Programa de Pós-Graduação em Modelagem Matemática - Doutorado

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Método Multi-Fase de Estimação e Adaptação de Parâmetros de Modelos Elétricos para a Predição do Tempo de Vida de Baterias
(2020-03-11) Binelo, Marcia de Fatima Brondani
A modelagem matemática do tempo de vida de baterias é uma importante ferramenta para o projeto de baterias mais e cientes, assim como para a otimização do seu uso. Nesta Tese, é realizada a modelagem matemática do tempo de vida de baterias de Lítio Íon Polímero a partir de dois modelos elétricos, o modelo combinado Chen e Rincón-Mora e o modelo genérico Tremblay. Uma etapa fundamental para a aplicação desses modelos matemáticos é a correta estimação dos seus parâmetros empíricos, que é um processo frequentemente manual, que depende da intervenção explícita de um especialista. A parametrização de cada um desses modelos é realizada a partir da utilização de dois métodos de estimação de parâmetros, o método convencional com base na análise visual de curvas de descarga, e o método baseado em Algoritmo Genético. Para o processo de parametrização e validação dos modelos, é obtido um conjunto de dados experimentais de descarga de baterias de Lítio Íon Polímero, por meio de uma plataforma de testes. A partir da análise dos resultados obtidos para esses dois métodos, pode-se constatar que o Algoritmo Genético apresenta desempenho superior ao método convencional, ainda sendo possível veri car que a variação do comportamento das baterias, devido a diferenças na fabricação e nas condições de uso, é um importante fator que acaba reduzindo a acurácia dos modelos. Para contornar esse problema, nesta Tese, é proposto um método multi-fase de adaptação de parâmetros, dividido nas fases de descoberta, aprendizado e inferência. O método multi-fase tem como base duas técnicas de Inteligência Arti cial, os Algoritmos Genéticos e as Redes Neurais Arti ciais, sendo que a fase de inferência é testada a partir de simulações computacionais e dados experimentais. Considerando os resultados das simulações apresentadas nesta Tese, conclui-se que a aplicação do método multi-fase proposto possibilita melhorar a acurácia efetiva de modelos elétricos ao adaptar seus parâmetros à bateria em uso em tempo de execução.
Migração de aplicações para a nuvem: uma metodologia de auxílio à decisão no contexto de infrastructure-as-a-service
(2019-09-02) Belusso, Cássio Luiz Mozer
A Computação em Nuvem é um dos principais avanços da área da Tecnologia da Informação (TI) nos últimos anos. Com isso, provedores de acesso à Nuvem oferecem diferentes modelos de serviços através da Internet, dentre os quais o modelo de Infraestrutura-como-um-Serviço (IaaS), no qual o usuário tem à disposição recursos computacionais virtualizados e gerenciáveis na forma de instâncias de máquinas virtuais (MVs). A crescente demanda por parte das empresas, especialmente para reduzir os custos de manutenção de infraestruturas de TI locais, está impulsionando a adoção de IaaS na Nuvem. No entanto, diante das inúmeras instâncias oferecidas pelos provedores, torna-se complexo decidir qual delas é a mais adequada à demanda computacional da empresa. Isso ocorre porque as instâncias possuem combinações variadas de quantidades de recursos computacionais, e os provedores consideram o número de recursos contratados para a formação do preço final da instância, ou seja, quanto mais recursos, maior é o preço. Além dos recursos computacionais, a localização do datacenter onde a MV está hospedada tem influência direta no preço das instâncias e é um fator importante no processo de tomada de decisão, porém é pouco explorada pela comunidade científica. Ademais, a grande maioria dos provedores possuem datacenters distribuídos em um vasto conjunto de localizações geográficas e, muitas das instâncias que eles hospedam, estão disponíveis em mais de um destes locais, porém, com preços distintos. Diante deste problema, este trabalho apresenta o Dominance -AHP (D-AHP), uma metodologia de auxílio à tomada de decisão baseada na Dominância de Pareto e no Processo de Hierarquia Analítica (AHP). No D-AHP, o conceito de dominância de Pareto é aplicado para reduzir o número de instâncias a serem comparadas, enquanto o AHP as classifica sob a perspectiva dos critérios Recursos Computacionais e Preço, e de seus respectivos subcritérios, dentre eles a Localização do Datacenter como subcritério do critério Preço. Para verificar a eficácia do D-AHP, foram definidos novos perfis de aplicações a serem migradas para a Nuvem com base em dados reais de um dataset do Google denominado Google Cluster Trace. Nos diferentes casos de estudo aos quais o D-AHP foi aplicado, comprovou-se que diferentes níveis de importância atribuídos por diferentes decisores a ambos os critérios de decisão alteram a classificação final das instâncias. O mesmo ocorreu com os subcritérios, em especial a Localização do Datacenter, em que a diferença de preços de uma mesma instância em diferentes locais também alterou tal classificação, evidenciando a necessidade deste fator ser considerado durante o processo de migração de aplicações para IaaS na Nuvem.
Modelagem Matemática Tridimensional de Espalhamento de Grãos e Impurezas por Meio do Método dos Elementos Discretos.
(2020-03-11) Lima, Rodolfo França de
Melhorias na concepção e desempenho de equipamentos utilizados nas operações póscolheira requerem o conhecimento das propriedades físicas e do comportamento dinâmico dos materiais granulares para que se desenvolva uma operação segura e eficiente. Devido às grandes dimensões de algumas unidades armazenadoras, por vezes, controlar toda a massa de grãos armazenada se torna uma tarefa difícil. Estudos experimentais e simulações numéricas são ferramentas poderosas que podem ajudar a entender e prever o comportamento dinâmico do material granular, o método dos elementos discretos é um método numérico atualmente empregado para abordar estes problemas. Temas como a termometria, a aeração e o processo de secagem já vem sendo amplamente estudados, porém, outro fator muito importante e pouco pesquisado é a distribuição de grãos em silos e armazéns graneleiros. A presente Tese tem como objetivo desenvolver a modelagem matemática e computacional do funcionamento de um espalhador de grãos usado em silos e armazéns graneleiros, utilizando o método dos elementos discretos, e incorporando ao modelo o efeito da resistência do ar para diferentes tipos de grãos e impurezas. Para a realização dos experimentos de distribuição de grãos de soja e impurezas, foi construído um espalhador de grãos em escala reduzida, e para as simulações computacionais, foi usado o software Yade. Para inserção da resistência aerodinâmica no método dos elementos discretos, foram realizados experimentos para obtenção dos parâmetros de arrasto aerodinâmico. Para obtenção da velocidade terminal foi usada a técnica do leito fluidizado, para outros parâmetros como área de projeção, foi desenvolvido um algoritmo de processamento de imagens digitais em Matlab. Com esse algoritmo foi possível conseguir informações importantes sobre a morfologia de grãos e impurezas. Foram analisados grãos de aveia, milho e soja em quatro diferentes teores de umidade, além de impurezas contidas nos mesmos. Os dados médios dos experimentos foram usados para modelagem das partículas por meio do método dos elementos discretos. Como resultados é possível destacar que o método dos elementos discretos foi validado para obtenção da velocidade terminal de grãos de aveia, milho e soja e impurezas usando clumps para modelar as sementes. É possível concluir também que o método dos elementos discretos pode ser usado para prever a trajetória de grãos de soja, desde que o coeficiente de arrasto da partícula esteja inserido no modelo. O método dos elementos discretos também foi validado para a distribuição de soja e impurezas, e os resultados alcançados com as simulações mostraram boa concordância com os dados experimentais.
Simulação computacional e uso de métodos analíticos para posicionamento de elementos sensores Piezoresistivos de Grafite em Substrato Polimérico
(2020-03-11) Gabbi, Renan
Esta tese apresenta o melhor posicionamento de piezoresistores de gra te em substrato polim érico, visando a máxima sensibilidade do elemento sensor projetado, por comparação com a simulação computacional e o método analítico. O gra te é usado como componente de detecção, onde as marcas de lápis são desenhadas diretamente sobre o papel, procedimento conhecido como graphite on paper, sendo uma técnica de baixo custo. A simulação computacional, usando o método dos elementos nitos, visa encontrar a região de maior tensão mecânica de uma viga engastada livre em uma extremidade, quando uma pressão é aplicada. As etapas para a simulação são a de nição da geometria, geração da malha, inclusão das propriedades do material e execução da simulação. As simulações do elemento sensor são apresentadas de acordo com as camadas: papel, papel e gra te, e papel, gra te e epóxi. A modelagem matemática da tensão mecânica e de exão máxima é descrita de forma analítica e determinada computacionalmente. Os cálculos analíticos foram comparados com a simulação computacional usando o método dos elementos nitos. A análise realizada para o elemento sensor de papel indica que a posição ideal deve ser a 0,4591 mm do engaste da viga no sentido horizontal e a 5 mm no sentido vertical, no meio da viga. Neste local, a tensão mecânica máxima apresenta magnitude de 1,091E10 N=m2 mostrando que o piezoresistor é mais sensível aos pequenos esforços mecânicos, garantindo uma ótima sensibilidade aos sensores fabricados. A análise realizada para o elemento sensor de papel e gra te, mostrou um comparativo entre as posições longitudinal e transversal indicando que as simulações computacionais para a viga localizada a 2,82 mm do engaste, na qual é possível a deposição manual do lme de gra te, apresenta uma tensão mecânica máxima de 1,578E10 N=m2 na posição longitudinal, e 1,679E10 N=m2 na posição transversal. Os resultados para o elemento sensor completo com as três camadas: papel, gra te e epóxi mostraram uma maior tensão mecânica para o piezoresistor da viga a 2,82 mm do engaste com uma tensão mecânica máxima de 2,849E10 N=m2 na posição longitudinal e 1,732E10 N=m2 na posição transversal. Estes resultados são extremamente importantes, pois de nirão a melhor posição para deposição de lme de gra te em futuras fabricações de dispositivos sensores.
Task scheduling for application integration: a strategy for large volumes of data
(2020-10-29) Lopes, Freire, Daniela
Integração de Aplicações Empresariais é o campo de pesquisa, que fornece metodologias, técnicas e ferramentas para modelar e implementar processos de integração. Um processo de integração executa a orquestração de um conjunto de aplicações para mantê-las sincronizadas ou para permitir a criação de novas funcionalidades. Ele pode ser representado por um fluxo de trabalho composto por tarefas e canais de comunicação. Plataformas de integração são ferramentas para projetar e executar processos de integração, nas quais o motor de execução é o componente responsável pelo tempo de execução das tarefas e pela alocação de recursos computacionais que as executam. O processamento de um grande volume de dados, correspondendo a execução de milhões de tarefas, pode causar situações de sobrecarga, caracterizadas pelo acúmulo de tarefas em filas internas que aguardam recursos computacionais nos motores de execução, resultando em tempos de resposta inaceitáveis para aplicações e usuários externos. Nossa hipótese de pesquisa é que os motores de execução das plataformas de integração usam heurísticas simplistas para agendar tarefas, o que não lhes permitem manter níveis aceitáveis de desempenho em situações de sobrecarga. Neste trabalho de pesquisa, desenvolvemos (i) uma representação para processos de integração, (ii) uma caracterização para seus agendamentos de tarefas, (iii) uma heurística para lidar com situações de sobrecarga, (iv) um modelo matemático para uma métrica de desempenho da execução de processos de integração e (v) uma ferramenta de simulação para heurísticas de agendamento de tarefas. Nossos resultados de pesquisa indicam que, em situações de sobrecarga, nossa heurística promove uma distribuição equilibrada da carga de trabalho e um aumento no desempenho da execução dos processos de integração.

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