entre mulheres no Brasil é o estado do RS, tendo uma projeção de 81,57 novos casos a cada 100.000 mulheres para o ano de 2010 e 2011. Este aumento da incidência vem acompanhado pelo aumento da mortalidade por esta neoplasia. Sobre esta incidência e mortalidade, são inúmeros os fatores de risco citados na literatura, e a maioria deles não consideram fatores contextuais e utilizam técnicas clássicas para as suas análises. Objetivos: Estudar o coeficiente de mortalidade por neoplasia de mama no estado do RS, nas 35 microrregiões que o subdividem, através de modelos de regressão multinível. Metodologia: A coleta das variáveis foi realizada em sites de instituições públicas como: o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), o DATASUS: Sistema de Informação da Atenção Básica (SIAB), Agência Nacional de Saúde Suplementar (ANS); o IPEA; a Fundação de Economia e Estatística (FEE); Sistema Nacional de Informação das Cidades (SNIC) e em outras bases públicas de dados em diferentes períodos, em função da disponibilidade das mesmas. Para a análise da mortalidade utilizou-se a regressão linear multinível, tomando como variável dependente o coeficiente de mortalidade por neoplasia de mama, considerando as microrregiões como nível 2 e os anos como nível 1. Resultados: Verifica-se uma tendência crescente em relação à mortalidade por neoplasia de mama no estado do RS, sendo que nos anos analisados houve 11.499 mortes por esta neoplasia. Na Modelagem Multinível, os resultados mostram que 20,08% da variação do coeficiente de mortalidade por neoplasia de mama pode ser explicado pela variabilidade entre as microrregiões do RS, cerca de 38,13% desta variação da mortalidade por neoplasia de mama pode ser explicada pela média de anos de estudo em cada área. Conclusões: Esta metodologia de modelagem permitiu relacionar dados contextuais das microrregiões, como características demográficas, indicadores socioeconômicos, indicadores de cobertura e indicadores de recursos com o coeficiente de mortalidade, no período estudado e também possibilitou uma maior compreensão da variabilidade nas taxas de mortalidade por neoplasia de mama entre as microrregiões ao longo dos anos.
Viabilidade econômica da instalação de um biodigestor em propriedades rurais
(2011-10-31) Pereira, Gilberto
A sociedade moderna e o desenvolvimento econômico tornam a energia num combustível necessário e indispensável. A geração de energia e a sociedade produzem fortes impactos e danos ambientais. Contudo, a preocupação com o meio ambiente instiga questões relacionadas à disposição dos resíduos sólidos. O objetivo principal deste trabalho é criar um procedimento para análise da viabilidade econômica para instalação de um biodigestor para geração de energia elétrica, com a utilização do biogás, proveniente da decomposição anaeróbica de dejetos de suínos. Incluída a preocupação ambiental com destinação adequada dos resíduos, podemos verificar uma nova receita da atividade da suinocultura. Nos resultados será um estudo de caso na propriedade Granja Fontana, no Município de Charrua, com apresentação de uma ferramenta matemática, por meio de um modelo, representado em uma programação que mostre a viabilidade da instalação de um biodigestor. Estes procedimentos contêm receitas e despesas da instalação de um biodigestor, contendo também todo investimento para desenvolver a atividade suína nesta propriedade. Para análises, são criados cenários para o estudo da viabilidade. Estes cenários serão denominados com variação de números de matrizes, para simulação na programação desenvolvida no software Matlab. Assim os resultados do programa nos indicarão qual melhor cenário. A instalação de um biodigestor para gerar energia elétrica traria como benefícios financeiros a geração de receita para o proprietário e também a destinação adequada dos dejetos suínos.
Modelagem matemática da grapholita molesta e sua aplicação no controle desta praga
(2011-10-31) Ramon, Rosangela
Este trabalho consiste no estudo da dinâmica populacional da Grapholita Molesta e a interação da mesma com um parasitoide. Para tanto foi elaborado um modelo matemático que descreva tal situação. Alguns dos coeficientes apresentados no modelo foram determinados com base em informações bibliográficas sobre o ciclo biológico da praga estudada. Os demais coeficientes foram determinados a partir de simulações numéricas. As simulações foram utilizadas tanto para ajustar o modelo, como para descobrir a dinâmica do processo de parasitismo do sistema em questão e modelar a aplicação de inseticidas e o lançamento de parasitóides. Este trabalho permitiu fornecer uma visão do comportamento do sistema estudado; determinar alguns coeficientes que poderão ser utilizados em outros estudos; analisar a dinâmica populacional da grafolita com e sem a interação de um parasitóide; fazer a simulação do controle biológico da grafolita, com a liberação de parasitoides em plantações infestadas pelas G. molesta; perceber que o lançamento do parasitoide controla a praga em questão.
Modelo de programação multiobjetivo de um sistema de produção leiteira: considerando objetivos de sustentabilidade
(2011-10-31) Faoro, Douglas
Atualmente o tema sustentabilidade dos processos produtivos tem ganhado espaço de destaque na sociedade. Esse assunto tem estimulado importantes debates nas áreas que envolvem a produção agropecuária e vem desafiando os pesquisadores a abordarem essa temática em diferentes níveis. A presente dissertação procurou incorporar alguns aspectos do debate em um modelo de programação matemática não linear de um arquético de sistema agropecuária com produção leiteira do munícipio de Jóia (RS). O programa matemático desenvolvido é multiobjetivo e dentre as funções encontra-se o desempenho econômico, o custo produtivo, a produção de gases de efeito estufa e a perda de solos por processos erosivos. A partir das informações sobre sua estrutura e funcionamento do arquétipo estabeleceram-se um conjunto de alternativas factíveis para que fosse possível aumentar a sustentabilidade do sistema. Essas alternativas consideraram o aumento da atividade leiteira, o emprego de maiores níveis de adubação, alimentação concentrada e suplementos volumosos, além da possibilidade de escolha de diferentes pastagens. O método eleito para considerar os multiobjetivos foi o de ponderação dos objetos (Weighting Objectives Method). As simulações foram realizadas com programa LINGO 10. Os resultados indicaram que ao se considerar os aspectos de sustentabilidade, houve efeito sobre as escolhas indicadas pelo modelo, ainda mais evidentes quando se impôs limites no aumento do número de animais que poderiam compor o sistema. De uma situação inicial de uso intensivo de alimentos concentrados, suplemento volumoso e adubação, quando se considerou apenas a renda como objetivo, o modelo passou a considerar fortemente o uso de pastagens permanentes, com menor emprego de alimentos conservados e menores níveis de uso de abudação nas pastagens. Dessa forma, evidenciou-se que a consideração de multiobjetivos pode determinar alterações significativas na combinação dos fatores de produção em sistema de produção leiteira.
Estruturação de um modelo para simulação do efeito do nitrogênio, intensidade e frequência de remoção de pastagem de tifton 85
(2011-10-31) De Carli, Vaneza
O desenvolvimento desta pesquisa está relacionada à necessidade de gerar de informações que possam ajudar na orientação de práticas de manejo de pastagem, visando à otimização da produtividade por área, a persistência e a sustentabilidade dos sistemas pastoris. Esta pesquisa teve por objetivo a implementação de um modelo matemático para simulação numérica do efeito do nitrogênio, intensidade e frequência de remoção de pastagens de Tifton 85 (Cynodon spp.). Os experimentos foram realizados no Instituto Regional de Desenvolvimento Rural (IRDeR), no município de Augusto Pestana (RS). Os dados experimentais trabalhados correspondem ao período de 14/01/2008 a 14/03/2008. Essa pastagem foi submetida a três doses de nitrogênio (0, 37,5 e 150 kg/ha) na forma de uréia, em um delineamento de blocos ao acaso com três repetições. As variáveis medidas foram o acúmulo de matéria seca semanal e suas frações e de medidas tomadas em perfilhos marcados para obter informações sobre as variáveis morfogênicas. O modelo e os submodelos em estudo foram estruturados no programa de simulação Stella 5.0. Para o seu desenvolvimento foram utilizadas as equações que compõem o modelo energético de crescimento de pastagens e um submodelo de senescência de lâmina foliar. Os parâmetros envolvidos no modelo foram estimados empiricamente para a Região Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul, a partir de dados já existentes e da condução de experimentos. Foram realizados ensaios, a partir de simulações do crescimento e acúmulo de matéria seca aérea da pastagem submetida a diferentes doses de nitrogênio, intensidades e frequências de remoção. A análise dos resultados experimentais indicou que o N interferiu no acúmulo de matéria seca aérea total da pastagem e nos constituintes, lâmina foliar e colmo/bainha, permitindo aumentar o índice de área foliar (IAF), atuou na eficiência do uso da radiação (EUR) e 2 B (Coeficiente angular da rlação entre soma térmica acumulada e IAF). Tanto o IAF como a EUR apresentaram comportamento linear. O modelo proposto possibilitou a simulação da produtividade de matéria seca aérea do Tifton 85, em função da radiação e temperatura do ar. Através das simulações foi possível observar o acúmulo de matéria seca aérea total da pastagem, bem como o acúmulo de matéria seca de lâmina foliar e a variação temporal do IAF. A partir dos ensaios, verifica-se que quanto maior for a intensidade de remoção foliar, menor será o IAF médio, para as respectivas doses de nitrogênio. Quanto maior é o intervalo de pastejo, maior será o IAF médio para as diferentes doses de N. Neste sentido, observa-se que a combinação de intensidades e frequências menores resulta em bons níveis de disponibilidade de lâmina foliar na matéria seca, garantindo a manutenção da pastagem ao longo do tempo (intensidade de 35%, frequência de 15 dias e dose de 150 kg de N/ha). O modelo na forma em que está estruturado é uma boa ferramenta para tomada de decisão para sistemas pastoris.
Aplicação do processamento de imagens digitais para análise da anisotropia da massa de grãos
(2011-11-01) Knob, Andréia Hass
O cultivo de grãos é um dos principais segmentos do setor agrícola no Brasil e também em todo o mundo. Sendo assim, é de grande importância a realização de estudos que possam contribuir para a garantia da qualidade do produto estocado em silos ou armazéns, por um determinado período de tempo. A conservação dos grãos depende principalmente de um eficiente sistema de aeração sem prejuízo da qualidade e da quantidade da massa armazenada. Nos dias atuais o processo de aeração num armazém realiza-se por setores, separadamente, devido às enormes dimensões. Nestas condições os fatores relacionados com não homogeneidade e anisotropia da massa de grãos têm grande influência sobre a distribuição do ar no armazém. Sendo assim, tem-se como objetivo analisar a formação da estrutura não homogênea e anisotrópica da massa de grãos durante de enchimento dos silos e armazéns para posterior simulação do escoamento do ar nestas condições. Para isso, fez-se uso do processamento de imagens digitais para analisar a forma dos grãos e a posição deles, na massa de grãos. Com a intenção de propor uma forma para automatizar a análise morfológica dos grãos na identificação da sua estrutura, optou-se nesse trabalho por aplicar uma ferramenta (toolbox) utilizando o software Matlab para o processamento de imagens desses grãos, no qual seja possível identificar a estrutura da massa de grãos. A anisotropia foi relacionada com posições mais prováveis dos grãos na massa de grãos ocupadas no armazém. Durante o enchimento do armazém, os grãos ocupam uma posição para qual a energia potencial do sistema seja mínima, isto é, o centro de gravidade do grão fique o mais baixo possível. Isto implica que para o fluxo vertical a resistência será maior, pois a projeção horizontal do contorno do grão, neste caso, terá área máxima. Para projeção vertical foi considerada a área que corresponde à posição mais provável do grão. Aplicando o processamento de imagens digitais foram obtidas as características geométricas dos vários tipos de grãos (soja, trigo, aveia, milho, arroz, lentilha, linhaça, ervilha). Utilizando a relação entre a área de projeção horizontal e a área mais provável de projeção vertical, foram generalizados os dados experimentais sobre o escoamento do ar nas direções horizontal e vertical, com variação de velocidade. Constatou-se que, com o aumento da excentricidade dos grãos, a razão entre as permeabilidades na direção horizontal e vertical (fator de anisotropia) aumenta.
Modelagem matemática do efeito de spalling à tenacificação de materiais compostos reforçados por fibras
(2011-11-01) Piaceski, Neiva Filippini
A cerâmica avançada atualmente é de uso intenso e a cada dia tende a se ampliar através de novas pesquisas que possibilitam o melhoramento na eficiência, desempenho e durabilidade, o que a tornam ideais nas mais diversas aplicações de alta tecnologia. No entanto esses materiais vêm desafiando a ciência e a engenharia, devido a sua fragilidade a qual limita sua aplicação pelo surgimento e propagação de trincas quando submetida a ações de altas tensões ou cargas de impacto, sendo este seu principal problema e motivo de avançadas pesquisas na busca de aumentar a tenacidade da cerâmica de resistir à fratura e expandir suas aplicações. Dentre as simulações usadas para aumentar a tenacidade, o que mais tem apresentado resultado é o reforço da cerâmica com fibras e micro fibras dos mais variados materiais, no qual este estudo é baseado. Através da análise da deformação das fibras, que estão no plano trincado e sujeito a carregamento externo na matriz composta, e com base na teoria da elasticidade foram propostos modelos mecânicos e matemáticos para calcular as forças e tensões às quais as fibras estão sujeitas quando uma trinca principal aparece na matriz frágil e a contribuição dessas fibras para a tenacidade do material composto. Através da hipótese de distribuição da pressão provocada por uma fibra inclinada na matriz calcularam-se as tensões em qualquer ponto na região abaixo da fibra. Pela estática determinaram-se os coeficientes da distribuição da pressão e través da solução fundamental de Kelvin e da complementar de Mindlin desenvolveram-se modelos para obter a relação da abertura da trinca principal e a força axial de uma fibra e as tensões as quais a fibra está sofrida e as da região onde a fibra está sendo pressionada. Para obter as aberturas e tensões, métodos numéricos para o cálculo da integral dupla foram utilizados. Através do critério de falha dos materiais frágeis, foi analisada a contribuição de cada fibra e a resistência da matriz, relacionando-se inclinação das fibras, distribuição de forças, força de atrito na interface e parâmetros, para obter o aumento da tenacidade.
Modelagem matemática do tratamento de dejetos suínos em unidades de produção agropecuárias
(2011-11-01) Teloeken, Amadeu
A concentração da produção de suínos induzida pelas indústrias a fim da redução dos custos trouxe como efeito colateral um excesso de dejetos causando um forte impacto ambiental para as regiões produtoras. Por esta razão o tratamento de dejetos de suínos nas unidades de produção é atualmente objeto de intensos estudos. A modelagem matemática é uma ferramenta que auxilia na obtenção de resultados sobre formas de otimizar tais tratamentos. A partir da análise de uma pequena propriedade do Oeste de Santa Catarina, propomos um modelo adequado à realidade local que permite selecionar o sistema de tratamento mais econômico, sem agredir o meio ambiente. Conforme resultados obtidos através do modelo o tratamento dos dejetos de suínos é indispensável, devido à insuficiência de área útil para a absorção do volume produzido. Levando em conta os tratamentos usando Lagoa Anaeróbica e Lagoa Facultativa, e os nutrientes Fósforo e Nitrogênio presentes no dejeto de suínos, a solução do modelo indicou que a propriedade estudada deve realizar o tratamento combinando as duas lagoas a fim de reduzir a quantidade de nutrientes para os níveis permitidos, assim obtendo um resultado econômico de R$ 68.483,73. Não efetuando o tratamento, a propriedade somente poderia realizar um único lote por ano, obtendo um resultado econômico de R$ 57.483,00.
Modelagem matemática do crescimento tumoral e sua relação com sistema imunológico
(2011-11-01) Schmitt, Angelita
Neste trabalho apresentamos um modelo matemático para estudo do tratamento de tumores através da imunoterapia. O crescimento do tumor é simulado através da utilização de um modelo matemático representado por um sistema de três equações diferenciais ordinárias, no qual são consideradas as populações de células tumorais (T) e de dois tipos de células do sistema imunológico: células matadores naturais (natural killer - NK) e linfócitos T CD8 (L). No modelo são considerados os termos de competição entre as espécies, os termos de ativação e de recrutamento do sistema imunológico, bem como parâmetros para descrever o grau de debilidade do sistema imune e a agressividade do tumor. Foi analisada a estabilidade do sistema linearizado. As trajetórias do sistema foram obtidas utilizando-se o método de Runge-kutta na plataforma MatLab. Nas simulações, foram exploradas as diferenças de estratégia para o tratamento considerando-se pacientes saudáveis ou debilitados e tumores de crescimento rápido ou lento.
Estudo da viabilidade econômica na utilização de biomassa como fonte de energia renovável na produção de biogás em propriedades rurais
(2011-11-01) Walker, Eliana
As pesquisas para utilização das fontes renováveis de energia estão merecendo cada vez mais atenção na busca de soluções para os problemas gerados pelo mundo moderno. Entre esses problemas, a crise energética traz preocupações tanto pelo fato de que muitas pessoas, principalmente nas áreas rurais, ainda não são beneficiadas pelos recursos energéticos disponíveis, quanto pela deficiência crescente verificada no atendimento da demanda cada vez maior. Este fenômeno por si só é suficiente para justificar a necessidade de se buscarem novas fontes. A biomassa teve grande destaque nos últimos anos, principalmente por reaproveitar matéria orgânica disponível na natureza ou produzida em locais específicos. Um exemplo concreto é o uso de dejetos de suínos para a produção do biogás. Neste caso, é utilizado um processo biológico para a formação de biogás através de um biodigestor. Para o estudo da viabilidade econômica da instalação de biodigestor contínuo foi desenvolvido um modelo matemático, utilizando-se do ferramental da pesquisa operacional. Os resultados foram obtidos através do software Matlab® e Excel e que levam em consideração receitas (a energia produzida pela propriedade, o valor de mercado da energia, ...) e custos (o custo para a construção das instalações dos suínos, o custo da construção das lagoas, ...). Os dados foram processados com variação da taxa mínima de atratividade, o número de suínos, o uso do biofertilizante, o uso do biogás, e a taxa de juros. As variáveis de rentabilidade calculadas são representadas através do valor presente líquido, da taxa interna de retorno e do período de recuperação do capital. Este estudo mostrou que há aumento na lucratividade quando da utilização do biofertilizante, sendo ainda a atividade lucrativa sem a sua utilização. Assim percebe-se que a atividade da suinocultura acoplada com biodigestores traz bons resultados para a sociedade como diminuição de poluição e proporcionando lucros financeiros e qualidade de vida para os produtores.
Utilização do método de elementos finitos na avaliação das respostas estruturais de pavimentos flexíveis
(2011-11-01) Bordim, Cassia
O transporte de cargas e passageiros mais predominante no Brasil é o rodoviário, e devido o tráfego ser muito variado quanto ao tipo de veículos e cargas transportadas, a degradação dos pavimentos é inevitável. Os pavimentos flexíveis rompem por diversas causas principalmente pelo trincamento por fadiga e pelo afundamento de trilha de roda. Pelo fato do pavimento ser considerado como um sistema em camadas possibilita o cálculo de tensões e deformações geradas no interior do pavimento. Este trabalho visa avaliar as variáveis estruturais que mais influenciam o dimensionamento e desempenho dos pavimentos flexíveis, calculando as respostas estruturais, através do Método dos Elementos Finitos, utilizando como ferramenta o Software ANSYS. Para a construção do modelo estrutural foram utilizadas diferentes espessuras para o revestimento e para a base, e diferentes módulos de rigidez para o revestimento, para a base e para o subleito. Através do Software ANSYS, criou-se um modelo geométrico de um pavimento bi-dimensional, simétrico e discretizado por elementos quadráticos, com quatro nós cada elemento, formando a malha. Foram simulados os apoios nas laterais e na parte inferior do pavimento, e a carga foi aplicada, equivalente a tensão de 0, 551 MPa. Através das simulações obteve-se a deformação de tração ( t) no revestimento, responsável pelo inicio do processo de trincamento por fadiga e a deformação de compressão ( c) no topo do subleito, causadora da deformação permanente. Na deformação de tração os parâmetros que mais influenciam são o módulo de rigidez e a espessura da base. Na deformação de compressão o parâmetro que mais influencia é o módulo de rididez do subleito. Com estes parâmetros, calculou-se o Nf (Número de repetições de carga até a ruptura do pavimento), através dos modelos de trincamento por fadiga, AI (Asphalt Institute) e AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials), verificouse que para valores de t superiores a 200 μ , tendem a valores menores para Nf; e através dos modelos da deformação permanente, AI, Shell Oil e LCPC (Laboratoire Central des Ponts et Chausses), verificou-se que para valores de c inferiores a 100 , tendem a levar a valores altos de Nf. Portanto, dentre os parâmetros estudados, é possível afirmar que com a escolha de bons materiais e com a utilização de técnicas construtivas adequadas há um retroamento da ruptura no pavimento.
Simulação e análise de tenacificação de materiais compostos reforçados por fibras através do método de elementos discretos
(2011-11-03) Soares, Kellem de Melo
O problema da tenacificação de materiais frágeis reforçado por fibras é complexo, envolvendo todas as propriedades mecânicas de fibras, matriz e interface, além da geometria da fibra. O método adequado para realizar a simulação e análise é fundamental. Neste trabalho, foram realizadas simulações e análises do aumento da tenacidade de materiais compostos reforçados por fibras aleatóriamente distribuidas através do método de elementos discretos. Através de implementação de programação numérica, investigou-se as forças, tensões e danos no material composto quando uma trinca principal aparece na matriz frágil, construiu-se o modelo da contribuição das fibras de diferentes materiais para a tenacidade do material composto e o procedimento de obter os resultados tridimensionais através de resultados bi-dimensionais. Pelos resultados obtidos e pelas análises realizadas concluimos que: (i) fibras de alta resistencia e baixo módulo de elasticidade beneficiaram o aumento da tenacidade; (ii) fibras com o módulo de elasticidade relativamente alto comparado ao da matriz podem provocar mais danos na matriz através do efeito de spalling; (iii) utilização de fibras sintéticas de alta resistência como reforço para matrizes frágeis é uma boa opção; (iv) as tensão de ponte são variáveis com subidas e descidas mas com a tendência de subida com o aumento da abertura da trinca. Quando haver quebras notaveis, ela desce; (v) a alta resistência tanto da fibra como da interface beneficiam a tenacificação. Através deste trabalho é possível otimizar e obter uma melhor combinação entre os parâmetros a fim de elaborar cerâmica avançada com as características desejadas. O trabalho sugere desenvolver um método que combine o método de elementos discretos (MED) com o método de elementos finitos (MEF) para aumentar a versatilidade e eficiência do programa computacional.
Modelagem matemática das características não lineares de atuadores pneumáticos
(2011-11-03) Ritter, Carla Silvane
Este trabalho apresenta a modelagem matemática das principais características não lineares de atuadores pneumáticos e sua aplicação na simulação do comportamento dinâmico, na escolha das características geométricas adequadas e na definição da estratégia de controle de um servoposicionador pneumático para dada aplicação de engenharia. A modelagem matemática de sistemas dinâmicos é importante no projeto de máquinas inteligentes, pois é utilizada para fins de simulação, de projeto de controladores e no estudo do comportamento das variáveis de estado do sistema. Os atuadores pneumáticos são utilizados na maioria das instalações industriais e possuem as seguintes vantagens: manutenção simples e fácil, baixo custo, boa relação força/tamanho e flexibilidade de instalação. Porém, algumas características de comportamento dinâmico dificultam seu controle: a compressibilidade do ar, a relação não linear da vazão nos orifícios da servoválvula de controle e o atrito nos atuadores. Para a descrição do comportamento dinâmico do atuador pneumático é utilizado um modelo matemático não linear de 5ª ordem, que apresenta a combinação do modelo da servoválvula com a do cilindro, e inclui a não linearidade da zona morta, da vazão nos orifícios da servoválvula, a dinâmica das pressões nas câmaras do cilindro e movimento do êmbolo do cilindro, que considera o atrito dinâmico. Com a finalidade de determinar quais características físicas dos atuadores pneumáticos contribuem para um melhor comportamento dinâmico do sistema, é feito um estudo comparativo da influência do tamanho do cilindro no comportamento dinâmico do modelo não linear. O modelo matemático adotado pode ser escrito na forma de cascata como dois subsistemas: um subsistema mecânico acionado por um subsistema pneumático. Com base nesta divisão, pode-se formular o projeto de controladores não lineares na estratégia em cascata, onde para o subsistema mecânico propõe-se a metodologia de controle por realimentação para sistemas não lineares. Os resultados obtidos nas simulações computacionais ilustram as características do modelo e do controle propostos.
Modelagem matemática dos efeitos do carregamento na degradação de pavimentos flexíveis
(2011-11-03) Garcia, Fernanda Hart
O tráfego é considerado uma das principais causas da degradação dos pavimentos flexíveis, sendo que o excesso de carga de alguns veículos causa dois dos danos mais conhecidos do pavimento asfáltico: o Trincamento por Fadiga e o Afundamento em Trilha de Roda. Este trabalho visa avaliar, através da Modelagem Matemática, os impactos oriundos do tráfego no comportamento estrutural dos pavimentos flexíveis através do Método de Elementos Finitos, utilizando como ferramenta o Software ANSYS. Foram implementados três Modelos Estruturais. Para o Modelo Estrutural I, utilizou-se como referência um veículo rodoviário de eixo simples (80kN por eixo) com área de contato pneu/pavimento constante. No Modelo Estrutural II acrescentou-se as pressões de inflação dos pneus, e no Modelo Estrutural III, utilizou-se como referência um veículo rodoviário de eixo simples de pneus extralargos. Para os três Modelos Estruturais utilizaram-se variações nos módulos de rigidez do revestimento e variações nos carregamentos (de -20% à +40%) em relação ao eixo de referência de 80kN. Através das simulações obteve-se a deformação de tração (et) no revestimento, responsável pelo inicio do processo de trincamento por fadiga e a deformação de compressão (ec) no topo do subleito, causadora da deformação permanente. Com estes parâmetros, calculou-se o Nf (Número de repetições de carga até a ruptura do pavimento) através do modelo de fadiga do MEPG e do modelo de deformação permanente do Asphalt Institute. O Modelo Estrutural I apresenta uma significativa redução da vida útil do pavimento, tanto para a fadiga quanto para a deformação permanente. No Modelo Estrutural II, também há redução da vida útil, mas considerando as variações das áreas de contato pneu/pavimento foi possível obter resultados mais precisos. Para ambos os Modelos Estruturais I e II, os módulos de rigidez do revestimento não influenciam de forma significativa os resultados das análises. Já no Modelo Estrutural III verifica-se a importância dos módulos de rigidez do revestimento e também das diferentes áreas de contato pneu/pavimento na análise da fadiga, já para a deformação permanente os módulos não tem grande influência. Com isso, dentre os parâmetros estudados, é possível afirma que o excesso de carga nas rodovias é a principal causa de danos como o trincamento por fadiga e o afundamento em trilha de roda em pavimentos flexíveis e que a modelagem matemática é uma eficiente ferramenta de análise de tal processo.
Identificação de espessuras e materiais em pavimentos usando o problema inverso
(2011-11-03) Parolin, Radael de Souza
O conhecimento de informações sobre a espessura e propriedades dos materiais é essencial para a tomada de decisões sobre a manutenção e restauração de pavimentos rodoviários. Para obter tais informações, atualmente, são realizadas prospecções significativamente destrutivas e intervenientes no tráfego, para coleta de material e posterior análise em laboratório. Propõe-se neste trabalho uma técnica menos destrutiva e invasiva do que os métodos usuais, para estimar a espessura e identificar os materiais constituintes dos pavimentos. A técnica consiste na instalação de uma sonda térmica no pavimento, com sensores de temperatura e fontes de calor, para a obtenção da distribuição de temperatura em função do tempo e do espaço, em diferentes profundidades; na resolução do problema de transferência de calor em uma dimensão ou duas dimensões, em coordenadas cilíndricas, considerando condições de fronteira de primeira espécie obtidas experimentalmente; e na estimação das espessuras e propriedades térmicas dos materiais de cada camada através do Problema Inverso. O Problema Direto foi modelado pela equação de condução do calor, com os respectivos parâmetros térmicos (difusividade e condutividade térmica) e espessuras estimados para cada camada, e resolvido com Diferenças Finitas Centrais, usando o método explícito de avanços temporais. A estimação dos parâmetros foi realizada através da resolução do Problema Inverso, utilizando os métodos Procura em Rede Modificado, Algoritmo Genético e Algoritmo Memético. A técnica proposta, de prospecção de pavimentos, mostrou-se eficiente na estimação das espessuras e dos materiais através da condutividade térmica, sendo ineficiente para a estimação das difusividades térmicas. O Método Procura em Rede Modificado mostrou-se incompatível pelo custo computacional para a resolução do problema bidimensional. O Algoritmo Genético e o Algoritmo Memético possuem soluções aproximadas, mas com vantagem no custo computacional para o Algoritmo Memético, considerando as exigências pré-definidas de aplicação dos métodos.
Determinação de propriedades térmicas de materiais em paredes compostas utilizando o método do problema inverso
(2011-11-03) Varnier, Rosane
O emprego de materiais com maior resistência térmica pode representar, em muitos casos, uma redução significativa das trocas de calor com o ambiente, e consequente economia de energia, além de um maior conforto térmico, visto que o uso do ar condicionado pode causar problemas de saúde, como resfriados e alergias. O objetivo deste trabalho é desenvolver um método para o cálculo da difusividade térmica de materiais de construção utilizados nas edificações do Sul do Brasil e calcular o fluxo de calor em paredes compostas com diferentes materiais. Oito protótipos de paredes em escala real foram construídos, instrumentados e acoplados a uma câmara térmica, no Laboratório de Engenharia Civil, da UNIJUÍ (Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul), Campus de Ijuí, para a realização dos experimentos. Os dados experimentais obtidos consistem de valores de temperaturas para diferentes posições dentro da parede, ao longo do ensaio. O problema de transferência de calor nas paredes compostas foi modelado pela conhecida equação da energia, com as condições de fronteiras e iniciais, obtidas experimentalmente. O Método das Diferenças Finitas, com o esquema implícito de avanços temporais foi utilizado para calcular a distribuição da temperatura em cada ponto interno da parede (Problema Direto) e o Método de Procura em Rede foi utilizado como algoritmo de busca para estimar os valores da difusividade térmica de cada material (Problema Inverso). Também foi calculado o fluxo de calor, uma informação importante para a análise do desempenho térmico, visando uma melhor utilização dos materiais e a minimização do gasto de energia com refrigeração e aquecimento de ambientes. Notadamente, a parede com EPS (poliestireno expandido) na face exterior apresentou o melhor desempenho. O programa desenvolvido é um instrumento útil para a escolha de soluções construtivas, visando melhorar a eficiência energética das edificações; permite a simulação do desempenho térmico e econômico de outras configurações de paredes (além das já estudadas neste trabalho), sem a necessidade de construí-las, desde que se conheçam os valores das difusividades térmicas e dos custos dos materiais utilizados.
Modelo matemático para tomada de decisões no processo produtivo e de esmagamento da soja
(2011-11-04) Ruchs, Eurides Luís
A soja é um dos produtos agrícolas mais produzidos no mundo. O Brasil é o segundo maior produtor mundial e cerca de 250 mil produtores rurais vivem da renda gerada por este cereal. Por ser o complexo soja um importante Commodities Agrícola, se faz necessário uma análise mais realista do seu processo produtivo até se tornar óleo. Embora o processo de extração de óleo de soja seja considerado uma atividade industrial rentável, é necessária que a indústria esmagadora realize uma análise da composição dos grãos, do custo de aquisição e da produção e as respectivas produtividades. Uma forma de análise é através de modelos que simulam sua atividade financeira. Dentre as possíveis formas de análise a modelagem matemática atualmente é uma das mais empregadas. Sendo assim, neste trabalho é desenvolvido um modelo matemático baseado na cultivar e na qualidade da soja, utilizando-se do ferramental matemático da pesquisa operacional, para maximizar o lucro do produtor rural e da indústria processadora, tendo como foco de interesse os produtores de soja e as indústrias processadoras da região Oeste de Santa Catarina, que produzem óleo, farelo e casca. Com os dados, o modelo matemático faz a indicação de quais cultivares os produtores deverão plantar para obter maior rendimento de grãos, bem como, quais as cultivares que possuem maior produtividade de óleo para a indústria esmagadora. O trabalho mostra a importância da escolha destes, tanto para o plantio quanto para o processamento. As combinações de cultivares que apresentam maior produtividade são as mais interessantes para o plantio. Os resultados comprovam que a escolha da cultivar influencia diretamente nos lucros gerados, tanto para comercialização da soja como para o esmagamento da mesma.
Estudo e aplicação de estratégias de controle em um separador de produção considerando o regime de fluxo com golfadas na produção de petróleo
(2011-11-08) Ruscheinsky, Ilário
A golfada é considerada uma das mais preocupantes instabilidades na indústria de produção de petróleo. A propagação da golfada, nos dutos de transmissão, gera uma série de problemas indesejados na produção, tais como: vibrações na tubulação; desgaste e corrosão dos equipamentos, reduzindo seu tempo de uso e aumentando seu custo de manutenção; parada de produção por nível alto de líquido e inundação nos separadores, entre outros. Um ou todos estes fatores ocasionam redução na capacidade de produção e perdas econômicas expressivas. Portanto, manipular a golfada nos vasos de separação, ou mesmo evitá-la na tubulação, torna-se uma necessidade na indústria de produção de petróleo. Na literatura, são encontradas várias estratégias para manipular ou mesmo evitar a golfada em sistemas tubulação-separador, entre elas, destacam-se as estratégias de controle com realimentação, consideradas atualmente uma solução promissora para minimizar/resolver o problema da golfada na produção de petróleo. Neste trabalho inicialmente é implementada uma estratégia de controle de nível Proporcional Integral (PI) de ação lenta, cujo objetivo é mostrar que a redução do ganho do controlador e o aumento do tempo integral reduzem as oscilações provenientes das golfadas para os equipamentos a jusante do processo, quando comparada com a estratégia de controle de nível PI convencional, amplamente utilizada em processos industriais. A partir da análise dos resultados das simulações é mostrado que a estratégia de controle de nível PI de ação lenta consegue reduzir as vazões de fluxo oscilatórias para os equipamentos a jusante do vaso de separação. Porém, a estratégia de controle de nível PI, de ação lenta, não permite uma maior flutuação de nível de líquido dentro do vaso, pois não possui limites que evitem que o nível de líquido do separador transborde ou esvazie. Então, para contornar este problema, é realizada a aplicação da estratégia de controle de nível PI na metodologia por bandas que também é comparada com a estratégia de controle de nível PI convencional. A partir da análise dos resultados das simulações é verificado que a aplicação da estratégia de controle de nível PI por bandas resulta em uma redução das oscilações do fluxo de saída quando comparado com o uso de um controlador de nível PI convencional para uma significativa quantidade de aberturas de válvula no topo da tubulação ascendente.
Modelagem matemática de respostas estruturais em pavimentos flexíveis considerando a variação sazonal de temperatura
(2011-11-08) Blass, Leandro
O conhecimento de informações sobre a região e as variações climáticas onde vai ser construída uma rodovia é muito importante, assim como as propriedades dos materiais são essenciais para a tomada de decisões sobre a manutenção e restauração de pavimentos rodoviários. Este trabalho estudou o comportamento mecânico do pavimento considerando as variações de temperatura máxima ao longo de um ano; para tanto foi modelada a transferência de calor confrontando-os com dados experimentais; a partir dos perfis de temperatura de cada mês foram calculadas as respostas estruturais no pavimento usando Método dos Elementos Finitos. A placa de pavimento flexível utilizado na coleta dos dados experimentais está localizada no Laboratório de Engenharia Civil da Unijuí. Para coleta dos dados foram instalados sensores digitais de temperatura a cada 3 cm de profundidade até o final da camada de revestimento de 15 cm. Também foi instalado um sensor a 40 cm para verificar a variação de temperatura a esta profundidade. A equação do calor foi usada para se obter os gradientes térmicos, em duas etapas: a solução analítica foi fundamental para determinar a malha para o problema proposto e validar o modelo numérico, desenvolvido através do Método de Diferenças Finitas com o esquema implícito de avanços temporais, o que se propõe a calcular a distribuição de temperatura para qualquer ponto do pavimento em diferentes períodos de tempo. A temperatura é usada para obter o módulo de rigidez e coeficiente de Poisson nos vários pontos, e então, com o auxílio do Método dos Elementos Finitos através do software EFin3D, calculam-se as deformações de tração em cada intervalo de tempo. Neste caso considerados espessuras de revestimentos de 4, 8 e 12 cm. Os resultados mostraram que as maiores diferenças nas deformações de tração, responsável pela fadiga do revestimento, acontecem nos meses quentes do ano, alcançado valores com até 100% de diferença.
Modelos analíticos na predição do tempo de vida de baterias utilizadas em dispositivos móveis
(2011-11-08) Schneider, Keila Kleveston
Nas últimas décadas, a utilização de dispositivos móveis tem aumentado significativamente devido, principalmente, à proliferação no acesso à tecnologia sem fio. Estes dispositivos podem ser utilizados nas mais diversas áreas: no lazer, trabalho, segurança, entre outras. No entanto, o uso destes dispositivos está limitado ao tempo de vida da bateria, existindo, desta forma, a necessidade da utilização de algum método para determinar por quanto tempo o dispositivo pode ser utilizado. Um destes métodos é a utilização de modelos matemáticos que, a partir de suas equações permitem estimar o tempo de vida destas baterias. Neste trabalho é apresentada uma análise comparativa de três modelos analíticos utilizados na predição do tempo de vida de uma bateria: o modelo Linear, a Lei de Peukert e o modelo de Rakhmatov-Vrudhula. Os dois primeiros modelos foram escolhidos em virtude de serem considerados simples e, por este motivo, muito utilizados e referenciados na literatura. Porém, em virtude de sua simplicidade, não consideram os efeitos não-lineares que ocorrem durante a descarga da bateria, e que afetam significativamente a sua capacidade e tempo de vida. Já o terceiro modelo, o de Rakhmatov-Vrudhula, foi escolhido em virtude de considerar os efeitos não-lineares no processo de descarga da bateria e ser facilmente configurável para qualquer tipo de bateria. Todos os modelos foram implementados na ferramenta computacional Matlab e realizadas um conjunto de simulações computacionais considerando os parâmetros de uma bateria de lítio-íon. Diferentemente de outros trabalhos, os resultados das simulações foram comparados com os resultados obtidos a partir de uma plataforma de testes (i.e. testbed), especialmente desenvolvida para esta finalidade. Os testes experimentais foram realizados no laboratório do Grupo de Automação Industrial e Controle (GAIC) da Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Garnde do Sul, campus de Ijuí, RS. A partir da análise dos resultados das simulações pode-se verificar que o modelo Linear apresentou resultados não satisfatórios, chegando, em alguns casos, apresentar um erro de predição do tempo de vida próximo aos 30 %. Já os modelos de Rakhmatov-Vrudhula e Lei de Peukert apresentaram resultados médios de erro muito próximos. No entanto, o Modelo de Rakhmatov-Vrudhula se apresentou mais ajustado a partir de perfis de descargas constituídos por correntes altas, enquanto que a Lei de Peukert apresentou melhores resultados a partir de perfis de descargas formados por correntes baixas. Cabe ressaltar que, neste trabalho, foram utilizadas apenas correntes constantes no tempo, como trabalho futuros pretende-se estender o estudo para contemplar cargas variáveis.

Navegar

Navegando Programa de Pós-Graduação em Modelagem Matemática - Mestrado por Data de Publicação