O propósito deste trabalho foi o desenvolvimento de um procedimento simulador de processo reproduzindo a etapa de destilação extrativa de uma unidade de extração de butadieno a partir de uma corrente de hidrocarbonetos na faixa de quatro átomos de carbono, através da adição do solvente n-metil-2- pirrolidona (NMP). Os resultados obtidos foram comparados e validados com dados de processo obtidos por uma unidade industrial de extração de butadieno. O aprofundamento nos conceitos do processo de separação através de uma ferramenta em simulador de processo capaz de predizer condições de operação permitiu avaliações de aumento de capacidade. A capacidade dos elementos internos dos equipamentos envolvidos na separação pode ser avaliada e a identificação do ponto inicial de engargalamento da unidade foi possível. O procedimento proposto também permite reduzir incertezas para identificação de novos pontos de engargalamento a partir de uma nova configuração dos elementos internos identificados como ineficientes com a elevação de carga processada. / The purpose of this study was the development of a model using a commercial process simulator software in order to reproduce the extractive distillation step of a butadiene extraction unit from a hydrocarbon stream by the addition of the solvent n- methyl-2-pyrrolidone (NMP). The results obtained from the simulations were compared with process data from an operational butadiene extraction unit. The knowledge of the separation process due the model should predict operating conditions allowing revamps on the actual asset. The internals capacity for the equipment involved in the separation could be evaluated and units bottlenecks points should be identified.

Neste trabalho, foram realizados estudos sobre a modelagem e simulação do núcleo morto em partículas catalíticas contendo enzimas imobilizadas. Tais estudos envolveram a resolução de problemas de valor de contorno gerados pela modelagem dos fenômenos de difusão-reação no interior da partícula. Os principais parâmetros que determinam a ocorrência do núcleo morto foram investigados e os perfis de concentração de substrato e produto, bem como a posição do núcleo morto para a cinética de Michaelis-Menten e outras, foram calculados para catalisadores com geometrias clássicas de placa plana infinita, cilindro infinito e esfera. Para este fim, os seguintes métodos numéricos foram utilizados: shooting, colocação ortogonal global e colocação ortogonal em elementos finitos. Entre os métodos avaliados, o método da colocação ortogonal em elementos finitos foi o único capaz de representar os perfis de concentração de substrato e de produto, e os valores do fator de efetividade obtidos com as soluções analíticas para cinéticas de ordem zero e de primeira ordem, as quais foram usadas como referência. Assim, este método foi empregado para resolver os problemas de valor de contorno envolvendo as cinéticas de Michaelis-Menten e aquelas com inibição competitiva, não competitiva e acompetitiva por produto, e com inibição acompetitiva por substrato, sendo os resultados obtidos consistentes para todas as cinéticas analisadas. A metodologia proposta foi então usada para estudos de projeto e operação de reatores enzimáticos contínuos de mistura perfeita e de fluxo pistonado, sendo que os resultados obtidos foram coerentes. Assim, a metodologia apresentada neste trabalho pode ser avaliada em condições reais de projeto e operação de reatores enzimáticos heterogêneos contínuos. / This work dealt with studies on the modeling and simulation of the dead core in porous catalytic particles containing immobilized enzymes. Such studies involved the solution of boundaryvalue problems generated by the modeling of the diffusion-reaction phenomena inside the particle. The main parameters that determine the occurrence of dead core were investigated and the concentration profiles of substrate and product, as well as the position of the dead core for Michaelis-Menten\'s and other kinetics in catalysts with classical geometries of infinite slab, infinite cylinder and sphere were calculated. For this purpose, the following numerical methods were used: shooting, global-orthogonal-collocation and orthogonal-collocation in finite elements. Among these methods, only the orthogonal-collocation in finite elements simulated all substrate and product-concentration profiles and the effectiveness-factor values obtained with the analytical solutions for zero and first-order kinetics, which were used as reference. Therefore, this method was employed to solve the problems including the Michaelis-Menten kinetics, the competitive-, non-competitive- and acompetitive-product-inhibition kinetics, and the acompetitive-substrate-inhibition kinetics. The results obtained for all kinetics analyzed were consistent. Thus, the proposed methodology was used for studies on the design and operation of both continuous-stirred-tank and plug-flow reactors, and the results obtained were coherent. Thus, the methodology presented in this work can be evaluated under real conditions of design and operation of continuous heterogeneous enzymatic reactors.

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:48:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maria Felomena de Oliveira Sandri.pdf: 527012 bytes, checksum: e6611509a5628405238b9e31b3319b77 (MD5) Previous issue date: 2006-07-18 / In the West of Paraná State, the Regional Nuclei of Agricultural State Secretary SEAB - are located in Cascavel and Toledo. The first one has an area of 1,283,062.58 ha, which includes 28 cities; the second one is 849,732.80 ha wide and counts with 20 cities. These Regional Nuclei are responsible for twenty percent of the Whole Production Value, requiring agribusiness state production, as well as important areas concerning/ corn, soybean at wheat production; and they reach almost 4.8 millions tones/grains per year. In order to spread out this production, railways and roadways are employed, even though it decisionmaking affects traffic conditions and implies in costs. Researches Operations tools can be applied, which aims are evaluation, management and planning to improve transportation system use Among these tools, it can be mentioned the simulation practice, which, by means of computational models, helps on choosing how the experiment will be carried out, such as: (i) sensitivity analyses; (ii) scenario analyses, (iii) optimization; and (iv) Monte Carlo Simulation. Considering these potentialities, this trial was carried out aiming at implementing a computational model to simulate grains and oilseeds transportation from the Regional Nuclei of Cascavel and Toledo, respectively. This simulation concerned about 2003, 2004 and 2005 years; and sensitivity analysis was also conducted considering changes of percentage indexes related to the loads destination to roadways and railways, respectively. The applied model showed a great potential for supporting management of grains and oilseeds transportation system, with diversity of reports and information. For example, in 2004, at Cascavel Regional Nucleus, 2,2 millions tonnes of products were processed, with a consumption of 44.916,74 m-3 of firewood, and 34.489 transportations were also made from Cascavel to Paranaguá Port using the roadway / Os Núcleos Regionais de Cascavel e Toledo da Secretaria de Estado da Agricultura e Abastecimento SEAB do Paraná estão localizados na região Oeste. O primeiro núcleo abrange uma área agrícola de 1.283.062,58 ha e compreende 28 munícipios, enquanto o segundo tem área agrícola de 849.732,80 ha e conta com 20 municípios. Esses dois núcleos regionais participam com 20% do Valor Bruto da Produção, os quais correspondem aos valores produzidos pelo agronegócio no Estado e são importantes polos na produção de milho, soja e trigo, cujo total é de, aproximadamente, 4,8 milhões de toneladas. Para o escoamento dessa produção, são utilizados os modais rodoviários e ferroviário, fato que afeta as condições de trafégo e implica em custos. Para o aprimoramento do uso de um sistema de transporte, podem ser utilizados ferramentais de Pesquisa Operacional, os quais prestam avaliações, gestão e planejamento. Dentre os ferramentais, pode ser destacada a simulação que, por meio de modelos computacionais, propicia o auxílio à tomada de decisão pela condução de experimentos tais como: (i) análise de sensibilidade; (ii) comparação de cenários; (iii) otimização e (iv) simulação de Monte Carlo. Considerando essa potencialidade, este trabalho foi conduzido com o objetivo de implementar um modelo computacional para simular a movimentação de cargas de grãos e oleaginosas a partir dos Núcleos Regionais de Cascavel e Toledo. Essas simulações referem-se aos anos de 2003, 2004 e 2005 e conduzida análise de sensibilidade ao considerar a alteração dos índices de destinação de cargas para os modais rodoviário e ferroviário, respectivamente. O modelo empregado apresenta potencialidade de aplicação em procedimentos para gestão do sistema de transporte de grãos e oleaginosas, cujos destaques são a diversidade de relatórios gerados e as informações disponibilizadas. Logo, pode-se ter o exemplo de uma informação, no ano de 2004, para o Núcleo Regional de Cascavel, em que foram processadas 2,2 milhões de toneladas de produto; consumidos 44.916,74 m-3 de lenha, e feita a movimentação de 34.489 cargas pelo eixo Cascavel Porto de Paranaguá por meio de modal rodoviário

Artificial neural networks (ANNs) have been used successfully in various practical problems. Though extensive improvements on different types of ANNs have been made to improve their performance, each ANN design still experiences its own limitations. The existing digital human models are mature enough to provide accurate and useful results for different tasks and scenarios under various conditions. There is, however, a critical need for these models to run in real time, especially those with large-scale problems like motion prediction which can be computationally demanding. For even small changes to the task conditions, the motion simulation needs to run for a relatively long time (minutes to tens of minutes). Thus, there can be a limited number of training cases due to the computational time and cost associated with collecting training data. In addition, the motion problem is relatively large with respect to the number of outputs, where there are hundreds of outputs (between 500-700 outputs) to predict for a single problem. Therefore, the aforementioned necessities in motion problems lead to the use of tools like the ANN in this work. This work introduces new algorithms for the design of the radial-basis network (RBN) for problems with minimal available training data. The new RBN design incorporates new training stages with approaches to facilitate proper setting of necessary network parameters. The use of training algorithms with minimal heuristics allows the new RBN design to produce results with quality that none of the competing methods have achieved. The new RBN design, called Opt_RBN, is tested on experimental and practical problems, and the results outperform those produced from standard regression and ANN models. In general, the Opt_RBN shows stable and robust performance for a given set of training cases. When the Opt_RBN is applied on the large-scale motion prediction application, the network experiences a CPU memory issue when performing the optimization step in the training process. Therefore, new algorithms are introduced to modify some steps of the new Opt_RBN training process to address the memory issue. The modified steps should only be used for large-scale applications similar to the motion problem. The new RBN design proposes an ANN that is capable of improved learning without needing more training data. Although the new design is driven by its use with motion prediction problems, the consequent ANN design can be used with a broad range of large-scale problems in various engineering and industrial fields that experience delay issues when running computational tools that require a massive number of procedures and a great deal of CPU memory. The results of evaluating the modified Opt_RBN design on two motion problems are promising, with relatively small errors obtained when predicting approximately 500-700 outputs. In addition, new methods for constraint implementation within the new RBN design are introduced. Moreover, the new RBN design and its associated parameters are used as a tool for simulated task analysis. This work initiates the idea that output weights (W) can be used to determine the most critical basis functions that cause the greatest reduction in the network test error. Then, the critical basis functions can specify the most significant training cases that are responsible for the proper performance achieved by the network. The inputs with the most change in value can be extracted from the basis function centers (U) in order to determine the dominant inputs. The outputs with the most change in value and their corresponding key body degrees-of-freedom for a motion task can also be specified using the training cases that are used to create the network's basis functions.

La génération de motifs esthétiques assistée par ordinateur est un domaine prometteur pour la conception de vêtements (personnalisation de masse, etc.). Dans ce contexte, les techniques de réalité virtuelle (RV) et de réalité mixte (RM) sont très pertinentes pour la visualisation de vêtements sur lesquels sont appliqués les motifs générés. Ces techniques offrent aussi de nouvelles opportunités pour l'interaction 3D avec les mannequins virtuels en situation statique ou dynamique (défilé virtuel). La contribution du travail présenté dans ce mémoire est multiple et implique trois étapes complémentaires : (1) l'identification et le développement de modèles mathématiques exhibant des potentialités pour la génération automatique de motifs complexes ayant des propriétés esthétiques; (2) l'implémentation de ces modèles mathématiques et l'exploration assistée par ordinateur de leur potentialités; (3) l'intégration de ces modèles dans une plate-forme logicielle offrant de multiples possibilités d'interaction avec les mannequins virtuels. En outre, nous proposons de nouvelles techniques d'interaction 3D pour la conception en RV et RM.

Les réseaux de régulation biologiques sont des systèmes complexes dans lesquels les entités biologiques interagissent entre elles, faisant ainsi émerger des comportements particuliers. Dans cette thèse, nous proposons une méthodologie générale afin de mieux comprendre les mécanismes en jeux dans ces réseaux de régulation et tout particulièrement dans ceux ayant un comportement oscillatoire. De façon générale, les différentes parties de cette méthodologie ont pour but, soit d'analyser des systèmes biologiques de plus en plus grands, soit de raffiner les analyses sur des modèles moins conséquents. Ces travaux utilisent les propriétés temporelles des modèles biologiques qui sont souvent abondantes mais encore relativement peu exploitées. Pour parvenir à intégrer les données temporelles, nous avons développé des modélisations hybrides qui combinent dans leurs comportements des aspects purement qualitatifs ainsi que des aspects continus (dans les notions temporelles quantitatives). La première partie de cette méthodologie générale consiste à utiliser une modélisation hybride nommée TEM (pour modélisation d'évolution temporelle) qui permet une pré-analyse du système biologique. L'avantage de cette modélisation est qu'elle utilise des paramètres qui sont très proches des données biologiques et qu'elle peut fournir des résultats d'intérêt à partir d'un nombre réduit d'hypothèses simples. Néanmoins, plus nous fournissons de données sur le modèle biologique dans l'approche TEM et plus les résultats obtenus sont précis. La seconde partie de notre méthodologie générale consiste à reprendre des modélisations existantes et couramment utilisées (la modélisation par équations différentielles par morceaux (PLDE) et la modélisation discrète de R. Thomas) et d'y ajouter de nouvelles méthodes conjointes. La première méthode permet d'obtenir l'ensemble des contraintes nécessaires et suffisantes pour le paramétrage d'un modèle d'après des spécifications. Ceci peut permettre de découvrir des caractéristiques communes à l'ensemble des paramétrages validant les spécifications du modèle mais également d'obtenir l'ensemble de ces paramétrages grâce à un solveur de contraintes. La seconde méthode permet de décomposer les dynamiques obtenues à partir du paramétrage d'un modèle. Cette méthode peut servir à mieux comprendre les dynamiques ainsi obtenues en sachant si un comportement correspond à un ensemble de sous-comportements et si oui lesquels. La méthode peut également servir à travailler sur un sous-ensemble de la dynamique en ne prenant en compte que les sous-comportements intéressants, par rapport à certaines préoccupations. Enfin, la dernière partie de cette thèse consiste en une modélisation nommée modélisation TDD (pour modélisation par décomposition des domaines temporels) et permettant de raffiner les analyses précédentes. Cette modélisation est basée sur la modélisation PLDE et la modélisation discrète de R. Thomas afin de profiter pleinement des méthodes que nous avons développées. En fait, cette modélisation, tout comme dans la première modélisation présentée dans cette thèse, est une modélisation hybride qui utilise également la notion de temps via des paramètres temporels.

La simulation numérique génère des maillages de plus en plus gros pouvant atteindre plusieurs dizaines de millions de tétraèdres. Ces ensembles doivent être visuellement analysés afin d'acquérir des connaissances relatives aux données physiques simulées pour l'élaboration de conclusions. Les capacités de calcul utilisées pour la visualisation scientifique de telles données sont souvent inférieures à celles mises en oeuvre pour les simulations numériques. L'exploration visuelle de ces ensembles massifs est ainsi difficilement interactive sur les stations de travail usuelles. Au sein de ce mémoire, nous proposons une nouvelle approche interactive pour l'exploration visuelle de maillages tétraédriques massifs pouvant atteindre plus de quarante millions de cellules. Elle s'inscrit pleinement dans le procédé de génération des simulations numériques, reposant sur deux maillages à résolution différente -- un fin et un grossier -- d'une même simulation. Une partition des sommets fins est extraite guidée par le maillage grossier permettant la reconstruction à la volée d'un maillage dit birésolution, mélange des deux résolutions initiales, à l'instar des méthodes multirésolution usuelles. L'implantation de cette extraction est détaillée au sein d'un processeur central, des nouvelles générations de cartes graphiques et en mémoire externe. Elles permettent d'obtenir des taux d'extraction inégalés par les précédentes approches. Afin de visualiser ce maillage, un nouvel algorithme de rendu volumique direct implanté entièrement sur carte graphique est proposé. Un certain nombre d'approximations sont réalisées et évaluées afin de garantir un affichage interactif des maillages birésolution.

Cette thèse d'habilitation présente une synthèse de contributions dans le domaine du traitement numérique de la géométrie sous la forme de concepts et d'algorithmes pour la reconstruction de surfaces, l'approximation de surfaces, le remaillage quadrangle de surfaces et la génération de maillages.

Les êtres vivants sont caractérisés par leur rapport avec l'environnement dans lequel ils évoluent. Ils sont dotés de capacités de perception, d'action et de décision. L'animation comportementale s'inspire de cette architecture pour peupler des environnements virtuels avec des entités autonomes à l'image des organismes vivants. Dans ce domaine, il est un être vivant qui retient particulièrement l'attention : l'être humain. Dans cette thèse, nous proposons une architecture pour la description du comportement des humanoïdes virtuels. Dans un premier temps, nous étudions la relation entre l'humanoïde et son environnement dans le cadre de la navigation. Nous proposons un système de subdivision spatiale permettant d'extraire des propriétés topologiques à partir d'un environnement géométrique. Ces informations sont ensuite utilisées pour créer un algorithme de planification de chemin hiérarchique. Nous proposons, dans la continuité, un algorithme de navigation s'inspirant d'études sur le comportement piétonnier et permettant de simuler, en temps réel, des foules composées de plusieurs centaines de piétons. Dans un second temps, nous étudions les composantes réactives et cognitives du comportement. Nous proposons un modèle réactif dont la propriété est de synchroniser et d'adapter automatiquement le déroulement simultané de plusieurs comportements. Le modèle cognitif peut alors exploiter cette propriété pour choisir des actions permettant à l'humanoïde de réaliser un but. Ce modèle se base sur un langage orienté objet permettant de décrire le monde sous la forme des interactions qu'il offre aux humanoïdes. Différentes applications ont validé les travaux réalisés dans cette thèse : simulation de foule, fiction interactive et cinématographie virtuelle.

Le modèle du comportement planifié (Ajzen, 1991) met l'accent sur les antécédents raisonnés du comportement. Le principal objectif de notre travail concerne les comportements à faible opportunité, ou peu fréquents, qui ne peuvent donc pas être habituels (ex : achat automobile). Si un comportement est nouveau, on ne peut pas mesurer de comportement passé compatible (non respect du principe de correspondance) mais on peut mesurer le comportement passé et les habitudes comportementales dans des situations analogues (comportement passé connexe). Dans ce cas, le comportement passé serait utilisé comme une information. Trois recherches expérimentales (N=992) ont été conduites dans le domaine des intentions pro-environnementales auprès d'acheteurs de véhicules neufs. Les deux premières études étaient focalisées sur l'achat de Véhicule Propre et Économe (VPE) et la troisième étude sur l'utilisation de la climatisation. Nos résultats montrent que les mesures connexes contribuent significativement à la prédiction de comportements à faible opportunité. L'habitude mesurée à un niveau général contribue significativement au modèle alors que l'état affectif joue un rôle indirect.