[pt] Os sistemas ferroviários são grandes candidatos à aplicação de técnicas de otimização para o melhor aproveitamento dos seus recursos. Neste trabalho são apresentados dois modelos de programação inteira para problemas nesta área,o Problema de Planejamento de Atendimento -PPA- e o Problema de Fluxo de Vagões -PFV-. Ambos foram resolvidos de maneira ótima ou quase ótima em tempo razoável, tanto em termos acadêmicos como para sua utilização prática.São apresentados os problemas, as formulações dos modelos, as técnicas de préprocessamento utilizadas, assim como resultados computacionais de instâncias reais. / [en] Railroad systems are major candidates for the use of optimization techniques to obtain a more efficient use of resources. In this research we present two integer programming models for freight railroad problems, the Demand Fulfillment Problem and the Car Flow Problem. Both problems were solved to optimality or near-optimality in a reasonable time, either for academic or practical purposes. We present the descriptions of the problems, the mathematical formulations,the preprocessing techniques used, as well as computational results for real instances.

[pt] Correntes de turbidez ocorrem tanto na natureza como em situações criadas pelo homem. Segundo alguns pesquisadores, grande parte das reservas de petróleo conhecidas no mundo estão armazenadas nos reservatórios de hidrocarbonetos formados a partir dos sistemas turbidíticos. Tendo em vista a importância dessas correntes, este trabalho pretende propor um modelo numérico consistente e com baixo custo computacional, capaz de auxiliar na previsão de sedimentação de bacias nos processos de modelagem estratigráfica no contexto do simulador numérico de sedimentação tridimensional com ênfase nos processos deposicionais em ambientes de talude plataforma e bacia, chamado Steno, e validar o modelo numérico proposto através de simulações físicas conduzidas no Instituto de Pesquisas Hidráulicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. O modelo numérico proposto é baseado nas equações de Navier-Stokes, que são resolvidas tirando-se a média na profundidade do perfil de velocidades característico. Além disso, uma aplicação gráfica tridimensional para simulação numérica de correntes de turbidez, chamada Turb3D, foi desenvolvida com base nas equações propostas. O programa possui uma interface gráfica amigável para o usuário no que diz respeito à entrada de dados, solução e visualização dos resultados. Os resultados obtidos mostraram que apesar do modelo numérico possuir um bom desempenho computacional, se comparado com os complexos modelos numéricos existentes, não foi possível reproduzir com precisão a evolução das correntes de turbidez e seus depósitos. Contudo, acredita-se que a abordagem dada ao problema de simulação numérica de correntes de turbidez apresentada neste trabalho pode fornecer bons resultados. Entretanto, é fundamental que seja dada continuidade a pesquisa, de modo que ajustes e melhorias ao modelo proposto possam ser realizadas. / [en] Turbidity currents occur in both natural and man-made situations. In agreement with some researchers, most of the world’s oil reserves are stored in hydrocarbon reservoir built by turbidity systems. Because of the importance of these currents, this work proposes a consistent and efficient numerical method for simulations of turbidity currents for basin sedimentations predictions in the stratigraphic modelling process, which will be incorporated to the numerical simulator of sedimentation 3D called Steno. In order to validate the proposed numerical model experiments were conducted at the Hydraulics Research Institute of Federal University of Rio Grande do Sul. The proposed numerical model is based on Navier-Stokes equations that are solved in the depth-average. Moreover, a three-dimensional graphic application for numerical simulations of turbidity currents called Turb3D was developed. The application user interface provides a common, user-friendly, graphical environment for pre-processing, solution and post-processing. Despite the good computational performance achieved by using this approach, the method presented did not reproduce accurately the evolution of turbidity current and their deposits. However, it is believed that the approach to the numeric simulation of the turbidity current problem given in this work can provide better results, although this research should continue and improvements should be made.

[pt] O problema do fluxo máximo multiterminal é uma extensão do conhecido problema de fluxo máximo entre um nó origem e um nó destino de uma rede. Este problema surge no contexto de fluxos em redes, tema que possui diversas aplicações, especialmente nos campos de transporte, telecomunicações e energia. No caso multiterminal, o fluxo máximo é calculado entre todos os pares de nós da rede. No referente a uma rede simétrica, este problema pode ser resolvido, obviamente, pela execução do algoritmo de fluxo máximo n(n − 1) 2 vezes, onde n é o número de nós da rede. Os tradicionais métodos encontrados na literatura o conseguem com apenas n − 1. O presente trabalho busca elaborar um algoritmo capaz de resolver o problema multiterminal com uma complexidade menor do que os métodos da literatura. A recente teoria da análise de sensibilidade, em que se estuda a influência da variação de capacidade de uma aresta nos fluxos máximos multiterminais, é utilizada para a construção do algoritmo. Técnicas dos tradicionais métodos, como a de contração de nós, também compõem o método. Ao final, o algoritmo é testado computacionalmente com todas as suas variações e heurísticas adicionadas. Para um determinado caso, o algoritmo se mostrou com eficiência semelhante a dos métodos tradicionais. Novas variações e heurísticas são listadas para futuras pesquisas. / [en] The multi-terminal maximum flow problem is an extension of the well known single source-single terminal maximum flow problem. These problems arise in the context of network flows, theme which has various applications, especially in the fields of transport, telecommunications and energy. In the multiterminal case, the maximum flow is calculated between all pairs of nodes. Clearly, this problem can be solved, in a symmetric network, by computing the maximum flow algorithm n(n − 1) 2 times, where n is the number of nodes of the network, but the traditional methods found in the literature can do it with only n − 1 computations. This paper seeks to elaborate an algorithm able to solve the multiterminal problem with a complexity lower than the methods of the literature. The recent theory of sensitivity analysis, which studies the influence of an edge capacity variation on multi-terminals maximum flows, is employed on the construction of the algorithm. Techniques of the traditional methods, such as the contraction of nodes, are also part of the method. Finally, the algorithm is computationally tested with all its variations and added heuristics. For a given case, the algorithm showed an efficiency very close to the ones of traditional methods. New variations and heuristics are listed for future research.

As técnicas de projeção multidimensional tornaram-se uma ferramenta de análise importante. Elas buscam mapear dados de um espaço multidimensional para um espaço visual, de menor dimensão, preservando as estruturas de distância ou de vizinhança no mapa visual produzido. Apesar dos recentes avanços, as técnicas existentes ainda apresentam deficiências que prejudicam a sua utilização como ferramentas exploratórias em certos domínios. Um exemplo está nos cenários streaming, nos quais os dados são produzidos e/ou coletados de forma contínua. Como a maioria das técnicas de projeção necessitam percorrer os dados mais de uma vez para produzir um layout final, e fluxos normalmente não podem ser carregados por completo em memória principal, a aplicação direta ou mesmo a adaptação das técnicas existentes em tais cenários é inviável. Nessa tese de doutorado é apresentado um novo modelo de projeção, chamado de Xtreaming, no qual as instâncias de dados são visitadas apenas uma vez durante o processo de projeção. Esse modelo é capaz de se adaptar a mudanças nos dados conforme eles são recebidos, atualizando o mapa visual para refletir as novas estruturas que surgem ao longo do tempo. Os resultados dos testes mostram que o Xtreaming é muito competitivo em termos de preservação de distâncias e tempo de execução se comparado com técnicas do estado-da-arte. Também é apresentada uma nova técnica de projeção multidimensional, chamada de User-assisted Projection Technique for Distance Information (UPDis), que foi projetada para permitir a intervenção do usuário exigindo apenas informações de distância entre as instâncias, e que é utilizada como parte do Xtreaming. Os resultados também mostram que a UPDis é tão rápida, precisa e flexível quanto as técnicas do estado-da-arte. / Multidimensional Projection techniques have become an important analytics tool. They map data from a multidimensional space into a visual space preserving the distance or neighborhood structures on the produced layout. Despite the recent advances, existing techniques still present drawbacks that impair their use as exploratory tools on certain domains. An example is the streaming scenario, in which data are captured or produced continuously. Since most projection techniques need to traverse the data more than once to produce a final layout, and streaming data typically cannot be completely loaded into the main memory, the direct use or even adaptation of the existing techniques in such scenarios is infeasible. In this dissertation, we present a novel projection model, called Xtreaming, wherein the data instances are visited only once during the projection process. This model is able to adapt itself to the changes in data as data is received, updating the visual layout to reflect the new structures that emerge over time. The tests show that Xtreaming is very competitive regarding distance preservation and running time when compared with state-of-the-art projection techniques. We also present a new multidimensional projection technique, called User-assisted Projection Technique for Distance Information (UPDis), that was designed to allow user intervention requiring only distance information between data instances. UPDis is used as part of the Xtreaming model. The results show that UPDis is as fast, accurate and flexible as state-of-the-art techniques.

O trabalho é proposto visando melhorar o consumo de xilose na bactéria Burkholderia sacchari utilizando o acúmulo de PHB como modelo de produção Foi desenvolvido um processo de evolução por meio da aplicação de feast and famine e Cultivos sequenciais em fase exponencial. Foi obtida uma linhagem mutante com uma velocidade especifica de crescimento de 0,24 h -1. Foi feita uma análise de fluxos metabólicos da qual foi possível concluir que o metabolismo da xilose acontecia em sua maioria pela VP junto com a ED. Foi feito um ensaio de acumulo com carbono marcado utilizando uma solução de xilose, de 20:80 de xilose marcada 13C em todos os carbonos e xilose não marcado, para determinar quais seriam as possíveis vias metabólicas no uso da xilose por parte de B. sacharia LFM 101 e da linhagem evoluída BSEV11. Foi determinado que houve embaralhamento de carbonos, fato que só acontece quando o metabolismo da xilose e feito pela VP junto com a via ED, assim foi possível conferir a via ED como principal via para o metabolismo da xilose em B. sacchari LFM 101. / To evaluate the possibilities of improving the productivity of PHA production from xylose, evolutionary engineering techniques were applied to B. sacchari to select cells with maximum specific growth rates (max) higher than the wild type. Metabolic flux analysis was also performed to evaluate the fluxes through central pathways and the possibility of further improvements by modifying fluxes rates. The evolved strain reached a max of 0.24 ± 0.01 h-1 at the end of the evolutionary process. Strains were submitted to bioreactor experiments. A metabolic network of the strain was usedn to determine the possible distribution of metabolic fluxes. A total of 19 elementary modes were obtained. It was concluded that the metabolism of xylose occurred mostly by VP along with the ED. The ED pathway has the major activity going on in a cyclic way. It was also performed a 13C labeled xylose assay, in which it was possibly to confirm the obtained results from the metabolic flux analyses.

[pt] Esta dissertação de mestrado apresenta a utilização do novo paradigma de desenvolvimento de software, a programação orientada a objetos (OOP), na modelagem em redes de transportes. A utilização da OOP visa, através de suas características: herança, polimorfismo e encapsulamento, aumentar a flexibilidade, produtividade e eficiência dos softwares desenvolvidos segundo seus princípios. O programa desenvolvido, visa servir como uma ferramenta de auxílio a tomada de decisão, a nível estratégico, no planejamento de redes de transportes urbanos. O software faz a alocação de fluxos em redes buscando minimizar o custo do usuário, ou seja, segundo o primeiro princípio de Wardrop. Este estudo foi baseado no método Fusion, que propõe uma abordagem sistemática para o desenvolvimento de software orientado a objetos. O método também está voltado para requisitos de desenvolvimento para e com reutilização. Será feita uma abordagem a nível de análise, projeto e implementação. / [en] This Master thesis presents the utilization in transport modeling the new paradigm in software development, the Object Oriented Program (OOP). The using of OOP seeks improve the flexibility, productivity and efficiency in software developed under such principles. This will be done thought its characteristics: inheritance, polymorphism and encapsulation. The application of the OOP principles has been done adjusting the software TRAFFIC, developed in the University of Montreal. The model will be used like a decision making tool for the urban network transportation planning, ai a strategic level. The software assigns vehicle flows on road networks in order to minimize the user cost, following the first Wardrop`s principle. This research has been based on the Fusion method, that presents a systematic approach for development of object oriented software. The method also is directed toward the requirements of development with and for reutilization. The study will be developed at the level of analysis, project and implementation. / [es] Esta disertación de mestrado presenta la utilización del nuevo paradigma de desarrollo de software, la programación orientada a objetos (OOP), en la modelaje de redes de transportes. La utilización de la OOP tiene como objetivo, a través de sus características (herencia, polimorfismo y encapsulamiento) aumentar la flexibilidad, productividad y eficiencia de los softwares desarrollados según sus principios. El programa desarrollado sirve como herramienta de auxilio a la toma de decisión, a nivel estratégico, en la planificación de redes de transportes urbanos. El software configura los flujos en redes buscando minimizar el costo del usuario, o sea, según el primer princípio de Wardrop. Este estudio está basado en el método Fusión, que propone una abordaje sistemática para el desarrollo de software orientado a objetos. El método también considera requisitos de desarrollo para y con reutilización. Se realiza una abordaje a nível de análise, proyecto e implementación.

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

O adensamento populacional que as metrópoles vivenciam contribui para reduzir a disponibilidade específica de água, medida em m³/hab.ano. Adicionalmente a este evento, quando o crescimento urbano ocorre de forma não planejada, isso impacta também a qualidade dos mananciais. Esses dois efeitos ocorrem de forma combinada, sobretudo na Região Metropolitana de São Paulo (RMSP). Como consequência observam-se opções de ampliação da capacidade de produção de água potável sucessivamente mais custosas, seja por processos mais caros para o tratamento de um manancial mais poluído, próximo ao centro consumidor, seja pela maior distância de um manancial não poluído, e maiores custos com obras, como ocorre atualmente na implantação do Sistema Produtor São Lourenço (SPSL). Esse processo de encarecimento das opções para ampliação do sistema centralizado de produção de água potável persistirá na RMSP, conforme a população continue a aumentar nas próximas décadas. Existem fontes alternativas com disponibilidade satisfatória, como a água residuária, que quando adequadamente tratadas, podem ser direcionadas para usos que não demandam água potável. Essa possibilidade tem sido aproveitada de forma crescente pelo mercado imobiliário em edifícios, através da instalação de sistemas prediais de água não potável (SPANP), e há diferentes tecnologias disponíveis se consolidando com custos em tendência de queda. Nesse contexto, o objetivo da pesquisa é formular um modelo matemático de tomada de decisão para verificar se a utilização de SPANP são viáveis em relação à implantação do SPSL. Para o desenvolvimento da pesquisa, realizou-se revisão bibliográfica para avaliar as experiências de implantação de SPANP com fonte de águas cinzas em diferentes localidades, bem como para estabelecer a comparação de produção de água potável em macroescala em relação à produção de água não potável em microescala. Foram coletados dados quanto aos custos de construção, operação e manutenção de um SPANP em operação em um edifício na RMSP, e o mesmo para o SPSL. Por meio dos princípios da Programação Inteira, foi formulado um modelo para a indicação de qual opção de sistema apresenta o menor custo total acumulado durante os 20 primeiros anos de operação. Foram simulados cinco cenários com a alteração das principais variáveis que influenciam o comportamento da viabilidade das opções, sendo que as simulações foram realizadas com o uso do software LINDOTM. Em quatro dos cinco cenários simulados, o SPSL foi a opção de menor custo acumulado no 20o ano de operação, indicando a maior probabilidade do mesmo ser a opção de implantação mais econômica no presente. No entanto, devido à tendência de encarecimento das alternativas de ampliação do sistema centralizado de produção de água potável e de redução de custos dos SPANP, essa conclusão não pode ser adotada automaticamente quanto ao próximo sistema centralizado de água potável planejado para ser implantado. / The population agglomeration phenomenon that the metropolises pass through, reduces the water availability measured by the indicator m³/hab.year. Additionally, when urban growth happen in an unplanned way, it also impacts the quality of the water sources. These two effects occur in a combined way, especially in the São Paulo Metropolitan Region (SPMR). As a consequence, the options for expanding the production capacity of drinking water are successively more costly, either by more expensive processes for the treatment of a more polluted source, near the consumer center, or by the larger distance of an unpolluted source, and higer costs with construction, as it is currently happening in the implementation of the São Lourenço Producer System (SLPS). The process that is turning expensive the options for expanding the centralized drinking water system will persist in the SPMR as the population continues to increase in the coming decades. There are alternative sources with satisfactory availability, such as wastewater, which when properly treated, can be directed to uses that do not require potable water. This possibility has been used more and more by the real estate market in buildings, through the installation of non-potable water systems (NPWS), and there are different technologies available in consolidation with falling costs. Thus, the objective of the research is to formulate a mathematical decision making model to verify if the use of NPWS are viable in relation to the implementation of the SLPS. For the development of the research, a bibliographical review was carried out to evaluate the experiences of implementation of NPWS with source of gray water in different localities, as well as to establish the comparison of production of drinking water in macro scale in relation to the production of non-potable water in micro scale. Data were collected on the costs of construction, operation and maintenance of NPWS in a building in the SPMR, and the same for SLPS. Through the principles of Integer Programming, a model was formulated to indicate which system option has the lowest accumulated total cost during the first 20 years of operation. Five scenarios were simulated with the change of the main variables that influence the viability behavior of the options, the simulations were performed using LINDOTM software. In four of the five simulated scenarios, SLPS was the lowest accumulated cost option in the 20th year of operation, indicating that it is more likely to be the most economical deployment option in the present. However, due to the rising cost of alternatives for the expansion of the centralized drinking water production system and the cost reduction of NPWSs, this conclusion cannot be automatically adopted for the next centralized drinking water system planned to be implemented.

[pt] Ao longo das últimas décadas, diversas medidas de avaliação e mensuração vêm sendo alvo de pesquisa com o objetivo de determinar sua utilidade e relevância na avaliação do desempenho operacional de empresas.Tendo sido substituída pela Demonstração de Fluxo de Caixa em 1987 nos Estados Unidos, a Demonstração das Origens e Aplicações de Recursos tem vindo a cair em desuso em diversos paises, onde o conceito de fluxo de recursos vem sendo substituído pelo conceito de fluxo de caixa. Para tal, contribui o fato que esta é mais informativa e melhor compreendida pelos usuários. No Brasil, o debate por semelhante substituição vem decorrendo à diversos anos. O EBITDA - Earnings Before Interest, Tax, Depreciation and Amortization é sem dúvida o fluxo de recursos operacionais mais em voga hoje em dia. Por possuir um método de cálculo simples, derivando da demonstração de resultados, o EBITDA é especialmente atrativo na divulgação de parâmetros operacionais, visto que tende a ser o mais otimista. O Fluxo de Caixa Operacional pelo método Fleuriet tem recebido grande interesse do meio acadêmico nos últimos anos. Possui grande poder explicativo em modelos de regressão múltipla, mas o seu cálculo envolve a efetuação de alterações nos ativos e passivos operacionais de curto prazo, onde existem ambigüidades de classificação. Talvez por isso seja pouco utilizado pelo meio empresarial. Este trabalho pretende analisar os comportamentos relativos de alguns fluxos de recursos operacionais. / [en] Over the past decades, several evaluation indices have been the targeted for study, the objective being the determination of usefulness and relevance when determining operational performance. Since its substitution by the Cashflow Statement in 1987 in the United States, the Statement of Changes in Financial Position has been gradually phased out in other countries, where the concept of resources has steadily given way to one of cash. Among other reasons, one particular being better informational content and possessing relative comprehension ease. In Brazil, the debate for such change has been occurring for the past several years. EBITDA - Earnings Before Interest, Tax, Depreciation and Amortization, is without a doubt one of the most recognizable operational resource flows in existence. Its calculation can be performed with relative ease from the Profit and Loss Statement and because it is especially optimistic when announcing operational results, EBITDA has gained great acceptance form the entrepreneurial world. The Operational Cashflow obtained by the Fleuriet Method has received great interest from academics over the past years. It possesses great explaining power in multiple regression models, but its calculation involves performing several changes in current assets and liabilities, where classification ambiguities are left to individual discretion. Perhaps this explains its low acceptance in the entrepreneurial world, where ready made indices, recognizable worldwide are demanded. This dissertation will analyze the relative behavior of some better known operational recourse flows.

Nesta tese estudamos o fluxo dirigido, a primeira componente na expansão de Fourier da distribuição azimutal das partículas emitidas. Diferente do fluxo elíptico, que é muito bem estudado e descrito na literatura, a física que gera este observável ainda não é muito conhecida. Mostramos que este observável é altamente sensível a condições iniciais, comparando vários resultados numéricos para diferentes condições iniciais, entre analíticas e numéricas. Propomos que o fluxo dirigido também é sensível à aceleração longitudinal e formulamos um modelo analítico baseado nesta hipótese. Este modelo sugere quais ingredientes são relevantes para o fluxo dirigido. Ele é confrontado com sucesso com cálculos numéricos, resultados experimentais e cálculos que não incluem a aceleração longitudinal. / In this thesis we study the directed flow, the first component in the Fourier\'s expansion of the azimuthal distribution of emitted particles. Unlike the elliptic flow, which is well studied and described in the literature, the physics that generates this observable is not yet well described. We show that this observable is highly sensible to the initial conditions, comparing several numeric results with different initial conditions, between analytic and numeric ones. We propose that the directed flow is also sensitive to the longitudinal acceleration and we formulate an analytic model based in this hypothesis. This model suggests which ingredients are relevant to the directed flow. It is confronted with success against numeric calculus, experimental results, and calculus that do not include the longitudinal acceleration.