Uma grande limitação dos métodos de diferenças finitas é que eles estão restritos a malhas e domínios retangulares. Para descrever escoamentos em domínios complexos, como, por exemplo, problemas com superfícies livres, faz-se necessário o uso de técnicas acessórias. O método de interfaces imersas é uma dessas técnicas. Nesse trabalho, primeiramente foi desenvolvido um método de projeção, totalmente livre de pressão, para as equações de Navier-Stokes com variáveis primitivas em malha deslocada. Esse método é baseado em diferenças finitas compactas, possuindo segunda ordem temporal e quarta ordem espacial. Esse método foi combinado com o método de interface imersa de Linnick e Fasel [2] para resolver numericamente as equações de Stokes com quarta ordem de precisão. A verificação do código foi feita por meio do método das soluções manufaturadas e da comparação com resultados de outros autores em problemas clássicos da literatura. / A great limitation of finite differences methods is that they are restricted to retangular meshes and domains. In order to describe flows in complex domains, e.g. free surface problems, it is necessary to use accessory techniques. The immersed interface method is one of such techniques. In the present work, firstly, a projection method was developed, which is completely pressure-free, for the Navier-Stokes equations with primitive variables in a staggered mesh. This method is based on compact finite differences, with temporal second-order precision and spatial foruth-order precision. This method was combined with the immersed interface method from Linnick e Fasel [2] in order to numerically solve the Stokes equations with fourth-order precision. The verification of the code was performed with the manufactured solutions method and by comparing results with other authors for some classical problems in the literature.

Made available in DSpace on 2016-08-10T10:40:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Noeli Antonia Pimentel Vaz.pdf: 27939265 bytes, checksum: a285e763b07345fb2801fce0e9ed4cfe (MD5) Previous issue date: 2013-05-15 / The generation of a pattern of navigation in Virtual Learning Environments (VLE) closer to the characteristics of the student is a question relevant of research. This paper takes as its starting point a Hybrid Intelligent Tutoring System (HITS) already proposed in the literature that uses the Artificial Neural Networks MLP (Multi Layer Perceptron) and rules of faculty experts, and adds a methodology using Partial Differential Equations (PDE) calculated by the method of finite differences, in order to improve the navigation decision to lead the student in a personalized way, adding to their biggest gains learning process. The original HITS developed for web platform has been adapted using technologies that enable the evolution system and the integration of the system settings for navigation mid-level, system without adaptive capacity, and the smart navigation were conducted to verify the effectiveness of the proposed system. Data obtained were evaluated by statistical tests with 5% level of significance, which proved the efficiency of the proposed model. / A geração de um padrão de navegação em Ambientes Virtuais de Aprendizagem (AVA) mais próximo das características do estudante é uma questão relevante de pesquisa. Esta dissertação toma como ponto de partida um Sistema Tutor Inteligente (STI) Híbrido já proposto na literatura que utiliza Redes Neurais Artificiais do tipo MLP (Multi Layer Perceptron) e regras de docentes especialistas; e agrega uma metodologia utilizando Equações Diferenciais Parciais (EDP) calculadas pelo método das diferenças finitas, com o objetivo de melhorar a decisão de navegação, para conduzir o estudante de forma personalizada, agregando melhores ganhos ao seu processo de aprendizado. O STI original, desenvolvido para plataforma web, foi adaptado utilizando tecnologias que possibilitem a evolução do sistema e a integração a Ambientes Virtuais de Aprendizagem, como o Moodle, por exemplo. Experimentos com o sistema em configurações para a navegação nível médio (sistema sem capacidade adaptativa) e a navegação inteligente foram realizados para verificação da efetividade do sistema proposto. Os dados obtidos foram avaliados por meio de testes estatísticos com nível de significância de 5%, que comprovam a eficiência do modelo proposto.

Este trabalho tem como objetivo desenvolver um método numérico para simular escoamentos incompressíveis, isotérmicos, confinados ou com superfícies livres, de fuidos viscoelásticos governados pelos modelos integrais de Maxwell e K-BKZ (Kaye-Bernstein, Kearsley e Zapas). A técnica numérica apresentada é uma extensão do método GENSMAC (Tomé McKee - J. Comp. Phys., (110), pp 171--186, 1994 ) para a solução das equações de conservação, juntamente com as equações constitutivas integrais de Maxwell e K-BKZ. As equações governantes são resolvidas pelo método de diferenças finitas em uma malha deslocada. O tensor de Finger, B_t\'(t) é calculado com base nas idéias do método de campos de deformação (Peters et al. - J. Non-Newtonian Fluid Mech. (89), de maneira que não há a necessidade de seguir a trajetória da partícula de fuido para descrever a história de deformação da partícula. Uma abordagem diferente para a discretização do instante passado é utilizada e o tensor de Finger e o tensor das tensões são calculados utilizando um método de segunda ordem. A validação do método numérico descrito nesse trabalho foi feita utilizando o escoamento em um canal bidimensional e a solução numérica obtida para a velocidade e para as componentes de tensão com o modelo de Maxwell foram comparadas com as respectivas soluções analíticas no estado estacionário, mostrando excelente concordância. Os resultados numéricos para a simulação do escoamento em uma contração planar 4 : 1 mostraram bons resultados, tanto qualitativos quanto quantitativos, quando comparados com os resultados experimentais de Quinzani et al. ( J. Non-Newtonian Fluid Mech. (52), pp 1?36, 1994 ). Além disso, utilizando os modelos Maxwel e K-BKZ, o escoamento em uma contração planar 4 : 1 foi simulado para vários números de Weissenberg e os resultados obtidos estão de acordo com os encontrados na literatura. Resultados numéricos de escoamentos com superfícies livres modelados pelas equações integrais de Maxwell e K-BKZ são apresentados. Em particular, a simulação numérica do jato oscilante para diferentes números de Weissenberg e diferentes números de Reynolds é apresentada. / The aim of this work is to develop a numerical technique for simulating incompressible, isothermal, free surface (also con¯ned) viscoelastic flows of fuids governed by the integral models of Maxwell and K-BKZ (Kaye-Bernstein, Kearsley and Zapas). The numerical technique described herein is an extension of the GENSMAC method (Tome and McKee, J. Comput. Phys., 110, pp. 171-186, 1994) to the solution of the momentuum and mass conservation equations together with the integral constitutive Maxwell and K-BKZ equations. The governing equations are solved by the finite difference method on a staggered grid using a Marker-and-Cell approach. The fluid is represented by marker particles on the fluid surface only. This provides the visualization and location of the fluid free surface so that the free surface stress conditions can be applied. The Finger tensor Bt0(t) is computed using the ideias of the deformation fields method (Peters et al. J. Non-Newtonian Fluid Mech., 89, pp. 209-228, 2001) so that it is not necessary to track a fluid particle in order to calculate its deformation history. However, in this work modifcations to the deformation fields method are introduced: the past time is discretized using a different formula, the Finger tensor Bt0(x; t) is obtained by a second order method and the stress tensor ? (x; t) is computed by a second order quadrature formula. The numerical method presented in this work is validated by simulating the flow of a Maxwell fluid in a two-dimensional channel and the numerical solutions of the velocity and the stress components are compared with the respective analytic solutions providing a good agreement. Further, the flow through a 4:1 planar contraction of a specific fuid studied experimentally by Quinzani et al. (J. Non-Newtonian Fluid Mech., 52, pp. 1-36, 1994) was simulated and the numerical results were compared qualitatively and quantitatively with the experimental results and very good agreement was obtained. The Maxwell and the K-BKZ models were applied to simulate the 4:1 planar contraction problem using various Weissenberg numbers and the numerical results were in agreement with those published in the literature. Finally, numerical results of free surface flows using the Maxwell and K-BKZ integral constitutive equations are presented. In particular, the numerical simulation of jet buckling using several Weissenberg numbers and various Reynolds numbers are presented

Neste trabalho apresenta-se uma combinação de formulações numéricas para a análise da interação estaca-solo com ou sem blocos de capeamento rígido, sujeita à carga horizontal e vertical. Nestas formulações as estacas são representadas pelo método das diferenças finitas (MDF) ou pelo método dos elementos finitos (MEF) e o solo é representado pelo método dos elementos de contorno (MEC). Na utilização do MEF, para a análise das estacas, os deslocamentos e as forças de interação foram representados por várias funções polinomiais chegando-se a um elemento finito final considerado eficiente e constituído por quatro pontos nodais, 14 parâmetros nodais, sendo quatro para deslocamentos lineares em cada uma das direções (X1, X2 e X3) e mais dois parâmetros referentes as rotações do topo da estaca em torno dos eixos X1 e X2. Os deslocamentos transversais ao longo da estaca foram representados por uma função polinomial do 4º grau e os deslocamentos axiais foram representados por uma função cúbica. Para as forças da interface nas direções X1 e X2 são utilizados funções polinomiais cúbicas. As forças de superfície cisalhantes que ocorrem ao longo do fuste da estaca são representadas por um polinômio quadrático e a tensão normal à seção da extremidade inferior da estaca é suposta constante. O maciço de solos é modelado pelo MEC como um meio contínuo, elástico-linear, semi-infinito, isótropo e homogêneo. Combinando-se estes métodos de análise, obtém-se um sistema de equações lineares representando o problema de interação estaca-solo. Após a resolução deste sistema, são obtidos os deslocamentos e rotações nos nós do elemento e as tensões de contato estaca-solo. Vários exemplos envolvendo as formulações propostas são analisados e os resultados obtidos são concordantes com os de outros autores. / This work presents a mixed numerical formulation of analysis of the pile-soil interaction, with or without rigid caps, under horizontal and vertical loads. In these formulations the piles are modeled by finite difference method (FDM) or finite element method (FEM) and the soil is represented by the boundary element method (BEM). In the finite element method for the pile analysis the displacements and interactions forces with the soil were represented by several polynomials functions leading to an efficient element with four nodal points, 14 nodal parameters, where four parameters are the linear displacements for each directions (X1, X2 e X3) and two parameters for the rotations at the top of the pile. The transversal displacements along the pile were represented by a fourth degree polynomial and the axial displacements were represented by cubic functions. The interface forces in the X1 and X2 directions are represented by cubic functions. The shear contact forces along of the pile surface are approximated by a second degree polynomial and the normal tractions in the pile tip is assumed to be constant over its crosssection. The soil is modeled by BEM as an isotropic, homogeneous, semi-infinite and linear-elastic continuum. Combining these analysis methods a complete system representing a pile-soil interaction problem can be obtained and from it the displacements and the pile-soil contact tractions can be achieved. Various examples are presented and the results closely agree with others authors.

As redes ópticas de comunicação têm possibilitado, cada vez mais, o oferecimento de serviços do tipo faixa larga. A rede de comunicação totalmente óptica está se tornando a meta tecnológica mais ambiciosa. Grandes esforços têm sido concentrados no desenvolvimento e aperfeiçoamento de materiais e dispositivos não-recíprocos, como isoladores e circuladores constituem uma importante classe de dispositivos ópticos. Os isoladores são utilizados em sistemas ópticos para prevenir a reflexão de luz em lasers e amplificadores. Os circuladores são empregados em esquemas de derivação de sinais que utilizam multiplexação em comprimento de onda (WDM). O funcionamento destes dispositivos é baseado nas propriedades de materiais magnetoópticos. As metas desta dissertação são apresentar as principais características dos materiais magnetoópticos, explorando as características não-recíprocas dos modos TM. Guias planares e tridimensionais são analisados neste trabalho. Para tanto, são obtidas as expressões das componentes dos campos e as equações características dos modos de interesse em estruturas planares por meio da técnica de matriz de transferência (TMT). A análise de propagação de onda em guias planares com materiais magnetoópticos é feita por meio de simulação numérica empregando o método de propagação de feixe (BPM) baseado em diferenças finitas (FD) e o esquema de Crank-Nicholson (CN) na discretização da solução da equação de onda. A condição de fronteira transparente (TBC) é incorporada ao algoritmo FD-BPM com a finalidade de se evitar reflexões de ondas eletromagnéticas para dentro da janela computacional. O método do índice efetivo é empregado na análise de guias de onda tridimensionais do tipo rib. / Optical communication networks have allowed a continuous increase of broadband services offer. The all-optical communication networks are becoming the most ambitious technological goal. Great efforts have been concentrated on the materiaIs and devices development and improvement to make it possible. Nonreciprocal devices, such as isolators and circulators constitute an important class of optical devices. Isolators are used in optical systems to avoid reflection of light in lasers and amplifiers. Circulators are used in signal derivation schemes that use wavelength division multiplexing (WDM). The operation of these devices is based on the properties of magnetooptic materiaIs. The purposes of this dissertation are to present the main features of the magnetooptic materiaIs as well as to analyze the eletromagnetic wave propagation in magnetooptic waveguides, exploring nonreciprocal features of TM modes. Planar and three-dimensional waveguides are analysed in this present study. Therefore expressions of electromagnetic field components and characteristic equations of the modes of interest in planar structures are obtained by using transfer matrix technique (TMT). The wave propagation analysis in planar magnetooptic waveguides is realized by using the finite-difference beam propagation method (FD-BPM) and Crank-Nicholson scheme (CN) applied to wave equation solution discretization. In order to avoid electromagnetic wave reflection into computational window, the transparent boundary condition (TBC) is incorporated to the FD-BPM formalism. The effective index method (EIM) is used in the analysis of three-dimensional rib magnetooptic waveguides.

Submitted by Samira Prince (prince@ufpa.br) on 2012-05-15T17:33:14Z No. of bitstreams: 2 Dissertacao_DesenvolvimentoInterfaceGrafica.pdf: 20163291 bytes, checksum: 9938bc67d66587a1fee8d5f71d8e8a3a (MD5) license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) / Approved for entry into archive by Samira Prince(prince@ufpa.br) on 2012-05-15T17:33:39Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertacao_DesenvolvimentoInterfaceGrafica.pdf: 20163291 bytes, checksum: 9938bc67d66587a1fee8d5f71d8e8a3a (MD5) license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-05-15T17:33:39Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertacao_DesenvolvimentoInterfaceGrafica.pdf: 20163291 bytes, checksum: 9938bc67d66587a1fee8d5f71d8e8a3a (MD5) license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Previous issue date: 2011 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho, é implementada uma interface gráfica de usuários (GUI) usando a ferramenta Qt da Nokia (versão 3.0). A interface visa simplificar a criação de cenários para a realização de simulações paralelas usando a técnica numérica Local Nonorthogonal Finite Difference Time-Domain (LN-FDTD), aplicada para solucionar as equações de Maxwell. O simulador foi desenvolvido usando a linguagem de programação C e paralelizado utilizando threads. Para isto, a biblioteca pthread foi empregada. A visualização 3D do cenário a ser simulado (e da malha) é realizada por um programa especialmente desenvolvido que utiliza a biblioteca OpenGL. Para melhorar o desenvolvimento e alcançar os objetivos do projeto computacional, foram utilizados conceitos da Engenharia de Software, tais como o modelo de processo de software por prototipagem. Ao privar o usuário de interagir diretamente com o código-fonte da simulação, a probabilidade de ocorrência de erros humanos durante o processo de construção de cenários é minimizada. Para demonstrar o funcionamento da ferramenta desenvolvida, foi realizado um estudo relativo ao efeito de flechas em linhas de baixa tensão nas tensões transitórias induzidas nas mesmas por descargas atmosféricas. As tensões induzidas nas tomadas da edificação também são estudadas. / In this work, we have implemented a graphical user interface (GUI) by using the Nokia Qt library (version 3.0). The interface is designed to simplify the creation of scenarios for executing parallel E.M. Simulations by using the numerical technique Local Non-Orthogonal Finite Difference Time-Domain (LN-FDTD) method, applied to solve Maxwell's equations. The simulator was developed by using the C programming language and parallelized by using threads. This way, the pthread library was employed. The 3D visualization of the scenario and of the corresponding mesh to be simulated is performed by a specially developed program based on the OpenGL specification. In order to improve the development and to achieve the goals of computational design, we have used concepts of software engineering, such as the process model for software prototyping. Depriving the user to interact directly with the source code of the simulation program, the probability of human errors while performing the constructing process of scenarios is minimized. In order to demonstrate the operation of the developed tool, a study regarding lightning-induced voltages on low voltage lines with catenaries is performed. Induced voltages inside a small building (a residence) are also studied.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Um grande desafio da atualidade é a preservação dos recursos hídricos, bem como o correto manejo dos mesmos, frente à expansão das cidades e às atividades humanas. A qualidade de um corpo hídrico é usualmente avaliada através da análise de parâmetros biológicos, físicos e químicos. O comportamento de tais parâmetros pode convenientemente ser simulado através de modelos matemáticos e computacionais, que surgem assim como uma ferramenta bastante útil, por sua capacidade de geração de cenários que possam embasar, por exemplo, tomadas de decisão. Nesta tese são discutidas técnicas de estimação da localização e intensidade de uma fonte de contaminante conservativo, hipoteticamente lançado na região predominantemente fluvial de um estuário. O lançamento aqui considerado se dá de forma pontual e contínua e a região enfocada compreendeu o estuário do Rio Macaé, localizado na costa norte do Rio de Janeiro. O trabalho compreende a solução de um problema direto, que consiste no transporte bidimensional (integrado na vertical) desse contaminante hipotético, bem como a aplicação de técnicas de problemas inversos. Para a solução do transporte do contaminante, aqui modelada pela versão 2D horizontal da equação de advecção-difusão, foram utilizados como métodos de discretização o Método de Elementos Finitos e o Método de Diferenças Finitas. Para o problema hidrodinâmico foram utilizados dados de uma solução já desenvolvida para estuário do Rio Macaé. Analisada a malha de acordo com o método de discretização, foram definidas a geometria do estuário e os parâmetros hidrodinâmicos e de transporte. Para a estimação dos parâmetros propostos foi utilizada a técnica de problemas inversos, com o uso dos métodos Luus-Jaakola, Algoritmo de Colisão de Partículas e Otimização por Colônia de Formigas para a estimação da localização e do método Seção Áurea para a estimação do parâmetro de intensidade da fonte. Para a definição de uma fonte, com o objetivo de propor um cenário experimental idealizado e de coleta de dados de amostragem, foi realizada a análise de sensibilidade quanto aos parâmetros a serem estimados. Como os dados de amostragem de concentração foram sintéticos, o problema inverso foi resolvido utilizando-os com e sem ruído, esse introduzido de forma artificial e aleatória. Sem o uso de ruído, os três métodos mostraram-se igualmente eficientes, com uma estimação precisa em 95% das execuções. Já com o uso de dados de amostragem com ruídos de 5%, o método Luus-Jaakola mostrou-se mais eficiente em esforço e custo computacional, embora todos tenham estimado precisamente a fonte em 80% das execuções. Considerando os resultados alcançados neste trabalho tem-se que é possível estimar uma fonte de constituintes, quanto à sua localização e intensidade, através da técnica de problemas inversos. Além disso, os métodos aplicados mostraram-se eficientes na estimação de tais parâmetros, com estimações precisas para a maioria de suas execuções. Sendo assim, o estudo do comportamento de contaminantes, e principalmente da identificação de fontes externas, torna-se uma importante ferramenta para a gestão dos recursos hídricos, possibilitando, inclusive, a identificação de possíveis responsáveis por passivos ambientais. / A great challenge of our time is the preservation of water resources, as well as the proper management of the same, given the expansion of cities and human activities. The quality of a water body is usually evaluated through the analysis of biological, physical and chemical parameters. The behavior of these parameters can conveniently be simulated by mathematical and computational models, which arise as a useful tool by its ability to generate scenarios that may support, for example, decision making. In this thesis we discuss techniques for estimating the location and intensity of a source of conservative contaminant hypothetically released in the predominantly fluvial area of an estuary. The release here considered happens in a punctual and continuous form and the focused area includes the River Macaé estuary, located in the northern coast of Rio de Janeiro. The work includes the solution of a direct problem, which consists of two-dimensional transport (vertically integrated) of that hypothetical contaminant, as well as the application of inverse problems techniques. For the solution of the contaminant transport, modeled here by the version 2D horizontal advectiondiffusion equation, were used as discretization methods the Finite Element Method and the Finite Difference Method. For the hydrodynamic problem were used data from a solution already developed to the River Macaé estuary. Analyzed the mesh according to the discretization method, were defined the geometry of the estuary and the hydrodynamic and transport parameters. For estimation of the proposed parameters the technique of inverse problems was used, with the use of the Luus-Jaakola method, the Particle Collision Algorithm and the Ant Colony Optimization for estimating the location and of the Golden Section method for estimating the parameter of intensity of the source. For the definition of a source with the objective of proposing an idealized experimental scenery and of the collection of sampling data the sensibility analysis was accomplished with relationship to the parameters to be estimated. As sampling data of concentration were synthetic data, the inverse problem was solved using them with and without noise, introduced artificially and randomly. Without the noise use, the three methods were shown equally efficient, with accurate estimation in 95% of the executions. Already using sampling data with noise of 5%, the Luus-Jaakola method was shown more efficient in effort and computational cost, although all have estimated the source precisely in 80% of the executions. Considering the reached results in this work it is possible to estimate a source of constituents, as to its location and intensity, through the technique of inverse problems. Moreover, the applied methods were shown efficient in the estimation of such parameters with accurate estimates for most executions. Thus, the study of the behavior of contaminants, and especially the identification of external sources, it becomes an important tool for the management of the water resources, making possible, besides, the identification of possible responsible for environmental liabilities.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The need for transmission lines expansion (TL) is evident in the face of growing electrical energy demand in Brazil as well as the great distances between generation and consumption centers. It is known that numerous failures can interrupt the energy transmission and the towers collapse is among the main reasons, causing huge losses to both electrical energy companies and final users. Thus, it is crucial to understand the mechanical behavior of these structures, considering the different actions that they can act so that the energy transmission can take place in a safe, efficient and economical way. In this context, this paper deals with the static and dynamic response evaluation of guyed lattice metallic towers of TLs submitted to broken conductor and broken lightning-rod cable. For this purpose, numerical models of isolated tower and completed stretch of TL were developed, including all components, towers, insulator chains, lightning-rod cables, conductor cables and prestressed stay cables. The models are subjected to static analysis through "equivalent static loads" application coming from the broken cable and dynamic analysis, in the time domain, using the method of direct integration of equations of motion explicitly, with central finite differences. The static and dynamic responses are given in terms of nodal displacements at the top and normal stresses in the tower bars. Finally, the results of the dynamic analysis in the time domain are compared with those determined by static analysis, employed in the usual design practice, that is, the peak and final values (after the structure stops vibrating) are compared with the static response values in order to verify the validity of the model used in the design practice. / A necessidade da expansão de linhas de transmissão (LTs) fica evidente diante da crescente demanda por energia elétrica no Brasil, além das grandes distâncias entre a geração e os centros consumidores. Sabe-se que inúmeras falhas podem interromper a transmissão da energia, e o colapso de torres está entre as principais, causando enormes prejuízos, tanto as companhias de energia elétrica quanto aos consumidores finais. Dessa forma, torna-se fundamental o conhecimento do comportamento mecânico destas estruturas, frente às diferentes ações que podem atuar, para que o transporte de energia ocorra de maneira segura, eficiente e econômica. Neste contexto, o presente trabalho trata da avaliação da resposta estática e dinâmica de torres metálicas treliçadas estaiadas de LTs submetidas à ruptura de cabo condutor e de cabo para-raios. Para isso, foram desenvolvidos modelos numéricos de torre isolada e de um trecho completo de LT, incluindo todos componentes, torres, cadeias de isoladores, cabos para-raios, cabos condutores e cabos de estais pré-tensionados. Os modelos são submetidos a análises estáticas, através da aplicação de cargas estáticas equivalentes oriundas da ruptura de cabo, e análises dinâmicas, no domínio do tempo, empregando o método de integração direta das equações do movimento, de forma explícita, com diferenças finitas centrais. As respostas estática e dinâmica são dadas em termos de deslocamentos nodais no topo e esforços normais nas barras da torre. Por fim, os resultados da análise dinâmica no domínio do tempo são comparados com os determinados por meio da análise estática, empregada na prática usual de projeto, ou seja, são comparados os valores de pico e os valores finais (após a estrutura parar de vibrar) com os valores da resposta estática, a fim de verificar a validade do modelo empregado na prática de projeto.

This study presents a model for the organization of educational content customized for environments of individual studies. For many students the availability of content in general form can not be efficient. It proposed a multilevel structure of concepts to provide the development of different combinations to show the same content. The work shows that it is possible to customize the content in order to encourage other students with the use of proximal learning standards. These patterns are obtained from the analysis of the action of students with positive results in the individual organization of the content. The formal representation establishes the definition of the student profile, multi-level content, the distribution plan of correction of concepts and teaching career. The structure of the trajectory of student teaching is formally established by the method of finite differences. The system uses artificial intelligence techniques to organize and personalize content reactively. Customization is provided by an artificial neural network that enables the classification of the student profile and assign that profile to a standard proximal learning. To mediate and adjust the contents of a reactive system was inserted into a set of rules from experts in teaching. The experiment showed the applicability and appropriateness of the proposed model. The results indicated the suitability of the approach by automating the organization\'s custom content so adaptive and reactive. The intelligent system to establish the structure of the custom content to be presented was considered efficient, giving the student a better use of the content, with higher and lower final average study time and content presented. / Este trabalho apresenta uma modelagem para a organização personalizada de conteúdos didáticos para ambientes de estudos individuais. Para muitos estudantes a disponibilização do conteúdo em formato generalizado pode não ser eficiente. É proposta uma estrutura multinível de conceitos para proporcionar o desenvolvimento de diferentes combinações para a apresentação do mesmo conteúdo. O trabalho mostra que é possível personalizar o conteúdo de forma a favorecer outros estudantes com o uso de padrões proximais de aprendizagem. Estes padrões são obtidos da análise da ação de estudantes, com resultados positivos na organização individual do conteúdo. A representação formal estabelece a definição do perfil do estudante, o conteúdo multinível, o plano de distribuição dos conceitos e a correção da trajetória didática. A estruturação da trajetória didática do estudante é formalmente estabelecida pelo método das diferenças finitas. O sistema utiliza técnicas de inteligência artificial para organizar e personalizar reativamente o conteúdo. A personalização é proporcionada por uma rede neural artificial que possibilita a classificação do perfil do estudante e associa esse perfil a um padrão proximal de aprendizagem. Para mediar e ajustar o conteúdo de forma reativa foi inserido no sistema um conjunto de regras de especialistas em docência. O experimento realizado mostrou a aplicabilidade e a adequação da modelagem proposta. Os resultados indicaram a adequação da abordagem, automatizando a organização personalizada do conteúdo de forma adaptativa e reativa. O sistema inteligente ao estabelecer a estruturação personalizada do conteúdo a ser apresentado foi considerado eficiente, proporcionando ao estudante um melhor aproveitamento do conteúdo, com maior média final e menor tempo de estudo e conteúdo apresentado. / Doutor em Ciências

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Um grande desafio da atualidade é a preservação dos recursos hídricos, bem como o correto manejo dos mesmos, frente à expansão das cidades e às atividades humanas. A qualidade de um corpo hídrico é usualmente avaliada através da análise de parâmetros biológicos, físicos e químicos. O comportamento de tais parâmetros pode convenientemente ser simulado através de modelos matemáticos e computacionais, que surgem assim como uma ferramenta bastante útil, por sua capacidade de geração de cenários que possam embasar, por exemplo, tomadas de decisão. Nesta tese são discutidas técnicas de estimação da localização e intensidade de uma fonte de contaminante conservativo, hipoteticamente lançado na região predominantemente fluvial de um estuário. O lançamento aqui considerado se dá de forma pontual e contínua e a região enfocada compreendeu o estuário do Rio Macaé, localizado na costa norte do Rio de Janeiro. O trabalho compreende a solução de um problema direto, que consiste no transporte bidimensional (integrado na vertical) desse contaminante hipotético, bem como a aplicação de técnicas de problemas inversos. Para a solução do transporte do contaminante, aqui modelada pela versão 2D horizontal da equação de advecção-difusão, foram utilizados como métodos de discretização o Método de Elementos Finitos e o Método de Diferenças Finitas. Para o problema hidrodinâmico foram utilizados dados de uma solução já desenvolvida para estuário do Rio Macaé. Analisada a malha de acordo com o método de discretização, foram definidas a geometria do estuário e os parâmetros hidrodinâmicos e de transporte. Para a estimação dos parâmetros propostos foi utilizada a técnica de problemas inversos, com o uso dos métodos Luus-Jaakola, Algoritmo de Colisão de Partículas e Otimização por Colônia de Formigas para a estimação da localização e do método Seção Áurea para a estimação do parâmetro de intensidade da fonte. Para a definição de uma fonte, com o objetivo de propor um cenário experimental idealizado e de coleta de dados de amostragem, foi realizada a análise de sensibilidade quanto aos parâmetros a serem estimados. Como os dados de amostragem de concentração foram sintéticos, o problema inverso foi resolvido utilizando-os com e sem ruído, esse introduzido de forma artificial e aleatória. Sem o uso de ruído, os três métodos mostraram-se igualmente eficientes, com uma estimação precisa em 95% das execuções. Já com o uso de dados de amostragem com ruídos de 5%, o método Luus-Jaakola mostrou-se mais eficiente em esforço e custo computacional, embora todos tenham estimado precisamente a fonte em 80% das execuções. Considerando os resultados alcançados neste trabalho tem-se que é possível estimar uma fonte de constituintes, quanto à sua localização e intensidade, através da técnica de problemas inversos. Além disso, os métodos aplicados mostraram-se eficientes na estimação de tais parâmetros, com estimações precisas para a maioria de suas execuções. Sendo assim, o estudo do comportamento de contaminantes, e principalmente da identificação de fontes externas, torna-se uma importante ferramenta para a gestão dos recursos hídricos, possibilitando, inclusive, a identificação de possíveis responsáveis por passivos ambientais. / A great challenge of our time is the preservation of water resources, as well as the proper management of the same, given the expansion of cities and human activities. The quality of a water body is usually evaluated through the analysis of biological, physical and chemical parameters. The behavior of these parameters can conveniently be simulated by mathematical and computational models, which arise as a useful tool by its ability to generate scenarios that may support, for example, decision making. In this thesis we discuss techniques for estimating the location and intensity of a source of conservative contaminant hypothetically released in the predominantly fluvial area of an estuary. The release here considered happens in a punctual and continuous form and the focused area includes the River Macaé estuary, located in the northern coast of Rio de Janeiro. The work includes the solution of a direct problem, which consists of two-dimensional transport (vertically integrated) of that hypothetical contaminant, as well as the application of inverse problems techniques. For the solution of the contaminant transport, modeled here by the version 2D horizontal advectiondiffusion equation, were used as discretization methods the Finite Element Method and the Finite Difference Method. For the hydrodynamic problem were used data from a solution already developed to the River Macaé estuary. Analyzed the mesh according to the discretization method, were defined the geometry of the estuary and the hydrodynamic and transport parameters. For estimation of the proposed parameters the technique of inverse problems was used, with the use of the Luus-Jaakola method, the Particle Collision Algorithm and the Ant Colony Optimization for estimating the location and of the Golden Section method for estimating the parameter of intensity of the source. For the definition of a source with the objective of proposing an idealized experimental scenery and of the collection of sampling data the sensibility analysis was accomplished with relationship to the parameters to be estimated. As sampling data of concentration were synthetic data, the inverse problem was solved using them with and without noise, introduced artificially and randomly. Without the noise use, the three methods were shown equally efficient, with accurate estimation in 95% of the executions. Already using sampling data with noise of 5%, the Luus-Jaakola method was shown more efficient in effort and computational cost, although all have estimated the source precisely in 80% of the executions. Considering the reached results in this work it is possible to estimate a source of constituents, as to its location and intensity, through the technique of inverse problems. Moreover, the applied methods were shown efficient in the estimation of such parameters with accurate estimates for most executions. Thus, the study of the behavior of contaminants, and especially the identification of external sources, it becomes an important tool for the management of the water resources, making possible, besides, the identification of possible responsible for environmental liabilities.