A Área Portuária do Maranhão, situada na costa ocidental da Ilha de São Luís, na Baía de São Marcos, constitui-se no segundo maior complexo portuário da América Latina e um dos maiores do mundo em termos de movimentação de carga. Esta área portuária abrange o Complexo Portuário de Ponta da Madeira, da CVRD - Companhia Vale do Rio Doce S. A., o Porto de Itaqui, da EMAP - Empresa Maranhense de Administração Portuária e o Porto da ALUMAR, da Alcoa, Alcan, BHPBilliton e Abalco. A caracterização da hidrosedimentologia do Canal de Acesso do Complexo Portuário do Maranhão foi conduzida a partir da compilação e análise dos dados de correntes existentes e da aplicação de modelagem computacional. A caracterização das conformações de fundo foi efetuada a partir da análise de mais de 20 anos de sondagens batimétricas nas áreas de interesse do Canal de Acesso. Com a caracterização da área pretende-se fornecer subsídios à Engenharia Portuária, possibilitando o planejamento de sondagens batimétricas e dragagens de manutenção do Canal. Este trabalho também contempla uma metodologia para fornecimento de previsão de campos de corrente, a partir dos resultados das simulações hidrodinâmicas, e o fornecimento de previsão da evolução e migração das conformações de fundo. A evolução das isóbatas na Área IV mostra que as formações de ondas de areia não evidenciam significativa mudança de posição com o tempo. Em compensação, a Área I, apresenta conformações de fundo com irregularidade da forma de onda, evidenciando que existe uma maior migração destas. O modelo de transporte de sedimentos indicou pequeno transporte resultante nas Áreas IV, III e II, que explica a reduzida migração dessas ondas quando comparadas com a Área I. A determinação das ondas críticas para cada Área constitui-se instrumento na operação portuária, permitindo redução da área hidrografada para definir a tomada de decisão quanto à nova dragagem. / The Maranhão Harbour Area is the second biggest harbour Complex of Latin America and one of biggest of the world in cargo handling is located at the western coast of São Luís Island in São Marcos Bay, this harbour area is composed by the Complex of Ponta da Madeira of CVRD - Companhia Vale do Rio Doce S. A., the Itaqui Harbour, of EMAP - Empresa Maranhense de Administração Portuária and the Alumar Harbour, of Alcoa, Alcan, BHPBilliton and Abalco. The hydrossedimentological characterization of the Access Channel of Maranhão Harbour Area was achieved from current data review and analysis for numerical modeling application. The bottom sand waves description was made from more than 20 years bathymetrical surveys in the interest Areas of the Access Channel. The purpose of this characterization was to improve Harbour Engineering activities, the planning and scheduling of depth surveys campaigns and dredging maintenance. This thesis also provides an approach to get current patterns predictions from the results of the hydrodynamical simulation, and for the prediction of the evolution and the migration of sand waves. The Area IV bottom evolution shows that the sand waves have not significative temporal position shifting. Otherwise, in Area I bed forms have more irregular pattern, showing major wave migration. The sediment transport model pointed to a small sediment transport rate in Area IV, III and II, explaining the smaller migration pattern of these waves when compared with Area I. The critical wave definition in each Area can be an harbour operation tool, reducing the surveyed area needed to take a new dredging maintenance decision.

A região amazônica possui uma vocação natural para a navegação, uma vez que os rios desempenham um papel preponderante, sendo em muitos casos as únicas alternativas de transporte e comunicação. O trabalho se insere nesse cenário, tendo como objetivo maior a sistematização do conhecimento a respeito da circulação de correntes de maré na Baía de Marajó e Rio Pará (PA), com foco na Área Portuária de Vila do Conde. O melhor entendimento sobre as correntes de maré será um elemento importante para o planejamento portuário e hidroviário interior, além de propiciar um incremento na segurança e otimização nas operações portuárias. A sistematização da circulação das correntes de maré na área de estudo foi implementada através de modelagem numérica com a utilização do software MIKE21 HD de autoria do DHI, consistindo basicamente em um modelo bidimensional verticalmente integrado. Como subsídio à programação numérica, foi realizada uma revisão bibliográfica a respeito dos principais temas relacionados: correntes, maré e vento, bem como foram levantadas as principais bases de dados da região, utilizados na calibração e validação do modelo numérico. Em razão da escassez de dados disponíveis a calibração foi executada com dados do Porto de Vila do Conde, por meio de medições de intensidade e direção das velocidades das correntes nos anos de 1991 e 2001. A validação foi realizada através da Carta de Correntes de Maré, com ponto específico na Baía de Marajó. O programa mostrou-se consistente e aplicável à realidade, permitindo desta forma a obtenção de Cartas de Correntes de Maré para toda a área de estudo, bem como para a área foco. / In the amazonic region, navigation is the natural and leading, in some cases the only one possibility, role in the transportation network. In this scenario, the thesis has the main purpose of consolidating the knowledge about tidal currents pattern in Marajó Bay and Pará River (PA), considering Vila do Conde Harbour as the most important study area. A best knowledge about the tidal currents will be an important factor for port and waterway planning, contributing to increase the port operation safety and development. The tidal currents pattern was consolidated through numerical modelling using DHI MIKE 21 HD software, which is a bidimensional vertically integrated model. A bibliographical review was carried out about correlated themes: currents, tides and winds, and also was made a data base research, which was used in the numerical model calibration and validation. Due to the few data obtained, calibration was performed with Vila do Conde Harbour data, using current intensity and directions obtained in 1991 and 2001 surveys. The validation was performed using the Tidal Currents Chart, for a point in the Marajó Bay. The software results showed a consistent fit to the real condition, which made possible to get a Tidal Currents Chart of the whole area and for the focus area.

A Área Portuária do Maranhão, situada na costa ocidental da Ilha de São Luís, na Baía de São Marcos, constitui-se no segundo maior complexo portuário da América Latina e um dos maiores do mundo em termos de movimentação de carga. Esta área portuária abrange o Complexo Portuário de Ponta da Madeira, da CVRD - Companhia Vale do Rio Doce S. A., o Porto de Itaqui, da EMAP - Empresa Maranhense de Administração Portuária e o Porto da ALUMAR, da Alcoa, Alcan, BHPBilliton e Abalco. A caracterização da hidrosedimentologia do Canal de Acesso do Complexo Portuário do Maranhão foi conduzida a partir da compilação e análise dos dados de correntes existentes e da aplicação de modelagem computacional. A caracterização das conformações de fundo foi efetuada a partir da análise de mais de 20 anos de sondagens batimétricas nas áreas de interesse do Canal de Acesso. Com a caracterização da área pretende-se fornecer subsídios à Engenharia Portuária, possibilitando o planejamento de sondagens batimétricas e dragagens de manutenção do Canal. Este trabalho também contempla uma metodologia para fornecimento de previsão de campos de corrente, a partir dos resultados das simulações hidrodinâmicas, e o fornecimento de previsão da evolução e migração das conformações de fundo. A evolução das isóbatas na Área IV mostra que as formações de ondas de areia não evidenciam significativa mudança de posição com o tempo. Em compensação, a Área I, apresenta conformações de fundo com irregularidade da forma de onda, evidenciando que existe uma maior migração destas. O modelo de transporte de sedimentos indicou pequeno transporte resultante nas Áreas IV, III e II, que explica a reduzida migração dessas ondas quando comparadas com a Área I. A determinação das ondas críticas para cada Área constitui-se instrumento na operação portuária, permitindo redução da área hidrografada para definir a tomada de decisão quanto à nova dragagem. / The Maranhão Harbour Area is the second biggest harbour Complex of Latin America and one of biggest of the world in cargo handling is located at the western coast of São Luís Island in São Marcos Bay, this harbour area is composed by the Complex of Ponta da Madeira of CVRD - Companhia Vale do Rio Doce S. A., the Itaqui Harbour, of EMAP - Empresa Maranhense de Administração Portuária and the Alumar Harbour, of Alcoa, Alcan, BHPBilliton and Abalco. The hydrossedimentological characterization of the Access Channel of Maranhão Harbour Area was achieved from current data review and analysis for numerical modeling application. The bottom sand waves description was made from more than 20 years bathymetrical surveys in the interest Areas of the Access Channel. The purpose of this characterization was to improve Harbour Engineering activities, the planning and scheduling of depth surveys campaigns and dredging maintenance. This thesis also provides an approach to get current patterns predictions from the results of the hydrodynamical simulation, and for the prediction of the evolution and the migration of sand waves. The Area IV bottom evolution shows that the sand waves have not significative temporal position shifting. Otherwise, in Area I bed forms have more irregular pattern, showing major wave migration. The sediment transport model pointed to a small sediment transport rate in Area IV, III and II, explaining the smaller migration pattern of these waves when compared with Area I. The critical wave definition in each Area can be an harbour operation tool, reducing the surveyed area needed to take a new dredging maintenance decision.

A região amazônica possui uma vocação natural para a navegação, uma vez que os rios desempenham um papel preponderante, sendo em muitos casos as únicas alternativas de transporte e comunicação. O trabalho se insere nesse cenário, tendo como objetivo maior a sistematização do conhecimento a respeito da circulação de correntes de maré na Baía de Marajó e Rio Pará (PA), com foco na Área Portuária de Vila do Conde. O melhor entendimento sobre as correntes de maré será um elemento importante para o planejamento portuário e hidroviário interior, além de propiciar um incremento na segurança e otimização nas operações portuárias. A sistematização da circulação das correntes de maré na área de estudo foi implementada através de modelagem numérica com a utilização do software MIKE21 HD de autoria do DHI, consistindo basicamente em um modelo bidimensional verticalmente integrado. Como subsídio à programação numérica, foi realizada uma revisão bibliográfica a respeito dos principais temas relacionados: correntes, maré e vento, bem como foram levantadas as principais bases de dados da região, utilizados na calibração e validação do modelo numérico. Em razão da escassez de dados disponíveis a calibração foi executada com dados do Porto de Vila do Conde, por meio de medições de intensidade e direção das velocidades das correntes nos anos de 1991 e 2001. A validação foi realizada através da Carta de Correntes de Maré, com ponto específico na Baía de Marajó. O programa mostrou-se consistente e aplicável à realidade, permitindo desta forma a obtenção de Cartas de Correntes de Maré para toda a área de estudo, bem como para a área foco. / In the amazonic region, navigation is the natural and leading, in some cases the only one possibility, role in the transportation network. In this scenario, the thesis has the main purpose of consolidating the knowledge about tidal currents pattern in Marajó Bay and Pará River (PA), considering Vila do Conde Harbour as the most important study area. A best knowledge about the tidal currents will be an important factor for port and waterway planning, contributing to increase the port operation safety and development. The tidal currents pattern was consolidated through numerical modelling using DHI MIKE 21 HD software, which is a bidimensional vertically integrated model. A bibliographical review was carried out about correlated themes: currents, tides and winds, and also was made a data base research, which was used in the numerical model calibration and validation. Due to the few data obtained, calibration was performed with Vila do Conde Harbour data, using current intensity and directions obtained in 1991 and 2001 surveys. The validation was performed using the Tidal Currents Chart, for a point in the Marajó Bay. The software results showed a consistent fit to the real condition, which made possible to get a Tidal Currents Chart of the whole area and for the focus area.

[pt] O desenvolvimento de novos processos de redução capazes de utilizar como matérias primas resíduos minero-metalúrgicos, ou baseados na aglomeração a frio de misturas auto-redutoras (Fastmet, ITmk3, Tecnored) tem mostrado ser uma alternativa aos processos convencionais, sendo o principal deles o alto forno. Neste contexto, torna-se importante uma análise aprofundada dos processos operando com aglomerados auto-redutores, tais como os que utilizam os reatores RHF e os fornos de cuba. O presente trabalho objetivou o desenvolvimento de um modelo matemático capaz de simular as condições da zona de redução sólida de um forno de cuba (região superior), que utiliza aglomerado auto-redutor como carga ferrosa. Este modelo permite considerar três fases (sólida e duas fases gasosas) interagindo simultaneamente, via a transferência de quantidade de movimento, energia e massa. Sua fenomenologia foi representada por equações de transporte, resolvidas com base no método de volumes finitos. A solução computacional foi feita através de código desenvolvido em linguagem de programação Fortran e a geração gráfica dos resultados realizada através do programa Tecplot. As fases consideradas no modelo desenvolvido foram: i) fase sólida: constituída por briquetes autoredutores e o combustível sólido (booster - fração adicionada juntamente com a carga de aglomerados) e, ii) fase gasosa: formada pelo chamado gás exterior, constituído por um conjunto de gases que reagem na parte externa dos aglomerados (principalmente pelo gás de baixo, oriundo da parte inferior do forno, e pelo sopro nas ventaneiras secundárias - V2) e pelo denominado gás interior, constituído pelo conjunto de gases gerados no interior do aglomerado auto-redutor, resultantes de uma série de reações previstas em sua fenomenologia. O modelo considera 25 reações dentre as quais estão as reações de redução, gaseificação do carvão e combustão do carvão, CO, voláteis, enxofre e do polissacarídeo, alem da formação do FeS. Foi possível estudar a influência da variação da vazão da V2, da temperatura e da vazão do gás de baixo, da taxa de alimentação do briquete e da perda de calor pelas paredes do forno. Os resultados, apresentados graficamente, foram: temperaturas do sólido, do gás exterior e do gás interior; as condições de redução na atmosfera gasosa (CO do gás exterior, CO do gás interior, CO2 do gás exterior, CO2 do gás interior); a distribuição dos óxidos de ferro préreduzidos e do Fe metálico e a distribuição do grau de redução. Além disso, parâmetros operacionais tais como produção, tempo de residência dos sólidos, volume das fases gasosas, assim como sua composição foram calculados pelo modelo. A partir dessas informações foi possível obter a metalização e, o volume, a temperatura e a composição media do gás de topo. Finalmente, eles demonstraram que a simulação computacional desenvolvida é uma poderosa ferramenta para análise dos parâmetros operacionais da auto-redução em forno de cuba, de custo relativamente baixo e capazes de otimizar o processo estudado. / [en] The development of new reduction processes capable to use as raw materials mining and metallurgical residues, or based in cold agglomeration of self reducing mixtures (Fastmet, ITmk3, Tecnored) is regarded nowadays as an alternative to conventional processes, being the principal of these the blast furnace. In this context it becomes vital to analyze the behavior of processes operating with self-reducing agglomerates, as those utilizing the RHF and shaft furnaces. The present work aims at the development of a mathematical model capable to simulate the solid state reduction zone conditions of a shaft furnace (upper zone) that utilizes self-reducing agglomerates as the iron source. This model is capable of treating three phases, interacting simultaneously and transferring momentum, energy and mass. The set of phenomenological transport equations are treated through the finite volume method. The computational solution is achieved by the means of a software code developed in Fortran programming language and further, the graphical generation of the results, carried through the Tecplot program. The considered phases for the model are firstly the solid phase consisting in self-reducing agglomerates and a solid fuel (booster - added together with the agglomerate). Secondly, the gaseous phase, formed by a external gas, which constitutes on a set of gases that react in the external part of the agglomerates (mainly made out by the low gas - mixture of gases coming from the bottom part of the furnace, blended with the gases blew in the secondary level of tuyeres - V2), and a internal gas, another gaseous phase, consisting on the set of gases generated inside the self-reducing agglomerate as the result of a series of foreseen reactions. The model takes into account 25 reactions, amongst which are the reduction reactions, gasification of the coal, the combustions of coal, CO, volatiles, sulfur and polysaccharide and considering also the FeS formation. The model permitted the study of the V2 temperature, low gas temperature, low gas flow, agglomerate feed rate and wall heat lost influence on the process. The results, here graphically presented, are: solid, external gas and internal gas temperatures; reduction conditions in the gaseous atmosphere (CO in external gas, CO in internal gas, CO2 in external gas, CO2 of the internal gas); profile of pre-reduced iron oxides and Fe metallic and; distribution profile of the reduction degree. Moreover, operational parameters such as production, the residence time of solids, the volume of the gas phase, as well as its composition had been calculated by the model. From this information it was possible to compute the metallization, the volume, the temperature and the composition of the top gas. Those results confirmed that the computational simulation is a powerful tool for the shaft furnace operational parameters analysis.

Le volet applicatif de cette thèse porte sur l'agencement d'un logement destiné à une personne en situation de handicap. L'agencement désigne le choix de la position, de la forme et des dimensions des pièces, des portes et des couloirs. L'agencement est généralement élaboré par un architecte, dans le respect d'un nombre si élevé de contraintes qu'il lui est difficile de parvenir qu'il parvienne à toutes les satisfaire : il y a d'abord des contraintes architecturales évidentes : non recouvrement des pièces, largeur suffisante des couloirs, accessibilité à tout point du lieu à partir de tout autre point, nécessité de placer certaines pièces sur des arrivées ou évacuations … Il y a ensuite les contraintes imposées par le handicap : largeur accrue des couloirs (déplacement en fauteuil), nécessité d'assurer un effort quotidien minimum (lutte contre le vieillissement), limitation des escaliers (asthme sévère), éloignement d'une pièce des murs mitoyens (surdité) .... Et il y a finalement les souhaits exprimés par le futur occupant, par exemple minimiser certains trajets, maximiser l’éloignement entre deux pièces ou imposer l’orientation d’une pièce. D’un point de vue formel, notre travail a consisté à développer d'une part des modèles mathématiques et des méthodes algorithmiques capables de gérer ces contraintes et d'autre part des prototypes logiciels opérationnels. Les méthodes élaborées relèvent de deux approches : l'optimisation d'un agencement conçu par l'architecte et la synthèse d'un agencement sans suggestion initiale de l'architecte. La synthèse d'un plan a été abordée comme un problème de type « bin-packing » (réputé NP-difficile) avec des contraintes additionnelles : les objets à placer - les pièces - ont des tailles variables et ils sont soumis à des contraintes fonctionnelles. La méthode de résolution s'appuie sur un premier modèle mathématique, qui prend la forme d’un programme quadratique (linéarisé par la suite) en variables mixtes. Elle a été appliquée avec succès pour placer les pièces d'un logement, pour les dimensionner, pour déterminer les couloirs assurant une complète accessibilité au logement et pour prendre en compte certaines contraintes imposées par le handicap du futur occupant. Un deuxième modèle mathématique a été élaboré pour le placement des portes et une heuristique a enfin été développée pour affecter l'espace occupé par les couloirs non indispensables aux pièces avoisinantes. La totalité de cette démarche a été programmée dans un prototype logiciel pleinement opérationnel. Le deuxième ensemble de contributions concerne l'optimisation d'un agencement existant. Cette optimisation a été conçue comme un processus itératif enchaînant évaluation et modification (amélioration) d'un agencement. Il est décliné de quatre manières : une métaheuristique de type « recuit simulé » et trois méthodes de type « recherche locale », qui explorent l’espace des solutions en utilisant des voisinages spécialement définis. Cette approche a d'une part permis d’appréhender le caractère multicritère de cette problématique et a d'autre part exigé la mise en œuvre de nombreux algorithmes géométriques. Ces travaux sont implantés dans un deuxième prototype logiciel. Ce projet a nécessité la participation à de nombreuses manifestations au-delà du domaine de l’informatique, nationales et régionales, scientifiques et non-scientifiques, organisées par différents organismes politiques et associatifs travaillant sur la problématique du handicap et de l’accessibilité, afin de bien appréhender les attentes du monde scientifique et socioprofessionnel. Cette phase prospective a été concrétisée par la rédaction de nombreux rapports qui ont alimentés la bibliographie du mémoire de thèse / At an application level, this thesis deals with the layout of an accommodation intended for a disabled person. Determining the layout means choosing the position, shape and dimensions of rooms, doors and corridors. It is usually an architect's job but the complexity is such that it is very unlikely that he succeeds in optimally fulfilling all the constraints: first, there are architectural constraints: no room overlapping, sufficient width for the corridors, accessibility to and from any point, mandatory positioning of some rooms on some areas (e.g. water supply and outlet) … Then, there are constraints imposed by disabilities: enlarged corridors (wheelchairs), mandatory daily amount of efforts (fight against aging), reducing the number of steps (severe asthma), moving a room away from shared walls (deafness)... Finally, there are the wishes expressed by the future occupant, such as minimizing some journeys, maximizing the distance between two rooms or fixing a room's orientation. From a formal point of view, our work has consisted, firstly, in developing mathematical models and algorithmic methods to deal with all these constraints and, secondly, in realizing software prototypes applying these concepts. The tools we propose aim either at optimizing a layout previously designed by an architect or at synthesising a layout without any initial suggestions from the architect. Synthesis has been tackled as bin-packing-type problem (known to be NP-hard) but with additional constraints: the objects to be placed (the rooms) have variable sizes and they are submitted to functional constraints. The resolution is based on a first, initially quadratic and then linearized, mixed integer mathematical model. It has been successfully applied to position and dimension the rooms of an accommodation, to determine corridors allowing a full accessibility to all the rooms and to take into account a number of constraints coming from the disabilities of the future occupant. A second mathematical model has been formulated for the positioning of the doors and, finally, a heuristic method has been designed to assign the space used by useless corridors to adjacent rooms. The whole process has been embedded in a fully operational software. The second set of contributions is about the optimization of an existing layout. This task has been tackled through an iterative process, looping on evaluation and modification (improvement) of an accommodation. It has been implemented in four different ways: a metaheuristic (simulated annealing) and three local-search-type methods, which traverse the solution space by using specific definitions of the neighbourhood. This approach has firstly underlined the multicriteria feature of our problem and, secondly, has required the development of many computational geometry algorithms. All this work is integrated in another functional prototype software. To understand the expectations of the scientific, social and professional worlds, this project has implied to take part to various manifestations which were national or regional, in the computer science domain or in others, scientific or non-scientific, organised by various political or non-political organisations working in the field of disabilities and accessibility. This phase has resulted in many reports which have directly fed into the bibliography of this thesis.

[pt] A produção e o uso de DRI (Direct Reduction Iron) são cada vez maiores hoje em dia nos países desenvolvidos, essencialmente pela redução do preço do gás natural e do sucesso da tecnologia de extração de gás de xisto. Além disso, o menor teor de elementos contaminantes em DRI do que nas sucatas de aço, levou-o a ser considerado uma boa alternativa como carga metálica para o Forno Elétrico a Arco (FEA) e o processo no conversor LD /BOF. Os custos operacionais e os problemas ambientais, são atualmente dois fatores tecnológicos importantes a serem considerados na otimização da produção de DRI, afetando à produtividade, sustentabilidade e competitividade do processo industrial. O teor de carbono do DRI, por exemplo, tem se tornado cada vez mais importante, devido à sua capacidade de gerar energia química nas aciarias, complementando o uso de energia elétrica nos FEA e os inputs energéticos no LD. Este trabalho foi uma das partes do programa de cooperação entre a Companhia de Mineração Samarco e o Grupo de Siderurgia da Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro / PUC-Rio, que tratou especificamente do modelo cinético para a metalização e carburização simultâneas em fornos RD tipo cuba. No âmbito deste objetivo o reator foi dividido em três zonas: Redução, Transição e Resfriamento. Foram também consideradas mais três camadas concêntricas: periférica, media e central. Com base nos resultados obtidos em experiências que abrangeram diferentes tipos de pelotas, empregando misturas gasosas semelhantes às presentes nos processos industriais e obedecendo às suas correspondentes semelhanças fluidodinâmicas, foi desenvolvido um software, denominado METCARB, que incluiu na sua elaboração todas as equações e modelos cinéticos desenvolvidos experimentalmente nas três zonas do reator RD. A parte experimental foi, portanto, uma das partes principais do presente trabalho, conjuntamente com a concepção do modelo computacional e suas validações industriais. Com o METCARB, as previsões acerca da metalização e carburização simultâneas, em qualquer região interna do forno, se tornou possível, utilizando como entradas as dimensões do forno, medidas de temperaturas, composições dos gases, etc. Os resultados de metalização e carburização, também em formato gráfico, são gerados pelo sistema computacional, bem como as curvas cronométricas e tabelas de resultados. Estudos sobre dois casos reais foram realizados, a fim de validarem a ferramenta computacional desenvolvida. Constatou-se que a carburização do ferro metálico sempre ocorre simultaneamente com a redução dos óxidos de ferro e que, dependendo da temperatura e composição dos gases, pode ocorrer precipitação de finos de carbono. As simulações realizadas com o modelo METCARB mostraram que na periferia da ZR é gerado um DRI mais metalizado que na região do centro. Fenômeno contrário foi, entretanto, verificado com a carburização; Nas condições experimentais empregadas neste trabalho, os valores médios obtidos para a carburização e a metalização, no final da ZR, variam entre 0,4 - 0,7 por cento C, e 92 por cento - 97 por cento, respectivamente; Constatou-se não ocorrer progresso do grau de redução nas zonas de Transição (ZT) e de Arrefecimento (ZA), ou seja, mantiveram-se ao longo dessas zonas os valores de metalização obtidos no fundo da ZR; A influência do vapor de água no processo da carburização no caso estudado (0 - 4.25 por cento H2O) leva menor porcentagem de carburização (2,7 por cento C – 2,35). / [en] The production and the use of DRI (Direct Reduction Iron) are increasing today in developed countries, mainly by reducing the price of natural gas and the success of shale gas extraction technology. In addition, the lower level of contaminants in DRI than in metal scraps, led it to be considered a good alternative as metallic charge for the Electric Arc Furnace (EAF) and the process in LD / BOF converter. This work was one part of the cooperation program between Samarco Mining Company and Steel Group of the Pontifical Catholic University of Rio de Janeiro / PUC-Rio, which specifically dealt with the kinetic model for the metallization and carburization simultaneous in RD shaft furnaces. Under this purpose the reactor was divided into three zones: Reduction, Transition and Cooling. There were also three concentric regions considered: peripheral, media and center. Based on the results from experiments covering different types of pellets, using gas mixtures similar to those present in the industrial processes and obeying their corresponding fluid dynamic similarities, it developed a software called METCARB, which included in its preparation all kinetic equations and models developed experimentally in the three reactor zones of RD. The experimental part was therefore a major part of this work, together with the design of computational model and its industrial validations. With METCARB predictions about the simultaneous metallization and carburization in any internal region of the furnaces, it became possible, using as inputs the dimensions of the furnace, temperature measurements, compositions of gases, etc. The results of metallization and carburization also in graphic format are generated by the computer system, and the chronometric curves and results tables. Studies on two real cases were performed in order to validate the developed computational tool. It was found that the carburization always occurs simultaneously with the reduction of iron oxides and, depending on the temperature and composition of the gases; precipitation of fine carbon may occur. The simulations with METCARB model showed that the periphery of the ZR generated more DRI metallized than the center area. A contrary phenomenon has been verified with the carburization; With the experimental conditions used in this study, averages values obtained for the metallization and carburization in the final ZR vary between 0.4 - 0.7 percent C and 92 percent - 97 percent, respectively; It was not found that the progress of reduction degree occurred in the transition (ZT) and cooling (ZA) regions, in other words, it remained along these zones of the metallization values obtained at the bottom of ZR; The influence of water vapor in the carburization process in the case studies (0 - 4.25 percent H 2 O) takes a smaller percentage of carburization (2.7 percent C - 2.35).

MSc (Mathematcs) / Department of Mathematics and Applied Mathematics / Infectious diseases remain a major public health concern. Well-known for causing sickness and death, enormous pain and suffering, increased time spent on patient care and huge economic losses due to lost production. Infectious diseases continue to be a scourge without equal. In this work, we address the following research question: Can we use a multiscale model of HIV/AIDS transmission dynamics to assess the comparative effectiveness of health interventions that are implemented at different scale domains? To achieve the set objectives of the study, we use multiscale modelling approach, a new and emerging computational high-throughput technique for mathematically studying problems that have many characteristics across several scales. To be more specific, we perform three tasks in addressing the research question. First, we develop a within-host submodel and use it to show it’s associated limitations which only a multiscale model can resolve. Second, we develop a between-host submodel and use it to motivate the need for multiscale modelling of the HIV/AIDS disease system. Finally, we link the two submodels to produce a nested HIV/AIDS multiscale model that affords us the opportunity to compare effectiveness of five preventive and treatment HIV/AIDS health interventions. Analysis of the multiscale model shows that it is possible to jointly study two key aspects (immunology and epidemiology) of infectious diseases. The multiscale model provides the means for making meaningful comparative effectiveness on available preventive and treatment health interventions. Consequently, we employ the multiscale model to show that impact of HIV/AIDS packages increases as more interventions are integrated into the packages. Specifically, the study shows that combined HAART and male circumcision is more effective than an intervention involving HAART alone. Overall, our study successfully illustrates the utility of multiscale modelling methodology as a tool for assessing the comparative effectiveness of HIV/AIDS preventive and treatment interventions. For purposes of informing public health policy, we use the study results to infer that condom use, male circumcision and pre-exposure prophylaxis are more effective in controlling the transmission dynamics of HIV/AIDS at the start of the epidemic as compared to when the disease is endemic in the community while the converse is also true for HAART. / NRF