Programa de Pós-Graduação em Modelagem Matemática - Mestrado

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Redes neurais artificiais aplicadas a modelagem matemática de ensaios não destrutivos para determinação da resistência à compressão do concreto
(2024-07-02) Bandeira, Flávia Izabel
A avaliação das estruturas de concreto é uma questão importante enfrentada na Engenharia Civil, e pode ser necessária devido ao surgimento de danos nas construções, mudança de uso ou ainda suspeita de má qualidade do material empregado. A resistência à compressão é a principal propriedade do concreto, responsável pela sua segurança estrutural. Nesse sentido, é ela que se investiga durante a avaliação de uma estrutura. Essa investigação normalmente é realizada através de ensaios destrutivos que envolvem a remoção de uma amostra de concreto do local para ser submetida ao ensaio em laboratório. Mesmo sendo a metodologia mais tradicional, esses ensaios nem sempre são viáveis pois envolvem um processo dispendioso e tecnicamente difícil, além de permitirem a extração de um pequeno número de amostras, a fim de não prejudicar a estrutura em análise. Uma alternativa a estes ensaios, são os chamados ensaios não destrutivos. Estes tipos de ensaios não causam danos significativos ao concreto, apresentam baixo custo, maior facilidade de execução e podem ser utilizados para avaliar um grande número de elementos de concreto. Apesar de suas vantagens, para utilizá-los com precisão na determinação da resistência à compressão do concreto, é necessário estabelecer uma relação entre a resistência e o resultado do ensaio não destrutivo, a qual pode ser realizada a partir da coleta de dados experimentais e sua posterior modelagem. Com base nestas considerações, desenvolveu-se neste trabalho um modelo matemático para determinação da resistência à compressão do concreto através de ensaios não destrutivos, formulado a partir de redes neurais artificiais. Isso foi possível por meio da elaboração de uma metodologia experimental, onde foram moldados blocos de concreto de diferentes resistências e submetidos aos ensaios não destrutivos de esclerometria e penetração de pinos. Foram realizados ainda ensaios destrutivos para a obtenção da resistência real do concreto, a qual foi utilizada na formulação e na validação do modelo. A partir da coleta e posterior modelagem dos dados experimentais observou-se que os modelos de redes neurais artificiais gerados apresentaram resultados satisfatórios, com correlação próxima a 1. Além disso, o erro médio relativo para os modelos propostos foi inferior a 4% demonstrando o bom desempenho da metodologia proposta. Palavras-chave: Desempenho, Esclerometria, Penetração de pinos, Redes neurais artificiais.
Elementos sensores piezoresistivos de grafite usando ferramentas de simulação e caracterização
(2024-05-23) Dimkoski, Leandro Calson
Este trabalho, baseia-se em uma proposta de modelar matemática e computacionalmente uma estrutura de viga engastada de papel que serve como substrato para dispositivos sensores feitos de grafite de lápis. Foram revistos os procedimentos de fabricação de piezoresistores e empregada a modelagem matemática para interpretar e entender o mecanismo de funcionamento de dispositivos sensores em movimento e evidenciar a importância dos coeficientes de amortecimento do ar neste mecanismo. Em um ambiente real, a partir das equações analizadas, chegou-se a um coeficiente de amortecimento de 5,2x10−2 N.s/m. Após se comprovar as respostas e simulações obtidas estipulou-se ambientes controlados de ordens maiores e menores, a fim de evidenciar os diversos tipos de amortecimentos em que pode-se ter no dia-a-dia de um sensor com substrato polimérico obtido pela técnica GoP - Graphite on Paper. Os resultados foram avaliados usando um software matemático. As avaliações obtidas seguem a metodologia descrita para a confecção das estruturas testes propostas. O modelo matemático usado é importante para projeto de dispositivos sensores dinâmicos como acelerômetros ou sensores de inércia. Palavras-chave: Modelagem Matemática. Elemento Sensor. Piezoresistividade. Grafite.
Modelagem matemática computacional a partir da relação entre o perfil econômico e o nível de isolamento social no contexto da pandemia de Covid-19 no Estado do Rio Grande do Sul usando machine learning
(2024-04-30) Sebastiany, Félix Hoffmann
Em 2020, a pandemia de Covid-19 afetou diferentes pessoas de distintas maneiras. A maioria das pessoas infectadas apresentaram sintomas leves a moderados da doença, entretanto caso não haja medidas protetivas, a contaminação desenfreada pode gerar sobrecarga nos sistemas hospitalares. No Brasil, assim como em grande parte de outros países, adotou-se o isolamento social como forma de controlar a propagação do vírus. Os índices de isolamento diário foram fornecidos aos gestores públicos para auxiliar no controle da pandemia. Nesse sentido, mais análises são necessárias para compreender e interpretar de forma mais efetiva a relação entre isolamento social e os novos casos de contaminação. Neste contexto, este trabalho busca utilizar a base de dados CNAE (Classificação Nacional de Atividades Econômicas), juntamente com as bases de dados de Isolamento Social (InLoco) e número de casos diários de Covid-19 (Secretaria de Saúde do Estado do Rio Grande do Sul) com o objetivo de desenvolver um modelo computacional para descoberta de conhecimento a partir da relação entre essas bases de dados no contexto da pandemia de Covid-19 no Estado do Rio Grande do Sul usandoMachine Learning. Os resultados obtidos mostram que os setores com maior número de trabalhadores e maior concentração de pessoas em um mesmo ambiente, como o comércio e a indústria, apresentam maiores índices de contaminação. Palavras-chave: Covid-19; Aprendizado de Máquina; Clusterização.
Estimativa de geração fotovoltaica BTM sob a perspectiva de variação de fluxo de potência
(2024-04-29) Almeida, Matheus Reis de
A geração distribuída será elemento central das redes de distribuição de energia elétrica modernas. Neste contexto as micro e mini gerações distribuídas fotovoltaicas se expandiram com caráter exponencial nos anos recentes. Isso traz implicações às concessionárias distribuídas, pois os geradores estão instalados behind-the-meter. O desenvolvimento de metodologias de estimação da potência gerada behind-the-meter pelos sistemas fotovoltaicos tornaram-se tema de estudo em âmbito acadêmico. Nesta dissertação fez-se o estudo e a implantação do modelo de um diodo, consolidado e amplamente referenciado na literatura, e o modelo de estimação proposto pela Empresa de Pesquisa Energética (EPE). Os resultados obtidos utilizando os modelos foram comparados com dados reais e se concluiu que o modelo de um diodo é bastante preciso, porém inadequado para abordagens sistêmicas. O modelo proposto pela EPE é adequado para abordagens sistêmicas, mas se mostrou pouco preciso em sua formulação original. No entanto, foi demonstrado que utilizando medições de irradiância solar próximas do local em que se realiza a estimativa e um fator de capacidade fotovoltaico estimado os resultados melhoram significativamente. No entanto, somente abordagens baseadas em análise de variações de fluxo de potência são capazes de estimar a potência fotovoltaica instalada, o que permite prever possíveis aumentos de capacidade instalada de forma inadvertida. Durante a pesquisa bibliográfica, não foi encontrado nenhum modelo deste tipo que realizasse a estimação a nível alimentador. Foi então proposta um novo modelo, sob a perspectiva de variações de fluxo de potência, para estimar a capacidade fotovoltaica instalada behind-the-meter a nível alimentador. Palavras-chaves: Energia fotovoltaica, geração distribuída, energias renováveis, estimação de potência behind-the-meter.
Utilização de modelagem matemática como metodologia de ensino e aprendizagem para ensinar funções
(2024-03-12) Rodrigues, Leandra
A matemática desempenha um papel essencial como linguagem universal para compre- ender os fenômenos que ocorrem em diversas áreas do conhecimento. Esse processo envolve a organização intelectual de ideias e a criação de modelos matemáticos, que são represen- tações abstratas da realidade. No contexto educacional, a modelagem matemática é vista como uma estratégia de ensino e aprendizagem que tem como objetivo envolver os estudan- tes na construção ativa do conhecimento. Este trabalho de Dissertação tem como objetivo utilizar a modelagem matemática como estratégia de ensino e aprendizagem para ensinar Funções em uma escola de ensino médio na cidade de Cuiabá/MT. O assunto Funções foi escolhido porque os índices de desempenho dos estudantes foram baixos nos descritores do CAed sobre Funções. Como tema de fundo para a pesquisa, foi escolhida a pandemia da Covid-19, justificada pela relevância e aplicabilidade do assunto na vida cotidiana dos alu- nos. Duas turmas do 2o ano foram selecionadas para a pesquisa, sendo que em uma o ensino de Funções ocorreu através da modelagem matemática, enquanto na outra foi utilizada a metodologia tradicional de ensino. O desempenho e a compreensão dos alunos foram avalia- dos para verificar a eficácia das metodologias utilizadas e promover melhorias no processo de ensino por meio de um mesmo instrumento avaliativo. A partir dos resultados encontrados, observou-se que a turma da pesquisa, onde foi utilizada a metodologia da modelagem mate- mática para ensinar Funções, obteve os melhores resultados na avaliação realizada. Ou seja, 83,7% dos estudantes acertaram mais de 70% da avaliação. Por outro lado, na turma de controle, onde foi utilizada a metodologia tradicional o resultado da avaliação ficou aquém do desejado, visto que apenas 31,43% dos estudantes acertaram mais de 70% da avaliação. Palavras chave: Ensino; Funções; Aplicações e Modelagem Matemática.
Desenvolvimento de uma ferramenta para transformação e geração de documentos que descrevem delineamentos experimentais em formulários para comissão de ética no uso de animais : uma abordagem computacional
(2024-02-28) Hoppen, Marcelo Maboni
A redução do sofrimento de animais utilizados em pesquisa é um tema importante e necessário. É fundamental encontrar um equilíbrio entre o avanço científico e o respeito aos animais, buscando constantemente alternativas que substituam ou so de animais, minimizemos eu usoouquemelhoremseubem-estar.Felizmente,existem diretrizeseregulamentaçõesrigorosasemmuitospaísesquevisam garantiro bem-estardosanimaisutilizadosempesquisas.Essasregulamentaçõesexi- gemqueospesquisadoresconsideremeapliquemmétodosalternativos semprequepossível,reduzamonúmerodeanimaisutilizadoseimple- mentempráticasqueminimizemosofrimento.NoBrasil,ocuidadocom experimentosenvolvendoanimaiséregulamentadopelaLeiArouca (Leinº 11.794/2008),queestabeleceprocedimentosparaousocientíficode animais empesquisa,ensinoetestesdeprodutos.Alémdisso,oConselhoNacio- naldeControledeExperimentaçãoAnimal(CONCEA)foicriadocomoum órgãoresponsávelpelaimplementaçãoefiscalizaçãodessasregulamenta- ções.Essaleiestabelecequeousodeanimaisdeveserpautadopelo princípio dos"3Rs":Reduzir(reduçãodonúmerodeanimaisutilizados),Refinar(aper- feiçoarosprocedimentosparaminimizarosofrimento)eSubstituir (buscar alternativasquenãoenvolvamousodeanimais).Alémdisso,cada institui- çãodepesquisaqueutilizaanimaisemexperimentosdeveterumComitê deÉticanoUsodeAnimais(CEUA).Nestecontexto,o NationalCen- trefortheReplacement,Refinement&ReductionofAnimalsinResearch (NC3Rs),sediadonoReinoUnido,desenvolveuumaferramentaonlinepara o projetoexperimentalcomanimais,chamada ExperimentalDesignAssis- tant (EDA),aqualbaseadanaaplicaçãodos3Rs,auxiliaospesquisadoresna formulaçãodosexperimentos,apontapossíveisproblemas,sugeremelho- rias,determinaonúmerodeunidadesexperimentais,entreoutrosbenefícios. A utilizaçãodeanimaisprecisaserautorizadapeloCEUAcompetente medi- anteapresentaçãodeumextensoformuláriocontendodiversasinformações, ondepartedelastambémestãopresentesnomomentodaelaboraçãoda pes- quisadentrodaferramentaEDA.Estetrabalhoapresentaaferramenta de gestãodeexperimentoscomanimaisdenominada"GeE-GestãodeExperi- mentos".Estaferramentafoidesenvolvidanestadissertaçãoeimplementa um modelocomputacionalcapazderealizaraleituraetransformação deum conjuntodedadoscontigosemexperimentosnoformatoEDAparauma basededados.Nasequencia,estesdadossãotransferidosparaos cam- posdoformuláriopadrãoCEUA/UNIJUÍ.Estaferramentaégenérica epode seradaptadaparaqualquermodelodeformulárioCEUA.Paravalidarafer- ramentaeomodelocomputacionaldetransformaçãoforamutilizados cinco estudosdecasoquerealizamtodooprocesso:leitura,armazenamento, transformaçãoegeraçãodoformulário. Palavras-chaves: CEUA,ExperimentalDesignAssistant,Extraçãode Informações,JSON.
Caracterização de polímeros e grafite de lápis para desenvolvimento de sensores piezoresistivos
(2023-12-04) Pedrali, Patrícia Carolina
O principal objetivo desta tese centra-se em analisar as propriedades de dois materiais que possam ser utilizados como substrato na implementação de dispositivos sensores eletrônicos, almejando uma produção eficiente e econômica de dispositivos alternativos aos tradicionais fabricados a partir do silício. Foram realizadas a caracterização óptica e química do grafite usado como elemento sensor e caracterização mecânica do papel A4 usado como substrato para implementação de dispositivos sensores eletrônicos. Sensores piezoresistivos foram produzidos com os materiais selecionados e por meio de diferentes ensaios foi analisado o comportamento elétrico, térmico quando submetidos a esforços mecânicos. Os resultados mostraram que a sensibilidade média do grafite permite a fabricação de elementos sensores utilizando os procedimentos descritos neste trabalho. Com o desenvolvimento desta pesquisa foram produzidos e caracterizados sensores, e os resultados comparados com o modelo matemático de piezoresistor de Gniazdowski, uma vez que, as pesquisas, anteriormente, defendidas pelo grupo GPMaD utilizaram as propriedades definidas na literatura para simulação e comparação com a modelagem matemática. Com os resultados alcançados referente à caracterização dos materiais utilizando o MEV, a Microscopia Ótica, a Difração de Raio X, tanto do substrato de papel como do filme semimetálico do grafite, usado como piezoresistor foi possível comprovar a tendência do modelo teórico. Palavras-chave: Grafite, Sensores Piezoresistivos, Poliuretano, Caracterização, Modelagem Matemática.
Modelagem matemática para a previsão de consumo de ração aplicada em unidades armazenadoras avícolas
(2023-12-04) Kuhn, Jonas
A partirdocrescimentodaaviculturadecortenasregiõesSul,SudesteeCentro-Oeste, o gerenciamentodoestoquederaçãodasunidadesprodutoras(aviários)édeextremaim- portância,vistoqueemcasosdefaltaafetaodesenvolvimentoeoprocessodeengordadas avesdecorte.Nestecontexto,nessapesquisaédesenvolvidoummodelomatemáticovia Redes NeuraisArtificiais(RNAs)desériestemporais,baseadonaarquiteturaNARX,capaz de realizaraprediçãodoconsumoderaçãoparaavesdecorte.Estapesquisaestávinculada à empresaApcInovaetambémaumavicultordoExtremoOesteCatarinensequepossui um dispositivodesenvolvidopelaempresaequeestainstaladonossilospresentesemsua propriedade, deondeforamcoletados245dadosobservadosduranteoprocessodeengorda das aves.Comointuitodealcançaroobjetivogeralfoinecessáriaaescolhadevariáveis observadaspeloavicultorduranteoprocessodeengordadasavesdecorte.Paradeterminar o modelomatemáticoviaRNA,querealizaaprevisãodoconsumoderação,foinecessário desenvolverumalgoritmoquerealizadeformadinâmicaotreinamentoeavalidaçãodas redes emumformatometodológicodetesteeerro.Asimplementaçõesesimulaçõesforam realizadas nosoftwareMatlab.Porfim,foiapresentadaavalidaçãodaRNAobtidapelo algoritmo detreinamentocomomelhordesempenho,quepossuiumerrode2,61%,sendo este consideradoumresultadoacuradoparaaprevisãodoconsumoderaçãoemaviários. Palavras-chave: Avicultura;ModelagemMatemática;RNA;SériesTemporais;Previ- são.
Modelagem e viabilidade econômica de sistemas de geração distribuída, baseada em painéis fotovoltáicos para aplicação em pequenas propriedades rurais na Região Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul
(82 f., 2023-12-04) Almeida, Mônica Nejar de
Ao longo dos tempos, a energia utilizada pelo ser humano e seus meios de obtenção foram se modificando, influenciando profundamente o modo como vivemos. Atualmente, a energia está presente em quase tudo, o que faz com que o consumo energético venha aumentado exponencialmente. O cenário da distribuição de energia vem sendo alterado em função do advento das chamadas Redes Elétricas Inteligentes, que são caracterizadas pelas redes elétricas tradicionais modernizadas a partir da inserção de novas tecnologias, principalmente de monitoramento e comunicação. Entre os novos conceitos está o de Geração Distribuída (GD), que se baseia na ideia da utilização da geração de eletricidade descentralizada. A energia fotovoltaica é uma excelente opção para áreas remotas com deficiência de energia elétrica e com radiação solar abundante. A economia advinda do uso da energia solar possibilita ao produtor rural um maior investimento no agronegócio local promovendo maior lucratividade para o produtor e maior desenvolvimento para a região. O objetivo deste trabalho foi avaliar a viabilidade da inserção de um sistema de GD a partir de células fotovoltaica em uma pequena agroindústria familiar na cidade de Ijuí. A incidência solar é distinta para as diversas regiões do Brasil, e para isso foi modelada a capacidade de geração da região noroeste do Estado do Rio Grande do Sul. Em seguida, foi medida e avaliada a demanda energética de uma agroindústria familiar. A partir destes dados foi dimensionado um sistema de GD fotovoltaica e analisados vários casos distintos para este mesmo cenário. Esses casos foram estabelecidos, levando-se em conta que sistemas de distribuição rurais podem sofrer impacto a partir de sua configuração, sua construção e expensão, a região onde esta instalado e até mesmo com variações na qualidade de energia. Mesmo nos casos mais extremos o tempo de retorno do investimento não ultrapassou 6 anos e 1 mês, levando-se em conta uma vida útil do sistema de 20 anos. Na sequência foi avaliada a possibilidade de utilização de sistemas de armazenamento, tais como baterias. Entretanto, o alto custo destes dispositivos elevou o payback para 10 anos e 6 meses e reduziu a vida útil do sistema para 16 anos e 6 meses. Desta forma, conclui-se que sistemas fotovoltaicos são viáveis na zona rural da região noroeste do estado do Rio Grande do Sul, mesmo nas piores condições de fornecimento. No entanto, ainda não é viável a utilização de sistemas de armazenamento de energia com o uso de baterias. Palavras-chave: Energia Rural, Redes elétricas inteligentes, Geração distribuída, Geração fotovoltaica.
Modelagem matemática e computacional de um medidor de umidade de grãos
(2023-12-04) Antunes, Marcelo Carvalho
Esta dissertação de mestrado aborda a modelagem matemática e computacional de um medidor de umidade de grãos, considerando a influência da variação da porosidade dos grãos nas medidas elétricas de temperatura, tensão e frequência. Para isso, foram utilizadas técnicas de regressão linear múltipla e redes neurais artificiais para desenvolver modelos preditivos eficazes para a inferência da umidade nos grãos de soja e milho. Os dados experimentais utilizados foram obtidos de um aparelho protótipo para medição de umidade, e os resultados da modelagem indicam que o método de redes neurais artificiais é superior ao de regressão linear múltipla para realizar a inferência da umidade. Além disso, foi levantada a hipótese de que a morfologia dos grãos pode influenciar na acomodação dos mesmos durante o escoamento, alterando o valor da porosidade e interferindo na verificação da umidade. Para verificar essa hipótese foi utilizado o método dos elementos discretos para simular a deposição dos grãos no aparelho. A simulação numérica mostrou que a variação da porosidade segue a mesma tendência da variação das medidas elétricas, indicando uma possível relação entre esses fenômenos. No entanto, para comprovar essa hipótese de forma definitiva, seria necessário incluir mais tipos de grãos e estudar mais a fundo os mecanismos que podem explicar uma relação de causa e efeito. Palavras-chave: Soja, Milho, Umidade, Modelagem Matemática, Redes Neurais Artificiais, Porosidade, Método dos Elementos Discretos.
Predição da eficiência térmica da soldagem a arco elétrico utilizando redes neurais artificiais
(2023-11-19) Arruda Júnior, Ricardo José Campelo
Neste trabalho é apresentada a modelagem matemática e computacional, baseada na aplicação de Redes Neurais Artificias (RNA), aplicada ao problema da predição da eficiência do processo de soldagem do tipo arco elétrico amplamente utilizada na indústria metalmecânica. Embora a eficiência da solda seja um parâmetro importante, muitas vezes é determinada por valores tabelados em normas técnicas, o que pode prejudicar a análise metalúrgica, já que esses valores podem não considerar todas as variações possíveis nos parâmetros de soldagem ou mesmo do ambiente. Neste trabalho, a eficiência foi estimada experimentalmente a partir de um conjunto real de dados obtidos a partir da utilização de um calorímetro de fluxo contínuo de água. O conjunto de dados obtido foi analisado para determinar a presença de calor residual e utilizado para calcular o aporte térmico e a eficiência do processo. Além disso, foi desenvolvido um modelo matemático e computacional baseado em Redes Neurais Artificiais que possibilita predizer a eficiência do processo de soldagem sem a necessidade de realizar novos ensaios físicos que demandam um alto tempo e custo financeiro. Foi realizado um conjunto significativo de simulações computacionais onde foi avaliado e validado o melhor método de treinamento para o modelo desenvolvido. O modelo final disponibilizado consegue predizer o valor da eficiência do processo de soldagem com um erro inferior a 4% o que comprova o bom desempenho do modelo proposto e apresentado neste trabalho. Palavras-chave: Modelagem Matemática. Redes Neurais Artificiais. GMAW. Soldagem
Modelagem computacional do estágio de potência de máquinas de solda a arco elétrico
(2023-11-19) Santos, Sinara Rithiele Maciel dos
Os processos de soldagem a arco elétrico tornaram-se um dos processos mais utilizados nas indústrias, por oferecer diversas vantagens como a possibilidade de soldagem em diversas posições, progresso na produtividade, ser conciliável com as principais ligas metálicas da indústria, possibilidade de automatização e baixa geração de escórias. No entanto, existem algumas variáveis que influenciam no processo de soldagem e na qualidade do produto final, por isso a indústria procura por contribuições em pesquisas e elaboração de ferramentas capazes de oferecer maior compreensão, e possibilitando analisar o comportamento operacional de forma confiável proporcionando maior qualidade, segurança e custo beneficio. A empresa Fricke Soldas Ltda é a terceira maior produtora de máquinas de solda da América Latina, que busca implementar projetos em suas máquinas para adequar uma modelagem para um controle digital, possibilitando diminuir o tamanho das máquinas e trabalhar em frequências mais altas. Assim, o tema desta dissertação surge através de um projeto de pesquisa que vincula a empresa com a UNIJUÍ para que desenvolver um modelo computacional da máquina Vulcano Flex MIG 260i, com o objetivo de possibilitar melhorias e novos projetos. Para isso, estudou-se a planta do modelo da máquina de soldagem VULCANO FLEX MIG 260i, disponibilizada pela empresa parceira, avaliando sua topologia e apresentando de forma simplificada os estágios de potência da máquina de modo geral, a fins de oferecer contribuições para novas investigações sobre a mesma temática. Para isso, a premissa básica é modelar e conhecer especificidades da planta da máquina, e utilizou-se de ensaios reais no protótipo do modelo da máquina, colocando-a em condições de carga linear e não linear a fim de comprovar os modelos computacionais e matemático proposto. Os resultados entre os ensaios em situação real e as simulações realizadas, obtiveram erro percentual muito baixo, tornando o modelo computacional satisfatório. Palavras-chave: Soldagem; Arco Elétrico; Topologias; Modelagem.
Modelagem e simulação do escalonamento de threads do motor de execução baseado em tarefas da plataforma de integração guaraná: uma abordagem baseada em redes de Petri coloridas
(2022-02-09) Rudell, Diogo Izequiel
O uso de aplicações é necessário para dar suporte aos processos de negócios das empresas. Aplicações estas que formam um ecossistema de software heterogêneo. Essa heterogeneidade impulsionou o desenvolvimento de ferramentas para projetar uma solução de integração, dentre as quais pode-se citar, as plataformas de integração, que foram desenvolvidas para dar suporte a integração de aplicações, com a finalidade de trabalharem de forma integrada. O motor de execução é responsável pela execução das soluções de integração implementadas na plataforma de integração, sendo que o seu desempenho está diretamente relacionado ao tempo de execução da solução, o que torna seu estudo uma questão extremamente importante. Esta dissertação discute e estrutura um modelo de simulação do motor de execução baseado em tarefas das plataformas de integração utilizando Redes de Petri Coloridas. Foi realizado a análise de espaço de estados e utilizados alguns cenários para realizar simulações. Ao analisar os resultados, o modelo de simulação apresentou as características necessárias para representar de forma satisfatória o funcionamento do motor de execução baseado em tarefas. Dessa forma, pode-se afirmar que o modelo de simulação desenvolvido pode ser utilizado para explorar, analisar e simular o comportamento do motor de execução baseado em tarefas em diferentes situações, cargas de entrada e quantidade de recursos computacionais.
Modelagem matemática da eficiência térmica da soldagem a arco elétrico utilizando redes neurais artificiais
(2021-11-29) Maroski, Marcelo Wachter
O presente Trabalho de Dissertação de Mestrado trata do problema da estimativa da e ciência térmica da soldagem a arco elétrico, especialmente em relação ao processo gas metal arc welding. Apesar de ser um parâmetro de grande relevância para diferentes aspectos da soldagem, a e ciência é, muitas vezes, determinada a partir de valores tabelados pelas normas técnicas, o que pode acabar prejudicando as análises metalúrgicas, visto que esses valores nem sempre conseguem contemplar todas as variações possíveis nos parâmetros de solda. Assim, neste Trabalho de Dissertação, a e ciência foi estimada de maneira experimental, por meio de um calorímetro de uxo contínuo de água. Os dados obtidos nos ensaios foram analisados em relação à presença de calor residual e, em seguida, utilizados nos cálculos de aporte térmico e e ciência. A partir dos mesmos dados experimentais, é proposto o desenvolvimento de um modelo matemático de rede neural arti cial, para ser utilizado em conjunto com o calorímetro, a m de se obter uma estimativa prévia da e ciência e evitar despesas com ensaios experimentais que produziriam resultados abaixo do ideal. O modelo matemático proposto foi validado por meio do método k-fold cross-validation e apresentou baixo erro relativo médio, embora tenham sido observadas algumas instabilidades nas saídas calculadas pelo modelo, o que indica a necessidade de aprimorá-lo em trabalhos futuros.
Estudo experimental para redução do Makespan em processos de integração de aplicações empresariais utilizando algoritmos bio-inspirados
(2021-11-29) Brigo, Maira Simoni
A área de Integração de Aplicações Empresariais é voltada para dar suporte aos processos de negócios das empresas. Ela contribui com metodologias, técnicas e ferramentas para integrar as aplicações de uma empresa, que em sua grande maioria não foram desenvolvidas para trocar dados e funcionalidades. O modelo de execução Task-Based trabalha com os recursos computacionais, denominados threads, em nível de tarefas e a estratégia de pools locais armazena essas threads em múltiplos pools, um para cada tarefa do processo de integração. O makespan é uma medida usual do desempenho de um motor de execução, e o objetivo é encontrar a melhor distribuição das threads nos pools, para que esse makespan seja o menor possível, otimizando o desempenho. A função objetivo é minimizar o makespan, respeitando uma restrição no número de threads disponíveis. Foram escolhidas duas meta-heurísticas para realizar esta distribuição, e resolver o problema esta otimização, são elas, a Particle Swarm Optimization e a Cat Swarm Optimization. A partir de experimentações seguindo um mesmo protocolo, foram analisados omakespan e a configuração dos pools de threads correspondente, sendo possível comparar o desempenho quanto ao resultado das meta-heurísticas. Sendo assim, a hipótese de que o Cat Swarm Optimization trouxesse melhores resultados, foi comprovada. Ao realizar os experimentos, analisá-los, e compará-los, o Cat Swarm Optimization apresentou resultados médios melhores que o Particle Swarm Optimization. Comprovamos ainda que uma má distribuição de threads impacta no makespan e consequentemente no desempenho do processo de integração.
Modelagem matemática e computacional 3D do crescimento do fruto de tomate
(2021-11-29) Streda, Maiara Andressa
A aparência dos alimentos tem grande impacto no seu consumo e no seu valor econômico sendo que uma produção de qualidade é importante tanto para o consumidor, quanto para o produtor. Pesquisas apontam um grande descontentamento dos consumidores sobre a qualidade que se encontram os tomates nas fruteiras e supermercados. A aparência física é a principal característica que gera insatisfação aos consumidores que buscam por frutos sem injúrias. Em vista disto, este trabalho objetiva criar um modelo paramétrico, para impressão 3D do desenvolvimento do fruto de tomate que auxilie o produtor a identificar as fases de desenvolvimento de sua produção e comparar as características morfológicas dos frutos. Para isso, foram extraídos dados experimentais diários do crescimento dos frutos além de registros fotográficos. Nesse estudo foi desenvolvido um modelo que descreve o crescimento de frutos de tomate saladete híbrido SM-16. Esse modelo simula o comportamento de crescimento diário desses frutos. A modelagem matemática e computacional foi desenvolvida utilizando linguagem de programação Python e outros dois softwares livres, o Octave e o Inkscape. O crescimento do tomate é representado por um modelo logístico, enquanto a forma dos frutos durante o crescimento é um modelo desenvolvido em Rede Neural Artificial. Os modelos utilizados, ajustados aos parâmetros encontrados mostraram-se adequados para descrever o comportamento do crescimento dos frutos de tomate da variedade em estudo ao longo do tempo.
Simulação do ensaio de prova de carga sobre placa em base de brita graduada
(2021-11-29) Cardoso, Luciana Machado
As camadas granulares têm um importante papel no comportamento global da estrutura de um pavimento, essas camadas geralmente são modeladas com uma aproximação de um meio contínuo elástico ou através dos Métodos das Diferenças Finitas e Elementos Finitos. No entanto, abordagens não contínuas também podem ser empregadas na modelagem desse tipo de problema. O Método dos Elementos Discretos (MED) está se tornando amplamente aceito como um método eficaz de abordagem de problemas de engenharia em materiais granulares e materiais descontínuos, especialmente em fluxos granulares e mecânica de rochas. O presente estudo tem como objetivo construir um modelo matemático e computacional do ensaio de prova de carga sobre placa em base de brita graduada, com a finalidade de simular o comportamento de uma pavimentação feita com brita graduada. As análises das propriedades da brita graduada foram feitas pela comparação de resultados reais, obtidos através de ensaios de placas feita sobre base de brita graduada, com os resultados obtidos por meio de um modelo matemático e computacional que simulou o comportamento deste ensaio. Através do desenvolvimento deste estudo podese perceber que existe potencial do MED para representar o comportamento da BGS. Apesar dos resultados dos ensaios de campo apresentarem um comportamento não-linear, e a simulação um comportamento linear da deformação em função da tensão, é possível perceber uma proximidade nos resultados. A parametrização do modelo através dos dados apresentados pela literatura evidenciou ainda mais a potencialidade do MED, pois mesmo com as simplificações de formato e tamanho as simulações computacionais conseguiram representar de forma aproximada o comportamento da base de brita graduada simples.
Modelagem do tempo de vida de um transformador de energia elétrica subterrâneo
(2021-11-29) Bottura, Débora Patrícia Fensterseifer
O Sistema Elétrico de Potência (SEP) é responsável desde a geração até a entrega de energia elétrica aos consumidores. Apesar da importância do SEP a sua concepção e os seus conceitos de funcionamento datam de meados do século XX. Neste tipo de sistema, o mau funcionamento ou defeito, em qualquer um dos seus componentes, pode provocar o desligamento do mesmo, ocasionando perdas tanto para os consumidores quanto para as companhias envolvidas. Entre os dispositivos e equipamentos que compõe esse sistema, o transformador é um dos elementos essenciais ao seu funcionamento, e sua falha está muitas vezes associada com o seu desgaste prematuro. O tempo de vida de um transformador está diretamente correlacionado com a deterioração do material isolante que, por sua vez, está relacionado com as condições de operação, entre elas a temperatura e o carregamento. Desde o início do século XXI, tem sido integrado ao sistema original de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica, um conjunto de novas tecnologias que compreendem alto grau de monitoramento/supervisão e capacidade de comunicação. Estas redes elétricas passaram a ser denominadas redes inteligentes. Entre as primeiras implementações, nesse sentido, tem-se os sistemas de monitoramento, os quais utilizam diversos sensores que permitem avaliar o seu funcionamento em tempo real, bem como identificar ocorrências e gerar alarmes. No entanto, os dados obtidos podem ir além do simples monitoramento, por exemplo, podem demonstrar condições históricas, representar padrões de comportamento entre tantas outras informações a serem descobertas. Nesse sentido, se um modelo matemático adequado for desenvolvido, eles podem ser utilizados para realizar estimativas, entre inúmeras outras aplicações. Assim, as redes elétricas podem, futuramente se tornar verdadeiramente inteligentes. Em razão disso, o propósito deste estudo da norma esta relacionado a operação de transformadores de distribuição subterrâneos, ou seja, transformadores expostos a um ambiente diferente dos instalados em redes aéreas. Diante disso, a vida útil do transformador está diretamente associada ao carregamento ao qual o mesmo está submetido. E ainda, o desgaste pode ocorrer por efeitos térmicos e variações de tensão, então de forma a avaliar esse comportamento, existem modelos matemáticos que permitem estimar a partir do seu carregamento, as temperaturas de operação, bem como a vida útil do transformador. A avaliação do modelo matemático proposto nesse trabalho, foi realizada a partir de dados adquiridos do transformador de subestação subterrâneas do sistema de distribuição de energia elétrica reticulado da Cidade de Porto Alegre no Estado do Rio Grande do Sul.
Modelagem matemática de sistemas de pesagem em movimento considerando a influência da temperatura e carga
(2021-11-08) Arenhart, Taís Portela
O pavimento asfáltico nas rodovias brasileiras enfrenta problemas com a degradação precoce de sua estrutura em função da sobrecarga dos veículos e condições climáticas. Com isso, torna-se necessário entender a magnitude das solicitações que a carga gera ao pavimento, isso é possível através do uso simuladores de tráfego que permitem definir de forma dinâmica a carga dos eixos. Esses sistemas aliam velocidade, carga e condições climáticas por meio da simulação do tráfego em uma rodovia de maneira controlada. Percebe-se, entretanto, que a carga empregada no revestimento asfáltico aliada a variação de temperatura causa deformabilidade em sua estrutura e, como consequência, afeta os resultados das leituras dos sensores de carga. Neste sentido, esta dissertação visa desenvolver um modelo matemático que permita a calibragem dos sensores de carga em um sistema de pesagem em movimento usando equações diferencias e regressão linear. Os dados utilizados para o desenvolvimento e validação do modelo foram obtidos através do Simulador de Tráfego (LAPAV) da Universidade Federal do Rio Grande do Sul com cargas de 2.400kg, 3.800kg, 4.600kg e 6.100kg e variação de temperatura entre 20 e 38 graus Celsius. As leituras de carga que embasaram o modelo desenvolvido foram obtidas através da Carga Alvo de 4600 Kg. Através das mudanças nas leituras de carga com o aumento da temperatura, ficou nítida a relação entre a leitura do sensor e a variação de temperatura. Com isso, desenvolveuse um modelo matemático de calibragem de sensor de carga e através desse modelo foram desenvolvidos limites superiores e inferiores de leitura de carga, foi calculado o erro de leitura do sensor e comparado o polinômio presente no modelo com um de outra pesquisa.
A modelagem da tecnologia da ureia dissolvida em água como fonte de nitrogênio via absorção foliar na aveia
(2021-11-08) Peter, Cibele Luisa
No cultivo da aveia, o nitrogênio é decisivo sobre a produtividade, sendo o mais absorvido e ligado a expressão dos componentes de produtividade e qualidade de grãos. Por outro lado, é um elemento facilmente perdido por lixiviação em chuvas após aplicação e/ou volatilização quando em temperaturas mais elevadas, ocasionando perdas de eficiência de absorção pelas plantas. Estas perdas limitam o potencial produtivo e causam prejuízos econômicos e ambientais. Em se tratando da aveia, o momento adequado de aplicação do nutriente se dá em estádio de terceira e quarta folha expandida para expressão conjunta de máximo afilhamento com a diferenciação de células das espiguetas. No entanto, nem sempre o momento fenológico mais adequado de aplicação decorre com as melhores condições meteorológicas para fornecimento do nitrogênio, comprometendo a sua eficiência e reduzindo a produtividade. Impacta inclusive, questões de saúde pública quando envolve a qualidade de fontes de água subterrânea e superficiais frente aos problemas de contaminação. Sabe-se que o N é um elemento móvel o que levanta a hipótese do potencial de utilização para fornecimento via foliar. A utilização da ureia dissolvida pelo veículo água, poderia gerar resfriamento foliar com abertura de estômatos, facilitando a absorção. Estudos preliminares realizados com a ureia dissolvida em água para absorção via foliar é relatado na literatura, porém, não trazem uma análise conjunta de indicadores biológicos e ambientais. A ureia dissolvida em água pode ser tecnicamente eficiente e viável via aplicação foliar, oportunizando absorção e redução de perdas, principalmente em condições mais restritivas à adubação, o que possibilitaria uma prática agrícola mais sustentável. Nesta perspectiva, a modelagem matemática possibilita gerar previsões, simulações e otimizações, validando novas tecnologias e oportunizando práticas mais sustentáveis na agricultura. O objetivo do estudo é desenvolver a modelagem matemática na busca de dimensionar o grau de dissolução da ureia em água, viabilizando um volume ajustado para aplicação da tecnologia em campo e de enquadrar diferentes funções de pertinência via lógica fuzzy à simulação da produtividade envolvendo as doses de nitrogênio com indicadores ambientais. O experimento de dissolução da ureia em água foi conduzido em laboratório, considerando diferentes doses de ureia e volume de água para monitoramento da máxima dissolução até o tempo de uma hora. As doses de ureia (45% de N) correspondem aos valores de 0, 20, 40, 60, 80, 100, 120 kg ha-1 de nitrogênio combinadas aos volumes de 100, 200, 300 e 400 litros ha-1. Esta representação foi dimensionada em garrafas PET de 2 litros, considerando quatro repetições na escala de tempo para definição do volume adequado para o manejo de campo. O experimento a campo foi desenvolvido em área experimental, nos anos de 2019 e 2020. O estudo foi em delineamento de blocos casualizados com quatro repetições em fatorial 2x7, para a forma de aplicação da ureia (sólida e dissolvida, 45% N) representando as doses de 0, 20, 40, 60, 80, 100 e 120 kg ha-1 de nitrogênio. Foram analisados os indicadores de produtividade da aveia. Para o processo de modelagem foram empregados métodos estatísticos por regressão polinomial e regressão linear múltipla e computacionais pelo uso de lógica difusa considerando diferentes funções de pertinência. O volume de 300 litros de água garante uma aplicação elevada de 220 kg ha-1 de ureia, o que promove uso de diferentes condições de dose do fertilizante A regressão linear múltipla envolvendo a temperatura do ar e volume de água e dose de fertilizante ureia se mostra eficiente para a simulação do tempo de dissolução da ureia. O fornecimento de nitrogênio pela ureia dissolvida em água via absorção foliar mostra resultados similares a ureia sólida de absorção radicular aplicado no estádio de terceira e quarta folha expandida. Os resultados de máxima eficiência econômica evidenciam redução significativa de uso de nitrogênio em comparação a eficiência técnica, com similaridade de expressão dos indicadores de produtividade da aveia. Os modelos de lógica fuzzy se mostraram eficientes na simulação da produtividade de grãos de aveia pelo uso do nitrogênio e elementos meteorológicos, sendo que as três funções de pertinência triangular, trapezoidal e gaussiana se mostraram satisfatórias para a composição dos modelos de simulação.

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