A cultura da soja é cultivada em quase todo o território nacional, sendo a de maior área de cultivo no Brasil. Nessas áreas, o principal fator que limita a produtividade da cultura é o déficit hídrico. Com isso, estratégias de manejo da cultura devem ser avaliadas, buscandose identificar os períodos de semeadura de menores riscos climáticos e maior rentabilidade. Além das condições climáticas, características específicas das cultivares também podem ser utilizadas no manejo da cultura da soja, como os níveis de tolerância ao déficit hídrico. Assim, as condições climáticas e de tolerância ao déficit hídrico das cultivares de soja podem ser consideradas em modelos de estimativa de produtividade, auxiliando na definição das épocas preferências de semeadura. Com base nisso, o objetivo deste estudo foi calibrar um modelo agrometeorológico para a estimativa da produtividade da soja e, posteriormente, aplicá-lo em diferentes regiões brasileiras para definir as épocas preferenciais de semeadura, levando-se em consideração também os custos de produção. Para tanto, utilizou-se o modelo da Zona Agroecológica - FAO para a estimativa da produtividade potencial da cultura (PPF) da soja, a qual, posteriormente, foi penalizada em função do déficit hídrico, obtendo-se a produtividade atingível. Este modelo foi calibrado com dados de produtividade observada a campo. Os coeficientes calibrados, de forma específica por cultivar, foram o de sensibilidade ao déficit hídrico (Ky) por fase de desenvolvimento da cultura e o coeficiente de colheita (Cc), objetivando a minimização do erro absoluto médio entre as produtividades estimada e observada. Os valores de Ky foram utilizados para diferenciar grupos de cultivares quanto à tolerância ao déficit hídrico. Com os coeficientes do modelo (Ky e Cc) calibrados realizou-se a estimativa de produtividade atingível para 15 diferentes localidades brasileiras, para identificar períodos favoráveis à semeadura, em que a produtividade estimada foi maior que o custo de produção em sacas por hectare. Após definir os períodos favoráveis à semeadura, esses foram comparados aos recomendados pelo Zoneamento de Risco Climático do Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA). Para a calibração do modelo, o desempenho obtido foi classificado como muito bom. A partir dos valores de Ky calibrados foram definidos quatro grupos de cultivares quanto à tolerância ao déficit hídrico, classificados em tolerância alta, média alta, média baixa e baixa, com os valores de Ky para a fase floração-enchimento de grãos sendo de 0,78, 0,88, 0,90 e 0,97, respectivamente. A partir das simulações de produtividade foi possível identificar períodos de maior probabilidade da produtividade da soja ultrapassar o custo de produção, definindo os decêndios aptos para a semeadura. Observou-se que os períodos de cultivo da soja pela metodologia proposta diferiram do zoneamento agrícola de risco climático, sendo essa diferença dependente da localidade. Portanto, conclui-se que a definição das épocas preferenciais de semeadura da soja, com base na estimativa da produtividade da cultura utilizando-se séries climáticas históricas e incluindo-se as particulares das cultivares quanto à tolerância ao déficit hídrico e ao custo de produção, gera informações mais consistentes e que permitem ao produtor minimizar as perdas de produtividade decorrentes do estresse hídrico. / Soybeans are cultivated in almost all Brazilian states, where it is the major crop in terms of area. In these regions the main limiting factor for the crop is water deficit. So, sowing dates should be evaluated to find, among other factors, when occur the lower climate risk and the highest yield. Besides weather conditions, characteristics of soybean cultivars, as water stress tolerance, can also be used to choose the best sowing dates. Thus, both weather conditions and water deficit tolerance can be considered in crop yield models, helping to define the best sowing dates. Based on that, the aim of this study was to calibrate an agrometeorological model for estimating soybean yield and apply it in different Brazilian producing regions to define the best sowing dates, taking also into account the production costs. The FAO Agro-ecological zone model was used for estimating potential yield (PPF), which was then penalized by a water deficit depletion function for obtaining the attainable yield. This model was calibrated with actual yield data from field experiments of soybeans cultivars competition. The calibrated crop parameters were water deficit sensitivity index (Ky), for each cultivar and growth stage, and harvest index (Cc), which aimed to obtain the smallest mean absolute error between estimated and actual yields. Calibrated Ky values were used to differentiate cultivar groups regarding the water stress tolerance. The calibrated model was used to estimate soybean yield for 15 Brazilian locations in order to identify the sowing dates when yields, in bags per hectare, overcome the production costs. The best sowing dates obtained were compared with those recommended by the Climate Risk Zoning of Minister of Agriculture, Livestock and Food Supply (MAPA). The calibrated model presented a very good performance, demonstrating its capacity for estimating soybean yield. According to Ky values, soybean cultivars were split in four groups of water deficit tolerance, being high, medium high, medium low and low tolerance, with Ky for reproductive stage of 0.75, 0.88, 0.90, 0.97, respectively. Based on the soybean yield simulations, it was possible to identify the sowing dates when the probability of yields is higher than production costs. The sowing periods obtained by the proposed method were different from those recommended by the MAPAS´s climate risk zoning, depending on the location. Therefore, it was concluded that the definition of the best sowing dates for soybean crop, based on the estimated yields using a crop yield model with historical climate data and considering the cultivars water deficit tolerance and production costs, can generate more accurate information, allowing growers to minimize the yield losses due to water deficit.

Para o desenvolvimento de uma agricultura sustentável no Brasil é imprescindível realizar investimentos nos setores que desenvolvem tecnologias inovadoras de baixo custo e adaptadas às condições peculiares do país, em substituição a dependência por produtos importados de alto custo e inacessíveis a maioria dos pequenos produtores. Nesse sentido, os emissores do tipo microtubo utilizados em sistemas de microirrigação se apresentam como uma alternativa tecnológica atrativa a essa parcela de produtores, devido o baixo custo de confecção e instalação. Porém, para que sejam atingidas boas uniformidades de aplicação de água é imprescindível que o sistema seja bem dimensionado. Com o objetivo de desenvolver um sistema de irrigação com ultra baixa vazão (UBV) de 0,2 L h-1, utilizando microtubos com derivação e operando em regime laminar, iniciou-se este trabalho buscando irrigação eficiente e de baixo custo em hortas agrícolas. A configuração do sistema proposto consiste em uma linha lateral com diâmetro nominal de 10 mm na qual, os microtubos conectores com diâmetro nominal de 0,8 mm foram diretamente inseridos e, por meio de um segmento de tubo fechado em ambas as extremidades, seis microtubos emissores com diâmetro nominal de 0,7 mm foram acoplados aos conectores. O experimento foi composto de duas etapas. A primeira parte experimental foi conduzida no Laboratório de Hidráulica do Departamento de Engenharia de Biossistemas da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (ESALQ/USP) em Piracicaba SP, sendo realizada a determinação do diâmetro real dos microtubos, obtenção de modelos matemáticos para dimensionamento do sistema de irrigação e avaliação da vazão observada. A segunda etapa do experimento foi realizada em uma horta localizada na área experimental da ESALQ/USP, onde foram realizados a montagem e instalação do sistema de irrigação, os ensaios para obtenção da uniformidade de aplicação de água e a implantação da cultura da alface em quatro canteiros de 15 m x 1,5 m, onde a água foi fornecida por uma caixa dágua elevada a uma altura de 1,5 m. A uniformidade de aplicação da água foi avaliada por meio do coeficiente de uniformidade estatística e uniformidade de distribuição os quais apresentaram valores iniciais superiores a 90%, sendo considerados excelentes. O sistema de irrigação com ultra baixa vazão proposto apresentou vantagens econômicas para pequenos produtores, devido ao baixo custo de investimento e facilidade de operação do sistema. Entretanto, o sistema apresentou problemas de acúmulos de ar e obstrução de emissores durante o período avaliado, ocasionando a redução da uniformidade de distribuição e da uniformidade estatística sendo, portanto, necessária a realização de mais estudos para obtenção de resultados mais conclusivos. / To develop a sustainable agriculture in Brazil is essential to invest in sectors that produce innovative technologies, adapted to Brazilian peculiar conditions and with a low cost, that can replace the dependency on imported products, often not accessible to small producers. In this way, the emitters microtube utilizes in microirrigation can be attractive technological alternative for this kind of farmers, due to the low cost and installation. However, to achieve high uniformity of water application is essential that microirrigation system have to be well designed. This work has to aim to develop an irrigation system with ultra low flow (ULF) of 0.2 L h-1, using microtubes with derivation and operating in laminar flow, this work began searching for efficient irrigation and lowcost vegetable crops. The configuration of the proposed system consists of a lateral line with a nominal diameter of 10 mm in which the microtubes connectors with a nominal diameter of 0.8 mm were inserted directly and through a segment of pipe closed at both ends, six microtubes emitters with a nominal diameter of 0.7 mm were connected to the connectors. The experiment was performed in two steps. The first part of experiment was conducted in the Hydraulics Laboratory, Department of Biosystems Engineering, School of Agriculture \"Luiz de Queiroz\" (ESALQ / USP) in Piracicaba SP. It was determined the actual diameter of the microtubes and obtained the mathematical models for irrigation system design and to evaluate the observed discharge. The second part of the experiment was performed in an experimental vegetable garden located in the area of ESALQ / USP. It was realized the assembly and installation of irrigation system, the tests to obtain the uniformity of water application and plantation of lettuce crop into four beds 15 m x 1.5 m, where water was provided by an elevated water tower at a height of 1.5 m. The water application uniformity was evaluated by the statistical coefficient of uniformity and distribution uniformity which it showed initial values above 90% that it is considered excellent. The irrigation system with ultra low flow proposed showed economic advantages for small producers due to low cost and ease of system operation. However, this system presented problems of air accumulation and emitters clogging during the period evaluated, it caused a reduction in uniform distribution and uniform statistics. Therefore, it is necessary to perform further studies to obtain more conclusive results.

A cultura da soja é cultivada em quase todo o território nacional, sendo a de maior área de cultivo no Brasil. Nessas áreas, o principal fator que limita a produtividade da cultura é o déficit hídrico. Com isso, estratégias de manejo da cultura devem ser avaliadas, buscandose identificar os períodos de semeadura de menores riscos climáticos e maior rentabilidade. Além das condições climáticas, características específicas das cultivares também podem ser utilizadas no manejo da cultura da soja, como os níveis de tolerância ao déficit hídrico. Assim, as condições climáticas e de tolerância ao déficit hídrico das cultivares de soja podem ser consideradas em modelos de estimativa de produtividade, auxiliando na definição das épocas preferências de semeadura. Com base nisso, o objetivo deste estudo foi calibrar um modelo agrometeorológico para a estimativa da produtividade da soja e, posteriormente, aplicá-lo em diferentes regiões brasileiras para definir as épocas preferenciais de semeadura, levando-se em consideração também os custos de produção. Para tanto, utilizou-se o modelo da Zona Agroecológica - FAO para a estimativa da produtividade potencial da cultura (PPF) da soja, a qual, posteriormente, foi penalizada em função do déficit hídrico, obtendo-se a produtividade atingível. Este modelo foi calibrado com dados de produtividade observada a campo. Os coeficientes calibrados, de forma específica por cultivar, foram o de sensibilidade ao déficit hídrico (Ky) por fase de desenvolvimento da cultura e o coeficiente de colheita (Cc), objetivando a minimização do erro absoluto médio entre as produtividades estimada e observada. Os valores de Ky foram utilizados para diferenciar grupos de cultivares quanto à tolerância ao déficit hídrico. Com os coeficientes do modelo (Ky e Cc) calibrados realizou-se a estimativa de produtividade atingível para 15 diferentes localidades brasileiras, para identificar períodos favoráveis à semeadura, em que a produtividade estimada foi maior que o custo de produção em sacas por hectare. Após definir os períodos favoráveis à semeadura, esses foram comparados aos recomendados pelo Zoneamento de Risco Climático do Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA). Para a calibração do modelo, o desempenho obtido foi classificado como muito bom. A partir dos valores de Ky calibrados foram definidos quatro grupos de cultivares quanto à tolerância ao déficit hídrico, classificados em tolerância alta, média alta, média baixa e baixa, com os valores de Ky para a fase floração-enchimento de grãos sendo de 0,78, 0,88, 0,90 e 0,97, respectivamente. A partir das simulações de produtividade foi possível identificar períodos de maior probabilidade da produtividade da soja ultrapassar o custo de produção, definindo os decêndios aptos para a semeadura. Observou-se que os períodos de cultivo da soja pela metodologia proposta diferiram do zoneamento agrícola de risco climático, sendo essa diferença dependente da localidade. Portanto, conclui-se que a definição das épocas preferenciais de semeadura da soja, com base na estimativa da produtividade da cultura utilizando-se séries climáticas históricas e incluindo-se as particulares das cultivares quanto à tolerância ao déficit hídrico e ao custo de produção, gera informações mais consistentes e que permitem ao produtor minimizar as perdas de produtividade decorrentes do estresse hídrico. / Soybeans are cultivated in almost all Brazilian states, where it is the major crop in terms of area. In these regions the main limiting factor for the crop is water deficit. So, sowing dates should be evaluated to find, among other factors, when occur the lower climate risk and the highest yield. Besides weather conditions, characteristics of soybean cultivars, as water stress tolerance, can also be used to choose the best sowing dates. Thus, both weather conditions and water deficit tolerance can be considered in crop yield models, helping to define the best sowing dates. Based on that, the aim of this study was to calibrate an agrometeorological model for estimating soybean yield and apply it in different Brazilian producing regions to define the best sowing dates, taking also into account the production costs. The FAO Agro-ecological zone model was used for estimating potential yield (PPF), which was then penalized by a water deficit depletion function for obtaining the attainable yield. This model was calibrated with actual yield data from field experiments of soybeans cultivars competition. The calibrated crop parameters were water deficit sensitivity index (Ky), for each cultivar and growth stage, and harvest index (Cc), which aimed to obtain the smallest mean absolute error between estimated and actual yields. Calibrated Ky values were used to differentiate cultivar groups regarding the water stress tolerance. The calibrated model was used to estimate soybean yield for 15 Brazilian locations in order to identify the sowing dates when yields, in bags per hectare, overcome the production costs. The best sowing dates obtained were compared with those recommended by the Climate Risk Zoning of Minister of Agriculture, Livestock and Food Supply (MAPA). The calibrated model presented a very good performance, demonstrating its capacity for estimating soybean yield. According to Ky values, soybean cultivars were split in four groups of water deficit tolerance, being high, medium high, medium low and low tolerance, with Ky for reproductive stage of 0.75, 0.88, 0.90, 0.97, respectively. Based on the soybean yield simulations, it was possible to identify the sowing dates when the probability of yields is higher than production costs. The sowing periods obtained by the proposed method were different from those recommended by the MAPAS´s climate risk zoning, depending on the location. Therefore, it was concluded that the definition of the best sowing dates for soybean crop, based on the estimated yields using a crop yield model with historical climate data and considering the cultivars water deficit tolerance and production costs, can generate more accurate information, allowing growers to minimize the yield losses due to water deficit.

Para o desenvolvimento de uma agricultura sustentável no Brasil é imprescindível realizar investimentos nos setores que desenvolvem tecnologias inovadoras de baixo custo e adaptadas às condições peculiares do país, em substituição a dependência por produtos importados de alto custo e inacessíveis a maioria dos pequenos produtores. Nesse sentido, os emissores do tipo microtubo utilizados em sistemas de microirrigação se apresentam como uma alternativa tecnológica atrativa a essa parcela de produtores, devido o baixo custo de confecção e instalação. Porém, para que sejam atingidas boas uniformidades de aplicação de água é imprescindível que o sistema seja bem dimensionado. Com o objetivo de desenvolver um sistema de irrigação com ultra baixa vazão (UBV) de 0,2 L h-1, utilizando microtubos com derivação e operando em regime laminar, iniciou-se este trabalho buscando irrigação eficiente e de baixo custo em hortas agrícolas. A configuração do sistema proposto consiste em uma linha lateral com diâmetro nominal de 10 mm na qual, os microtubos conectores com diâmetro nominal de 0,8 mm foram diretamente inseridos e, por meio de um segmento de tubo fechado em ambas as extremidades, seis microtubos emissores com diâmetro nominal de 0,7 mm foram acoplados aos conectores. O experimento foi composto de duas etapas. A primeira parte experimental foi conduzida no Laboratório de Hidráulica do Departamento de Engenharia de Biossistemas da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (ESALQ/USP) em Piracicaba SP, sendo realizada a determinação do diâmetro real dos microtubos, obtenção de modelos matemáticos para dimensionamento do sistema de irrigação e avaliação da vazão observada. A segunda etapa do experimento foi realizada em uma horta localizada na área experimental da ESALQ/USP, onde foram realizados a montagem e instalação do sistema de irrigação, os ensaios para obtenção da uniformidade de aplicação de água e a implantação da cultura da alface em quatro canteiros de 15 m x 1,5 m, onde a água foi fornecida por uma caixa dágua elevada a uma altura de 1,5 m. A uniformidade de aplicação da água foi avaliada por meio do coeficiente de uniformidade estatística e uniformidade de distribuição os quais apresentaram valores iniciais superiores a 90%, sendo considerados excelentes. O sistema de irrigação com ultra baixa vazão proposto apresentou vantagens econômicas para pequenos produtores, devido ao baixo custo de investimento e facilidade de operação do sistema. Entretanto, o sistema apresentou problemas de acúmulos de ar e obstrução de emissores durante o período avaliado, ocasionando a redução da uniformidade de distribuição e da uniformidade estatística sendo, portanto, necessária a realização de mais estudos para obtenção de resultados mais conclusivos. / To develop a sustainable agriculture in Brazil is essential to invest in sectors that produce innovative technologies, adapted to Brazilian peculiar conditions and with a low cost, that can replace the dependency on imported products, often not accessible to small producers. In this way, the emitters microtube utilizes in microirrigation can be attractive technological alternative for this kind of farmers, due to the low cost and installation. However, to achieve high uniformity of water application is essential that microirrigation system have to be well designed. This work has to aim to develop an irrigation system with ultra low flow (ULF) of 0.2 L h-1, using microtubes with derivation and operating in laminar flow, this work began searching for efficient irrigation and lowcost vegetable crops. The configuration of the proposed system consists of a lateral line with a nominal diameter of 10 mm in which the microtubes connectors with a nominal diameter of 0.8 mm were inserted directly and through a segment of pipe closed at both ends, six microtubes emitters with a nominal diameter of 0.7 mm were connected to the connectors. The experiment was performed in two steps. The first part of experiment was conducted in the Hydraulics Laboratory, Department of Biosystems Engineering, School of Agriculture \"Luiz de Queiroz\" (ESALQ / USP) in Piracicaba SP. It was determined the actual diameter of the microtubes and obtained the mathematical models for irrigation system design and to evaluate the observed discharge. The second part of the experiment was performed in an experimental vegetable garden located in the area of ESALQ / USP. It was realized the assembly and installation of irrigation system, the tests to obtain the uniformity of water application and plantation of lettuce crop into four beds 15 m x 1.5 m, where water was provided by an elevated water tower at a height of 1.5 m. The water application uniformity was evaluated by the statistical coefficient of uniformity and distribution uniformity which it showed initial values above 90% that it is considered excellent. The irrigation system with ultra low flow proposed showed economic advantages for small producers due to low cost and ease of system operation. However, this system presented problems of air accumulation and emitters clogging during the period evaluated, it caused a reduction in uniform distribution and uniform statistics. Therefore, it is necessary to perform further studies to obtain more conclusive results.

Temperature control is a widely researched topic and a common application is in heating systems such as buildings. A temperature control method that is central in ensuring comfort and reduction of energy consumption in modern buildings and other heating systems is based on model predictive control (MPC). Traditionally, the MPC optimal control problem is to track a target, but there are other examples of optimization problems besides tracking problems and one such optimization problem is the economical optimization problem, an optimization based on economical objectives. A heating system with electrical supply may be controlled by an economic MPC such that the economical objective is to consider time-varying prices of electricity.  This thesis studies how time-varying prices of electricity can be utilized as an economical objective in an economical MPC to reduce electricity costs for a double-heater system. This is done using an available model of the double-heater system and an MPC to construct an economical MPC. The performance of the economical MPC is then investigated and compared to the existing MPC.  In the thesis it is found, through a test with six different cost profiles and a test with historical data of forecasts of electricity prices, that the economical MPC can reduce total electricity costs when compared to the existing MPC. Furthermore it is found that the performance of the economic MPC is acceptable when it is compared with and without prediction of setpoint changes, prediction of price changes and an isolating layer between the heaters. The thesis concludes that satisfactory results are attained, as the economical MPC leads to decreased total electricity costs for the double-heater system and notes that the economic MPC is versatile by accepting both user-defined and historical cost profiles.