Tese de mestrado. Engenharia Biomédica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Estágio realizado no INEB / Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores - Major de Telecomunicações. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Engenharia Electrotécnica e de Computadores na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Doutor Armando Jorge Padilha

Orientador: Rodrigo Braga Moruzzi / Resumo: Esta dissertação teve como objetivos a investigação da resistência e do recrescimento de flocos, produzidos durante a floculação de água destinada ao abastecimento, e foi dividida em duas etapas. Em primeiro lugar a resistência de agregados à quebra induzida por distúrbio hidrodinâmico foi investigada por meio de três técnicas macroscópicas de medição, a saber: fator de resistência (FR), a tensão local () e o coeficiente de resistência do floco (. Num segundo momento a capacidade de recuperação do tamanho dos agregados foi investigada. O diâmetro estável (d) e o parâmetro característico da função de distribuição de tamanho de agregados (β) foram utilizados para analisar o processo refloculação após a quebra induzida dos agregados. Para obtenção das variáveis de interesse, foi utilizado método não intrusivo de análise de imagem e equipamento baseado em dispersão de luz. As águas de estudo foram preparadas em laboratório a partir de solução de ácido húmico (água tipo 1) e suspensão de caulinita (tipo 2), e coaguladas por dosagem de sal de alumínio em região do mecanismo de varredura. A floculação ocorreu em gradientes de velocidade médios (G) entre 20 e 120 s-1 , e a ruptura ocorreu sob condições controladas com Gquebra de 800 s-1 por 10 segundos. Após a ruptura, a condição inicial foi reestabelecida para análise da recuperação de tamanho do agregado. Os resultados mostraram, para as duas água de estudo, uma tendência crescente para FR em resposta ao aumento de G. A mesma te... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This dissertation has aimed to investigate the strength and re-growth during the flocculation of drinking water, and was divided into two steps. The first one was investigate the rupture of floc caused by shear induced forces through three macroscopic techniques, namely: strength factor (FR), the average strength per unit area at the plane of rupture () and the floc strength coefficient (. The second one was investigate the re-growth ability of flocs. The stable diameter (d) and the characteristic parameter of the aggregate size distribution function (β) were used to analyze the re-growth process after the induced breakage of the aggregates. The method was based on a non-intrusive image analysis monitoring technique and a light scattering equipment. The study waters were prepared in laboratory from humic acid solution (water type 1) and kaolinite suspension (type 2) and coagulated by dosing aluminum salt in the region of the “sweep flocculation” mechanism. The flocculation occurred for average velocity gradients (G) from 20 to 120 s-1 and the breakage occurred under controlled conditions for Gquebra of 800 s-1 for 10 seconds. After breakage, the initial condition was re-established for aggregate size recovery analysis. For the two study waters the results showed an increasing trend for FR in response to the increase of G. The same trend was observed for  which may indicate that high agitation conditions produce more resistant flocs. The reflocculation analysis results sho... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Made available in DSpace on 2015-08-20T17:09:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-02-09. Added 1 bitstream(s) on 2015-08-20T17:26:41Z : No. of bitstreams: 1 000834118.pdf: 3610140 bytes, checksum: e32d2caddb319b85114ab806394a9da0 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / A floculação é etapa fundamental no tratamento de água para abastecimento público sendo essencial para remoção do seu papel material particulado. O conhecimento da distribuição do tamanho das partículas floculentas torna-se de grande valia para a compreensão dos processos que envolvem a remoção desses flocos bem como a tecnologia de tratamento a ser adotada. Neste trabalho, foi avaliado o produto do gradiente médio de velocidade de flobulação (Gf) pelo tempo de floculação (Tf), GT também definido como número de Camp (NC), sob a ótica da distribuição de tamanho de partícula (DTP). Para tal, foi empregada técnica dedicada de captura e de tratamento de imagens visando obtenção da DTP e de seus parâmetros representativos. Foram investigados diferentes valores de NC (18000, 36000, 54000 e 72000) para a avaliação da eficiência da sedimentação em diferentes velocidades associadas (0,5; 1,5; 2,5; 3,5 e 5,0 cm/min). Os resultados demonstraram que o desempenho da sedimentação nas distintas velocidades investigadas é sensível ao valor de NC. Para um mesmo NC o gradiente médio de velocidade foi determinante, sendo os melhores resultados obtidos para Gf de 20s. Mantida a mesma velocidade de sedimentação de 2,5 cm/min verificou-se eficiência de remoção de turbidez praticamente constante, por volta de 70% para valores de número de Camp de 24000, 36000 e 54000 ao passo que para os extremos, 18 e 72 mil houve queda na eficiência. Em relação à DTP verificou-se, por meio da análise de seu parâmetro característico β, que este é sensível a variação do produto GT, sendo mais sensível aos valores de G para determinados valores de T. Em linhas gerais, o trabalho mostrou que o aumento da energia fornecida durante a floculação implica em menor alteração da dinâmica da distribuição de tamanho de partículas, estabelecendo uma relação inversa de proporção entre energia e a variação do parâmetro... / Flocculation is a paramount step in water treatment for public supply, in addition, is essential to remove the particulate material. The knowledge about the distribution of the flocculent particles size becomes important to the flocculent particles size becomes important to understand the process of flocs removal and the treatment technology that must be adopted. In this study was evaluated the product of the average velocity gradient flocculation (Gf) by time of flocculation (Tf), GT is also defined as Camp number (NC), according to the particle size distribution (PSD). In this case, the technique of image treatment was used to obtain the PSD and the others representatives parameters. Wete investigated different values of NC (18000, 24000, 36000, 54000 e 72000) for evaluation of the sedimentation efficiency in different associated velocities (0,5;, 1,5; 2,5; 3,5 e 5.0 cm/min). The results show that NC is fundamental for the sedimentation performance in all velocities. For the same NC the average of the velocity gradient was determinant, being one of the best results for Gf= 20 s. If the velocity of sedimentation is constant (2,5 cm/min) is possible to conclude that the turbidity removal efficiency maintain 70% fir Cam numbers around 24000, 36000 and 54000. In the order hand, for extrem values 18 and 72 thousand exist a reduction of efficiency. In relation with PSD, is possible to analyze your characteristic parameter β that is sensible according with the provided energy. In conclusion, the case of study show that the increase of provided energy during flocculation results in reduction of dynamic alteration about particle size distribution, establishing inverse proportion between energy and variation of the chaacteristic parameter β. This happens due to flocs action of rupture that contributes to reach the equilibrium state of the flocculent particles in less time of flocculation. Moreover,high values of Gf and NC imply high values... / FAPESP: 2013/01634-3

Made available in DSpace on 2015-08-20T17:10:00Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-03-03. Added 1 bitstream(s) on 2015-08-20T17:26:02Z : No. of bitstreams: 1 000835291.pdf: 3862011 bytes, checksum: 8c3bbe208c8fc0423fb5d535a677500c (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A Engenharia Biomecânica consiste na aplicação da engenharia com a finalidade de adaptação de equipamentos e dispositivos para a manutenção e suporte à vida. Nas áreas da Engenharia Biomecânica destacam-se os estudos de próteses odontológicas. As próteses odontológicassão estruturas tipicamente biomecânicas, pois restituem a função mastigatória e são responsáveis por substituir os componentes danificados. Muitos dos estudos em próteses odontológicas envolvem, em muitos casos, situações nas quais a experimentação é difícil de ser realizada e, muitas vezes, soluções analíticas tradicionais são de difícil aplicação. Por outro lado, o avanço da informática proporcionou a utilização e a implementação dos métodos numéricos, como o Método de Elementos Finitos (MEF). Através do MEF é possível avaliar situações não lineares, como no caso de próteses odontológicas. Além disso, a utilização deste método prmite a avaliação e a previsão da ocorrência de falhas. A natureza ciclica do carregamento à qual os componentes são submetidos sugere que as falhas por fadiga são as que possuem maior relevância nestes tipos de estruturas. O objetivo deste trabalho foi o de desenvolver um modelo computacional em Elementos finitos, utilizando-se de técnicas de aquisição e manipulação de imagens, de uma prótese odontológica implanto-suportada unitária, de verificar à funcionalidade deste modelo através de uma simulação numérica de um procedimento experimental e, após isto, de realizar a simulação e estudo de fadiga dos parafusos da prótese. A prótese é composta por um implante unitário, um parafuso do intermediário, um intermediário, um parafuso de fixação e uma coroa protética unitária. Os resultados mostraram que, através da aquisição de dados de imagem, Micro-CT e escaneamento, consegue-se modelar uma estrutura complexa, como as prótesess odontológicas, uma vez que os... / The Biomechanical Engineering consists in the application of engineering concepts in order to developd and to adapt equipments to help in the maintenance and in the support of the life. One of the fields of Biomechanical Engineering is on dental prostheses studies. The dental prostheses are typical biomechanical structures because they restitute the mastification function and they are responsible in replace damaged components. In dental prostheses studies, the experimentation process are, sometimes, hard to preceed due to biological characteristics and, many times, an analytical solution is difficult to achieve. On the other hand, the advances in computer allow the use and implementation of numerical methods, as the Finite Element Method (FEM). By FEM, nonlinear situations can be evaluated, like in dental prostheses cases. Furthermore, the uses of this method allow failure evaluation and its forecast occurrence. The cyclic nature of the loading which the dental prostheses components are exposed means that fatigue failures are the type of failure which needs more attention int these kinds of structures. The aim of this research was to develop a Finite Elment model of single implant-supported prosthesis, by image acquisition and manipulation techniques, to check the model functionality, by experimental and numerical analysis comparison, and then, to do a numerical simulation in order to study the failure in prosthesis' screws. The prosthesis will be compounded by a single implant, an abutment's screw, an abutment, a fixation's screw and a single crown. The results showed that image acquisition, Micro-CT and scanning, are able to construct a complex geometry, like dental prostheses, because the numerical results were checked by experimental procedures. The results from fatigue analysis demonstrated that abutment screw will have finite life in the most of failures criteria analyzed and the fixation screw will be an infinite life in all...

Made available in DSpace on 2015-01-26T13:21:28Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-12-16Bitstream added on 2015-01-26T13:30:23Z : No. of bitstreams: 1 000799108.pdf: 3118264 bytes, checksum: 0fa28a9400a86609ab1833e453e24729 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Este trabalho apresenta um método semiautomático para a extração de contornos de telhado de edifícios descritos por estruturas retilíneas, a partir da integração de imagens aéreas de alta resolução tomadas sobre cenas urbanas complexas e dados coletados por sistemas de varredura a LASER aerotransportados. As informações tridimensionais fornecidas pelos dados de varredura a LASER e a alta definição dos contornos de telhado nas imagens aéreas de alta resolução podem ser combinadas para possibilitar a obtenção de resultados acurados e confiáveis. O método de extração proposto é formulado em termos de um problema de otimização, no qual um modelo matemático é utilizado para representar os contornos de telhado de edifícios em um referencial do espaço-objeto. A solução para o problema resultante é obtida através da técnica de otimização global por programação dinâmica e corresponde a polígonos tridimensionais representando os contornos de telhado extraídos diretamente no espaço-objeto. O modelo matemático para os contornos de telhado é inicialmente formulado no espaço-imagem, a partir de uma função de energia snakes, e então reformulado de modo a representar os contornos de telhado no espaço-objeto, a partir da integração dos dados de varredura a LASER estruturados na forma de uma rede irregular de triângulos (TIN)... / This research presents a semi-automatic method for rectilinear building roof contours extraction, based on the integration of high resolution aerial imagery taken from dense urban scenes and light detection and ranging (LiDAR) data. 3D information derived from LiDAR data and the high roof contour delineation accuracy in the aerial imagery can be combined in order to accurately extract the building roof contours. The proposed method is organized as an optimization problem, in which a mathematical model is used to represent the building roof contours in an object-space reference frame. The global solution for the resulting problem is found by using the dynamic programming optimization technique and corresponds to 3D polygons describing the building roof contours. The mathematical model describing a building roof contour is firstly expressed in an image-space reference frame, by using a snakes energy function, and then, the resulting snakes-based mathematical model is totally reformulated in such a way to describe building roof contours directly in an object-space reference frame, by integrating the LiDAR data represented as a triangulated irregular network (TIN) structure...

Orientador: Aluir Porfirio Dal Poz / Banca: Edson Aparecido Mitishita / Banca: Raul Queiroz Feitosa / Banca: Maurício Galo / Banca: Messias Meneguette Júnior / Resumo: Este trabalho apresenta um método semiautomático para a extração de contornos de telhado de edifícios descritos por estruturas retilíneas, a partir da integração de imagens aéreas de alta resolução tomadas sobre cenas urbanas complexas e dados coletados por sistemas de varredura a LASER aerotransportados. As informações tridimensionais fornecidas pelos dados de varredura a LASER e a alta definição dos contornos de telhado nas imagens aéreas de alta resolução podem ser combinadas para possibilitar a obtenção de resultados acurados e confiáveis. O método de extração proposto é formulado em termos de um problema de otimização, no qual um modelo matemático é utilizado para representar os contornos de telhado de edifícios em um referencial do espaço-objeto. A solução para o problema resultante é obtida através da técnica de otimização global por programação dinâmica e corresponde a polígonos tridimensionais representando os contornos de telhado extraídos diretamente no espaço-objeto. O modelo matemático para os contornos de telhado é inicialmente formulado no espaço-imagem, a partir de uma função de energia snakes, e então reformulado de modo a representar os contornos de telhado no espaço-objeto, a partir da integração dos dados de varredura a LASER estruturados na forma de uma rede irregular de triângulos (TIN)... / Abstract: This research presents a semi-automatic method for rectilinear building roof contours extraction, based on the integration of high resolution aerial imagery taken from dense urban scenes and light detection and ranging (LiDAR) data. 3D information derived from LiDAR data and the high roof contour delineation accuracy in the aerial imagery can be combined in order to accurately extract the building roof contours. The proposed method is organized as an optimization problem, in which a mathematical model is used to represent the building roof contours in an object-space reference frame. The global solution for the resulting problem is found by using the dynamic programming optimization technique and corresponds to 3D polygons describing the building roof contours. The mathematical model describing a building roof contour is firstly expressed in an image-space reference frame, by using a snakes energy function, and then, the resulting snakes-based mathematical model is totally reformulated in such a way to describe building roof contours directly in an object-space reference frame, by integrating the LiDAR data represented as a triangulated irregular network (TIN) structure... / Doutor

Orientador: Rodrigo Braga Moruzzi / Banca: Jorge Hamada / Banca: Lyda Patricia Sabogal Paz / Resumo: A floculação é etapa fundamental no tratamento de água para abastecimento público sendo essencial para remoção do seu papel material particulado. O conhecimento da distribuição do tamanho das partículas floculentas torna-se de grande valia para a compreensão dos processos que envolvem a remoção desses flocos bem como a tecnologia de tratamento a ser adotada. Neste trabalho, foi avaliado o produto do gradiente médio de velocidade de flobulação (Gf) pelo tempo de floculação (Tf), GT também definido como número de Camp (NC), sob a ótica da distribuição de tamanho de partícula (DTP). Para tal, foi empregada técnica dedicada de captura e de tratamento de imagens visando obtenção da DTP e de seus parâmetros representativos. Foram investigados diferentes valores de NC (18000, 36000, 54000 e 72000) para a avaliação da eficiência da sedimentação em diferentes velocidades associadas (0,5; 1,5; 2,5; 3,5 e 5,0 cm/min). Os resultados demonstraram que o desempenho da sedimentação nas distintas velocidades investigadas é sensível ao valor de NC. Para um mesmo NC o gradiente médio de velocidade foi determinante, sendo os melhores resultados obtidos para Gf de 20s. Mantida a mesma velocidade de sedimentação de 2,5 cm/min verificou-se eficiência de remoção de turbidez praticamente constante, por volta de 70% para valores de número de Camp de 24000, 36000 e 54000 ao passo que para os extremos, 18 e 72 mil houve queda na eficiência. Em relação à DTP verificou-se, por meio da análise de seu parâmetro característico β, que este é sensível a variação do produto GT, sendo mais sensível aos valores de G para determinados valores de T. Em linhas gerais, o trabalho mostrou que o aumento da energia fornecida durante a floculação implica em menor alteração da dinâmica da distribuição de tamanho de partículas, estabelecendo uma relação inversa de proporção entre energia e a variação do parâmetro... / Abstract: Flocculation is a paramount step in water treatment for public supply, in addition, is essential to remove the particulate material. The knowledge about the distribution of the flocculent particles size becomes important to the flocculent particles size becomes important to understand the process of flocs removal and the treatment technology that must be adopted. In this study was evaluated the product of the average velocity gradient flocculation (Gf) by time of flocculation (Tf), GT is also defined as Camp number (NC), according to the particle size distribution (PSD). In this case, the technique of image treatment was used to obtain the PSD and the others representatives parameters. Wete investigated different values of NC (18000, 24000, 36000, 54000 e 72000) for evaluation of the sedimentation efficiency in different associated velocities (0,5;, 1,5; 2,5; 3,5 e 5.0 cm/min). The results show that NC is fundamental for the sedimentation performance in all velocities. For the same NC the average of the velocity gradient was determinant, being one of the best results for Gf= 20 s. If the velocity of sedimentation is constant (2,5 cm/min) is possible to conclude that the turbidity removal efficiency maintain 70% fir Cam numbers around 24000, 36000 and 54000. In the order hand, for extrem values 18 and 72 thousand exist a reduction of efficiency. In relation with PSD, is possible to analyze your characteristic parameter β that is sensible according with the provided energy. In conclusion, the case of study show that the increase of provided energy during flocculation results in reduction of dynamic alteration about particle size distribution, establishing inverse proportion between energy and variation of the chaacteristic parameter β. This happens due to flocs action of rupture that contributes to reach the equilibrium state of the flocculent particles in less time of flocculation. Moreover,high values of Gf and NC imply high values... / Mestre

Orientador: Edson Antonio Capello / Banca: Cleudmar Amaral de Araujo / Banca: Cesar Renato Foschini / Resumo: A Engenharia Biomecânica consiste na aplicação da engenharia com a finalidade de adaptação de equipamentos e dispositivos para a manutenção e suporte à vida. Nas áreas da Engenharia Biomecânica destacam-se os estudos de próteses odontológicas. As próteses odontológicassão estruturas tipicamente biomecânicas, pois restituem a função mastigatória e são responsáveis por substituir os componentes danificados. Muitos dos estudos em próteses odontológicas envolvem, em muitos casos, situações nas quais a experimentação é difícil de ser realizada e, muitas vezes, soluções analíticas tradicionais são de difícil aplicação. Por outro lado, o avanço da informática proporcionou a utilização e a implementação dos métodos numéricos, como o Método de Elementos Finitos (MEF). Através do MEF é possível avaliar situações não lineares, como no caso de próteses odontológicas. Além disso, a utilização deste método prmite a avaliação e a previsão da ocorrência de falhas. A natureza ciclica do carregamento à qual os componentes são submetidos sugere que as falhas por fadiga são as que possuem maior relevância nestes tipos de estruturas. O objetivo deste trabalho foi o de desenvolver um modelo computacional em Elementos finitos, utilizando-se de técnicas de aquisição e manipulação de imagens, de uma prótese odontológica implanto-suportada unitária, de verificar à funcionalidade deste modelo através de uma simulação numérica de um procedimento experimental e, após isto, de realizar a simulação e estudo de fadiga dos parafusos da prótese. A prótese é composta por um implante unitário, um parafuso do intermediário, um intermediário, um parafuso de fixação e uma coroa protética unitária. Os resultados mostraram que, através da aquisição de dados de imagem, Micro-CT e escaneamento, consegue-se modelar uma estrutura complexa, como as prótesess odontológicas, uma vez que os... / Abstract: The Biomechanical Engineering consists in the application of engineering concepts in order to developd and to adapt equipments to help in the maintenance and in the support of the life. One of the fields of Biomechanical Engineering is on dental prostheses studies. The dental prostheses are typical biomechanical structures because they restitute the mastification function and they are responsible in replace damaged components. In dental prostheses studies, the experimentation process are, sometimes, hard to preceed due to biological characteristics and, many times, an analytical solution is difficult to achieve. On the other hand, the advances in computer allow the use and implementation of numerical methods, as the Finite Element Method (FEM). By FEM, nonlinear situations can be evaluated, like in dental prostheses cases. Furthermore, the uses of this method allow failure evaluation and its forecast occurrence. The cyclic nature of the loading which the dental prostheses components are exposed means that fatigue failures are the type of failure which needs more attention int these kinds of structures. The aim of this research was to develop a Finite Elment model of single implant-supported prosthesis, by image acquisition and manipulation techniques, to check the model functionality, by experimental and numerical analysis comparison, and then, to do a numerical simulation in order to study the failure in prosthesis' screws. The prosthesis will be compounded by a single implant, an abutment's screw, an abutment, a fixation's screw and a single crown. The results showed that image acquisition, Micro-CT and scanning, are able to construct a complex geometry, like dental prostheses, because the numerical results were checked by experimental procedures. The results from fatigue analysis demonstrated that abutment screw will have finite life in the most of failures criteria analyzed and the fixation screw will be an infinite life in all... / Mestre