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.

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.

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.

Submitted by Liliane Ferreira (ljuvencia30@gmail.com) on 2018-09-13T14:03:50Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Jaqueline Rodrigues Ferreira - 2018.pdf: 3324369 bytes, checksum: 7bb3737ade608223e8320020b0b39180 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-09-14T10:23:57Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Jaqueline Rodrigues Ferreira - 2018.pdf: 3324369 bytes, checksum: 7bb3737ade608223e8320020b0b39180 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-14T10:23:57Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Jaqueline Rodrigues Ferreira - 2018.pdf: 3324369 bytes, checksum: 7bb3737ade608223e8320020b0b39180 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-06-29 / The use of steel pipe piles as a foundation element brings a new focus to the contributions of soil plug to the behavior of open-ended pipe piles. Therefore, considering the necessity to understand the plug formation, its influence on pipe pile load capacity and the limited of research developed in real scale models, this work aims to numerically simulate the process jacking open ended steel pipe piles in sands, seeking to investigate the soil properties and piles geometry interference on the jacking process. For the development of these simulations an explicit finite difference program, FLAC (Fast Lagrangian Analysis of Continua), was used. The methodology developed started with the finite difference mesh, jacking velocity and interface parameters (normal and shear modulus) calibration. This process was validated with calibration chamber tests results developed in other researches. Henceforth, parametric analysis involving the pipe geometry – internal diameter, wall thickness and tip angle – and the soil mechanical parameters – friction angle, density and elastic modulus – were conducted. As result, among all the factors analyzed, soil density and pile tip angle do not interfere in soil plug formation. Furthermore, the program selected for the simulations was able to model plugging, exhibiting similar behavior to calibration chamber tests results. / A crescente utilização de estacas metálicas tubulares de ponta aberta como elemento de fundação traz novo enfoque às contribuições do tampão de solo ao comportamento destes elementos de fundação. Assim, considerando a necessidade da compreensão do processo de formação deste tampão, sua influência na capacidade de carga das estacas e a pequena quantidade de pesquisas desenvolvidas com modelos em escala real, o objetivo deste trabalho é simular numericamente o processo de cravação estática de estacas metálicas tubulares de ponta aberta em areias, buscando estudar a interferência das propriedades do solo e da geometria das estacas na dinâmica do processo executivo. Para o desenvolvimento destas simulações utilizou-se um programa de diferenças finitas explicito, FLAC (Fast Lagrangian Analysis of Continua). A metodologia desenvolvida iniciou-se com a calibração da malha de diferenças finitas, da velocidade de cravação e dos parâmetros das interfaces – módulos normal e cisalhante. Sendo esta calibração validada com a utilização dos resultados de ensaios em câmara de calibração realizados em outras pesquisas. Posteriormente, desenvolveu-se uma análise paramétrica onde foram variáveis a geometria do problema – diâmetro interno, espessura da parede e inclinação da ponta das estacas, e os parâmetros mecânicos do solo – ângulo de atrito, peso específico e módulo de elasticidade. Como resultado, têm-se que, o peso específico do solo e a inclinação da ponta das estacas não interferem na formação do tampão de solo, enquanto que o diâmetro interno e a espessura da parede das estacas apresentam grande influência nos resultados. Além disso, o programa selecionado para as simulações foi capaz de modelar o fenômeno do tamponamento, exibindo comportamento semelhante ao encontrado nos ensaios realizados em câmara de calibração.

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.

Submitted by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2016-10-19T16:18:12Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Felipe Resende de Carvalho Sousa - 2016.pdf: 6672203 bytes, checksum: b0d857b45451fe225dfdbd424c35be00 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2016-10-19T16:18:40Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Felipe Resende de Carvalho Sousa - 2016.pdf: 6672203 bytes, checksum: b0d857b45451fe225dfdbd424c35be00 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-19T16:18:40Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Felipe Resende de Carvalho Sousa - 2016.pdf: 6672203 bytes, checksum: b0d857b45451fe225dfdbd424c35be00 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-06-10 / Prediction ofmoisture levels inside power transformers shown itselfas an important technique for maintenance engineering, because in addition to being associated with the useful life of equipment, it also provides arguments for decision making about intervention in them. Despite concerns about water in transformers existed for over half a century, the monitoring of this variable is still done in a simply way, given little information to weave a diagnosis, which can lead to superficial interpretations of equipment, and therefore, the misdiagnosis. Given such a scenario, this work aims to obtain an equation that models classical curves relative to moisture in transformers, as well as the development of a mathematical model that simulates water migration inside these equipments. For this purpose, computational techniques and numerich methods are used. Thus, the main contribution of this work is to optimize the above diagnostic process. During the work a literature review of the subject is presented, with further explanations of the mathematical tools used. To prove the effectiveness of the project presented, case studies with data from energized power transformers are analysed. Some values found in other works are also uses to validate the work. Ending with some conclusions, this paper proves that the use of the approach presented here is effective, and its application is fundamental in the area of maintenance engineering. / A predição dos níveis de umidade no interior de transformadores de potência se mostra como uma técnica importante para a Engenharia de Manutenção, pois, além de estar associada à vida útil destes equipamentos, fornece argumentos para a tomada de decisão quanto a intervenções nos mesmos. Apesar da preocupação com a presença de água em transformadores existir há mais de meio século, o acompanhamento de tal variável ainda é realizado de maneira superficial, considerando-se poucas informações para se apresentar um diagnóstico eficiente, o que pode levar a interpretações equivocadas sobre o equipamento e, consequentemente, a falsos diagnósticos. Tendo em vista tal cenário, este trabalho possui como objetivo a obtenção de um equacionamento que modele curvas clássicas relativas à umidade em transformadores, bem como o desenvolvimento de um modelo matemático que simule o comportamento da migração de água no interior destes equipamentos. Para isso, técnicas computacionais e métodos numé- ricos são utilizados. Desta forma, a principal contribuição do trabalho é otimizar o processo de diagnóstico supracitado. Durante o trabalho, é realizada uma análise bibliográfica do tema, com posteriores explicações sobre as ferramentas matemáticas utilizadas. Para comprovar a eficácia do projeto apresentado, são realizados estudos de caso com dados obtidos de transformadores energizados. Alguns valores encontrados em outros trabalhos também são utilizados para validar o trabalho. Finalizando com conclusões sobre o exposto, comprova-se que a utilização da abordagem aqui apresentada é eficaz e de fundamental aplicação na área de Engenharia de Manutenção.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-04-11T19:27:27Z No. of bitstreams: 1 daianaaparecidarodrigues.pdf: 8225936 bytes, checksum: 96ec323f343f92c319f4e261145f9c6a (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-04-24T03:34:16Z (GMT) No. of bitstreams: 1 daianaaparecidarodrigues.pdf: 8225936 bytes, checksum: 96ec323f343f92c319f4e261145f9c6a (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-24T03:34:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 daianaaparecidarodrigues.pdf: 8225936 bytes, checksum: 96ec323f343f92c319f4e261145f9c6a (MD5) Previous issue date: 2013-08-29 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Fenômenos biológicos são todo e qualquer evento que possa ser observado nos seres vivos. O estudo desses fenômenos permite propor explicações para o seu mecanismo, a m de entender as causas e efeitos. Pode-se citar como exemplos de fenômenos biológicos o comportamento das células como respiração, reprodução, metabolismo e morte celular. Equações de reação-difusão são frequentemente utilizadas para modelar fenômenos bioló- gicos. Sistemas de reação-difusão podem produzir padrões espaciais estáveis a partir de uma distribuição inicial uniforme esse fenômeno é conhecido como instabilidade de Turing. Este trabalho apresenta a análise da instabilidade de Turing bem como resultados numéricos para a solução de três modelos biológicos, modelo de Schnakenberg, modelo de glicólise e modelo da coagulação sanguínea. O modelo de Schnakenberg é utilizado para descrever uma reação química autocatalítica e o modelo de glicólise é relativo ao processo de degradação metabólica da molécula de glicose para proporcionar energia para o metabolismo celular, esses dois modelos são frequentemente relatados na literatura. O terceiro modelo é mais recente e descreve o fenômeno da coagulação sanguínea. Nas soluções numéricas se utiliza o método das linhas onde a discretização espacial é feita através de um esquema de diferenças nitas. O sistema de equações diferencias ordinárias resultante é resolvido por um esquema de integração adaptativo, com a utilização de pacote para computação cientí ca da linguagem Python, Scipy. / Biological phenomena are all and any event that can be observed in living beings. The study of these phenomena enables us to propose explanations for its mechanisms in order to understand causes and e ects. One can cite as examples of biological phenomena the behavior of cells as respiration, reproduction, metabolism and cell death. Reactiondi usion equations are often used to model biological phenomena. Reaction-di usion systems can produce stable spatial patterns from a uniform initial distribution, this phenomenon is known as Turing instability. This dissertation presents an analysis of the Turing instability as well as numerical results for the solution of three biological models, model Schnakenberg, model of glycolysis and model of blood coagulation. The Schnakenberg model is used to describe an autocatalytic chemical reaction and glycolysis model refers to the process of metabolic breakdown of the glucose molecule to provide energy for cellular metabolism, these two models are frequently reported in the literature. The third model is newer and describes the phenomenon of blood coagulation. The method of lines is used in the numerical solutions, where the spatial discretization is done through a nite di erence scheme. The resulting system of ordinary di erential equations is then solved by an adaptive integration scheme with the use of the package for scienti c computing of Python language, Scipy.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-03-02T17:47:54Z No. of bitstreams: 1 pedroaugustoferreirarocha.pdf: 4715587 bytes, checksum: dfef00badf9cc3d7c79c1b4c62d3abfd (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-03-06T19:58:07Z (GMT) No. of bitstreams: 1 pedroaugustoferreirarocha.pdf: 4715587 bytes, checksum: dfef00badf9cc3d7c79c1b4c62d3abfd (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-06T19:58:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 pedroaugustoferreirarocha.pdf: 4715587 bytes, checksum: dfef00badf9cc3d7c79c1b4c62d3abfd (MD5) Previous issue date: 2012-08-27 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Dois mecanismos são utilizados pelo Sistema Imunológico Humano (SIH) para defender o organismo contra doenças causadas pelos mais distintos agentes patogênicos: o sistema inato e o sistema adaptativo. O primeiro é composto por células e substâncias químicas que utilizam um mecanismo genérico de defesa para prevenir ou limitar infecções ocasionadas pela maioria dos patógenos. Já o segundo mecanismo é ativado pelo primeiro, baseando-se na habilidade de reconhecer e de recordar agentes patogênicos específicos, colaborando para a montagem de um ataque mais potente a cada vez que o mesmo patógeno é encontrado. Apesar de ser muito estudado, muitas questões sobre o funcionamento do SIH ainda estão em aberto em virtude de sua complexidade e do grande número de interações, nos mais diversos níveis, entre seus distintos componentes. Neste sentido, ferramentas computacionais podem se constituir em um poderoso ferramental para auxiliar nas pesquisas sobre o tema. O presente trabalho está inserido neste escopo, dividindo-se em duas partes. Na primeira parte, o trabalho apresenta os resultados de uma análise de sensibilidade em um modelo matemático-computacional que simula a resposta imunológica inata ao lipopolissacarídeo (LPS), com o objetivo de encontrar os parâmetros mais sensíveis deste modelo. Além disto, a segunda parte do trabalho propõe uma adaptação do modelo original para um modelo tridimensional. As simulações realizadas nas duas partes do trabalho mostraram-se computacionalmente caras, demandando longos períodos de tempo para serem concluídas. Assim, GPGPUs (General Purpose Graphics Processing Units) foram utilizadas para reduzir os tempos de execução. O uso de GPGPUs permitiu que acelerações de 276 vezes para a análise de sensibilidade massiva e de 87 vezes para a computação do modelo em três dimensões fossem obtidas. / Two mechanisms are used by the Humman Immune System (HIS) to protect the body against diseases caused by distinct pathogens: the innate and the adaptive immune system. The first one is composed of cells and chemicals that use a generic mechanism of defense to prevent or limit infections caused by most pathogens. The second mechanism is activated by the first one. It has the ability to recognize and remember specific pathogens, contributing to the assembly of a more powerful attack each time the same pathogen is encountered again. Despite being widely studied, many questions about the functioning of the HIS are still open because of its complexity and the large number of interactions of its components on distinct levels. In this sense, computational tools are a powerful instrument to assist researchers on this field of study. This work is inserted in this scope and it is split into two parts. In the first part, this work presents the results of a sensitivity analysis on a mathematical-computational model that simulates the innate immune response to lipopolysaccharide (LPS). The main objective of the sensitivity analysis was to find the most sensitive parameters of the mathematical model. The second part of this work proposes the extension of the original model to a three-dimensional one. The simulations in the two parts of the work proved to be computationally expensive, requiring long periods of time to complete. Thus, GPGPUs (General Purpose Graphics Processing Units) were used to reduce execution times. The use of GPGPUs allowed speedups of 276 times for sensitivity analysis, when compared to the sequential one, and of 87 times for computations using the three dimensions model.

Neste trabalho são apresentados os resultados do desenvolvimento e teste de esquemas upwind de alta resolução para o controle da difusão numérica em leis de conservação gerais e problemas em dinâmica dos fluidos. Em particular, são derivados dois novos esquemas: o ALUS (Adaptive Linear Upwind Scheme) e o TOPUS (Third-Order Polynomial Upwind Scheme). Esses esquemas são testados no transporte de escalares, em equações 1D tipo convecção-difusão, em sistemas hiperbólicos 1D, nas equações de Euler 2D da dinâmica dos gases e nas equações de Navier-Stokes incompressíveis 2D/3D. Os esquemas são então associados a uma modelagem algébrica não linear para a simulação de problemas de escoamentos incompressíveis turbulentos 2D com/sem superfícies livres / In this work, results of the development and testing of high-resolution upwind schemes for controlling of the numerical diffusion for general conservation laws and fluid dynamics problems are presented. In particular, two new high-resolution upwind schemes are derived, namely, the ALUS (Adaptive Linear Upwind Scheme) and the TOPUS (Third-Order Polynomial Upwind Scheme). These schemes are tested in scalar transport, 1D convection-diffusion equations, 1D hyperbolic systems, 2D Euler equations of the gas dynamics, and in 2D/3D incompressible Navier-Stokes equations. The schemes are then combined with a nonlinear Reynolds stress algebraic equation model for the simulation of 2D incompressible turbulent flows with/without free surfaces