A cafeicultura é uma atividade agrícola histórica e tradicional no Brasil e que passa atualmente por uma reformulação em função das novas exigências qualitativas e sociais no mercado internacional. A importância da qualidade do café reside em atender o gosto do consumidor e em representar um fator bastante específico para sua apreciação. As características físicas e organolépticas da bebida do café são influenciadas pelos manejos pré e pós-colheita da cultura. Nesse contexto, a demanda por cafés finos torna necessário que os sistemas de produção adotem novas tecnologias, de manejo e gerenciais, que permitam o aumento da produtividade e a obtenção de um produto com elevada qualidade. O incremento da complexidade no setor torna maior a responsabilidade do produtor perante suas decisões administrativas, incentivando-o a buscar novas ferramentas de análise. A modelagem matemática apresenta-se como um auxílio nas tomadas de decisões cuja aplicação em problemas de otimização na agricultura é bem sucedida. Nesse sentido, esta dissertação tem como objetivo a otimização do gerenciamento de uma propriedade agrícola voltada para a produção de cafés. Para tanto, foi realizado um estudo de caso na Fazenda Santa Maria da Boa Vista, localizada no município de Cristais Paulista (SP), cujos dados empíricos da produção de café auxiliaram na elaboração e validação de um modelo matemático para a otimização da produção de cafés finos. Tal modelo matemático de programação linear multiobjetivo, composto por uma função multiobjetivo, três conjuntos de restrições contábeis, sete conjuntos restrições técnicas e dois conjuntos de variáveis endógenas, se mostrou capaz de auxiliar no planejamento da produção da propriedade, na programação do seqüenciamento de colheita das lavouras, determinando o volume ótimo de produção de cafés finos. / Coffee production is a historical and traditional agricultural activity in Brazil which is going through a reformulation due to new qualitative and social demands in the international market. The importance of quality to coffee resides in attending the consumer needs and in representing a specific factor for price determination. The physical and organaleptic characteristics of coffee drinks are influenced by pre and post-harvest management of the culture. In this context the demand for special coffee makes it necessary to adopt new technologies to the production systems, to manage the culture and its administration, which allow increase in productivity and a product with good quality. This elevation in complexity within the coffee chain increases the importance given to the farmer\'s administration decisions, stimulating him to search for new supporting tools for analysis. Mathematical modeling presents itself as an assisting tool to decision making with successful applications in agriculture. Therefore, this study aims to optimize the management of a coffee farm. A case study was conducted at the farm Santa Maria da Boa Vista, located in Cristais Paulista district in the State of São Paulo. The production data of the farm was used to elaborate and validate the mathematical model for special coffee production optimization. This linear programming multiobjective model with one multiobjective function, three sets of countable restrictions, seven sets of technical restrictions and two sets of endogenous variables presented itself as capable of assisting in the farms production planning, in the determination of the harvest sequencing and of the optimal volume of special coffee production.

Foram realizados experimentos de homopolimerização de estireno e copolimerização de estireno-divinilbenzeno em solução e suspensão aquosa pelos métodos convencional (FRP) e mediado por nitróxido (NMRP). Objetivou-se atingir um maior grau de entendimento sobre estes sistemas em relação ao que se tem na literatura. Para isto, três modelos matemáticos foram avaliados através de validação com os dados obtidos nos experimentos. Os experimentos foram conduzidos em reator de batelada isotérmico. As principais variáveis exploradas neste trabalho foram: temperatura de reação, concentração inicial de divinilbenzeno, diluição inicial da mistura de monômeros e técnicas de polimerização (FRP e NMRP). Os modelos matemáticos foram intitulados: Modelo A, Modelo B e Modelo C. O Modelo A consiste de um balanço de espécies não poliméricas e grupos poliméricos. A determinação das massas moleculares médias e da fração de gel foi feita através de balanços populacionais em termos de função geradora em conjunto com o método das características. Os modelos B e C consistiram de balanços de massa para espécies não poliméricas e método dos momentos para radicais ativos, radicais dormentes e polímero morto. A obtenção das massas moleculares médias e da fração de gel foi feita através do método do fracionamento numérico. Nestes dois modelos, foram consideradas as reações de ciclização através do método dos caminhos. Este método consiste num balanço de segmentos de cadeia que conectam grupos poliméricos. O número máximo de unidades monoméricas, considerado para estes segmentos foi 100 e o valor da constante cinética de ciclização do menor segmento ciclizável (3 unidades monoméricas) foi 450 s-1 para a temperatura de 90°C. O Modelo C leva em conta a redução da reatividade das ligações cruzadas em função do tamanho médio das cadeias em cada geração. Os resultados mostraram que, quando comparado com a FRP, a polimerização NMRP permite somente um controle limitado sobre o processo de reticulação, produzindo distribuições largas de tamanhos de cadeia. Micro e nanoestruturas foram identificadas em produtos obtidos por FRP e NMRP lineares e não lineares. Estas estruturas parecem ser consequência do processo de síntese (ex.: operação em temperatura de reação acima da temperatura de transição vítrea) e do tratamento dos produtos. Massa molecular média mássica e fração de gel foram afetadas consideravelmente pelas reações de ciclização em copolimerizações FRP, porém apresentaram pouca sensibilidade a estas reações em copolimerizações NMRP. A inclusão do mecanismo de ciclização, por si só (no Modelo B), não foi suficiente para produzir bons ajustes modelo/experimentos em termos de massa molecular média mássica (Mw) e fração de gel (Wg). No entanto, o Modelo C é capaz de fornecer boas previsões de Mw e Wg simultaneamente para os experimentos realizados a 90°C. O presente estudo mostrou uma análise na qual os modelos podem se complementar e fornecer subsídios para o desenvolvimento de um modelo unificado. / Homopolymerizations of styrene and copolymerizations of styrene-divinylbenzene were carried out in solution and aqueous suspension through conventional (FRP) and nitroxide-mediated (NMRP) techniques. The aim of the work was to reach a higher level of understanding in comparison to what is found in literature. In order to reach this goal, three mathematical models were assessed through validation using experimental data. The experiments were conducted in isothermal batch reactor. The main variables explored in this work were: reaction temperature, divinylbenzene initial concentration, initial dilution of monomers and polymerization techniques (FRP and NMRP). The mathematical models were named: Model A, Model B and Model C. The Model A consists of a balance of non-polymeric species and polymer groups. The average molecular weights and gel fraction were calculated through population balances in terms of generation function together with the method of characteristics. The models B and C were built using mass balance for non-polymeric species and the method of moments for active radicals, dormant radicals and dead polymer. The average molecular weights and gel fraction were calculated through the numerical fractionation technique. In these two models, cyclization reactions were considered through the method of paths. This method consists of a balance of chain segments which connect polymer groups. The maximum number of monomeric units considered for these segments was 100 and the value of the kinetic constant of cyclization for the smaller cyclizable path (3 monomeric units) was 450 s-1 at 90°C. The Model C takes into account the reduction of reactivity of the crosslink reactions in function of the average size of the chains in each generation. The results showed that, when compared with FRP, NMRP allows only a limited control over the crosslinking process, producing broad chain length distributions. Micro and nanostructures were identified in products obtained by linear and non-linear FRP and NMRP. These structures seem to be consequence of the synthesis process (e.g.: operation in reaction temperatures above the glass transition temperature) and of the products treatment. Weight average molecular weight and gel fraction were affected considerably by the cyclization reactions in FRP, however they presented few sensibility to these reactions in NMRP. The inclusion of the mechanism of cyclization, itself (in Model B), was not enough to obtain good model/experiments fittings in terms of weight average molecular weight (Mw) and weight fraction of gel (Wg). Although, the Model C is capable of providing good predictions of Mw and Wg simultaneously for the experiments carried out at 90°C. The present study showed an analysis in which the models can complement each other, providing subsidies for the development of a unified model.

Um parâmetro físico essencial na modelagem matemática de qualidade de água visando a análise do impacto causado pelo lançamento de efluentes nos corpos d\'água superficiais é o coeficiente de dispersão longitudinal (DL). Portanto, a devida quantificação desse parâmetro é de grande importância para garantir a confiabilidade dos resultados de um modelo matemático de qualidade de água. Sendo assim, o presente trabalho propôs a quantificação de tal parâmetro. Para isso foram efetuados ensaios de campo de estímulo-resposta com traçador salino (cloreto de sódio) em dois cursos d\'água de pequeno porte localizados no município de Uberaba - MG. Após a realização dos ensaios de campo foram utilizados métodos diretos para a quantificação do parâmetro a partir dos dados experimentais. Os valores de DL mais confiáveis derivaram do método da convolução (routing procedure), variando de 0,70 a 10,44 m2/s. Também foi desenvolvido um modelo matemático de previsão do coeficiente de dispersão longitudinal a partir dos resultados experimentais com base em análise dimensional e a técnica de regressão linear múltipla. O r2 da equação gerada foi de 0,87, o que sugere que esta equação é adequada para a estimativa do coeficiente de dispersão longitudinal para os cursos d\'água estudados. Foi efetuada também a validação da aplicabilidade do modelo matemático desenvolvido a outras condições de campo diferentes daquelas utilizadas em sua dedução, com base em resultados experimentais obtido por outros autores. Por fim foi obtida, para os trechos dos cursos d\'água estudados, os coeficientes de dispersão longitudinal pelas equações empíricas e semi-empíricas de previsão mais conhecidas na literatura, comparando-se o desempenho de tais equações com a equação desenvolvida no trabalho através de análise estatística. A equação produzida no presente trabalho gerou melhores estimativas do coeficiente de dispersão longitudinal para os cursos d\'água estudados do que as equações utilizadas para comparação. / An essential parameter in the mathematical modeling of water quality in order to analyze the impact caused by the release of effluents into surface water bodies is the longitudinal dispersion coefficient (DL) . Therefore, proper quantification of this parameter is of great importance to ensure the reliability of the results of a mathematical model of water quality. Thus, this paper proposed to quantify this parameter. For this, field tests were conducted with stimulus-response tracer salt (sodium chloride) in two small streams located in Uberaba - MG. After completion of the field tests, direct methods to quantify the parameter from experimental data were used. The most reliable DL values derived from the routing procedure method, with valuer between 0.70 to 10.44 m2/s. Also we developed a mathematical model to predict the longitudinal dispersion coefficient from the experimental results based on dimensional analysis and multiple linear regression technique. The equation r2 generated was 0.87, suggesting that this equation is suitable for the estimation of longitudinal dispersion in the studied streams. We also performed the validation of the applicability of the developed mathematical model to other field conditions different from those of your deduction, based on experimental results obtained by other authors. Finally we obtained in the literature for the sections of the studied streams, the longitudinal dispersion coefficients by the best known empirical and semiempirical equations, comparing the performance of such equations with the equation developed in this work through statistical analysis. The equation produced in this study gave better predictions of the longitudinal dispersion coefficient for the studied streams than the equations used for comparison.

Neste trabalho foi elaborada uma estrutura de modelos probabilísticos simples que pudessem descrever o processo de tomada de decisão de agentes humanos que são confrontados com a tarefa de prever elementos de uma sequência aleatória gerada por uma cadeia de Markov de memória L. Essa estrutura partiu de uma abordagem bayesiana em que o agente infere uma distribuição de probabilidades a partir de uma série de observações da sequência e de suas próprias respostas, considerando que o agente tenha uma memória de tamanho K. Como resultado da abordagem bayesiana, o agente adota uma estratégia ótima que consiste na perseveração na alternativa mais provável dado o histórico das últimas tentativas; por conta disso e de observações experimentais de que humanos tendem a adotar nesse tipo de problema estratégias sub-ótimas, por exemplo a de pareamento de probabilidades (probability matching), foram desenvolvidas variações sobre esse modelo que tentassem descrever mais de perto o comportamento adotado por humanos. Nesse sentido, foram adotadas as variáveis de troca de resposta (possível ação tomada pelo agente) e de recompensa (possível resultado da ação) na formulação do modelo e foram adicionados parâmetros, inspirados em modelos de ação dopaminérgica, que permitissem um desvio da estratégia ótima resultante da abordagem bayesiana. Os modelos construídos nessa estrutura foram simulados computacionalmente para diversos valores dos parâmetros, incluindo as memórias K e L do agente e da cadeia de Markov, respectivamente. Através de análises de correlação, esses resultados foram comparados aos dados experimentais, de um grupo de pesquisa do Instituto de Ciências Biomédicas da USP, referentes a tarefas de tomada de decisão envolvendo pessoas de diversas faixas etárias (de 3 a 73 anos) e cadeias de Markov de memórias 0, 1 e 2. Nessa comparação, concluiu-se que as diferenças entre grupos etários no experimento podem ser explicadas em nossa modelagem através da variação da memória K do agente crianças de até 5 anos mostram um limite K = 1, e as de até 12 anos mostram um limite K = 2 e da variação de um parâmetro de reforço de aprendizado dependendo do grupo e da situação de decisão à qual os indivíduos eram expostos, o valor ajustado desse parâmetro variou de 10% para baixo até 30% para cima do seu valor original de acordo com a abordagem bayesiana. / In this work we developed a simple probabilistic modeling framework that could describe the process of decision making in human agents that are presented with the task of predicting elements of a random sequence generated by a Markov chain with memory L. Such framework arised from a Bayesian approach in which the agent infers a probability distribution from a series of observations on the sequence and on its own answers, and considers that the agent\'s memory has length K. As a result of the Bayesian approach, the agent adopts an optimal strategy that consists in perseveration of the most likely alternative given the history of the last few trials; because of that and of experimental evidence that humans tend, in such kinds of problems, to adopt suboptimal strategies such as probability matching, variations on that model were developed in an attempt to have a closer description of the behavior adopted by humans. In that sense, the `shift\' (possible action taken by the agent on its response) and `reward\' (possible result of the action) variables were adopted in the formulation of the model, and parameters inspired by models of dopaminergic action were added to allow deviation from the optimal strategy that resulted from the Bayesian approach. The models developed in that framework were computationally simulated for many values of the parameters, including the agent\'s and the Markov chain\'s memory lengths K and L respectively. Through correlation analysis these results were compared to experimental data, from a research group from the Biomedical Science Institute at USP, regarding decision making tasks that involved people of various ages (3 to 73 years old) and Markov chains of orders 0, 1 and 2. In this comparison it was concluded that the differences between age groups in the experiment can be explained in our modeling through variation of the agent\'s memory length K children up to 5 years old exhibited a limitation of K = 1, and those up to 12 years old were limited to K = 2 and through variation of a learning reinforcement parameter depending on the group and the decision situation to which the candidates were exposed, the fitted value for that parameter ranged from 10% below to 30% above its original value according to the Bayesian approach.

Este trabalho apresenta o panorama atual da indústria do transporte marítimo regular de contêineres e o mercado em que atua, concluindo que o crescimento da atividade econômica mundial, e conseqüentemente na demanda de transporte, exige maiores investimentos por parte dos armadores para adequação da oferta de capacidade de transporte e de rotas, aumentando a competição entre os mesmos. Os processos de globalização, desregulamentação e de concentração alteram significativamente nível de competição da indústria, tornando os armadores de baixa lucratividade em potenciais alvos para aquisições por parte de empresas mais competitivas e lucrativas. A implementação de contratos de serviços entre um armador e seus clientes, decorrentes da OSRA 1998, demandam uma revisão na metodologia aplicada em seu planejamento de marketing&sales , de forma a torná-lo mais científico, com uma maior utilização de ferramentas de pesquisa operacional, uma vez que a seleção dos clientes com os quais terá contratos, a duração destes, os níveis de fretes e os imbalances decorrentes destes contratos são fatores fundamentais para a sua rentabilidade. A possibilidade de utilização de um modelo de sistema de apoio a decisão, baseado em margem de contribuição, no planejamento de marketing&sales de um armador motivou a elaboração de uma metodologia para desenvolvimento de uma ferramenta de apoio à decisão, na qual os parâmetros relativos à demanda de transporte, capacidades, custos e receitas podem ser testados para análise da atuação do armador no mercado, visando a seleção de cargas e clientes que maximizam a margem bruta de contribuição dos fretes. A metodologia adotada e o modelo desenvolvido em programação linear mostram-se bastante consistentes e seus resultados apresentam uma boa aderência à realidade encontrada na indústria, uma vez que, os problemas normalmente apresentados no planejamento de marketing&sales de um armador são tratados e solucionados pelo modelo. / This work presents the current view about liner shipping industry and the market where it acts, summing up that the growth of world economic activity, and consequently in the demand of transport services, requires greater investments from the shipping lines in order to adjust their transport capacities and routes, increasing the competition among them. The globalization processes, deregulation and concentration changed the level of industry competition significantly, becoming the shipping lines with low profitability in white potentials for acquisitions on the part of more competitive and lucrative shipping lines. The service contracts implementation between a shipping line and its customers, as a result of OSRA 1998, demands a revision in the methodology applied in its planning of marketing & sales, enabling it more scientific with a bigger use of operational research tools, since the customers election based on service contracts and its validity, the freights level and the imbalances pertaining to said contracts are basic factors for its yield. The possibility of use a decision support system, based on contribution margin, in the shipping line's planning of marketing & sales, motivated the elaboration of a methodology for development of a decision support tool where the relative parameters to the demand of transport, capacities, costs and revenue can be tested for better shipping line performance analysis in the market, aiming the election of shipments and customers that maximize the freights' gross contribution margin. The adopted methodology and the model developed in linear programming reveal sufficiently consistent and its results present a good tack to the reality found in the industry, since the problems usually presented in the shipping line's planning of marketing & sales are treated and solved thru the model.

A reação de óxido de etileno com substratos orgânicos é um dos principais processos empregados na obtenção de tensoativos. Apesar da grande importância comercial dessas reações, ainda existe muito a se explorar sobre o assunto. As publicações encontradas em geral tratam somente do estudo da cinética dessa reação, e existem poucos trabalhos sobre a aplicação dessas leis cinéticas e de solubilidade em reatores comerciais, de forma a estudar o mecanismo da reação integrado aos diferentes equipamentos usados nas plantas químicas. O principal objetivo desse trabalho consiste no desenvolvimento de um modelo matemático que integra os mecanismos cinéticos, de solubilidade e de transferência de calor para reatores comerciais de etoxilação mecanicamente agitados. Devido ao grau de complexidade e das análises laboratoriais necessárias, optou-se por utilizar modelo cinético disponível para reações de etoxilação. A reação de etoxilação, modelada como uma reação de 2ª ordem, depende da concentração de óxido de etileno e catalisador no meio reacional. A solubilidade do óxido de etileno no substrato reacional foi estudada considerando-se a mistura entre óxido e substrato uma mistura não-ideal, e os coeficientes de atividade desses reagentes na mistura foram obtidos conforme o método de Wilson. A transferência de massa na interface entre gás e líquido foi modelada a partir da teoria de dois filmes de Whitman, na qual é considerada a existência de uma faixa fixa na fase gasosa e na fase líquida através da interface. O reator estudado é um reator mecanicamente agitado, com agitador de turbinas axiais inclinadas 45º. O controle de temperatura do reator é continuamente ativado através da abertura das válvulas de resfriamento da serpentina. A vazão de água de resfriamento é calculada através da análise iterativa da perda de carga na serpentina, considerando-se a possibilidade de escoamento líquido e bifásico.Com as equações obtidas foi elaborado um simulador dinâmico no software Matlab, e os gráficos obtidos comparados com as variáveis medidas no reator industrial. / The chemical reaction between Ethylene Oxide and organic substrates is one of the most important processes for the tensoative production. Besides the commercial significance of these reactions, there is too much to study about this subject. The papers published in general deal only with the reaction kinetics, and there is only a few papers about applying these kinetic and solubility laws in commercial reactors, in such a way to study the reaction mechanism integrated with the process equipments used in chemical plants. The objective of this project is the development of mathematical models for mechanically stirred industrial reactors concerning the kinetic, solubility and heat transfer laws for ethoxylation reactions. Due to the complexity of the laboratorial analysis required to obtain the kinetic parameters, an available kinetic model for ethoxylation reactions was choosen. The ethoxylation reaction is modeled as a 2ª order reaction, and depends on the Ethylene Oxide and catalyst concentration in the bulk reaction. The ethylene oxide solubility in the bulk reaction was analyzed according to the nonideality of the mixture between ethylene oxide and reaction bulk, and the activity coefficients of these reagents were obtained using Wilson methodology. The mass transfer in the gas-liquid interface was modeled according to the two film theory of Whitman, in which a stagnant layer in both phases along the interface is supposed to exist. The mechanically stirred reactor analyzed has some 45º pitched axial turbines along the motion axe. The temperature control acts on the cooling water valves of the submersed coil installed inside the reactor. The cooling water flow is calculated using iterative analysis of the head losses in the coil as a function of the water mass flow, in which is considered the possibility of single and two phase evaporative flow. Using the obtained equations a dynamic simulator in the Matlab software was developed, and the results were compared with measured variables in an industrial reactor.

Cadeias de suprimentos podem ter operações seguindo diferentes estratégias de distribuição e a utilização de cada uma dessas estratégias pode resultar em diferentes operações e custos. A estratégia de cross-docking auxilia na redução dos custos de distribuição de produtos, consolidando cargas, e a redução de tempo e custos de armazenamento, uma vez que o tempo máximo de estoque permitido pela estratégia é de cerca de 24 horas. O objetivo deste trabalho é apresentar um modelo para o problema de cross-docking, em que cargas são entregues e reorganizadas de forma a atender a outras cargas que são coletadas e garantir que as janelas de tempo para início das operações sejam atendidas. Devido à falta de instâncias para o problema disponíveis na literatura, buscou-se gerar um benchmark e disponibilizá-las à comunidade científica. Uma vez que o problema é de difícil solução exata, um método heurístico para a resolução do problema foi desenvolvido. Os resultados mostraram que o modelo proposto resulta em boas soluções quando comparado ao modelo da literatura. O estudo de calibração do software IBM CPLEX mostrou que a calibração dos parâmetros pode resultar em melhores soluções e, por fim, a matheurística se mostrou competitiva com o CPLEX, principalmente para cenários em que a proporção de entregas e coletas diverge. / Supply chains may have operations which follow different distribution strategies and each one of these strategies may result in different operations and costs. The Cross-docking strategy helps to reduce the products distribution costs by consolidating loads and reducing storage costs as the maximum inventory time is approximately 24 hours. The aim of this research is to present a model for the cross-docking problem where loads are delivered and reorganized so as to cater for other loads that are collected and ensure that time windows are respected. Due to the lack of instances available in the literature, a benchmark was generated and was made available to the scientific community. As the problem is difficult to obtain the exact solution, a heuristic method was developed. The results showed that the proposed model has good solutions when compared to the literature model. A study of the IBM CPLEX software showed that tuning can result in better solutions and the matheuristcs was competitive with the software, mainly in scenarios where deliveries and pickups are very different.

Este trabalho consiste no desenvolvimento de uma metodologia para o projeto ótimo de sistemas de reatores para tratamento fotoquímico de efluentes industriais. São realizadas a modelagem, simulação e otimização do sistema de tratamento, visando aplicações industriais, com associação de reatores e reciclos, além de estabelecer a melhor alternativa de configuração dos reatores, com custo mínimo horário de tratamento ou custo por volume de efluente tratado. O efluente tratado é uma corrente aquosa contaminada com fenol. Nesse trabalho, foi avaliado o processo foto-Fenton para degradação fotoquímica do contaminante. O estudo consiste nas modelagens da cinética da reação e dos reatores fotoquímicos contínuos. Para o estudo cinético, foram utilizados dados experimentais obtidos previamente em um reator fotoquímico de laboratório. Estes dados foram, preliminarmente, tratados por análise estatística de modo a detectar e eliminar possíveis dados anômalos. A partir dos dados tratados, foi possível ajustar um modelo de redes neurais artificiais capaz de representar a taxa da reação, a qual foi posteriormente inserida no modelo do reator. O reator fotoquímico estudado apresenta a seguinte configuração: um reator de mistura convencional (CSTR), com a fonte de luz artificial formada por uma ou mais lâmpadas colocadas em poços imersos no líquido. São utilizadas lâmpadas de vapor de mercúrio de média pressão e potências variadas. O modelo contempla diferentes configurações de reatores: um reator fotoquímico sem reciclo; reatores fotoquímicos em série sem reciclo; reatores fotoquímicos em série com reciclo saindo do último reator e podendo retornar a apenas um, exceto ao último. Nas simulações, a partir de uma dada concentração inicial de fenol, este é fotodegradado até atingir uma concentração final especificada na saída do último reator da série. Com isso, é possível obter a configuração do sistema e também construir e analisar os perfis de concentração e da taxa de reação ao longo da série de reatores. Foi realizada uma análise de sensibilidade das variáveis do processo e construído um diagrama de Pareto que possibilitou julgar as mais importantes, que afetam no número de reatores em série, e estão na seguinte ordem: potência específica (Pesp), volume de líquido presente em cada reator (Vlíq), concentração de saída especificada na saída do último reator (COTesp), vazão volumétrica do contaminante na entrada do primeiro reator (v0), razão de reciclo (R), potência da lâmpada (Plamp), posição de entrada da corrente de reciclo (k). Com essa informação, foi possível desenvolver um modelo de otimização com o objetivo de selecionar a melhor configuração do sistema de reatores fotoquímicos. A função objetivo avaliada é o custo horário de tratamento. Os componentes do custo do tratamento, em ordem de importância são: energia elétrica, custos de investimento dos reatores, reagentes, lâmpadas, investimento das bombas e por último o poço das lâmpadas. A otimização foi realizada através do método de busca direta, o qual permite mapear toda a superfície de resposta no domínio das variáveis, atendendo às restrições e garantindo a obtenção do ótimo global. Os resultados do modelo estão de acordo com o esperado e mostram-se promissores para o projeto deste tipo de sistema. / This study deals with the development of a method for the optimized design of industrial reactor systems for the photochemical degradation of industrial wastewater by the photo Fenton process. Water containing phenol was selected as a model effluent, so that available experimental data obtained in laboratory could be used in the fitting of a model for estimating the degradation rate. This was accomplished by fitting a neural network model to the experimental data. A mathematical model was developed for a CSTR photochemical reactor in which the light was provided by one or more medium pressure mercury arch lamps placed inside glass wells immersed in the liquid. The reactors were arranged in series, in which a recycle stream from the system output stream to any of the reactors in the series could be activated. A sensitivity analysis was carried out with the model to estimate the relative importance of the model variables in relation to the cost of treatment, resulting in the following ones, in decreasing order of importance: specific power for light provision, reactor volume, specified exit concentration of the contaminant, inlet flow rate, recycle ratio, lamp power and recycle input reactor. A model was developed for optimization of the design based on the minimum hourly cost for processing a given wastewater flow rate, containing a given amount of contaminant, to meet a specified output contaminant concentration. The objective function was built by allocating costs to the investment and operating items of the reactor series. The optimization procedure consisted of performing a grid search of the global optimum, based on the design variables selected. The results were coherent with the expected ones, and evidenced the large importance of electric light costs to the economic feasibility of photochemical processes of industrial scale.

Na atualidade, o mundo enfrenta graves problemas de escassez de água decorrentes, principalmente, da degradação da sua qualidade. O conhecimento e a avaliação da qualidade da água são essenciais para o adequado gerenciamento dos recursos hídricos, portanto a água cumpre função de informação, servindo de indicador para o estágio de conservação ou de degradação de um corpo d\'água. O principal objetivo do presente estudo foi avaliar a qualidade da água de uma bacia urbana localizada na cidade de São Carlos, SP, em termos experimentais e de modelagem matemática, aplicando conceitos ecohidrológicos. Esta avaliação realizou-se por meio da análise de resultados experimentais obtidos em campo, através de quatro campanhas de amostragens de água realizadas em períodos secos (7 de novembro de 2008) e chuvoso ( dias 11, 17 e 18 de março de 2009), estabelecendo para cada campanha três pontos de coletas, uma localizada na bacia do córrego Gregório de 17,3 \'Km POT.2\', e as outras duas ao longo do córrego Monjolinho de 78 \'Km POT.2\'. Foram discutidos os resultados de parâmetros físico-químicos (pH, OD, turbidez, CE, DQO, DBO, fosfato, nitrogênio total, nitrato, nitrito e sólidos totais), biológicos (coliformes termotolerantes e totais) e metais (zinco, chumbo, cádmio, níquel, ferro, manganês, cobre e cromo) presentes na água, bem como foram analisados os efeitos das variações do nível da água e vazão nas características limnológicas dos corpos de água. Os resultados experimentais foram expressos tanto em termos de concentração (mg/L) como de carga específica (kg/ano.ha) a fim de se analisar a variação espacial da concentração e a carga em termos da área de drenagem acumulada e comprimento do rio. Abordou-se uma discussão ecohidrológica realizada com base em análise de quatro dimensões de variáveis: altura hidrométrica, vazão específica, índice de vulnerabilidade e cargas específicas de alguns parâmetros limnológicos. Finalmente, e a fim de avaliar aspectos quali-quantitativos da água para uma bacia urbana através da modelagem matemática, foi utilizado o modelo SWMM. Os resultados experimentais obtidos mostraram que existe extrema variabilidade quantitativa e qualitativa da água, devida principalmente a fatores antropogênicos de poluição, seja pela dinâmica variada de produção de resíduos que são lançados ao ar e à água, seja pela destruição de mecanismos naturais de regulação pela ocupação desordenada do espaço, além de se constatar que as variações do nível da água provocam uma série de transformações nas características limnológicas dos corpos de água causadas por interações entre o meio terrestre e o aquático. Constatou-se a aplicabilidade quali-quantitativa do modelo matemático utilizado, para uma bacia urbana, por meio da calibração dos hidrogramas simulados com hidrogramas observados, e a obtenção de resultados de concentrações de OD, fosfato, sólidos totais, DQO e DBO presentes na água do rio. / Today, the world faces serious problems of water scarcity due mainly to the degradation of its quality. Knowledge and assessment of water quality are essential for proper management of water resources, so the water acts as information function, serving as an indicator of the stage of conservation or degradation of a body of water. The main purpose of this study was to evaluate the water quality of an urban basin located in Sao Carlos city, Brazil, in terms of experimental and mathematical modeling, applying concepts of Ecohydrology. This assessment was carried out by the analysis of experimental results obtained in field works, through four sampling campaigns of water realized in a drought period (November 7,2008) and rainy periods (11, 17 and March 18,2009) establishing for each sampling campaign three points, one located in the basin of the stream Gregory of 17,3 \'KM POT.2\', and the other two along the stream Monjolinho of 78 \'KM POT.2\'. The results of physical and chemical parameters (pH, DO, turbidity, EC, COD, BOD, phosphate, total nitrogen, nitrate, nitrite and total solids), biological (fecal and total coliform) and metals (zinc, lead, cadmium, nickel, iron, manganese, copper and chromium) in the water, were discussed and analyzed the effect of water level variations and flow in limnological characteristics of water bodies. The experimental results were expressed in terms of concentration (mg/L) as the specific load (kg/year.ha) to analyze the spatial variation of the concentration and the load in terms of cumulative drainage area and river length. lt was approached an Ecohydrology discussion based on analysis of four variable dimensions: hydrometric height, flow specific vulnerability index and specific loads of some limnological parameters. Finally, in order to validate the quali-quantitative aspects of the water for an urban basin through a mathematical model, we used the mathematical model SWMM. The experimental results showed that there is an extreme variability in quantity and quality of the water, primarily due to anthropogenic pollution factors, either for the dynamic range of waste that are thrown into the air and water, or the destruction of the natural mechanisms of regulation by disordered occupation of the space, and besides evidencing that the variations of the changes in water level cause a series of transformations in limnological characteristics of the bodies watermark caused by interactions between the terrestrial and aquatic environments. lt was evidenced the quali-quantitative applicability of the mathematical model used, for an urban basin, through the calibration of the simulated hidrograms with observed hidrograms, and the obtained results of DO, phosphate, total solids, COD and BOD concentrations presents in the water of the river.

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.