[pt] Com o objetivo de demonstrar as possibilidades oferecidas pelas tecnologias tridimensionais, no entendimento das doenças cardíacas e testar tratamentos inovadores, o presente estudo obteve imagens da região torácica de um paciente utilizando tomografia computadorizada multi-fatias. Essas imagens foram tratadas, para selecionar apenas a região de interesse, obtendo-se um modelo tridimensional digital da aorta torácica e tóraco-abdominal. A partir daí, foram confeccionados uma serie de modelos físicos, com a utilização da manufatura aditiva, e testados com diversos materiais para simular a estrutura elástica deste vaso. Após a construção dos modelos físicos, as imagens obtidas foram processadas e renderizadas e um modelo de simulação virtual foi criado para testar procedimentos minimamente invasivo. O uso de imagens da Tomografia Computadorizada, transformadas em modelos matemáticos virtuais e posteriormente em representação física, através da tecnologia aditiva, expande as possibilidades didáticas do ensino medico e possibilitam simular práticas e procedimentos cardiológicos minimamente invasivos. / [en] In order to demonstrate the possibilities provided by three-dimensional technologies, to understand disease states and test innovative treatments, this study obtained images of the thoracic region of a patient using multi-slice Computerized Tomography (CT). These images were handled to select only the region of interest, obtaining a three-dimensional digital model of thoraco-abdominal and thoracic aorta. Thereafter, a series of physical models were made using additive manufacturing and thoroughly tested on materials to simulate the elastic structure of the vessel. After building up physical models, the images were processed and rendered, and a virtual simulation model was created to test minimally invasive procedures. The CT s images transformed into virtual mathematical models and later in physical representation, by additive technology, expand educational opportunities and enable simulation of minimally invasive cardiological procedure.

[pt] Nesta tese propomos a aplicação de um paradigma de planejamento baseado em uma disciplina de modelagem conceitual para as tarefas de Mineração de Processos. Postulamos que a abordagem apresentada habilita as tarefas de descoberta de processos, checagem de conformidade e melhoria de modelos em domínios educacionais, que tem características de processos não-estruturados – dependências entre tarefas, múltiplas dependências, eventos concorrentes, atividades que falham, atividades repetidas, traços parciais e estruturas de nocaute. Relacionamos os conceitos em ambas as áreas de pesquisa e demonstramos a abordagem aplicada a um exemplo em um domínio acadêmico, implementando os algoritmos como parte de uma Biblioteca de Planos Típicos para Mineração de Processos que constrói sobre a extensa literatura prévia. / [en] In this thesis we propose the application of an automated planning paradigm based on a conceptual modeling discipline for the Process Mining tasks. We posit that the presented approach enables the process discovery, conformance checking and model enhancement tasks for educational domains, comprising characteristics of unstructured processes – with intertask dependencies, multiple dependencies, concurrent events, failing activities, repeated activities, partial traces and knock-out structures. We relate the concepts in both areas of research, and demonstrate the approach applied to an academic domain example, implementing the algorithms as part of a Library for Typical Plans for Process Mining that leverages the extensive prior art in the literature.

[pt] O efeito da protensão pode ser introduzido sobre estruturas de aço em forma de arco, de tal modo que é adicionado um estado de tensões oposto ao estado proveniente da ação de sucção do vento. Dentro deste escopo, o presente trabalho de pesquisa visa apresentar os resultados obtidos com a modelagem numérica, através do Método dos Elementos Finitos (MEF), sobre o comportamento estrutural de treliças de aço utilizadas no projeto de coberturas protendidas. Para tal, a modelagem numérica é realizada com base em formulações não lineares, com o uso do programa computacional ANSYS, avaliando-se o comportamento estrutural de modelos de treliças de aço em forma de arco até o regime de ruptura. Considerando-se a complexidade do comportamento das treliças em estudo, foram feitas análises com inclusão do efeito da não linearidade física. Com base nos resultados obtidos por meio de uma análise paramétrica, no que tange a comparações entre os valores de resistência das treliças protendidas investigadas, são estabelecidas conclusões e recomendações de projeto. Cabe ressaltar que a economia de material obtida na solução estrutural com base no uso da protensão é resultante do aumento dos níveis de forças de tração nas barras da estrutura, diminuindo-se os de compressão que são menos eficientes. Assim, as soluções estruturais com protensão apresentam diversas vantagens que compensam o seu custo adicional. / [en] Prestressing forces can be introduced on arched steel structures in such a way that a state of tensile stresses is added which to the existing state counteract the state introduced by the wind negative pressures. Within this scope, the present research aims to present the results obtained with the numerical modeling through the Finite Element Method (FEM) on the structural behavior of steel trusses used in the design of prestressed roof structures. For this purpose, the numerical modeling is performed based on non-linear formulations using the ANSYS software in order to evaluate the structural behavior of arched steel trusses modelled up to failure. Considering the complexity of the behavior of the trusses studied, some structural analysis were carried out including the effects of physical nonlinearities. Based on the results obtained through an extensive parametric analysis, with respect to comparisons between the resistance values of the investigated prestressed trusses, conclusions and design recommendations are established. It should be noted that the material savings achieved by the use of prestressing is the resultant from the increase of tensile state of stresses in the bars of the structure, thus reducing the compression stresses, which are less efficient. In this sense, the structural solutions with prestressed trusses have several advantages that compensate for the additional cost of prestressing.

[pt] Este trabalho apresenta a Reservoir Risks Ontology (ResRiskOnto), uma ontologia aplicada aos riscos na indústria de óleo e gás associados ao domínio de reservatórios. Os componentes da ResRiskOnto são termos do domínio de trabalho de profissinais de reservatório, de forma a facilitar sua adoção na documentação futura de riscos. A ResRiskOnto tem como ideia central o conceito de Evento de Risco. Cada evento tem um conjunto de possíveis Participantes, que por sua vez possuem Características manifestadas pelo evento. A ontologia dispõe de um total de 97 termos, 29 dos quais derivados da classe Evento de Risco. Para desenvolver a ResRiskOnto, foi feita uma análise semântica em aproximadamente 2500 riscos de reservatórios documentados em linguagem natural. Este repositório é fruto de centenas de workshops de avaliação de riscos em projetos de óleo e gás, conduzidos na Petrobras durante uma década. A ontologia proposta fundamenta-se nos princípios da Basic Formal Ontology (BFO), uma ontologia de topo projetada para descrever domínios científicos. A BFO baseia-se no Realismo, uma visão filosófica segundo a qual os entes que constituem a realidade existem independentemente da nossa representação. No nível de domínio definimos os entes de reservatório usando os conceitos da GeoCore Ontology, uma ontologia para a Geologia. Para validar a ResRiskOnto os documentos do repositório foram anotados utilizando os entes e relações definidos na ontologia, e desenvolvido um modelo capaz de reconhecer entidades nomeadas e extrair as relações entre elas. Nossa contribuição é uma ontologia aplicada que permite o raciocínio semântico no repositório de documentos de risco. Esperamos que ela forneça (i) as bases para modelagem de dados de riscos relacionados a reservatórios; e (ii) um padrão para futura documentação de riscos no domínio de reservatório. / [en] This work proposes the Reservoir Risks Ontology (ResRiskOnto), an application ontology for risks in the oil and gas industry associated with the petroleum reservoir domain. ResRiskOnto s building blocks are terms dominated by reservoir professionals, so that it can be easily adopted in future risk documentation. ResRiskOnto is developed having at its center the concept of Risk Events. Each event has a set of possible Participants, that have its Characteristics manifested by the event. The ontology provides a total a set of 97 terms, 29 of which are derived from the Risk Event class. To develop the ResRiskOnto, we conducted a semantic analysis of documents that contain over 2500 reservoir-related risks described in natural language. This repository is the result of hundreds of risk assessment workshops in oil and gas projects, conducted in over ten years in Petrobras. This ontology is founded on the principles of the Basic Formal Ontology (BFO), a top-level ontology designed to describe scientific domains. One of BFO s most distinct characteristic is its commitment to Realism, a philosophical view of reality in which its constituents exist independently of our representations. On the domain-level, reservoir entities are described under the principles of the GeoCore Ontology, a core ontology for Geology. To validate the ResRiskOnto we annotate our risk documents repository with the ontology s entities and relations, developing a model that recognizes named entities and extracts the relations among them. Our contribution is an application ontology that allows semantic reasoning over the risk documents. We also expect to provide (i) a basis for data modelling in the case of reservoir-related risks; and (ii) a standard for future risk documentation in the reservoir domain.

[pt] Em reservatórios de gás retrógrado com pressões inferiores à pressão de orvalho, a produtividade dos poços pode ser comprometida devido ao aparecimento e acúmulo da fase líquida nas suas imediações. Este fenômeno é conhecido como bloqueio por condensação retrógrada e está associado à uma série de desafios para compreendê-lo. Um deles é a determinação da permeabilidade relativa das fases líquida e gasosa, que comumente advém de curvas de permeabilidade obtidas a partir da extrapolação de poucos dados experimentais. Dessa forma, elas tendem a não representar fielmente efeitos importantes para o escoamento, comprometendo a precisão da modelagem do fluxo no meio poroso. A fim de investigar o efeito das curvas de permeabilidade relativa sobre a formação de bancos de condensado, foi desenvolvido um modelo composicional em escala de reservatório para o estudo do escoamento de gás e condensado. Com o modelo, o uso de curvas de permeabilidade relativa obtidas através de simulação do escoamento de gás retrógrado na escala de poros e de correlações propostas na literatura foi avaliado. Considera-se: sistema isotérmico, escoamento bifásico e incorporação dos efeitos de forças capilares por meio do modelo de permeabilidade relativa. Equações de balanço molar e consistência de volume formam um sistema não linear resolvido pelo método de Newton que fornece pressão e número de mols de cada componente, em todos os volumes de controle do modelo, a cada passo de tempo. Para o equilíbrio de fases, a equação de Peng & Robinson foi implementada com uma rotina de flash a pressão e temperaturas constantes. O modelo foi validado contra a solução analítica para sistema monofásico e por fim, o simulador obteve a evolução temporal das curvas de pressão e saturação em função da distância do poço, a fim de comparar o efeito dos diferentes modelos de curvas de permeabilidade relativa na predição do bloqueio por condensado. Os resultados foram obtidos variando-se a permeabilidade absoluta do meio e a vazão de gás imposta no poço, e o impacto desses parâmetros no acúmulo de condensado foi avaliado. / [en] In gas-condensate reservoirs with pressures below the dew pressure, the productivity of wells can be compromised due to the accumulation of liquid in their surroundings. This phenomenon is known as condensate blockage and there are many challenges to understanding the formation of condensate banks. One of them is the determination of the relative permeability of the liquid and gas phases, which commonly comes from permeability curves obtained from the extrapolation of few experimental data. Thus, they tend not to reliably represent important effects for the flow, compromising the precision of the flow modeling in the porous medium. In order to investigate the effect of relative permeability curves on the formation of condensate banks, a reservoir-scale compositional model was developed for the study of flow of gas and condensate. With the model, the use of relative permeability curves obtained by simulating the gas-condensate flow at the pore-scale and with correlations proposed in the literature was evaluated. It is considered: isothermal system, two-phase flow and incorporation of capillary force effects through the relative permeability model. Molar balance and volume consistency equations form a nonlinear system solved by Newton s method that provides pressure and number of moles of each component, in all control volumes of the model, at each time step. For the phase equilibrium, calculations of the Peng & Robinson equation was implemented in a constant pressure and temperature flash routine. The model was validated against the analytical solution for single-phase flow and, finally, the simulator obtained the temporal evolution of the pressure and saturation as a function of the distance from the well, in order to compare the effect of different models of relative permeability curves in the prediction of condensate blockage. The results were obtained by varying the absolute permeability of the medium and the gas flow imposed in the well, and the impact of these parameters on the accumulation of condensate was evaluated.

[pt] Devido à grave crise política e econômica enfrentada pela Venezuela, há uma entrada massiva de venezuelanos no Brasil. Em resposta a esse grande fluxo migratório que o país enfrenta, o governo brasileiro mobilizou a Operação Acolhida, visando ordenar a fronteira, controlar o fluxo migratório e interiorizar os migrantes e refugiados venezuelanos. Dentro desse contexto, essa dissertação tem como objetivo analisar a atuação da Força Aérea Brasileira (FAB) nessa Operação, com vista a aprimorar o processo logístico e o desempenho da FAB em operações futuras de mesma natureza. Ademais, pretende-se reduzir a lacuna de pesquisa sobre o impacto desse fluxo migratório no Brasil e sobre o trabalho das Forças Armadas em missões humanitárias. Para tanto, é realizada uma análise operacional através da comparação dos processos mapeados pela FAB com um modelo de referência de processos de resposta a desastres da literatura acadêmica. Em seguida, é realizada uma análise estratégica de forças, fraquezas, oportunidades e ameaças da FAB nessa resposta. Como resultado, no que tange a análise operacional, essa dissertação mostra que em desastres diferentes a resposta da FAB pode apresentar processos distintos, visto que não há uma doutrina específica relativa à resposta a desastres. Além disso, é sugerida a inclusão de novos processos ao modelo já existente na literatura. Já na análise estratégica, é ratificada a importância de algumas características dos militares encontradas na literatura. E por fim, são propostas estratégias objetivando melhorar o desempenho futuro da FAB em outras missões humanitárias. / [en] Due to the political and economic crisis faced by Venezuela, there is a massive entry of Venezuelans in Brazil. In response to this significant migratory flow faced by the country, the Brazilian government mobilized the Welcome Operation, aiming at organizing the border, controlling the migratory movement and interiorizing the Venezuelan migrants and refugees. In this context, this dissertation seeks to analyze the performance of the Brazilian Air Force (FAB) in this Operation, to improve the logistical process and the FAB s performance in future operations of the same nature. Furthermore, the research intends to reduce the research gap on the impact of this migratory flow in Brazil and on the work of the Armed Forces in humanitarian missions. To this end, an operational analysis is carried out by comparing the processes mapped by the FAB with a reference model of disaster response processes in the academic literature. Then, a strategic analysis of the strengths, weaknesses, opportunities and threats of the FAB in this response is carried out. As a result, concerning the operational analysis, this dissertation shows that in different disasters, the FAB s response can present different processes, since there is no specific doctrine related to disaster response. Also, the inclusion of new processes to the model already existing in the literature is suggested. In the strategic analysis, the importance of some characteristics of the military found in the literature is ratified. Finally, strategies are proposed to improve FAB s future performance in other humanitarian missions.

[pt] A crescente produção de petróleo em águas brasileiras torna cada vez mais importante a gestão logística de alívios das plataformas produtoras. A programação de alívios das plataformas deve ser realizada de forma antecipativa, evitando a parada de produção por falta de espaço disponível para armazenagem. Uma interrupção da produção de petróleo, por menor que seja, causa uma perda direta de receita para a empresa produtora. Alívios realizados muito próximos ao completo enchimento de todos os tanques da plataforma representam risco iminente de perda de produção e são denominados alívios críticos. Este trabalho tem como objetivo realizar um estudo estatístico com dados históricos de 2016 a 2019 para criar um modelo multivariado de previsão dos alívios críticos em uma grande empresa de petróleo brasileira. O modelo de regressão dinâmica foi utilizado para avaliar como as variáveis presentes no processo de programação de alívios se relacionam com o percentual mensal de alívios críticos. A partir do modelo gerado foram identificadas que as variáveis de produção mensal, estoque médio, previsão do tempo, lote médio e exportações mensais impactam no percentual de alívios críticos do mês. Foi realizada uma análise de sensibilidade, a partir da qual foi possível concluir que a gestão de estoques da empresa é o fator fundamental para a redução dos alívios críticos e consequentemente a redução das chances de perda de produção. / [en] The growing oil production in Brazilian waters makes the logistic management of offloadings from the platforms increasingly important. The platform offloading schedule must be carried out in advance, avoiding production stoppage due to lack of available storage space. An interruption in oil production, however small, causes a direct revenue loss for the producing company. Offloadings performed very close to the complete filling of all the platform tanks represent an imminent loss of production risk and are called critical offloadings. This work aims to carry out a statistical study with historical data from 2016 to 2019 to create a multivariate model for forecasting critical offloadings in a large Brazilian oil company. The dynamic regression model was used to evaluate how the variables present in the offloading scheduling process are related to the monthly percentage of critical offloadings. From the developed model, it was identified that the variables of monthly production, average stock, weather forecast, average batch and monthly exports impact the percentage of critical offloadings of the month. A sensitivity analysis was carried out, from which it was possible to conclude that the company s inventory management is the fundamental factor for the reduction of critical offloadings and, consequently, the reduction of the chances of production loss.

[pt] Este trabalho analisa a propagação de uma doença epidemiológica com uma abordagem estocástica. Na análise, o número de indivíduos que cada membro infectado da população pode infectar é modelado como uma variável aleatória e o número de indivíduos infectados ao longo do tempo é modelado como um processo estocástico de ramificação. O foco do trabalho é caracterizar a influência do modelo probabilístico da variável aleatória que modela o contágio entre indivíduos na disseminação da doença e na probabilidade de extinção, e analisar a influência de uma vacinação em massa no controle da propagação da doença. A comparação é feita com base em histogramas e estatísticas amostrais do número de indivíduos infectados ao longo do tempo, como média e variância. Os modelos estatísticos referentes à parte que trata de uma população não vacinada são calculados usando simulações de Monte Carlo para 3 diferentes famílias de variáveis aleatórias: binomial, geométrica-1 e geométrica-0. Para cada família, 21 distribuições diferentes foram selecionadas e, para cada distribuição, 4000 simulações do processo de ramificação foram computadas. Os modelos estatísticos referentes a uma população parcialmente vacinada foram calculados usando simulações de Monte Carlo para a família de variável aleatória binomial. Para essa família, 21 distribuições diferentes foram selecionadas e, para cada uma delas foram escolhidas 6 diferentes percentagens de população vacinada. Para cada percentagem, foram analisadas vacinas com 4 diferentes eficácias. No total, foram realizadas 2.2 milhões de simulações, caracterizando o problema como big data. / [en] This work analyzes the spread of an epidemiological disease with a stochastic approach. In the analysis, the number of individuals that each infected member of the population can infect is modeled as a random variable and the number of infected individuals over time is modeled as a stochastic branching process. The focus of the work is to characterize the influence of the probabilistic model of the random variable that models contagion between individuals on the spread of the disease and the probability of extinction, and to analyze the influence of mass vaccination in controlling the spread of a disease. The comparison is based on histograms and sample statistics of the number of infected individuals over time, such as mean and variance. Statistical models for the chapter dealing with a vaccine free population are calculated using Monte Carlo simulations for 3 different families of random variables: binomial, geometric-1 and geometric-0. For each of the 3 families, 21 different distributions were selected and, for each distribution, 4000 simulations of the branching process were computed. Statistical models for a partially vaccinated population were calculated using Monte Carlo simulations for one family of random variable: the binomial. For it, 21 different distributions were selected and, for each of them, 6 different percentages of the vaccinated population were chosen. For each of them, 4 different vaccine efficacy were stipulated. In total, 2.2 million simulations were performed, featuring a big data problem.

[pt] O desempenho de veículos automotivos é um importante atributo a ser avaliado quando motores de combustão interna e novos combustíveis estão sendo desenvolvidos. A previsão desse parâmetro também é de suma importância, uma vez que os testes de desempenho de automóveis em pista requerem prazos de realização e altos custos com equipamentos, aluguel da pista, contratação de pessoas e deslocamento de veículos e combustíveis. Além disso, seus resultados são diretamente afetados por irregularidades na superfície da pista e variações nas condições climáticas, como pressão ambiente, temperatura, umidade do ar e velocidade do vento. Assim, este trabalho tem como objetivo utilizar os dados coletados em testes de bancada com um motor de combustão interna com a finalidade de modelar os testes de retomada de velocidade de um automóvel convencional leve. A metodologia proposta simula a força de tração nas rodas a partir do torque medido no dinamômetro do motor ou a partir das curvas de pressão no interior da câmara de combustão com o auxílio de modelos de atrito para motores de ignição por centelha. Para validar o modelo proposto, foi necessário realizar testes de retomada de velocidade com o carro em um dinamômetro de chassi. Além disso, foram utilizadas sete misturas diferentes de etanol e gasolina, e concluiu-se que o etanol anidro puro promoveu maior capacidade de aceleração na maioria dos experimentos, mas apresentou maior consumo de combustível. Os combustíveis hidratados reduziram o desempenho, mas melhoraram a eficiência global. As simulações demonstraram alta precisão em relação ao experimento, com média da diferença do tempo de recuperação da velocidade de 0,51 segundos e desvio padrão de 0,078. Além disso, as simulações de desempenho de aceleração tiveram erros menores que 5,25 por cento. Além disso, a realização desses testes em laboratório tem a vantagem de um maior controle das condições ambientais da sala e dos parâmetros de operação do motor. / [en] Vehicle performance is an important feature to be evaluated when internal combustion engines and new fuels are being developed. Predicting this parameter is also of great significance, once track testing requires long periods of time to be done and high costs with equipment, rental of the track, hiring people and displacement of vehicles and fuels. In addition, their results are directly affected by track surface irregularities and variations in weather conditions such as ambient pressure, temperature, air humidity and wind speed. Thus, this work aims to use collected data in bench tests with an internal combustion engine in order to modeling an automobile speed recovery time. The proposed methodology simulates the traction force on the wheels based on the measured torque in engine dynamometer or from the pressure curves inside the combustion chamber with the aid of friction models for spark ignition engines. In order to validate the proposed model, it became necessary to perform speed recovery tests with the car on a chassis dynamometer. Also, seven different mixtures of ethanol and gasoline were used, and it was concluded that pure anhydrous ethanol promoted a higher acceleration capacity in most of the experiments but it had higher fuel consumption. Hydrated fuels reduced performance but improved global efficiency. The simulations demonstrated a high precision in relation to the experiment, with a speed recovery time diference average of 0.51 seconds and standard deviation of 0.078. Also, the acceleration performance simulations had errors smaller than 5.25 percent. In addition, doing these tests in laboratory has the advantage of a greater control of the room ambient conditions and the engine operating parameters.

[pt] A previsão de produção é uma das etapas mais críticas do planejamento de curto prazo das empresas de exploração e produção de petróleo. O volume de petróleo que será produzido, denominado meta de produção, influencia diretamente todas as ações das empresas e tem crítico impacto em relação ao mercado. Percebe-se, portanto, a importância da aplicação de modelos que permitam considerar incertezas e avaliar o risco destas previsões. Esta modelagem estocástica tem sido realizada através de um modelo de simulação que considera quatro dimensões de variáveis: Potencial Produtivo Instalado, Entrada de Novos Poços, Parada Programada para Manutenção e Eficiência Operacional. Dentre as dimensões do modelo, a Entrada de Novos Poços é uma das mais sensíveis ao resultado final da previsão por apresentar grande incerteza. Desse modo, este trabalho tem por objetivo desenvolver um sistema de inferência fuzzy para prever a data de entrada em produção de poços de petróleo. O sistema é concebido integrado ao modelo de simulação visando aumentar a sua precisão. Os resultados mostram que o sistema de inferência fuzzy é aplicável à previsão da entrada de novos poços e que o seu uso eleva a acurácia das previsões de produção. / [en] Production forecasting is one of the most critical stages in short-term planning in upstream oil companies. The oil volume that will be produced, called production target, directly influences all companies actions and impact critically their market image. Therefore, it is noticed the importance of using models to consider uncertainties to evaluate production forecasting risks. This stochastic approach has been done through a simulation model which consider four dimensions of variables: installed production potential, new wells entry, scheduled maintenance program, and operational efficiency. Among those dimensions, the new wells entry is one of the most sensitive to the simulation results, because of its high degree of uncertainty. Thus, this work aims to develop a fuzzy inference system to forecast the new wells production start date. The system is designed integrated to the simulation model in order to increase its accuracy. The results show that the fuzzy inference system can be used to forecast wells production start date and its use increases oil production forecasting accuracy.