Tese de doutoramento. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2006

Tese de doutoramento. Engenharia Química e Biológica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Tese de doutoramento. Engenharia Química. 2006. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto

El sector porquí Espanyol ha sofert recentment profuns canvis degut bàsicament al'augment de la competència i al procés de globalització econòmica. Ademes, elsavenços tecnológicos i el grau creixent d'especialització en el sector afavoreixen eldesenvolupament i l'adopció de eienes avançades per a la pressa de decisions. Enaquest context, l'objectiu d'aquesta Tesi ha estat formular i implementar un modeldinàmic estocàstic del comportament productiu d'un remat de truges, basat enprocessos de decisió Markovians i capaç d'ésser utilitzat en condicions reals. Lafinalitat del model és representar alternatives de maneig reproductiu i de reposició enexplotacins porcines per assistir als grangers, tècnics i gerents en la pressa dedecisions en granja.El model de decisió semi-Markovià i el Markovià que s'en deriva del primer handemostrat ser models útils per la representació de les estratègies productives demaneig reproductiu i de la reposició. La disponibilitat de dades de camp de grangesindividuals ha permès la validació del model en situacions reals. La validació ha servittambé per mostrar com el model no pot ser aplicat indiscriminadament a qualsevolgranja, prèviament s'ha d'assegurar l'ajust del model a les condicions concretes decada explotació. També s'ha ficat de manifest que quan el model s'utilitza per acalcular l'estructura de la població a l'equilibri no és necessari que la matriu detransició representi el pas de temps constant, la qual cosa ha permès treballar ambtransicions associades als estats biològics que són més fàcils d'estimar (embeddedMarkov process), ademes, proporcionen estalvis computacionals que permeten unaavaluado més ràpida d'alternatives de maneig reproductiu i la implementaciód'algorismes d'optimització pel problema de la reposició més eficientes.La implementació del model de decisió semi-Markovià dins d'un sistema d'ajut a lapressa de decisions (DSS: Decision Support Systems) ha mostrat l'ús potencial delmodel en granja. El desenvolupament del DSS ha facilitat la disponibilitat d'un modelcomplex com el presentat a potencials usuaris menys especialitzats. El DSS permet algranger avaluar a peu de granja diferentes alternatives productives, analitzar lasensibilitat dels paràmetres que consideri crítics i optimitzar la política de reposició.Ademes, la integració del DSS en un sistema de gestió informatitzat (BDporc®2)facilita la difusió del DSS en empreses de producció porcina i també l'obtenció denoves variables com el número de serveis por monta, la detecció de zels, la deteccióde la gestació, instalacions, etc, que poden ajudar a incrementar la precisió delsresultats. El disseny sofisticat del interface del DSS ha millorat la interpretació delsresultats del model que no sempre és inmediata. La incorporació de l'anàlisi desensibilitat permet estudiar i profunditzar en els components crítics del model quesovint resulta més important que l'obtenció d'un resultat precis. Finalment, el model deremat formulat de forma flexible, és capaç d'adaptar-se a diferents propòsits ambcanvis mínims, la qual cosa contribueix a una millor comprensió dels efectes dediferentes alternatives de maneig reproductiu sobre la millora de la eficiènciaeconòmica de tot el sistema productiu. / El sector porcino en España ha sufrido recientemente profundos cambios debidobásicamente al aumento de la competencia y al proceso de globalización económica.Además, los avances tecnológicos y el creciente grado de especialización en el sectorfavorecen el desarrollo y la adopción de herramientas avanzadas para la toma dedecisiones. En este contexto, el objetivo de esta Tesis es presentar la formulación e¡mplementadón de un modelo dinámico estocástico del comportamiento productivo deun rebaño de cerdas, basado en procesos de decisión Markovianos y capaz de serusado en condiciones reales. La finalidad del modelo es representar alternativas demanejo reproductivo y de reposición en explotacines porcinas para asistir a granjeros,técnicos y gerentes en la toma de decisiones en granja.El modelo de decisión semi-Markovianos y el Markoviano que deriva del primero handemostrado ser modelos útiles en la representación de las estrategias productivas demanejo reproductivo y de la reposición. La disponibilidad de datos de campo degranjas individuales ha permitido la validación del modelo en situaciones reales. Lavalidación ha servido también para mostrar como el modelo no puede ser aplicadoindiscriminadamente en cualquier granja, previamente se asegurar el ajuste delmodelo a las condiciones concretas de cada explotación. También se ha puesto demanifiesto que cuando el modelo se utiliza para calcular la estructura de la poblaciónen equilibrio no es necesario que la matriz de transición represente de paso de tiempoconstante, con lo cual ha sido posible trabajar con transiciones asociadas a losestados biológicas que son más fáciles estimar (embedded Markov process), además,proporcionan ahorros computacionales que permiten una evaluación más rápida dealternativas de manejo reproductivo y la implementación de algoritmos de optimizaciónpara el problema de la reposición más eficientes.La implementación del modelo de decisión semi-Markoviano dentro de un sistema deayuda a la toma de decisiones (DSS: Decision Support Systems) ha mostrado el usopotencial del modelo en granja. El desarrollo del DSS ha facilitado la disponibilidad deun modelo complejo como el presentado a potenciales usuarios menos especializados.El DSS permite al granjero evaluar a pie de granja diferntes alternativas productivas,analizar la sensibilidad de los parámetros que considere críticos y optimiza la políticade reposición. Además, la integración del DSS en un sistema de gestión informatizado(BDporc®3) facilita la difusión del DSS en empresas de producción porcina y tambiénla obtención de nuevas variables como el número de servicios por monta, la detecciónde celos, la detección de la gestación, instalaciones, etc, que pueden ayudar aincrementar la precisión de los resultados. El diseño sofisticados del interface del DSSha mejorado la interpretación de los resultados que no siempre es inmediata. Elanálisis de sensibilidad incorporado permite estudiar y profundizar en los componentescríticos del modelo que a menudo resulta más importante que el disponer de unresultado preciso. Finalmente, el modelo de rebaño formulado de forma flexible, escapaz de adaptarse a distintos propósitos con cambios mínimos, lo que redunda enuna mejor compresión de los efectos de diferentes alternativas de manejo reproductivoa fin de mejorar la eficiencia económica de todo el sistema productivo. / Spanish pig sector has gone through a deep change during recent times, that is duebasically to the increase in competitiveness and the globalisation process of theeconomics. Furthermore, technological advances and the increasing degree ofspecialisation have maden possible the development and adoption of advanced toolsfor decision support. In this context, the objective of this Thesis has been to formulateand implement a dynamic estochastic model representing the productive behaviour ofa sow herd, based on Markov decision processes. The model was aimed to be used infield condicions to analyse different management alternatives on reproduction andreplacement, supporting farm managers in the decision-making process.The semi-Markovià decision model and the derived Markov decision model (embeddedMarkov process) have demonstrated to be useful in the representation of managementalternatives on reproduction and replacement. The availability of data from individualfarms has allowed the validation of the model in real situations. The validation also hasserved to show how the model can not be applied indiscriminately on any farm.Previously, it has been required to assess the fit of the model in specific farmconditions. Also, it is shown that when the model has been used to calculate thepopulation structure at equilibrium was not necessary a transition matrix being timestep constant. Instead have been possible to consider transitions associated tobiological states that are easier to estimate, more precise and provided computationaltime savings. Hence the model, as it was formulated, allowed a faster evaluation ofmanagement alternatives on reproduction and an efficient impleemntation of algorithmsto optimise replacement policies.The implementation of the semi-Markov model into a DSS (DSS: Decision SupportSystems) has shown the potential on-farm use of the model. The development of theDSS makes easier the availability of complex models to less specialised users. TheDSS allows the farm manager to evaluate on-farm different management alternativeson reproduction and optimise replacement decisions. Moreover, the integration of theDSS in a management information system (BDporc®1) makes easier the spreading of itover swine enterprises, as well the obtention of new variables like the number ofservices by mating, heat detections, pregnancy detection, facilities, etc, can help toincrement model precision. The sophisticated dessign of the DSS interface hasimproved the interpretation of the model results, that not always is right direct. Theaddition of sensitivity análisis capability provided insight about the impact of changes incritical components of the model, that quite often result in a more interest than a singleprecise result. Finally, the sow herd model formulated in a flexible way, was able to beadapted to différents goals with minimum changes, thus it contribute to improve theknowledge about the effect of different management alternatives on overall economicefficiency of the system.

¿Cómo resuelven los animales las discriminaciones espaciales o encuentran el camino a una meta situada en una determinada localización? O'Keefe y Nadel (1978) consideran que las ratas pueden aprender el camino hacia una meta en un laberinto de dos maneras diferentes. Una de ellas es mediante el aprendizaje táxico, que engloba dos estrategias distintas: la estrategia de respuesta u orientación, que consiste en el condicionamiento de movimientos de orientación (giros especificas a la derecha o a la izquierda en los puntos de elección), y la estrategia de guía, que consiste en el condicionamiento de respuestas de acercamiento a unas características intrínsecas o estímulos diferenciadores de los brazos de elección (claves intralaberinto). La segunda manera de llegar a una meta es mediante el aprendizaje cartográfico, que implica el establecimiento de un mapa espacial del entorno en el que se localizan varias partes del laberinto en relación al conjunto de los distintos objetos de la habitación (puntos de referencia o claves extralaberinto). Una cuestión crítica de la formulación de O'Keefe y Nadel (1978) es que consideran que el aprendizaje táxico y el cartográfico representan dos modos diferentes e independientes de resolver un problema. Según estos investigadores, una característica diferenciadora entre ambas estrategias es la flexibilidad del mapa cognitivo, que permite el almacenamiento y reajuste de una representación completa del entamo en respuesta a la novedad. Mientras que los procesos subyacentes del aprendizaje tóxico serían asociativos, no lo serian en el aprendizaje cartográfico, de todo-o-nada.Morris (1981) entrenó a unas ratas en una piscina circular, llena de agua opaca, a aproximarse a una plataforma blanca que estaba situada 1 cm por debajo del nivel del agua y que por tanto, era invisible para los animales. Morris demostró que las ratas podían aprender rápidamente a localizar un objeto que no podían ver, oír u oler en base a su localización espacial fija en relación a los puntos de referencia de la habitación y no cabe duda de que estos resultados están a favor del aprendizaje cartográfico propuesto por O'Keefe y Nadel (1978). Sin embargo, otra cuestión bien distinta es aceptar que los procesos que están a la base de ambos tipos de aprendizaje, táxico y cartográfico, son de naturaleza diferente e independiente, tal y como se deduce de las afirmaciones de O'Keefe y Nadel (1978). Morris (1981) sugirió que una manera de poner a prueba la predicción anterior podría consistir en ver si determinados fenómenos pavlovianos, tales como el bloqueo y la inhibición latente, que rutinariamente se encuentran en experimentos de condicionamiento simple, y que por tanto deben de aparecer en el aprendizaje táxico, también se observan en el aprendizaje cartográfico. De ser así, esto implicarla que los procesos que se hallan a la base de ambos tipos de aprendizaje son los mismos.Partiendo del supuesto de que las ratas aprenderían según una estrategia de guía cuando tuvieran que utilizar claves intralaberinto y según una estrategia cartográfica cuando tuvieran que utilizar claves extralabennto, Chamizo, Sterio y Mackintosh (1985) y March, Chamizo y Mackintosh (1992) estudiaron si era posible encontrar bloqueo y ensombrecimiento entre claves intra- y extralaberinto en una tarea de discriminación espacial que tenía dos alternativas. Estos investigadores concluyeron que los dos conjuntos de claves interactuaban de la misma manera que lo hace cualquier otro par de estímulos en experimentos de condicionamiento pavloviano o en discriminaciones simples.Un resultado aún más controvertido para las predicciones de O'Keefe y Nadel (1978) sería encontrar bloqueo y ensombrecimiento trabajando con aprendizaje cartográfico, es decir, en una tarea exclusivamente espacial. Si a la base del aprendizaje espacial se hallan los mismos procesos asociativos que a la base del aprendizaje no espacial, debemos esperar que los puntos de referencia espaciales compitan entre si por ganar fuerza asociativa con la recompensa de la misma manera que ocurre con estímulos estándar en experimentos de condicionamiento y por tanto, poder encontrar fenómenos típicos del condicionamiento, como el bloqueo. Este era el objetivo principal de la presente investigación: encontrar bloqueo en el dominio espacial.El trabajo experimental de la presente investigación se realizó en un laberinto acuático parecido al de Morris (1981), pero con una situación que nos permitió controlar de forma óptima los puntos de referencia que se utilizaron para definir la localización de la plataforma, y que era similar a la utilizada por Suzuki, Augerinos y Black (1980) en el laberinto radial.Los resultados del Experimento 1 mostraron que tras un entrenamiento de escape largo con cuatro puntos de referencia (A, B, C y X), en los ensayos de prueba las ratas pasaban más tiempo nadando en el cuadrante donde habría estado la plataforma que en cualquiera de los otros tres (tanto en presencia de tres como de dos puntos de referencia) y que ningún punto de referencia específico era necesario para una actuación exitosa. Los resultados del Experimento 2 mostraron que las ratas podían resolver la tarea usando cualquier combinación de dos de los cuatro puntos de referencia, incluso después de pocos ensayos de escape, pero que eran incapaces de hacerlo con cada uno de los puntos de referencia por si solos. En definitiva, los resultados de estos dos experimentos apoyan la idea de que los animales, en nuestra tarea, utilizan una estrategia cartográfica y no de guía cuando buscan la plataforma.En el Experimento 3 se desarrolló un procedimiento que permitía un aprendizaje espacial significativo cuando a las ratas simplemente se les permitía observar los puntos de referencia relevantes y tras unos pocos ensayos de escape.Los Experimentos 4 y 5 tuvieron un diseño de bloqueo. En el Experimento 4 entrenamos a los sujetos de un grupo Bloqueo a encontrar una plataforma en base a tres puntos de referencia, A, B y C. Posteriormente, en una segunda fase, tanto los sujetos del grupo Bloqueo como los de un grupo de Control (que no hablan tenido experiencia previa con los tres puntos de referencia), pod1an encontrar la plataforma en base a cuatro puntos de referencia (los tres originales. A, B y C, y un punto de referencia novedoso, X). Los resultados de este experimento mostraron un efecto de bloqueo dentro del dominio espacial: las ratas que realmente aprendieron a ubicar una plataforma sumergida en una piscina en presencia de tres puntos de referencia. A, B y C, aprendieron menos acerca de un cuatro punto, X, cuando se añadió posteriormente, que un grupo de Control entrenado desde un principio con los cuatro puntos de referencia.En el Experimento 6, los sujetos del grupo de Control también recibieron ensayos forzados en el entrenamiento inicial, pero con un conjunto diferente de puntos de referencia (L, M y N); los sujetos del grupo Bloqueo recibieron un entrenamiento inicial con los puntos de referencia A, B y C, como en el experimento anterior. Posteriormente, tanto los sujetos del grupo Bloqueo como los del grupo de Control fueron entrenados con cuatro puntos de referencia (A, B, C y X), Los resultados de las pruebas fueron idénticos al del experimento anterior y proporcionan una demostración clara de bloqueo dentro del dominio espacial la implicación de estos dos experimentos es que cuando se añade un punto de referencia nuevo a una configuración familiar de puntos de referencia, las ratas no reajustan inmediatamente su mapa cognitivo, tal y como seria esperable desde la perspectiva de O'Keefe y Nadel. Por el contrario, obtuvimos bloqueo del aprendizaje de un nuevo punto de referencia por parte de otros puntos de referencia ya familiares, un resultado esperado desde cualquier teoría estándar de aprendizaje asociativo. / Rats were trained in a circular swimming pool to find a submerged platform defined by reference to a particular set of landmarks. The test of such learning was that they would spend more time in the platform quadrant than in any of the other quadrants on a test trial, without the platform. Experiment 1 established that extensive escape training with four landmarks could produce very efficient performance; when tested with any combination of two or three landmarks. Rats spent more time to the platform quadrant than in any other quadrant. Experiment 2 confirmed that rats could locate the platform using any two of the four landmarks, even after substantially fewer escape trials, but that they were unable to locate it with any of the landmarks on its own. Experiment 3 developed a procedure that permitted good spatial learning when rats were simply allowed to observe the relevant landmarks after very reduced training to swim to the platform. Then Experiments 4 and S found evidence of blocking: rats initially trained to use three landmarks to find the platform, learned less about a fourth landmark when it was added than did rats trained from the outset with all four landmarks, The implication is that spatial landmarks compete far association with reinforcement in the same way as any other stimuli in conditioning experiments.

O sistema de reconciliação de dados trata de um problema advindo da evolução das técnicas de medição, aquisição e armazenamento de dados. Este tem o papel de garantir a consistência destes dados, utilizando a redundância das variáveis medidas e um modelo estatístico da medição para aumentar a precisão dos dados. O procedimento completo tem por objetivo que as equações de conservação sejam satisfeitas, tratando dos erros aleatórios inerentes ao processo de medição e que eventuais erros grosseiros sejam detectados e corrigidos. Estas duas últimas atribuições referem-se aos dois problemas tratados neste trabalho: avaliação de técnicas de reconciliação de dados e para a detecção de erros grosseiros. O objetivo deste trabalho é comparar diferentes técnicas por meio de um estudo completo de reconciliação de dados e detecção de erros grosseiros. Este foi baseado em simulações determinísticas e simulações Monte Carlo para verificar o desempenho das estratégias frente aos parâmetros que influenciam cada etapa do procedimento. Em reconciliação de dados foi avaliada a influência da topologia e do pré-tratamento de dados na qualidade final da estimação. Já para etapa de detecção de erros grosseiros foram avaliadas sete estratégias diferentes, realizando uma comparação entre as mesmas com base em um estudo combinatorial completo. Avaliou-se a influência da topologia e foram levantadas as curvas de poder de detecção. Com base nestes resultados escolheu-se um critério para que os algoritmos fossem sintonizados de maneira que a comparação entre eles fosse justa. Após a sintonia avaliou-se a utilização do pré-tratamento de dados. Além das estratégias de detecção tradicionais utilizaram-se também técnicas de reconciliação robusta. O desempenho destas foi comparado com os resultados obtidos nas etapas anteriores. Como conseqüência deste estudo completo, foi proposta uma nova estratégia de detecção de erros grosseiros, baseada em estatística robusta. O seu desenvolvimento foi demonstrado e a validação foi realizada por comparação com os resultados obtidos neste trabalho e com um caso reportado na literatura. / The data reconciliation system deal with a problem originated from the evolution of measurement techniques, data acquisition, and data storage. This system plays the role of guaranteeing the data consistency; it uses the measured variables redundancy and a statistical measurement model to improve accuracy. The main goal of the complete procedure is to satisfy the conservation equations, treating the random errors inherent of the measurement process and detecting eventual gross errors. The last two attributes are the issues of this work: the evaluation of data reconciliation techniques and the problem of gross error detection. The goal of this work is to compare different techniques by a complete data reconciliation and gross error detection study, based on deterministic and Monte Carlo simulations to verify the performances of the strategies as functions of the parameters that influence each step of the procedure. In data reconciliation, the influence of the topology and data pre-treatment in the quality of the estimates were investigated. Furthermore, dealing with the gross error detection step, seven different strategies were compared by means of a complete combinatorial study. The influence of topology was studied and the power curves were obtained. Based on these results, a criterion to tune the algorithms was chosen in the manner of guaranteeing a fair comparison between them. After the tuning step, the use of data pre-treatment was investigated. To complete the study, robust data reconciliation techniques were also used, and their performances were compared with the results attained in the precedent sections. As a product of this study, a new gross error detection strategy was proposed, based on robust statistics. The development steps were showed and the new method was validated based on comparison with the results obtained in this work and with a case study from the literature.

A busca por fontes renováveis de energia é uma das prioridades nas pesquisas na área de engenharia na atualidade, dando-se preferência principalmente para uma alternativa aos derivados de petróleo. A produção de biodiesel com lipídeos extraídos de microalgas é um assunto muito promissor, visto as inúmeras vantagens deste processo. Pesquisas apontam que a diminuição da concentração de nitrogênio presente no meio de cultivo aumenta o acúmulo de lipídeos pelas microalgas, mas a produção de biomassa fica prejudicada. Para mensurar a importância desse nutriente e melhorar a eficiência da extração de óleos, no presente trabalho, foi proposta a avaliação da influência do íon nitrato no cultivo de Chlorella sp., focando o estudo na concentração de biomassa e no acúmulo de lipídeos. Para tal, foram testadas diferentes concentrações iniciais de NaNO3; o melhor perfil de adição de NaNO3 no meio de cultivo (em etapas ou em uma dose única); o desempenho da microalga em um cultivo semicontínuo; e quatro tipos de tratamentos para a quebra da parede celular das microalgas Chorella minutissima e Chlorella sp., a fim de realizar uma extração de lipídeos mais efetiva. A concentração inicial de 300 mg L-1 de NaNO3 apresentou melhores resultados em relação à concentração final de biomassa (2,48 g L-1) e acúmulo de lipídeos totais (12,0 % em peso seco). A adição de NaNO3 em apenas uma etapa obteve os resultados mais satisfatórios, com concentração final de biomassa de 1,92 g L-1 e 6,02 % de lipídeos totais em peso seco de biomassa. No cultivo semicontínuo, o melhor resultado para a o acúmulo de lipídeos foi volume de corte de 1/6 a cada 24 h, resultando em 9,02 % de lipídeos em biomassa seca e produtividade lipídica de 214 mg L-1d-1. Como pré-tratamento para quebra da parede celular da microalga Chlorella minutissima, não houve diferença significativa entre os métodos testados; para a Chlorella sp., as técnicas com resultados mais satisfatórios foram autoclave e micro-ondas. / Nowadays, the search for renewable energy sources is a high priority topic in engineer research, with preference to an alternative to petroleum derived energy spurces. Biodiesel production from microalga lipid is very promising, since the several advantages of this process. Many studies have shown that, to increase the microalga lipid accumulation, low nitrogen concentration is necessary; however, this condition has an opposite effect on biomass production. To measure the effect of this nutrient and improve oil extraction efficiency, in the present work, the nitrate ion influence was evaluated over the microalga Chlorella sp. cultive, measuring biomass concentration and lipid accumulation. This work tested the effect of the initial NaNO3 concentration and different NaNO3 pulse feeding profiles along the culture. A semicontinuous culture was carried out with renewal rate of 1/3 and 1/6 (v/v) in 24 h and 48 h, to improve biomass nad lipid productivity. It was also tested four pre-treatments in order to break the microalga (Chlorella minutissima and Chlorella sp.) cell wall: microwave, autoclave, bead beating and sonication. The highest biomass and lipid concentration were found when used initial NaNO3 concentration of 300 mg L-1, with 2,48 g L-1 and 12,04 %, respectively. Adding NaNO3 all at once (one time at the culture start off ) showed the best results for biomass concentration (1,92 g L-1) and lipid accumulation (6,02 %). In semicontinuous culture, the microalga Chlorella sp. presented good results for lipid production (9,02 %) and lipid productivity (214 mg L-1d-1) at 1/6 renewal rate every 24 h, however. The best pre-treatment for cell wall tested for Chlorella sp were microwave and autoclave; for Chlorella minutissima, there was no difference between the tested pre-treatments and the ones without it.

Materiais granulares, quando submetidos a vibrações, apresentam o fenômeno de compactação lenta, durante o qual o volume livre disponível aos grãos diminui, e sua mobilidade decai a zero. Nesta situação espera-se o fenômeno de aging, o que é confirmado em diversas simulações numéricas. Foi sugerido que neste regime o material granular deve se comportar como um líquido muito viscoso ou um vidro. Descrevemos um estudo analítico e numérico de um modelo de difusão não linear o qual analisa a relaxação da densidade de partículas em um meio granular denso sob a ação da gravidade e de fracas vibrações (térmicas), comparando com resultados de simulação pelo método de Monte Cado para um gás de rede sob a ação do campo gravitacional. A equação dinâmica pode ser considerada como uma teoria funcional da densidade local para uma classe de gases de rede usados para modelar a relaxação lenta de materiais vitrosos e granulares. A teoria prediz uma linha de transição de jamming entre uma fase fluida de baixas densidades e um regime vitroso de altas densidades, caracterizado pela divergência do tempo de relaxação e compactação logarítmica ou do tipo lei de potência de acordo com a forma específica do coeficiente de difusão. Outro fenômeno presente quando este tipo de material é submetido à agitação é o de segregação, durante o qual os diferentes tipos de partículas se separam. Este fenômeno é observado em uma grande quantidade de experimentos e simulações numéricas. Para modelá-Io, o modelo de difusão não linear foi generalizado para um conjunto de equações de difusão não lineares acopladas. Apesar da termo dinâmica do sistema não prever uma fase segregada, a dinâmica exibe tanto a segregação normal (onde as partículas maiores estão no topo do recipiente) quanto a reversa (partículas menores no topo) dependendo dos valores de alguns parâmetros do sistema (como por exemplo, a massa das diferentes espécies de partículas presentes no sistema). / Granular materiaIs under gentle shaking present slow compaction phenomena, during which the free volume available to grains decreases, and the mobility steeply falls to zero, hence aging phenomena are expected to occur, as is confirmed in several numerical simulations. It has been suggested that in this regime a granular material should resemble a highly viscous liquid or a glass. We describe an analytical and numerical study of a nonlinear diffusion model which describes density relaxation of densely packed particles under gravity and weak random (thermal) vibration, and compare the results with Monte Carlo simulations of a lattice gas under gravity. The dynamical equation can be thought of as a local density functional theory for a class of lattice gases used to modeI slow relaxation of glassy and granular materiais The theory predicts a jamming transition line between a low density fluid phase and a high density glassy regime, characterized by diverging relaxation time and logarithmic or power-Iaw compaction according to the specific form of the diffusion coefficient. Other phenomena present in granular materiaIs under shaking is segregation, during which different kinds of particles demixe. This phenomena can been seen in a large number of experiments and numerical simulation. To take it into account, we generalize the nonlinear diffusion model to a set of coupled nonlinear diffusion equations. Although the thermodynamics of the model predicts no segregated phase at all, the dynamics exhibits normal segregation (large particles on top) and reverse segregation (small particles on top) depending on several parameters ofthe systems (as, for example, the mass of species present in the system).

Nesse trabalho, é proposto um modelo fenomenológico para a polimerização de estireno em solução, validado com dados de uma planta industrial. Um modelo matemático para a polimerização do estireno via radicais livres é desenvolvido para predizer o comportamento estacionário e dinâmico do processo contínuo de produção de poliestireno. O modelo inclui a cinética de polimerização, em dois reatores CSTR auto-refrigerados em série, o equilíbrio líquido-vapor na seção de reação e as propriedades do produto final. Os resultados obtidos através do modelo desenvolvido são utilizados para determinar quais são os efeitos da composição de alimentação, temperatura e concentração do iniciador na conversão do monômero, massas molares, polidispersão, formação de dímeros e trímeros, densidade, viscosidade, índice de fluidez, propriedades térmicas e tensão de ruptura. Para o equilíbrio líquido-vapor, um modelo termodinâmico também foi desenvolvido para reatores auto-refrigerados, que usam o calor de evaporação para remover o calor gerado por reações químicas fortemente exotérmicas, e modelado através de uma equação cúbica de estado e uma regra de mistura aplicada ao equilíbrio líquido-vapor a baixas pressões para soluções poliméricas através do emprego de um único parâmetro de interação. O modelo desenvolvido pode ser utilizado para avaliação de estruturas de controle, simulação e otimização do processo de polimerização do estireno.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T23:45:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 175311.pdf: 540964 bytes, checksum: 4f37410a49188f1fef72a0127e64b1d5 (MD5) / Em menos de duas décadas, um novo mundo competitivo emergiu fazendo surgir nas organizações uma nova demanda de indicadores de desempenho. Neste ambiente, mais do nunca, é requerido aos executivos o uso de indicadores significativamente melhores que direcionem as estratégias e o desempenho dos negócios. Eles precisam de indicadores que vão além dos indicadores financeiros para de direcionar as mudanças, mostrar a posição competitiva, aprimorar os processos e melhor prever o futuro. No entanto, deve-se salientar que indicadores de desempenho não são um tópico em evidência somente entre a gerência. Uma grande variedade de novos indicadores está sendo coletada e usada por todos os níveis. Indicadores estão aparecendo em todos os lugares o que faz com que se aplique uma certa disciplina por toda a liderança da organização. Para muitos isto significa um ganho de diferentes conhecimentos quer nas complexas medidas financeiras, como o Valor Econômico Agregado (EVA), ou em "Balanced Scorecards", Medidas de Satisfação dos Clientes, Produtividade do Processo, ou em Sistemas de Custeio Baseados nas Atividades (ABC). As gerências e suas equipes em todos os lugares estão aprendendo as técnicas desta nova disciplina que envolve a medição, gerenciamento e relato em termos quantitativos e objetivos do desempenho da organização buscando sempre seu aprimoramento. Este estudo procura apresentar uma estratégia de operacionalização de um modelo para auxiliar às organizações na gestão do aprimoramento de seus processos, de maneira eficaz e eficiente, através do uso de um sistema de indicadores de desempenho, partindo de sua estruturação, identificação e forma de medição, até o uso correto das informações coletadas e processadas de modo a atender às metas delineadas por uma estratégia traçada pela organização.