[pt] Este trabalho propõe um algoritmo para o problema da deconvolução sísmica em picos esparsos. Intitulado LaWie, este algoritmo é baseado na combinação do Least Absolute Shrinkage and Selection Operator (LASSO) e a modelagem de blocos usada no filtro de Wiener. A deconvolução é feita traço a traço para estimar o perfil de refletividade e a wavelet original que deu origem as amplitudes sísmicas. Este trabalho apresenta o resultado do método no dataset sintético do Marmousi2, onde existe um ground truth para comparações objetivas. Além disso, também apresenta os resultados no dataset real Netherlands Offshore F3 Block e mostra a aplicabilidade do algoritmo proposto para não apenas delinear o perfil de refletividades como também para ressaltar características como fraturas neste dado. / [en] This work proposes an algorithm for solving the seismic sparse-spike deconvolution problem. Entitled LaWie, this algorithm is based on the combination of Least Absolute Shrinkage and Selection Operator (LASSO) and the block modeling used in the Wiener filter. Deconvolution is done trace by trace to estimate the reflectivity profile and the convolution wavelet that originated the seismic amplitudes. This work presents the results in the synthetic dataset of Marmousi2, where there is a ground truth for objective comparisons. Also, this work presents the results in a real dataset, Netherlands Offshore F3 Block, and shows the applicability of the proposed algorithm to outline the reflectivity profile and highlight characteristics such as fractures in this data.

[pt] Modelagem de canais turbidíticos é um tema muito presente nas pesquisas da extração do petróleo. O desafio encontra-se em elaborar formas de extração e identificação desses canais em uma superfície pré-determinada. De outro lado, tem-se a sísmica que pode gerar, no resultado final da captação, listas de probabilidades do acúmulo de hidrocarbonetos desta superfície. Unindo estes assuntos, o objetivo deste trabalho é criar um modelo de extração de canais turbidíticos a partir de superfícies interpretadas pela sísmica, utilizando técnicas computacionais e, em particular, um algoritmo de erosão volumétrica. Além do modelo final proposto nesta pesquisa, uma contribuição foi agregar uma particularidade probabilística do dado 3D, em estudo, no algoritmo de erosão utilizado. / [en] Turbidite channels modeling is a very present theme in oil extraction research. The challenge lies in elaborating ways of extracting and identifying these channels on a predetermined surface. On the other hand, seismic data can generate, in the final result of the capture, lists of probabilities of the accumulation of hydrocarbons on this surface. Bringing these subjects together, the objective of this work is to create a model for the extraction of turbiditic channels from surfaces interpreted by Seismic, using computational techniques and, in particular, a volumetric erosion algorithm. In addition to the proposed model in this research, one contribution was to add a probabilistic particularity of the 3D data in the erosion algorithm used.

[pt] A pesquisa documentada nesta dissertação apresenta o mapeamento de algumas das modelagens das fantasias de Bate-Bolas do Rio de Janeiro, estabelecendo uma relação entre o design e a manifestação cultural para realizar uma análise das possibilidades de representação da fantasia em diferentes escalas. A pesquisa se baseia na noção de sustentabilidade comunicacional que visa a recortar no estudo de um festejo a sua dimensão sustentável quanto a aspectos simbólicos e a produção de sentidos no entorno de sua difusão. O problema da escala aparece na pesquisa ao ser proposto souvenires que possam disseminar a cultura dos Bate-Bolas de forma positiva e lúdica. Utilizando o design participativo, realizamos uma pesquisa intervenção que inclui líderes de turmas e brincantes que fazem parte do setor produtivo bate-boleiro. Como metodologia, realizamos entrevistas com pessoas envolvidas na produção das fantasias, registros de processos em visita a barracões, observação participante em saídas das turmas, projetos online e dinâmicas de produção colaborativas. A presente pesquisa integra o projeto Motirô, uma parceria com o Museu da Pessoa, que registra festejos representantes da cultura popular e relata o impacto que sofreram com o distanciamento social provocado pela pandemia da COVID-19 – dentre deles, os Bate-Bolas. O estudo propicia um diálogo entre o design participativo e o conceito de linguagem pedagógica das coisas, do autor Pier Paolo Pasolini (1990) que descreve a importância da materialidade na memória individual e coletiva. O resultado final foi a participação dos brincantes na construção dos souvenires com o foco na representação simbólica do festejo e que utilizam materiais utilizadas nas fantasias, reciclando sobras desses recursos da produção. / [en] The dissertation presents the mapping of some of the modeling of Rio de Janeiro s Bate-Bolas fantasies, establishing a relationship between design and cultural manifestation to carry out an analysis of the possibilities of representing fantasy at different scales. The research is based on the notion of communicational sustainability, which aims to focus on the study of a celebration its sustainable dimension in terms of symbolic aspects and the production of meanings around its diffusion. The scale problem appears in the research when souvenirs are proposed that can disseminate the culture of Bate-Bolas in a positive and playful way. Using participatory design, we conducted an intervention research that includes class and play leaders who are part of the productive sector. As a methodology, we conducted interviews with people involved in the production of costumes, records of processes visiting sheds, participant observation in class exits, online projects and collaborative production dynamics. This dissertation is part of the Motirô project, a partnership with the Museu da Pessoa, which records celebrations representing popular culture and reports the impact they suffered from the social distance caused by the epidemic of COVID-19 among them, Bate-Bolas. The study provides a dialogue between participatory design and the concept of pedagogical language of things by the author Pier Paolo Pasolini, which describes the importance of materiality in individual and collective memory. The end result was the participation of those who played in the construction of the souvenirs, with a focus on the symbolic representation of the celebration and using materials used in costumes, recycling leftovers from these production resources.

[pt] Num ambiente onde diversos sistemas de comunicação compartilham uma determinada faixa de frequências, cada um dos sistemas envolvidos opera sujeito às interferências geradas pelos demais sistemas. Neste ambiente, cresce a importância de uma avaliação precisa dos efeitos de interferência. Dada a complexidade do problema, o cálculo de interferências é usualmente feito considerando-se diversas situações de pior caso e hipóteses simplificadoras. Estas situações incluem, por exemplo, a hipótese de que a degradação devida a chuvas está presente apenas no enlace vítima, não afetando os enlaces interferentes, a hipótese de que as estações terrenas envolvidas estão localizadas nos pontos mais desfavoráveis (em termos de interferência) de suas área de serviço e a consideração de um diagrama de referência para os diagramas de radiação das antenas. Estas hipóteses implicam num cálculo de interferências conservador, no qual os níveis de interferência obtidos são maiores do que os níveis reais. No presente trabalho, como alternativa à consideração de que as estações terrenas envolvidas estão localizadas nos pontos mais desfavoráveis das áreas de serviço, as posições geográficas das estações terrenas são modeladas probabilisticamente, sendo caracterizadas por vetores aleatórios. Neste caso, a razão portadora interferência resultante é também uma variável aleatória cujo comportamento estatístico é avaliado no trabalho. Resultados numéricos são obtidos para situações envolvendo sistemas multifeixes de comunicações por satélite operando na Banda Ka. Estes resultados são comparados àqueles obtidos sob a hipótese de que as estações terrenas envolvidas estão localizadas nos pontos mais desfavoráveis das áreas de serviço. Finalmente, o efeito conjunto da modelagem probabilística tanto das posições geográficas das estações terrenas quanto dos ganhos nos lóbulos laterais de suas antenas, foi avaliado. / [en] When multiple communication systems share a particular frequency band, each system operates subject to interference generated by the others. In this environment, an accurate assessment of the effects of interference is very important. Given the complexity of the problem, interference calculations is usually done considering a number of worst case conditions and simplifying assumptions. They include, for example, the hypothesis that the degradation due to rain is only present in the victim link and do not affect any of the interfering links, the hypothesis that earth stations involved are located at the most unfavorable sites (in terms of interference) within their service areas, and the use of a reference diagram for radiation antenna patterns. These hypotheses imply a conservative calculation of interference in which obtained interference levels are higher than their actual levels. In this work, as an alternative to the assumption that the earth stations are located at the most unfavorable sites of their service areas, a probabilistic model is used. In the proposed model the geographic locations of the ground stations are characterized by random vectors. As a consequence, the resulting carrier interference ratio is also a random variable and its statistical behavior is also evaluated in this work. Numerical results are obtained for particular situations involving multiple multi-beam satellite communication networks operating in the Ka band. The results are compared to those obtained under the assumption that the Earth stations are located at the most unfavorable sites of their service areas. Finally, the joint effect of modeling both, the ground station locations and their antena sidelobe gains, as random quantities was evaluated.

[pt] Apesar dos recentes avanços tecnológicos e do surgimento de computadores extremamente rápidos, a simulação numérica direta de escoamentos turbulentos ainda é proibitivamente cara para a maioria das aplicações de engenharia e até mesmo para algumas aplicações de pesquisa. As simulações utilizadas são, no geral, baseadas em grandezas médias e altamente dependentes de modelos de turbulência. Apesar de amplamente utilizados, tais modelos não conseguem prever adequadamente o escoamento médio em muitas aplicações, como o escoamento em um duto quadrado. Com o reflorescimento do Aprendizado de Máquina nos últimos anos, muita atenção está sendo dada ao uso de tais técnicas para substituir os modelos tradicionais de turbulência. Este trabalho estudou o uso de Redes Neurais como alternativa para aprimorar a simulação de escoamentos turbulentos. Para isso, a técnica PIV-Estereoscópico foi aplicada ao escoamento em um duto quadrado para obter dados experimentais de estatísticas do escoamento e campos médios de velocidade de 10 casos com diferentes números de Reynolds. Um total de 10 metodologias foram avaliadas para entender quais grandezas devem ser previstas por um algoritmo de aprendizado de máquina para obter simulações aprimoradas. A partir das metodologias selecionadas, excelentes resultados foram obtidos com uma Rede Neural treinada a partir dos dados experimentais para prever o termo perpendicular do Tensor de Reynolds e a viscosidade turbulenta. As simulações turbulentas auxiliadas pela Rede Neural retornaram campos de velocidade com menos de 4 por cento de erro, em comparação os dados medidos. / [en] Although the technological advances that led to the development of fast computers, the direct numerical simulation of turbulent flows is still prohibitively expensive to most engineering and even some research applications. The CFD simulations used worldwide are, therefore, based on averaged quantities and heavily dependent on mathematical turbulence models. Despite widely used, such models fail to proper predict the averaged flow in many practical situations, such as the simple flow in a square duct. With the re-blossoming of machine learning methods in the past years, much attention is being given to the use of such techniques as a replacement to the traditional turbulence models. The present work evaluated the use of Neural Networks as an alternative to enhance the simulation of turbulent flows. To this end, the Stereoscopic-PIV technique was used to obtain well-converged flow statistics and velocity fields for the flow in a square duct for 10 values of Reynolds number. A total of 10 methodologies were evaluated in a data-driven approach to understand what quantities should be predicted by a Machine Learning technique that would result in enhanced simulations. From the selected methodologies, accurate results could be obtained with a Neural Network trained from the experimental data to predict the nonlinear part of the Reynolds Stress Tensor and the turbulent eddy viscosity. The turbulent simulations assisted by the Neural Network returned velocity fields with less than 4 percent in error, in comparison with those previously measured.

[pt] A presente dissertação trata do estudo de sistemas de potência baseados em ciclos Rankine orgânicos (ORC – Organic Rankine Cycle) acionados por energia térmica de rejeito. O objetivo é descrever mediante a simulação numérica um ciclo Rankine orgânico, dimensionar os trocadores de calor para o ciclo proposto e aplicar o conceito para sistemas de trigeração. Um modelo termodinâmico simples é apresentado, relacionando as características termodinâmicas do ciclo Rankine orgânico àquelas da corrente com rejeito térmico (como, por exemplo, vazão mássica, capacidade térmica e temperaturas de operação). A seguir, o método de multi-zonas, ou de fronteira móvel, é aplicado aos trocadores de calor do ciclo, condensador e caldeira, para dimensioná-los às condições do efluente de rejeito térmico. Na escolha do tipo de trocador de calor para a caldeira, é feita a distinção quanto à natureza do efluente, se gasoso ou líquido. No primeiro caso empregam-se trocadores de tubo e aleta e, no segundo, trocadores de placas. A solução numérica do sistema de equações algebraicas e obtida através de um programa computacional escrito em FORTRAN. São também estudados novos fluidos de trabalho de menor impacto ambiental e os resultados apresentados fazem uma comparação com fluidos de uso tradicional. As propriedades termodinâmicas e de transporte dos fluidos considerados foram obtidas usando o programa REFPROP 9.0 do NIST. Finalmente, o conceito do ciclo Rankine orgânico é aplicado a sistemas de trigeração, caracterizados pela produção simultânea de eletricidade, aquecimento e refrigeração. / [en] The present dissertation addresses the study of power generation systems based on organic Rankine cycles (ORC) driven by waste thermal energy (heat). A simple thermodynamic model is presented, relating the thermodynamic characteristics of the organic Rankine cycle to those of the waste heat flow (for instance: mass flow, thermal capacity and operation temperatures). Furthermore, the multi-zone, or movable boundary method is applied to the heat exchangers of the cycle, boiler and condenser, in order to size them for the waste heat flow conditions. In choosing the type of heat exchanger for the boiler, the distinction is made on the nature of the waste heat, either gaseous or liquid. New working fluids for the cycle, of less environmental impact, are studied. For the first case, tube and fin heat exchangers are considered, and in the second, plate heat exchangers. Finally, the concept of the organic Rankine cycle is applied to trigeneration systems, characterized by the simultaneous production of electricity, heating and cooling.

[pt] Dados de amplitude sísmica compõem o conjunto de insumos do trabalho de interpretação geofísica. À medida que a qualidade dos sensores sísmicos evoluem, há aumento importante tanto na resolução quanto no espaço ocupado para armazenamento. Neste contexto, as tarefas de deconvolução e inversão sísmicas se tornam mais custosas, em tempo de processamento ou em espaço ocupado, em memória principal ou secundária. Partindo do pressuposto de que é possível assumir, por aproximação, que traços de amplitudes sísmicas são o resultado da fusão entre um conteúdo oscilatório – um pulso gerado por um tipo de explosão, em caso de aquisição marítima – e a presença esparsa de contrastes de impedância e variação de densidade de rocha, pretende-se, neste trabalho, apresentar contribuições quanto à forma de realização de duas atividades em interpretação geofísica: a deconvolução e a inversão de refletividades em picos esparsos. Tomando como inspiração trabalhos em compressão volumétrica 3D e 4D, modelagem esparsa, otimização em geofísica, segmentação de imagens e visualização científica, apresenta-se, nesta tese, um conjunto de métodos que buscam estruturas fundamentais e geradoras das amplitudes: (i) uma abordagem para segmentação e seleção de traços sísmicos como representantes de todo o dado, (ii) uma abordagem para separação de amplitudes em ondaleta e picos esparsos de refletividade via deconvolução e (iii) uma outra para confecção de um operador linear – um dicionário – capaz de representar, parcial e aproximadamente, variações no conteúdo oscilatório – emulando alguns efeitos do subsolo –, com o qual é possível realizar uma inversão de refletividades. Por fim, apresentase um conjunto de resultados demonstrando a viabilidade das abordagens, o ganho eventual se aplicadas – incluindo a possibilidade de compressão – e a abertura de oportunidades de trabalhos futuros mesclando geofísica e computação. / [en] Seismic amplitude data are part of the input in a geophysical interpretation pipeline. As seismic sensors evolve, resolution and occupied storage space grows. In this context, tasks as seismic deconvolution and inversion become more expensive, in processing time or in – main or secondary – memory. Assuming that, approximately, seismic amplitude traces result from a fusion between an oscillatory content – a pulse generated by a kind of explosion, in the case of marine acquisition – and the sparse presence of impedance constrasts and rock density variation, this work presents contributions to the way of doing two geophysical interpretation activities: deconvolution and inversion, both targeting sparse-spike refletivity extraction. Inspired by works in 3D and 4D volumetric compression, sparse modeling, optimization applied to geophysics, image segmentation and scientific visualization, this thesis presents a set of methods that try to fetch fundamental features that generate amplitude data: (i) an approach for seismic traces segmentation and selection, electing them as representatives of the whole data, (ii) an enhancement of an approach for separation of amplitudes into wavelet and sparse-spike reflectivities via deconvolution, and (iii) a way to generate a linear operator – a dictionary – partially and approximately capable of representing variations on the wavelet shape, emulating some effects of the subsoil, from which is possible to accomplish a reflectivity inversion. By the end, it is presented a set of results that demonstrate the viability of such approaches, the possible gain when they are applied – including compression – and some opportunities for future works mixing geophysics and computer science.

[pt] Os fluxos de detritos são perigosos riscos naturais, que afetam países com intensas precipitações e terrenos montanhosos. Tais eventos configuram alto perigo para a vida humana e danificação de infraestrutura, resultando em importantes perdas econômicas. O estudo de fluxos de detritos envolve um mecânismo complexo e suas técnicas de previsão são baseadas na calibração de modelos, que devem ser delimitados por tentativa e erro de eventos anteriores. Tais previsões são ferramentas valiosas para delimitar as potenciais áreas de risco e, dessa forma, projetar medidas de mitigação e convivência. O principal objetivo deste trabalho foi analisar o comportamento de quatro fluxos de detritos deflagrados por precipitações de alta intensidade em regiões tropicais utilizando modelagem numérica em 2D e 3D. Foram analisados os casos de Lajas e Llano de la Piedra na Costa Rica e os casos de Córrego D Antas e Hospital São Lucas no Rio de Janeiro. Os principais parâmetros utilizados, na avaliação do risco deste tipo de movimentos de massa, são: a distância percorrida, a área de impacto, a velocidade e profundidade do fluxo. Os casos foram calibrados utilizando a reologia de Voellmy. A definição dos parametros na calibração é vital, pois oferece a possibilidade de previsões de primeira ordem, feita sobre escorregamentos acontecendo em condições semelhantes. Os resultados da análise dinâmica mostram valores consistentes entre os valores observados e as modelagens numéricas em 2D e 3D para os principais parâmetros avaliados, corroborando o uso destas ferramentas para análises de risco e projeção de medidas de mitigação e convivência. / [en] Debris flows are dangerous natural hazards affecting countries with steep terrains and heavy rainfall. They are associated with serious risks to human lives and infrastructure leading to important economic losses and fatalities. Debris flows involve complex mechanics and prediction techniques that are based on the calibration of models that must be constrained by trial-and-error back-analysis of previous landslides. Such predictions are a valuable tool for outlining potential hazard areas and the development of mitigation strategies and design of protective structures. The main goal of this work was to analyze the behavior of four debris flows triggered by heavy rainfall in tropical regions with numerical modelling. The Voellmy rheology was used to calibrate the cases occurred in Lajas and Llano de la Piedra in Costa Rica, and Córrego D Antas and Hospital São Lucas in Rio de Janeiro. The main parameters used for landslide risk assessment are runout distance, potential impact area, flow velocity and flow depth. The definition of appropriate calibrating parameters is important because it provides the possibility of first order predictions to be made about the motion of future landslides happening under similar conditions. The results of the dynamic analysis showed that consistent values were obtained for the main parameters evaluated in the 2D and 3D runout models, verifying the usefulness of these tools for landslide risk assessment and the project of protection structures.

[pt] O uso de surfactantes zwitteriônicos em projetos de recuperação avançada de petróleo está limitado à adsorção na superfície da rocha-reservatório, que deve ser prevista para determinar a viabilidade econômica desses projetos. Porém, existe uma falta de modelos capazes de estimar essa adsorção e explicar os mecanismos envolvidos. O objetivo do trabalho foi providenciar modelos que pudessem estimar a adsorção de um surfactante zwitteriônico (CAPB), e explicar seus mecanismos de adsorção. Os experimentos foram realizados em rochas do tipo carbonato e arenito, através de testes com rocha particulada (estáticos) e no interior de núcleos de rocha (dinâmicos). Foi desenvolvida uma metodologia para quantificar o CAPB em salmoura utilizando a cromatografia líquida de alta eficiência. Como um diferencial, a adsorção foi normalizada pela área superficial específica da rocha, através de análise BET (testes estáticos) e microtomografia com (micro)CT-scan (testes dinâmicos). Os resultados foram interpretados com modelos empíricos e teóricos integrados às estimativas de potencial de superfície. Verificou-se para o carbonato, que a primeira camada de adsorção segue um padrão homogêneo, limitada por repulsão eletrostática com a superfície, enquanto a segunda camada segue uma adsorção heterogênea, onde são formados agregados de surfactante mediados por interações hidrofóbicas entre as caudas. Para o arenito, as duas camadas têm uma distribuição heterogênea, explicando a maior adsorção entre as duas rochas. Concluiu-se que os modelos de dupla camada são capazes de explicar e estimar a adsorção em condições de fluxo de forma confiável e a área superficial foi o fator mais relevante na diferença de adsorção dinâmica entre rochas, favorecida no arenito. / [en] The use of zwitterionic surfactants in enhanced oil recovery projects is limited to adsorption on the surface of the reservoir rock, which must be predicted to determine the economic feasibility of these projects. However, there is a lack of models capable of estimating this adsorption and explaining the involved mechanisms. The objective of this study was to provide models that could estimate the adsorption of a zwitterionic surfactant (CAPB) and explain its adsorption mechanisms. Experiments were conducted on carbonate and sandstone rocks using static tests with particulate rock and dynamic tests within rock cores. A methodology was developed to quantify CAPB in brine using high-performance liquid chromatography. As a distinguishing feature, the adsorption was normalized by the specific surface area of the rock, determined through BET analysis (static tests) and microtomography with (micro)CT-scan (dynamic tests). The results were interpreted with empirical and theoretical models integrated with surface potential estimates. For carbonate, it was observed that the first layer of adsorption follows a homogeneous pattern, limited by electrostatic repulsion with the surface, while the second layer follows heterogeneous adsorption, forming surfactant aggregates mediated by hydrophobic interactions between the tails. For sandstone, both layers exhibit a heterogeneous distribution, explaining the higher adsorption between the two rocks. It was concluded that bilayer models are capable of reliably explaining and estimating adsorption under flow conditions, and the surface area was the most relevant factor in the difference of dynamic adsorption between rocks, favored in sandstone.

[pt] A variabilidade das fontes de energia renovável, como energia eólica, apresenta um desafio significativo para o operador do sistema elétrico, em especial para o médio prazo (de horas a dias à frente). Isos porque é um período crítico para tomada de decisões do setor, sendo influenciado tanto por dados recentes quanto por padrões mais amplos. O atual estudo propõe a utilização de uma rede convolucional para gerar cenários para as componentes u- (latitudinal) e v- (longitudinal) do vento, utilizando o algoritmo Redes Adversárias Generativas Condicionais para treinamento. O modelo gerador proposto foi comparado com o estado da arte para previsão meteorológica, um sistema de previsão numérica. Os resultados mostram que o modelo - tendo um custo computacional inferior, menos informações de entrada e estabilidade de longo prazo similar - foi capaz de superar o benchmark em um quarto dos meses do conjunto de teste na previsão de duas semanas à frente (28 passos de 12 horas). Além disso, as medianas das séries geradas são estatisticamente iguais às previstas pelo estado da arte em 71.97 por cento dos casos. / [en] The variability of renewable energy sources, such as wind power, presents a significant challenge for grid operators in maintaining operational stability. This is specially true to the medium-term (from hours to days ahead), which is both influenced by recent past data and broader trends and heavily influences decision making. This research proposes a Convolutional Generator Network conditioned on the previous step of u- (latitudinal) and v- (longitudinal) wind speed components to generate wind speed scenarios using the Conditional Generative Adversarial Networks training algorithm. The model is compared to the state of the art in weather forecasting, Numerical Weather Prediction Systems. The proposed generator model outperforms the benchmark for a forth of the months in the test dataset when predicting over two weeks (28 12-hourly steps) starting from a single data point with much lower computational cost, less input data and similar long-term stability. Additionally, its forecasts are statistically equal to the state-of-the-art in 71.97 percent of series.