Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-10-05T11:47:35Z No. of bitstreams: 1 micheleferreiralima.pdf: 5915949 bytes, checksum: e395fbdd27769373c115eaa14346a8a6 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-10-05T13:55:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 micheleferreiralima.pdf: 5915949 bytes, checksum: e395fbdd27769373c115eaa14346a8a6 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-05T13:55:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 micheleferreiralima.pdf: 5915949 bytes, checksum: e395fbdd27769373c115eaa14346a8a6 (MD5) Previous issue date: 2010-07-30 / A Modelagem Matemática é uma ferramenta de estudo ecológico que vêm sendo aplicada ao gerenciamento de ecossistemas aquáticos com foco nos compartimentos físico, químico e biológico. Esta dissertação tratou da aplicação de um modelo hidrodinâmico tridimensional (Elcom) no Lago dos Manacás, com o objetivo de obter uma representação realista da estrutura térmica do reservatório. Uma vez calibrado, o Elcom constitui-se em uma eficiente metodologia para análise rápida dos processos de mistura e estratificação da coluna d’ água. É sabido que a circulação da água influencia na dinâmica de nutrientes e de comunidades biológicas, assim como na ressuspensão do sedimento, que atua como uma fonte de material orgânico e inorgânico para o sistema. Dessa forma, este trabalho também objetivou versar sobre as influências físicas e climáticas na biogeoquímica e coloração do lago. Nossos dados demonstraram que o Elcom foi satisfatoriamente representado na superfície da água (epilímnio), apenas com a configuração a partir de dados climáticos locais. Porém, este resultado não foi obtido na região intermediária (metalímnio) e no fundo do lago (hipolímnio). Assim, foi relevante entender as forçantes que influenciam na circulação da água, que esteve associada com ventos predominantes (NE-E) e velocidade de 7,8 m s-1. A chuva atuou de forma indireta e significativa, aumentando a vazão de entrada e promovendo o escoamento superficial. Foi observado que durante dias chuvosos de dezembro o lago manteve-se misturado e com altos níveis de turbidez e material em suspensão, que influenciam de forma indireta na cor verdadeira da água. A nossa hipótese inicial era que o Carbono Orgânico Dissolvido (COD) influenciava na cor do lago, porém esta foi derrubada, uma vez que no período estudado este não influenciou na coloração. No geral, o Lago dos Manacás não é limitado por nitrogênio e fósforo, possui estratificação química e pH neutro; altas concentrações de Ferro Total (FT) no fundo, o qual esteve relacionado com o Fosfato (FOS), uma vez que as maiores médias de FOS foram presentes quando o FT foi menor. Esse trabalho tem como perspectiva futura a aplicação dos dados biogeoquímicos em uma modelagem Ecológica (Caedym), calibrando-a no Lago dos Manacás. Assim, a modelagem acoplada Elcom – Caedym poderá ser vislumbrada para estudos futuros. / The mathematical modeling is a tool for ecological studies that has been applied to management of aquatic ecosystems with focus on physical, chemical and biological compartments. This thesis aimed to apply a three-dimensional hydrodynamic model (Elcom) in Manacás Lake, with the purpose to obtain a realistic representation of the thermal reservoir structure. When calibrated, the Elcom is an efficient methodology that can be applied for rapid analysis of the water column mixing and stratification processes. It is known that the movement of water influences the nutrient dynamics and biological communities, as well as resuspension of sediment, which acts as a source of organic and inorganic material into the system. This study also aimed to relate the physical and climatic influences on the biogeochemistry and color of the water. Our data demonstrated that Elcom has been satisfactorily represented on the water surface (epilimnion), only with local climatic configuration. However, this result was not obtained in the intermediate region (metalimnion) and in the bottom (hypolimnion). Thus, it was important to understand the forces that influence the water movements, which was associated with predominant winds (NE-E) and velocity of 7.8 m s-1; the rain acted indirectly and significantly increasing the inflow and promoting the runoff. It was observed that during rainy days in December, the lake remained mixed, with high levels of turbidity and suspended solids, which indirectly influence the true color of water. Our initial hypothesis was overthrow failed, because the Dissolved Organic Carbon (COD) did not affect the color. Overall, Manacás Lake is not limited by nitrogen and phosphorus, it presented chemical stratification, has neutral pH and high concentrations of Total Iron (TI) on the bottom, which was related to the FOS, since higher values of phosphate ( FOS), were present when the TI was lower. This work has the prospect of future application of biogeochemical data in ecological model (Caedym) and to calibrate it in Manacás Lake. Thus, the coupled modeling Elcom - Caedym can be envisioned for future studies.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2018-07-26T11:55:59Z No. of bitstreams: 1 ruyfreitasreis.pdf: 3379949 bytes, checksum: a3dba87d62cc183caa47e77b29eea593 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-09-03T16:19:42Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ruyfreitasreis.pdf: 3379949 bytes, checksum: a3dba87d62cc183caa47e77b29eea593 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-03T16:19:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ruyfreitasreis.pdf: 3379949 bytes, checksum: a3dba87d62cc183caa47e77b29eea593 (MD5) Previous issue date: 2018-07-20 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Edema é um dos sintomas mais comuns em uma doença infecciosa, juntamente com calor, vermelhidão e dor. Muitas vezes, o edema é consequência da interação entre o sistema imunológico e a dinâmica do fluido intersticial. Deste modo, quando um patógeno entra no corpo de um animal, a consequência natural é uma reação imunológica ativada por citocinas produzidas pelos macrófagos. Esta resposta imune recruta outras células do sistema imunológico, e.g. neutrófilos, que são responsáveis por localizar e destruir estes invasores. Este processo fisiológico pode ser matematicamente descrito por um sistema não linear de equações diferenciais parciais (EDP) com uma aproximação em meios porosos. A fim de simplificar a modelagem, foi considerada somente a interação entre o neutrófilo e o patógeno (uma bactéria não especifica). A dinâmica do fluido intersticial pode ser influenciada pelo sistema linfático, capilares sanguíneos, além da reação inflamatória. Inicialmente, neste trabalho é apresentada uma aproximação com a porosidade constante, seguida por uma segunda abordagem utilizando a teoria da poroelasticidade proposta por Biot. A influência do sistema imune é feita por meio de um acoplamento com a equação de Starling, que modela o fluxo nas membranas capilares. As simulações foram apresentadas, em sua maioria, em um domínio unidimensional, a fim de facilitar a compreensão dos resultados. Além disso, um estudo de caso bidimensional no eixo curto do coração também é apresentado, para simular o edema devido a uma miocardite bacteriana. O método numérico utilizado para as simulações unidimensionais é o método dos volumes finitos (MVF) e para as simulações bidimensionais é o método dos elementos finitos (MEF). Finalmente, este estudo também realizou validações qualitativa dos resultados in silico com dados in vivo, a fim de avaliar a modelagem proposta. / Edema is one of the most common symptoms found in infectious diseases along with heat, redness, and pain. Often, edema may be a consequence of interstitial fluid dynamics and their interactions with the immune system. So, when a pathogen enters into the body, the natural consequence is an immunological reaction triggered by the production of cytokines by macrophages. This immunological response recruits other immune cells, e.g. the neutrophils, responsible for seeking and destroying these foreign invaders. This physiological process can be mathematically modeled by a nonlinear system of partial differential equations (PDE) based on porous media approach. In order to simplify the model, just the interaction between neutrophils and pathogens (an unspecified bacteria) is considered. The interstitial fluid dynamics can be influenced by the lymphatic system, blood capillaries, along with the inflammatory reaction. Initially, this work presents an approximation using constant porosity followed by a second approach using the poroelasticity theory proposed by Biot. The influence of the immune system is coupled by the Starling equation which models the flow in the capillary membranes. The simulations were presented, mostly, in a unidimensional domain, in order to make easier the comprehension of the results. Moreover, a two-dimensional study in the heart short axis is also presented to simulate a bacterial myocarditis. The numerical method used in unidimensional simulations is the finite volume method (FVM) and for the two-dimensional simulation is the finite element method (FEM). Finally, this study makes a qualitative validation of the in silico results with in vivo experimental data, in order to evaluate the proposed model.

Orientadores: Aline Carvalho da Costa, José Geraldo da Cruz Pradella / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-25T15:37:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gelain_Lucas_M.pdf: 1331794 bytes, checksum: 116fec6e0222b23e24403c80d7c5c885 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Modelos matemáticos são necessários para o desenvolvimento de processos, pois permitem o entendimento dos fenômenos envolvidos e podem ser usados para scale-up e otimização das condições de operação. O objetivo deste trabalho foi propor um modelo matemático para descrever a cinética de crescimento celular, consumo de substrato e produção de enzimas utilizando o Trichoderma harzianum em diferentes concentrações de bagaço de cana-de-açúcar (fonte de carbono). Além disso, realizaram-se testes utilizando uma sonda de capacitância para estimação on-line da concentração de células no meio. As concentrações de bagaço de cana-de-açúcar empregadas foram de: 5; 10; 20; 30; e 40 g L-1, onde a concentração 10 g L-1 foi utilizada para validar o modelo e as demais concentrações para a estimação dos parâmetros. As enzimas analisadas foram: celulase (FPase), beta-glicosidase e xilanase. A estimação da concentração de células utilizando a sonda de capacitância mostrou ser uma alternativa interessante, indicando que há boa correlação entre o sinal da sonda e a concentração de células em meio solúvel. No entanto, o meio insolúvel (contendo bagaço de cana-de-açúcar) causou interferências, impedindo seu uso para uma análise quantitativa. Modelos matemáticos foram construídos para descrever as cinco variáveis de estado (concentrações de células e substrato, assim como atividades de celulase (FPase), beta-glicosidase e xilanase). Os modelos parecem representar bem a cinética com um bom ajuste para a maioria dos ensaios. Alterações nos modelos e novos ensaios com concentrações diferentes de substrato ainda precisam ser realizados com a finalidade de melhorar o ajuste e aumentar confiabilidade dos modelos / Abstract: Mathematical models are necessary to processes development, because they enable the understanding of the involved phenomena and can be used to scale-up and optimization of operation conditions. The aim of this work was to propose a mathematical model to describe the kinetics of the cellular growth, substrate consumption and enzyme production using Trichoderma harzianum in different sugar cane bagasse concentrations (carbon source). Besides, tests using a capacitance probe to on-line cellular estimation were performed. The sugar cane bagasse concentrations employed were: 5; 10; 20; 30; e 40 g L-1. The 10 g L-1 concentration was used to validate the model and the others to parameters estimation. The enzymes analyzed were cellulase; beta-glucosidase; and xylanase. The estimation of cellular concentration using the capacitance probe is an interesting alternative indicating good correlation between the sign of the probe and the cells in soluble medium. However, the insoluble medium (with sugar cane bagasse) caused interferences that prevented quantitative analysis. Mathematical models were built to describe the five dependents variables (concentrations of cells and substrate, as well as activities of cellulase (FPase), beta-glucosidase and xylanase). The models seem to represent well the kinetics with a good fit for the majority of the assays. Alterations in the models and new assays with different substrate concentration are needed to provide better fit and increase the model trustworthiness / Mestrado / Engenharia Química / Mestre em Engenharia Química

Orientador: João Maurício Rosário / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-24T03:06:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Floriano-Batista_Rayanne_M.pdf: 3969597 bytes, checksum: fb7104633c8e24f84be507eaef10073d (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Nesta dissertação realiza-se um estudo cinemático e dinâmico da marcha humana tendo como base a biomecânica e a antropomorfia dos membros inferiores, assim como nos paradigmas que regem a reabilitação assistida por meio da robótica. Propõe-se uma estratégia de controle de um exoesqueleto robótico para membros inferiores através do cálculo do torque computado, com a finalidade terapêutica de reabilitação da marcha. Adota-se a marcha dinâmica como inspiração para o modelo do sistema, usando uma estrutura simplificada que atuará em dois modos de funcionamento, onde a transição entre um módulo e outro será controlada por meio do formalismo de sistema de eventos. O sistema foi modelado a partir do desenvolvimento de suas equações dinâmicas e implementação em Matlab®, como também através do uso da plataforma SimMechanics® que permitiu a modelagem de componentes externas com maior grau de complexidade. Através de simulação computacional verificou-se que sistema em estudo apresentou um desempenho preciso no desenvolvimento da marcha, onde se considerou, inclusive, os efeitos do impacto que ocorrem a partir da interação do pé com solo / Abstract: In this dissertation is executed a cinematic and dynamic study of human's gait based on the field of knowledge of biomechanics and the anthropomorphic characteristics of human's leg, based as well on paradigms the rules the assisted rehabilitation with the use of robots. Here it's proposed and strategy of control of robotic exoskeletons for lower limbs through the computed torque with therapeutic goal to improve the human gait. The dynamic gait inspire the system's model, it's used a simplified structure which will function in two distinctive modes of operation, the transition between the modes is control by a system of discrete events. The modeled system is developed from its dynamic equations in Matlab® and also with the use of SimMechanics® simulation platform the allowed the inclusion of external components with greater complexity in the model. Through the computational simulation is concluded that the studied system had a precise performance in development of the gait, the control simulation included the effects of the impact that occurs when the foot interact with the solo / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestra em Engenharia Mecânica

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-20T04:52:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PlazasTovar_Laura_D.pdf: 30398679 bytes, checksum: 294839d0c5d272ef9b42f68de9ede471 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O processo de destilação molecular reativa, no qual ocorre o acoplamento de destilação molecular e reação química simultaneamente, pode ser qualificado como um processo híbrido e também como um processo intensificado, dada a configuração do equipamento e as condições operacionais que viabilizam a implementação de alto vácuo (<50 Pa), permitindo submeter o material a temperaturas adequadas num curto tempo operacional, garantindo um contato muito intenso da amostra com a superfície catalítica. Este trabalho teve como finalidade desenvolver a modelagem matemática e simulação do processo de destilação molecular centrífuga reativa (DMCR - em catálise heterogênea) baseada na descrição matemática descrita para o processo de destilação molecular centrífuga de frações pesadas de petróleo. Para a simulação, foi considerado como caso de estudo o processamento do resíduo atmosférico "ATR-W" 673,15 K+ com grau API igual a 11,9 e massa molar igual a 2956 kg·kmol-1. A modelagem e simulação foram realizadas nas condições de estado estacionário. O conjunto de (11+18N) equações diferenciais parciais e algébricas e (27+19N) variáveis foi incorporado no ambiente computacional, denominado DESTMOL-R, desenvolvido na linguagem FORTRAN-90 usando o compilador Compaq Visual Fortran (professional edition 6.6). O sistema de equações formuladas no filme, ao longo da superfície cônica do evaporador, foi resolvido numericamente através do método das linhas. Condições de temperatura do evaporador entre 473.15K e 523.15 K e de porcentagem de catalisador (catalisador zeolítico regenerado de uma unidade de FCC) entre 3 e 5% m/m foram avaliadas. As variáveis de saída, tais como: a temperatura da superfície do filme (Ts), a espessura de filme (?), a taxa de evaporação efetiva (GE), o fluxo mássico de destilado (D), a velocidade radial (?r), a concentração de pseudocomponente "a" (Xa) e a conversão (?) foram calculadas através da análise dos efeitos das condições operacionais definidas como sendo: a temperatura do evaporador (EVT), a vazão de alimentação (Q), a porcentagem de catalizador (%CAT), a temperatura de alimentação (Tfeed), a temperatura do condensador (Tcond), a velocidade do rotor (RS) e a pressão do sistema (PS). Os resultados mostraram que as variáveis de entrada, tais como a temperatura do evaporador (EVT) e a porcentagem de catalisador (%CAT) são as condições operacionais de maior influência sobre a composição final do fluxo do condensado. A concentração do pseudocomponente "i" diminui nas direções -s e -r, devido ao aumento da temperatura nas camadas internas do filme líquido. Por conseguinte, a espessura do filme diminui rapidamente ao longo da superfície do evaporador, enquanto que a quantidade de destilado aumenta continuamente ao longo do evaporador às condições operacionais seleccionadas. Resultados obtidos das simulações apresentaram uma conversão da carga de 65.6% no destilado e de 49,6% no resíduo, considerando uma porcentagem de 3% m/m de catalisador na carga inicial e uma temperatura de processo de 483,15 K. As predições oriundas da simulação foram comparadas com os dados experimentais e indicaram um desvio relativo percentual médio menor do que 6,82%; 9,39% e 14,92% para a taxa global de destilado, conversão na corrente de destilado e conversão na corrente de resíduo, respectivamente, o que é valioso, considerando-se a complexidade do processo e da mistura. Assim, o modelo desenvolvido mostrou-se adequado para descrever os processos de reação - separação na destilação molecular centrífuga reativa fornecendo orientação teórica para o desenvolvimento experimental e a futura otimização do processo. Por fim, o salto tecnológico em matéria computacional e experimental da DMCR concluiu em um efetivo desempenho do processo obtendo produtos com características favoráveis para os processos de exploração, escoamento, transporte e refino desde que: (i) mudanças importantes na fração analítica >613,15 K foram reportadas nas correntes de destilado atingindo uma conversão do ATR-W 673,15 K+ superior a 64.3%, valores de grau API entre 19 e 21 e massa molar até 200 kg·kmol-1, e (ii) foram observadas alterações significativas nas frações analíticas >613,15 K e >813.15 K nas correntes de resíduo, atingindo uma conversão do ATR-W 673,15 K+ entre 8.0% e 53.1%, valores de grau API aproximadamente iguais a 11,9 e massa molar entre 2570 kg·kmol-1 - 2908 kg·kmol-1 / Abstract: The reactive molecular distillation process, in which, the molecular distillation process and reactive process occur simultaneously can be characterized like an intensified and hybrid process due to the particular features on the equipment configuration which lead to use higher vacuum (<50 Pa), to keep the material inner the equipment with a short operational residence time, and to achieve a very intensive contact among the sample and catalytic surface. This work focuses mainly on the mathematical modeling and numerical simulation of centrifugal reactive molecular distillation process (CRMD - using heterogeneous catalysis) based on mathematical description of the centrifugal molecular distillation from high-boiling-point petroleum fractions. The computational case study illustrated was a 673.15 K+ high-boiling-point petroleum fraction of "W" crude oil (atmospheric residue ATR-W) with API gravity equals 11.9 and molar mass equals 2956 kg·kmol-1. The model and simulations were described at the steady-state conditions. A set of (11+18N) equations and (27+19N) variables were processed by the computational program named DESTMOL-R developed in FORTRAN-90 language using Compaq Visual Fortran compiler (professional edition 6.6). The system equations formulated inner the thin liquid film, along the evaporator surface, was numerically solved by the numerical method of lines. The process temperature (evaporator temperature) from 473.15 K to 523.15 K and the influence of adding a zeolite-based catalyst (regenerated catalyst used for FCC technology) between 3 and 5 %wt were examined. The output variables, such as the surface temperature (Ts), film thickness (?), effective evaporation rate (GE), distillate mass flow rate (D), radial velocity (?r), concentration of pseudocomponent "a" (Xa) and the conversion degree (?) profiles, were computed by analyzing the effects of the operational conditions (the evaporator temperature (EVT), feed flow rate (Q), percent weight of catalyst (%CAT), feed temperature (Tfeed), condenser temperature (Tcond), rotor speed (RS) and the system pressure (Ps)). Results showed that the inlet variables such as the evaporator temperature (EVT) and the weight percent of catalyst (%CAT) are the most suitable operating conditions into the final composition of the condensate flow. The concentration of the pseudocomponent "i" shrinks in both s- and r- directions, due to the fast increase of the temperature in the thin liquid film. Consequently, the thickness of the film rapidly decreases in this region, whereas the amount of the distillate of the split molecules continuously increases along the evaporator at the selected operating conditions. Simulated data indicated a conversion equal to 49.6% of feedstock in the residue stream and 65.6% of feedstock in the distillate stream when considered 3 wt% of catalyst and an evaporator temperature (EVT) equals 483.15 K. The simulated results agree well with those obtained by the experimental study, indicating the accuracy and reliability of the mathematical model since the average percent error was no larger than 6.82%, 9.39% and 14.92% for the distillate flow rate, extent conversion in the distillate rate and in the residue stream, respectively. It can be concluded that the mathematical model can describe the reaction - split processes in the CRMD process providing theoretical guidance for the further experimental runs and process optimization. Finally, the technological leap in the computational and experimental exercises of the CRMD process concluded in an effective performance of the process obtaining products with favorable characteristics for exploration, flow, transport and refining processes since: (i) important changes in the >613.15 K analytical fraction were reported in the distillate stream reaching a conversion of the ATR-W 673.15 K+ higher than 64.3%, values of API gravity between 19-21 and molar mass up 200 kg·kmol-1, and (ii) significant changes were found in the >613.15 K and >813.15 K analytical fractions of the residue streams, reaching a conversion of the ATR-W 673.15 K+ between 8.0 and 53.1%, values of API gravity approximately equal to 11.9 and molar mass between 2570 kg·kmol-1 - 2908 kg·kmol-1 / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Rubens Maciel Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-20T17:52:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 HerreraAgudelo_WilliamEduardo_M.pdf: 3080655 bytes, checksum: 1ffc9c47174c539ebfd93c541c5d460a (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Pesquisas estão sendo conduzidas em todo o mundo para o desenvolvimento de novas tecnologias para a produção de combustíveis líquidos a partir de recursos renováveis. Neste contexto a produção de bioetanol a partir de cana de açúcar é uma forma de reduzir o consumo de petróleo bruto e de contribuir com a redução da poluição ambiental, tornando-se uma importante alternativa para a obtenção de um combustível sustentável. Dentro do panorama exposto, pretende-se avaliar uma forma efetiva de diminuir os custos de produção do etanol combustível, o que contribui com a viabilidade econômica desta alternativa. Levando isso em consideração, nesse trabalho se desenvolveu um software sensor para determinação de Biomassa, Substrato e Produto a partir de medidas secundarias como turbidez, pH, vazão de CO2 e temperatura, usando um modelo híbrido neural que combina as equações de balanço de massa com redes neurais que descrevem a cinética do processo de fermentação. O processo fermentativo tem como matéria prima uma mistura de hidrolisado de bagaço e melaço de cana 75% e 25% em volume utilizado neste trabalho, respectivamente. Este tipo de composição é típica de processos de produção de etanol de 2a geração (que fazem uso da hidrólise do bagaço) acoplada com processos de 1a geração (que fazem uso do caldo extraído da cana, processo convencional já existente). Desta forma os desenvolvimentos realizados neste trabalho podem ser aplicados tanto para os processos convencionais quanto os processos de 2ª geração / Abstract: Researches are being conducted worldwide to the development of new technologies for the production of liquid fuels from renewal resources. In this context, the production of bioethanol from sugar cane is one way to reduce consumption of petroleum crude, and to contribute with the reduction of environmental pollution, becoming an important alternative for the achivement of a sustainable development. Within the proposed scenario, the goal is to evaluate an effective way to reduce costs of the production of ethanol biofuel, which contributes to the economic viability of this alternative Taking this into consideration, this work has developed a software sensor for determination of biomass, substrate and product from secondary measures such as turbidity, pH, CO2 flow rate and temperature, using an artificial neural network that combines the mass balance equations with neural networks that describe the kinetics of the fermentation process. The fermentation process is as raw material a mixture of hydrolyzed and cane molasses 75% and 25% volume, respectively. This type of composition could be typical of the second generation of the ethanol production process (making use of the bagasse hydrolysis) coupled with processes of first generation (making use of the juice extracted from sugar cane, which it's a conventional process already exists).Thus the developments made in this work can be applied not only to conventional processes, but also to possible processes of second generation / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The models based on spatially distributed processes describe erosion and sediment yield using a physical approach of the mechanisms. In general, these models require high quality input data, description of the landscape, insertion of the physical processes involved, among others. Thus, it is not uncommon to find models that due to some operational difficulty do not fit well in the natural processes. Therefore, the objective of this study was to understand the hydrological and sedimentological dynamics of the Arvorezinha/RS experimental catchment in order to set the constraints of mathematical modeling that generate the overestimation in modeling the suspended sediment concentration (SSC) and sediment yield (SY). The study took place in the Arvorezinha experimental catchment, located in southern Brazil, which possesses a total drainage area of 1.23km2. Along with hidrossedimentological monitoring, there was an insertion of solute analysis through dissolved silicon (Sid) and particulate during and between precipitation events. This was carried out to understand the hydrological behavior of the catchment as well as assist in flow separation. The mathematical modelling of the erosive process was done with the LISEM model for the nine events monitored with Sid. In addition, we conducted an analysis of extreme events and variables responses, especially for SY, between 2010 and 2015. The years of 2014 and 2015 were the wettest since 2010, which had around 2.500mm of rain. The events monitored with Sid led us to conclude that the sub-surface flows have the biggest contribution during the event of precipitation, especially in events that take place in autumn-winter and low-average magnitude. Furthermore, it was possible to observe the effect of dilution that occurs during the events, that is, as liquid discharge increases, the concentration of Sid reduces. This is reflected in the suspended sediment concentration, because, as the event occurs, the SSC resulting from the surface flow will be diluted in the subsurface flow. Because, according to the present study, these water movements with lower speeds have a very important role in the hydrograph (it was higher than or close to 50% of the total volume). Therefore, the modeling of the erosive process is significantly influenced by the contribution of the slow flows (subsurface and groundwater flow), given that the model simulates the quick flow (superficial). In this way, LISEM model usage in areas with lower flow speeds can be limited; consequently, a greater level of care is required when concluding on the use of the model and their capacity to represent the hidrossedimentological processes. / Os modelos baseados em processos espacialmente distribuídos descrevem a erosão e a produção de sedimentos utilizando uma abordagem física dos mecanismos. Em geral, esses modelos exigem alta qualidade nos dados de entrada, descrição da paisagem, inserção dos processos físicos envolvidos, entre outros. Assim, não é raro encontrarmos modelos que, por alguma dificuldade operacional, não se ajustem bem aos processos naturais. Dessa forma, o objetivo do estudo foi compreender a dinâmica hidrológica e sedimentológica da bacia experimental de Arvorezinha/RS, para definir os condicionantes da modelagem matemática que geram a superestimava na modelagem da concentração de sedimentos em suspensão e da produção de sedimentos (PS). O estudo ocorreu na bacia experimental de Arvorezinha, sul do Brasil, com área de drenagem de 1,23km2. Juntamente ao monitoramento hidrossedimentológico, houve a inserção da análise de solutos por meio do silício dissolvido (Sid) e particulado durante eventos e entre eventos de precipitação. O monitoramento com Sid foi realizado para compreender o comportamento hidrológico da bacia hidrográfica, bem como auxiliar na separação dos escoamentos. A modelagem matemática do processo erosivo foi realizada com o modelo LISEM para os nove eventos monitorados com Sid. Além disso, foi realizada uma análise dos eventos extremos e das variáveis respostas, principalmente a PS, entre 2010 e 2015. Os anos de 2014 e 2015 foram os mais chuvosos desde 2010, com, aproximadamente, 2.500mm ao ano. Os eventos monitorados com Sid permitiram concluir que os escoamentos subsuperficiais possuem a maior contribuição de água no hidrograma durante o evento de precipitação, principalmente em eventos que ocorrem no outono-inverno e de baixa-média magnitude. Além disso, pôde-se verificar o efeito de diluição que ocorre durante os eventos, isto é, com o aumento da descarga líquida, a concentração de Sid reduz. Isso reflete-se na concentração de sedimentos em suspensão (Css), pois, havendo o evento, a Css de origem do escoamento superficial será diluída nos escoamentos subsuperficiais, uma vez que, conforme o estudo aqui realizado, esses movimentos de água mais lentos apresentam um papel muito importante no hidrograma (foi superior ou próximo a 50% do volume total). Portanto, a modelagem do processo erosivo na bacia experimental de Arvorezinha é significativamente influenciada pela contribuição dos fluxos lentos (subsuperficial e subterrâneo), uma vez que o modelo simula o escoamento rápido (superficial). Desse modo, o uso do modelo LISEM em áreas com a presença de escoamentos de menor velocidade pode ser limitado; por isso, é necessário cuidado ao obter conclusões sobre o uso do modelo e a capacidade do mesmo em representar os processos hidrossedimentológicos.

Mathematical modelling using differential equations is an important tool to predict the behaviorof vanadium redox batteries, since it may contribute to improve the device performance and leadto a better understanding of the principles of its operation. Modelling can be complementedby asymptotic analysis as a mean to promote reductions or simplifications that make modelsless complex. Such simplifications are useful in this context, whereas these models usuallyaddresses one cell only – the smallest operating unit – while real applications demand tensor hundreds cells implying on larger computational requirements. In this research, severaloptions for asymptotic reductions were investigated and, applied to different models, were ableto speed up the processing time in 2.46× or reduce the memory requirements up to 11.39%. Thecomputational simulations were executed by COMSOL Multiphysics v.4.4, also by in-housecode developed in MATLAB. The validation of results was done by comparing it to experimentalresults available in literature. Additionally, correlating the results provided by COMSOL withthe ones arising from the implemented sub-routines allowed to validate the developed algorithm.Key-words: / A modelagem matemática por meio de equações diferenciais é uma importante ferramenta paraprever o comportamento de baterias redox de vanádio, pois ela pode contribuir para o aperfeiçoamentodo produto e melhor entendimento dos princípios da sua operação. Os estudos demodelagem podem ser aliados à análise assintótica no intuito de promover reduções ou simplificaçõesque tornem os modelos menos complexos, isso é feito a partir da observação da importânciaque cada termo exerce sobre as equações. Tais simplificações são úteis neste contexto, visto queos modelos geralmente abordam uma célula apenas - a menor unidade operacional da bateria- enquanto aplicações reais exigem o uso de dezenas ou centenas delas implicando em umamaximização do uso de recursos computacionais. Neste trabalho, foram investigadas múltiplasformas de reduções assintóticas que empregadas na construção dos modelos puderam acelerar otempo de processamento em até 2,46 vezes ou reduzir os requisitos de memória principal em até11,39%. As simulações computacionais foram executadas pelo software COMSOL Multiphysicsv. 4.4, e também por scripts desenvolvidos em ambiente de programação MATLAB. A validaçãodos resultados foi feita comparando-os a dados experimentais presentes na literatura. Talabordagem permitiu também validar as rotinas implementadas para a simulação dos modeloscomparando suas soluções com aquelas providas pelo COMSOL.

Este trabalho apresenta uma investigação das propriedades dinâmicas da válvula borboleta eletrônica do sistema de admissão de ar de um motor a combustão interna. O objetivo é utilizar um modelo matemático da válvula borboleta com todos os seus parâmetros identificados para efetuar o controle da válvula e aplica-lo em ambiente real. Tendo o modelo e os parâmetros identificados, compara-se o comportamento real de uma válvula borboleta com o comportamento simulado, utilizando os mesmos sinais de entrada, de tal forma a validar o modelo desenvolvido. Utilizando o controle Proporcional Integral, foi possível mostrar a aplicabilidade da metodologia que pode ser estendida para projetos de controle mais complexos. Com o controle PI, o modelo matemático é validado e pode ser utilizado como base para projetos de controle mais complexos. O modelo aqui desenvolvido representa satisfatoriamente a dinâmica da válvula borboleta, sendo possível utilizá-lo em outros tipos de válvula borboleta. / This work presents an investigation on the dynamic properties of the electronic air intake throttle valve of an internal combustion engine. The objective is to use a mathematical model of throttle valve with all it\'s parameters identified to effect control of the valve and apply it in a real environment. Having identified model parameters, the real performance is compared to a throttle valve with the simulated behavior using the same input signals, in order to validate the developed model. Using the Proportional Integral control, it was possible to show the applicability of the methodology that can be extended to more complex control design. The model here developed satisfactorily represents the dynamics of the throttle valve, being able to use in other types of throttle valves.

Neste trabalho, estudos da copolimerização em emulsão de estireno e butadieno foram realizados em duas etapas. A primeira etapa consistiu na obtenção de um modelo matemático que representasse os processos em batelada e em semicontínuo através das principais variáveis do processo. Na segunda etapa, o efeito de diversas variáveis importantes ao processo foi avaliado, dentre elas: o tempo de adição dos reagentes, o tipo de alimentação empregado e a temperatura da reação. O modelo matemático se baseia em um trabalho previamente publicado que foi adaptado para simular o processo de copolimerização de estireno e butadieno em emulsão. Foram simulados processos em batelada e em semicontínuo. Em conjunto com os resultados experimentais, foi realizada a estimação de parâmetros não obtidos na literatura utilizando o método de Marquardt. As características do processo e as propriedades do polímero, tais como, conversão, diâmetro de partícula, taxa de polimerização e pressão interna do reator também foram obtidas, fornecendo condições para otimização e avaliação do processo de polimerização em batelada e em semicontínuo. Adicionalmente, também foi proposto um modelo de equilíbrio líquido-vapor dos monômeros. Os ensaios experimentais foram realizados em reator encamisado semicontínuo de mistura com 3 litros, nos quais foram utilizados persulfato de sódio como iniciador, lauril sulfato de sódio como emulsificante e tercdodecil mercaptana como agente de transferência de cadeia. Foram estudados os efeitos da temperatura, do tipo e do tempo de alimentação utilizada. A velocidade de polimerização, os diâmetros médios de partículas, o teor de monômero residual, o teor de insolúveis e o teor de resíduos foram avaliados. A cromatografia gasosa foi aplicada com sucesso em análises de látex e monômeros com finalidades diversas, destacando-se a obtenção de coeficientes de atividade necessários ao modelo de equilíbrio líquido-vapor, análise da concentração de monômeros ao longo da reação e análise da concentração de monômero residual. / In this work, studies of the styrene butadiene emulsion copolymerization had been performed in two stages. The first stage composed of a mathematical model that represented the batch and semi continuous process. In the second stage, the effects of diverse process variables were evaluated, among them: the time of addition of the reagents, feeding type and temperature reaction. The mathematical model was based on previously published work that it was adapted to simulate the styrene butadiene emulsion copolymerization process. Batch and semi continuous processes were simulated. In assembly with the experimental results, Marquardt method was applied to estimate some parameters that wasn’t found in literature. The variable process and the properties of polymer, such as, conversion, particle diameter, rate of polymerization and pressure of the reactor had been also simulated to batch and semicontinous process. A liquid-vapor balance of monomers model was proposed. The experimental stage had been carried through in a semi continuous stirring jacket tank reactor with 3 liters. Sodium persulfate as initiating, sodium lauryl sulfate as surfactant and Tert dodecyl mercaptan as chain transference agent had been used. The effect of temperature, type and time feeding had been studied. Polymerization rate, particles diameter, residual monomer had been evaluated. The gaseous chromatography was successfully applied in analyses of latex with diverse purposes: activity coefficient estimation, adjustment of liquid-vapor model, analysis of residual monomer of the reaction and volatiles organic components concentration in final latex.