Este trabalho apresenta uma ferramenta flexível e eficiente para o campo de projeto e desenho preliminar de cascos de embarcações. O estado da arte de projeto de cascos de embarcações consiste em um processo iterativo onde, primeiramente, definem-se parâmetros geométricos, de estabilidade, e hidrodinâmicos. Em seguida, o casco é modelado através de curvas paramétricas. submetido a uma análise de desempenho, e, após isso, é feita a tomada de decisão para otimizar os parâmetros iniciais. O ciclo se repete até que se atinja o resultado desejado. O que será apresentado cumpre com a parte de modelagem paramétrica, e é capaz de gerar de forma automática e otimizada curvas que compõem o projeto de uma embarcação de recreio. A ferramenta recebe parâmetros de alto nível, como razões adimensionais, coeficientes de forma e restrições, e desenha tridimensionalmente um casco intrinsecamente suave, de forma que todos os parâmetros especificados sejam atendidos. Uma metodologia de projeto de cascos de veleiros é utilizada em conjunto com curvas B-Splines, submetidas a um algoritmo de otimização, em cuja função objetivo se empregam critérios de suavidade (\"fairness criteria\"). O problema de otimização de curvas B-Splines é não linear, pela própria formulação da função objetivo e suas restrições. Para tal, utiliza-se um método de Programação Quadrática Seqüencial. Para a otimização dos parâmetros principais do casco, utiliza-se uma metodologia de baixo custo, baseada na técnica de Superfície de Resposta, que otimiza uma função de mérito, no caso, a resistência residual, variando-se dois parâmetros do casco. A interface com softwares CAD é desenvolvida com o objetivo de se realizar outras análises, como de curvatura da superfície, além do projeto do restante da embarcação. Neste também pode ser gerado o bloco sólido para integração com softwares de CAM para a usinagem e fabricação do mesmo. / This article presents a flexible and efficient tool to the field of ship project and preliminary design by using an approach of parametric modeling of hull forms. The state of the art of design of hulls consists in an iterative process where, first, geometric, stability and hydrodynamic parameters are defined. After that, the hull is modeled through parametric curves, simulated in a performance analysis software, and, after that, it is taken the decision to optimize the initial parameters. The cycle repeats until it reaches the desired result. This work deals with the part of parametric modeling, and is capable to generate, in an automatic way, optimized curves that compose the design of the hull of a yacht. The tool receives high level parameters, such as non-dimensional ratios, coefficients and restrictions, and draws a three-dimensional hull, intrinsically fair, fulfilling all the specified parameters. A methodology for the design of sail-boats is presented together with B-Splines curves, submitted to an optimization algorithm, using fairness criteria as the objective function. The optimization problem of B-Splines curves is not linear, because of its mathematical formulation, the objective function and constraints adopted. Therefore, a method of Sequential Quadratic Programming is used. For the optimization of the main parameters of the hull, a cost-effective methodology, based on the Surface Response Method, is proposed, optimizing a merit criterion, such as, the residuary resistance, changing two parameters of the hull. The interface with CAD software is implemented in order to allow other analyses, such as surface curvature, and the design of the other parts of the boat. The drawing also can be transformed into a solid model, and integrated with a CAM software to be ready for itsmanufacturing.

Made available in DSpace on 2015-04-17T14:49:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1368291 bytes, checksum: c9504d31896cd49c514d45cee104f03b (MD5) Previous issue date: 2011-09-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The objective of the present work was to produce pineapple stem raisin by means of osmo-solar drying. The raw material was selected taking into account parameters such as: color of the rind and level of soluble solids from the fruits. A type 23 factorial design was preceded with 4 repetitions at the central point, for further optimization of the osmotic dehydration using the methodology of surface responses. The partially dry product obtained from the osmotic dehydration, utilizing as conditions the ones from the planning, passed through complementary sun drying by means of a solar drier, build with assessable materials such as joined wood, aluminum plates, glass boards, matte black paint, Styrofoam and coal. The raw material, the product partially dehydrated and the final product had their compositions analyzed. The evaluation of the dimensions of the pineapples showed little variation, with a CV < 10%, an important factor for the standardization and control of the industrial processes. The raw material also presented a high level of soluble solids and low level of acidity, proving the analyzed pineapple useful for in natura consumption and for the industrial processing of several products, among them alcoholic and non-alcoholic beverages. Furthermore, the raw material has proven to be an excellent source of vitamin C, with a concentration of such nutrient higher than what is daily recommend according to legislation. The adopted linear factors have presented themselves to be adequate, they were fairly adjusted and predictive for the loss of (PA) and weight loss (PP) and fairly adjusted and predictive to gain of solids and gain of solid-loss of water ratio (GS:PA). Analyzing the level curves and surface of answer of the optimization parameters GS:PA, built from the statistical models, it was determined the ideal conditions of osmotic dehydration which were: T = 50 ºC, C = 40 g 100 g-1 and F:SO= 3:20. In evaluation, the Sun dryer presented and average temperature of 41.2 ºC against 35.7 ºC of natural air and maximum temperature of 46 ºC, besides the minimal relative air humidity of 37%. The product obtained after the draught presented humidity of 13.70 g 100 g-1 obeying the legislation concerning the maximum levels of humidity for dehydrated fruit. / O objetivo deste trabalho foi produzir passas de talo de abacaxi pérola por processo de secagem combinado osmo-solar. Selecionou-se a matéria-prima levando em consideração parâmetros como: cor da casca e teor de sólidos solúveis da fruta. Procedeu-se um planejamento fatorial do tipo 23 com 4 repetições no ponto central, para posterior otimização de desidratação osmótica usando a metodologia de superfícies de resposta. O produto parcialmente seco obtido a partir da desidratação osmótica, utilizando-se como condições às obtidas no planejamento, passou por secagem solar complementar em secador solar, construído com materiais acessíveis, tais como: madeira compensada, folhas de alumínio, placas de vidro, esmalte sintético preto fosco, isopor e carvão. A matéria-prima, o produto parcialmente desidratação e o produto final, tiveram a sua composição analisada. A avaliação das dimensões dos abacaxis mostrou pequena variação, com CV < 10%, fator importante para a padronização e controle de processos industriais. A matériaprima ainda apresentou alto teor de sólidos solúveis e baixo teor de acidez, fazendo o abacaxi analisado propício para o consumo in natura e para o processamento industrial de diversos produtos, entre eles: bebidas alcoólicas e não-alcoólicas. Além disso, a matéria-prima mostrou-se excelente fonte de vitamina C, com concentração deste nutriente superior à sua recomendação diária, preconizada pela legislação. Os modelos lineares adotados apresentaram-se adequados, sendo bastante ajustados e preditivos para a perda de água (PA) e perda de peso (PP) e razoavelmente ajustados e preditivos para o ganho de sólidos e razão ganho de sólidos-perda de água (GS:PA). Analisando-se as curvas de nível e superfície de resposta do parâmetro de otimização GS:PA, construídos a partir dos modelos estatísticos, determinaram-se as condições ideais de desidratação osmótica que foram: T = 50 ºC, C = 40 g 100 g-1 e F:SO= 3:20. Em avaliação, o secador solar apresentou temperatura média de 41,2 ºC contra 35,7 ºC do ar ambiente e temperatura máxima de 46 ºC, além de umidade relativa mínima do ar secagem de 37%. O produto obtido após a secagem apresentou umidade de 13,70 g 100 g-1 atendendo o a legislação quanto ao teor máximo de umidade para fruta desidratada.

Experimentos nos quais uma ou mais variáveis respostas são influênciadas por diversos fatores quantitativos são bastante comuns nas áreas agrícola, química, biológica, dentre outras. Nesse caso, o problema de pesquisa consiste em se estudar essa relação, sendo de grande utilidade o uso da metodologia de superfícies de resposta (MSR). Nesse contexto, a determinação dos níveis dos fatores que otimizam a resposta consiste inicialmente na obtenção das coordenadas do ponto estacionário do modelo ajustado. No entanto, como o modelo verdadeiro é desconhecido, é interessante obter uma região de confiança das coordenadas verdadeiras de modo a avaliar a precisão da estimativa obtida. Foram abordados aqui os procedimentos para construção de regiões de confiança para as coordenadas do ponto estacionário em diferentes situações considerando-se a forma das superfícies analisadas e a distribuição e magnitude da variância dos erros do modelo. Foram utilizadas a metodologia de Box e Hunter (1954) (BH), "bootstrap" e "bootstrap" Bayesiano aliados ao cálculo da distância de Mahalanobis entre as coordenadas do ponto estacionários da amostra observada e aquelas obtidas por meio das estimativas "bootstrap"(BM e BBM), e métodos "bootstrap" e "bootstrap" Bayesiano aliados a métodos não paramétricos de estimação de funções densidade de probabilidade (BNP e BBNP). A avaliaçãoda metodologia foi realizada por meio de simulação e foi aplicada a um conjunto de dados de produção de amendoim. No estudo de simulação, a metodologia BH, baseada na distribuição normal dos erros, apresentou um bom desempenho em todas as situações analisadas, havendo concordância entre as regiões de confiança nominais e reais, mesmo naquelas em que essa distribuição é bastante assimétrica. Este mesmo comportamento foi observado para os métodos BM e BBM. No entanto, os métodos BNP e BBNP não apresentaram um desempenho satisfatório, resultando em um nível de significância real menor que o nominal para os autovalores com menor valor absoluto, gerando regiões de confiança maiores. No caso de autovalores com maior valor absoluto observou-se situação inversa. No caso da análise do conjunto de dados de amendoim os métodos BH, BM e BNP apresentaram regiões de confiança mais amplas comparativamente aos métodos BBM e BBNP. No entanto, os valores das estimativas do "bootstrap" Bayesiano são mais próximas das estimativas de mínimos quadrados e apresentam menor dispersão o que explica a menor área da região de confiança. / Experiments in which one or more response variables are influenced by several quantitative factors are very common in agricultural, chemistry, biology and other areas. In this case, the research question consists in studying this relation, being of great utility the use of response surface methodology (RSM). In this context determining the level of the factors that optimize the response consists finding the coordinates of the stationary point of the model. However, as the true model is unknown, it is of interest to obtain a confidence region of the true coordinates to analyze the precision of the obtained estimate. The procedures for the construction of confidence regions for the coordinates of the stationary point were studied in diferent situations, considering the shape of the surfaces analyzed and the distribution and magnitude of the variance errors. The methodology of Box and Hunter (1954) (BH), bootstrap and Bayesian bootstrap with Mahalanobis distance among the coordinates of the stationary point of the observed sample and those obtained using bootstrap estimates(BM and BBM) and bootstrap and Bayesian bootstrap with non-parametric methods for density estimation (BNP and BBNP) were compared. The methodology evaluation was realized by means of simulation and applied to a peanut yields data set. In simulation study the BH methodology, which is based in normal distribution of errors, presented a good performance in all of the analyzed situations, having concordance among the nominal and real confidence regions, even in those which this distribution is fairly asymmetric. This behavior was also observed in BM and BBM methods. The BNP and BBNP methods did not presented a satisfactory performance, resulting in a real significance level lower than the nominal for the eigenvalue with lower absolute value, generating bigger confidence regions. The inverse was observed using eigenvalue with higher absolute value. In the analysis of the peanut yields data set the BH, BM and BNP methods presented confidence regions larger than the BBM and BBNP methods. The Bayesian bootstrap estimate values are closer of the minimum square estimates and present less dispersion what explain the confidence region lower area.

Orientador: Daniel Barrera-Arellano / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-04T02:26:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FilletiJunior_Waldomiro_D.pdf: 2256473 bytes, checksum: a4d5c2dac7243338b34b3de5e93ffedc (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Nos últimos anos houve um crescente interesse por alimentos mais saudáveis e também por produtos com baixo teor de gordura, um segmento novo na indústria de alimentos, impulsionado, principalmente, por uma nova consciência do consumidor que deseja melhor qualidade de vida, consumir produtos naturais e mais saudáveis. A tendência será a de se encontrar métodos mais ¿naturais¿ de processar óleos e gorduras. Os lipídios estruturados podem apresentar a solução para a obtenção de uma gordura ¿saudável¿, desvinculada da associação com obesidade e doenças coronárias. Assim, a hidrogenação e a interesterificação, que são processos químicos largamente utilizados atualmente na indústria de óleos (tidos como artificiais ou não naturais) poderiam ser substituídos por processos enzimáticos, que são considerados ¿naturais¿. Os lipídios estruturados também mostram sua importância no campo da medicina e nutrição, como em fórmulas para bebês prematuros (similar ao leite materno) e em produtos para nutrição enteral e parenteral (para pacientes com necessidades especiais de nutrição). Também podem ser utilizados em alimentos voltados para esportistas, que necessitam de uma fonte de energia rápida e ao mesmo tempo usufruir os benefícios à saúde dos ácidos graxos poliinsaturados de cadeia longa. Neste trabalho foi realizada a otimização, por metodologia de superfície de resposta, da síntese de lipídios estruturados a partir da gordura de ucuúba (Virola sebifera) rica em ácido mirístico e ésteres etílicos de óleo de canola (com alto teor de ácido oléico) e de óleo de algas (com alto teor de ácido docosahexaenóico ¿ DHA), utilizando-se as lipases sn-1,3-específica do Rhizomucor miehei (IM 60) e a não específica SP435 (Candida antarctica). As faixas ótimas das condições das reações enzimáticas com IM60, foram de 50 a 61ºC, 12 a 33 h de tempo de reação, % enzima/substrato 5 a 7% e razão molar gordura:éster etílico 1:6 e 1:8 para uma incorporação de 51% de ácido oléico no lipídio estruturado. Para as reações com SP435, para uma incorporação de cerca de 27% de DHA, a faixa de temperatura ótima foi de 45 a 54ºC, tempo de reação >22h, % enzima/substrato 6,5% e razão molar gordura:éster etílico 1:7 / Abstract: There has been a growing interest in healthier foods and also in products with low fat content recently. It¿s a new segment, in the industry of foods, impelled, mainly, by a new conscience of the consumers, that they want a better life quality, and to consume natural and healthier products. The trend will be the one of finding "more natural" methods of processing oils and fats. The structured lipids can be the way to find "healthy" fats and to disentail their association with obesity and coronary illnesses. Thus the hydrogenation and the interesterification, that are chemical processes broadly used now in the industry of oils (considered as artificial or not natural) could be substituted by enzymatic processes, that are considered ¿natural¿. The structured lipids also show their importance in the field of the medicine and nutrition, as in formulas for premature babies (trying to imitate the maternal milk) and in products for enteral and parenteral nutrition (for patients with special needs of nutrition). They can also be used in foods directed to sportsmen, which need a fast source of energy and at the same time to enjoy the benefits to the health of the long chain polyunsaturated fatty acids. In this work the synthesis of structured lipids were accomplished starting from the ucuúba oil (Virola sebifera) rich in miristic acid, canola oil ( high in oleic acid) and algae oil (high in Docosahexaenoic - DHA fatty acid), using the lipases sn-1,3-specific of Rhizomucor miehei (IM 60) and the non-specific SP435 (Candida antarctica). The optimum ranges of the enzymatic reaction parameters with IM60 were 50 to 61oC, 12 to 33h o reaction time, % enzyme / substrate from 5 to 7% and molar ratio of 1:6 and 1:8 to incorporate 51% of oleic acid in the structured lipid. For the reactions with SP435, for an incorporation of 27% DHA, the optimum range of temperature was from 45 to 54oC, reaction time>22h, % enzyme/substrate 6.5% and molar ratio 1:7 / Doutorado / Tecnologia de Alimentos / Doutor em Tecnologia de Alimentos

Desde meados do século XX, métodos analíticos, numéricos e experimentais foram utilizados para quantificar a eficiência térmica na soldagem a arco, isto é, a razão entre a energia do arco elétrico e a energia que é entregue ao material durante a soldagem. Conhecendo-se a eficiência térmica, as dimensões da chapa e as propriedades térmicas do metal de base, torna-se possível prever as taxas e tempos de resfriamento a partir de modelo analíticos. Consequentemente, permitindo a previsão das transformações de fase, garantindo que os valores das propriedades da junta soldada se enquadrem dentro de um intervalo desejado. Os modelos de previsão de taxa de resfriamento derivados a partir dos modelos analíticos de Rosenthal são validos apenas no regime quase estacionário. Todavia, estes modelos costumam ser utilizados com pouco critério, mesmo em situações em que este regime não é alcançado. Portanto, para o desenvolvimento de modelos mais precisos e acurados para previsões das taxas de resfriamento, torna-se necessário entender como os termos do balanço de energia se desenvolvem durante a soldagem, até atingir o regime quase estacionário. Este trabalho tem como objetivo desenvolver um entendimento mais abrangente dos fatores que impactam nos valores de taxas de resfriamento em juntas soldadas. Realizaram-se ensaios de calorimetria com nitrogênio líquido para diferentes tempos de soldagem, como também, foram coletados ciclos térmicos em diferentes posições ao longo do cordão, buscando entender como as variações no balanço de energia, ao longo da soldagem, impactam no material. A partir da Metodologia de Superfície de Resposta, foram obtidos os modelos empíricos da energia entregue ao material e da eficiência térmica do arco. Um novo entendimento acerca do balanço de energia na soldagem foi alcançado, servindo de base para o desenvolvimento e validação de um modelo preditivo de taxa de resfriamento, válido para diferentes condições de fluxo de energia no material. / Since the early 20th century, numerical and experimental methods have been used to quantify the thermal arc efficiency in welding, i.e., the ratio between the electric arc energy and the energy delivered to the material during welding. Knowing the thermal arc efficiency, the sample dimensions and the thermal properties of the base metal, it is possible to predict the cooling rates by analytical models. Consequently, allowing the prediction of phase transformations in the material, ensuring that values of welded joint properties are within a desired range. Cooling rate prediction models derived from Rosenthal\'s analytical models are valid only in quasi-stationary state. However, these models are used with little criterion, even in situations where this state is not achieved. Therefore, to development of more accurate and precise models for the prediction of cooling rate it become necessary to understand the evolution of the energy balance during the welding until the quasi-stationary state was reached. This work aims to develop a more comprehensive understanding of the factors that affect the cooling rate in welded joints. Calorimetry tests with liquid nitrogen were carried out for different welding times, and thermal cycles were collected at different positions along the weld bead, to understand how the variations in the energy balance during the welding affect the material. From the Response Surface Methodology, the empirical models of delivered energy and the thermal arc efficiency were obtained. A new understanding about the energy balance in the welding was found, that was used for the development and validation of a predictive model of cooling rate, valid for different condition of energy flow in the material.

Neste trabalho, é apresentado um modelo de otimização acoplado à confiabilidade para a análise de estruturas de barras de concreto armado, de modo que a confiabilidade é adicionada ao processo de otimização como uma restrição. O modelo mecânico permite a consideração da não-linearidade física para o concreto e para o aço, além de levar em conta os efeitos não-lineares geométricos. Esse modelo é utilizado para gerar as respostas mecânicas da estrutura, traduzidas em forma de cargas últimas para os estados limites. Os cenários de falha, na análise probabilística, são descritos pelo esmagamento do concreto e deformação excessiva da armadura para o estado limite último. O estado limite de utilização é verificado para o caso de deslocamentos excessivos dos pontos da estrutura. A função de estado limite é construída com o emprego do método das superfícies de respostas para a determinação do índice de confiabilidade e probabilidade de falha considerando somente o modo mais provável ou primeiro modo de falha. Os processos de otimização e confiabilidade são acoplados de maneira independente gerando um sistema de equações aproximadas resolvido analiticamente. A metodologia de otimização empregada é a minimização da função de custo da estrutura. O modelo acoplado de otimização e confiabilidade é empregado para análise de vigas de concreto armado. As técnicas desenvolvidas, no âmbito da modelagem de estruturas e confiabilidade, também permitem a análise mecânico-probabilística de pórticos planos de concreto armado / In this work, a reliability based optimization model is proposed for the analysis of reinforced concrete structures, in which the reliability index is introduced as a constraint. The mechanical model allows to consider the physical non-linearity of the concrete and steel materials, as well as the geometrical non-linear effects. The mechanical model is used to find the structure limit loads. The failure scenarios for the probabilistic analysis are characterized by the concrete ultimate strains in the compressed region of the section and the steel ultimate tensile strains in the reinforcement position. The serviceability limit state is verified for the excessive displacements for the structure bars. The limit state function is build by using the response surface method, computing the reliability index and the failure probability only considering the first failure mode. The optimization and reliability processes are independents built leading two different system of equations that are coupled together to find the final solution. The material cost of the structure was adopted as the objective function to be minimized for the optimization process. The proposed coupled optimization-reliability process is employed to analyse reinforced concrete beams. The developed procedure in the context of reliabilty methods and reinforced concrete structures analysis can also be applied for reliability analysis of reinforced concrete frames

Neste trabalho, é apresentado um modelo de otimização acoplado à confiabilidade para a análise de estruturas de barras de concreto armado, de modo que a confiabilidade é adicionada ao processo de otimização como uma restrição. O modelo mecânico permite a consideração da não-linearidade física para o concreto e para o aço, além de levar em conta os efeitos não-lineares geométricos. Esse modelo é utilizado para gerar as respostas mecânicas da estrutura, traduzidas em forma de cargas últimas para os estados limites. Os cenários de falha, na análise probabilística, são descritos pelo esmagamento do concreto e deformação excessiva da armadura para o estado limite último. O estado limite de utilização é verificado para o caso de deslocamentos excessivos dos pontos da estrutura. A função de estado limite é construída com o emprego do método das superfícies de respostas para a determinação do índice de confiabilidade e probabilidade de falha considerando somente o modo mais provável ou primeiro modo de falha. Os processos de otimização e confiabilidade são acoplados de maneira independente gerando um sistema de equações aproximadas resolvido analiticamente. A metodologia de otimização empregada é a minimização da função de custo da estrutura. O modelo acoplado de otimização e confiabilidade é empregado para análise de vigas de concreto armado. As técnicas desenvolvidas, no âmbito da modelagem de estruturas e confiabilidade, também permitem a análise mecânico-probabilística de pórticos planos de concreto armado / In this work, a reliability based optimization model is proposed for the analysis of reinforced concrete structures, in which the reliability index is introduced as a constraint. The mechanical model allows to consider the physical non-linearity of the concrete and steel materials, as well as the geometrical non-linear effects. The mechanical model is used to find the structure limit loads. The failure scenarios for the probabilistic analysis are characterized by the concrete ultimate strains in the compressed region of the section and the steel ultimate tensile strains in the reinforcement position. The serviceability limit state is verified for the excessive displacements for the structure bars. The limit state function is build by using the response surface method, computing the reliability index and the failure probability only considering the first failure mode. The optimization and reliability processes are independents built leading two different system of equations that are coupled together to find the final solution. The material cost of the structure was adopted as the objective function to be minimized for the optimization process. The proposed coupled optimization-reliability process is employed to analyse reinforced concrete beams. The developed procedure in the context of reliabilty methods and reinforced concrete structures analysis can also be applied for reliability analysis of reinforced concrete frames

Desde meados do século XX, métodos analíticos, numéricos e experimentais foram utilizados para quantificar a eficiência térmica na soldagem a arco, isto é, a razão entre a energia do arco elétrico e a energia que é entregue ao material durante a soldagem. Conhecendo-se a eficiência térmica, as dimensões da chapa e as propriedades térmicas do metal de base, torna-se possível prever as taxas e tempos de resfriamento a partir de modelo analíticos. Consequentemente, permitindo a previsão das transformações de fase, garantindo que os valores das propriedades da junta soldada se enquadrem dentro de um intervalo desejado. Os modelos de previsão de taxa de resfriamento derivados a partir dos modelos analíticos de Rosenthal são validos apenas no regime quase estacionário. Todavia, estes modelos costumam ser utilizados com pouco critério, mesmo em situações em que este regime não é alcançado. Portanto, para o desenvolvimento de modelos mais precisos e acurados para previsões das taxas de resfriamento, torna-se necessário entender como os termos do balanço de energia se desenvolvem durante a soldagem, até atingir o regime quase estacionário. Este trabalho tem como objetivo desenvolver um entendimento mais abrangente dos fatores que impactam nos valores de taxas de resfriamento em juntas soldadas. Realizaram-se ensaios de calorimetria com nitrogênio líquido para diferentes tempos de soldagem, como também, foram coletados ciclos térmicos em diferentes posições ao longo do cordão, buscando entender como as variações no balanço de energia, ao longo da soldagem, impactam no material. A partir da Metodologia de Superfície de Resposta, foram obtidos os modelos empíricos da energia entregue ao material e da eficiência térmica do arco. Um novo entendimento acerca do balanço de energia na soldagem foi alcançado, servindo de base para o desenvolvimento e validação de um modelo preditivo de taxa de resfriamento, válido para diferentes condições de fluxo de energia no material. / Since the early 20th century, numerical and experimental methods have been used to quantify the thermal arc efficiency in welding, i.e., the ratio between the electric arc energy and the energy delivered to the material during welding. Knowing the thermal arc efficiency, the sample dimensions and the thermal properties of the base metal, it is possible to predict the cooling rates by analytical models. Consequently, allowing the prediction of phase transformations in the material, ensuring that values of welded joint properties are within a desired range. Cooling rate prediction models derived from Rosenthal\'s analytical models are valid only in quasi-stationary state. However, these models are used with little criterion, even in situations where this state is not achieved. Therefore, to development of more accurate and precise models for the prediction of cooling rate it become necessary to understand the evolution of the energy balance during the welding until the quasi-stationary state was reached. This work aims to develop a more comprehensive understanding of the factors that affect the cooling rate in welded joints. Calorimetry tests with liquid nitrogen were carried out for different welding times, and thermal cycles were collected at different positions along the weld bead, to understand how the variations in the energy balance during the welding affect the material. From the Response Surface Methodology, the empirical models of delivered energy and the thermal arc efficiency were obtained. A new understanding about the energy balance in the welding was found, that was used for the development and validation of a predictive model of cooling rate, valid for different condition of energy flow in the material.

Orientadores: Ana Maria Frattini Fileti, Galba Maria de Campos Takaki / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-06T21:06:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Albuquerque_ClarissaDaisydaCosta_D.pdf: 8871218 bytes, checksum: 55101c854d0f7293da9222f2518c7c15 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Entre as técnicas convencionais usadas para desenvolvimento de software sensores, redes neurais artificiais têm mostrado ser um instrumento poderoso em modelagem e controle de bioprocessos complexos. O objetivo geral do presente trabalho é o desenvolvimento de software sensores baseados em redes neurais para estimação e previsão em tempo real da concentração de biomassa e da atividade de emulsificação no processo de produção de bioemulsificante por Cândida lipolytica. Bioemulsificantes normalmente apresentam vantagens como biodegradabilidade, baixa toxicidade e biocompatibilidade em relação a emulsifícantes sintetizados quimicamente. Adicionalmente, eles apresentam potencial para serem sintetizados a partir de substratos de baixo custo e são normalmente efetivos em condições extremas de pH, temperatura e salinidade. Consequentemente, bioemulsificantes têm sido aplicados com sucesso em áreas como biorremediaçào e recuperação de óleos. Contudo, os bioemulsificantes não são ainda largamente empregados por conta do seu alto custo de produção, resultante primeiramente da baixa produtividade dos microrganismos empregados e do alto custo de recuperação. Entretanto, neste trabalho foi mostrado que o desenvolvimento de softsensores neurais juntamente com otimização de componentes de meio de produção e ampliação de escala do processo podem contribuir para tomar a produção de bioemulsificante mais eficiente e econômica. O modelo quadrático obtido na otimização dos componentes do meio usando planejamento composto central com três fatores e metodologia de superfície de resposta mostrou significância estatística e capacidade preditiva. A máxima atividade de emulsificação para emulsões água-em-hexadecano obtida foi de 4,415 UAE e as concentrações ótimas de uréia, sulfato de amónio e fosfato monobásico de potássio foram respectivamente iguais a 0,544 % (w/v), 2,131 % (w/v) and 2,628 % (w/v). O rendimento do processo foi otimizado em 272%. A ampliação do processo da escala de frascos para a escala de fermentador de bancada foi realizada com sucesso e os efeitos e interações da temperatura e velocidade de agitação sobre a atividade de emulsificação do bioemulsificante produzido por Cândida lipolytica foram investigados. Os conjuntos de dados necessários para o treinamento, validação e teste dos softsensores foram obtidos de experimentos de produção de bioemulsificante realizados em biorreator de 5L, sob diferentes condições de temperatura e agitação. Os conjuntos de treinamento, validação e teste dos softsensores foram suavizados e expandidos usando interpolação com spline cúbica. Várias topologias de redes neurais com uma camada escondida foram testadas. As variáveis de entrada do processo incluíram pH, oxigênio dissolvido, densidade ótica e salinidade do liquido metabólico livre de células. O algoritmo de treinamento usado foi o algoritmo de retropropagação baseado em Levenberg-Marquardt em conjunção com regularização bayesiana. A raiz do erro quadrático médio (RMSE) e o coeficiente de determinação global (Rg2) foram usados entre outros índices para comparar o desempenho dos modelos. Os resultados mostram que softsensores neurais fornecem estimação e previsão on-line de concentração de biomassa e de atividade de emulsificação dentro de uma variação aceitável de 5% dos valores experimentais. Coeficientes de determinação global superiores a 0,90 indicam o excelente ajuste dos modelos de redes neurais com os valores experimentais testados, obtidos para concentração de biomassa e atividade de emulsificação / Abstract: Among conventional techniques used for development of 'software sensors', artificial neural networks have showed to be a powerful tool for modelling and control of complex bioprocess. The present work deals with the development of neural network based software sensors for real time estimation and prediction of biomass concentration and emulsification activity in a bioemulsifier production process by Candida lipolytics Bioemulsifiers commonly have the advantages of biodégradation, low toxicity, and biocompability over chemically synthesized emulsifiers. In addition, they can potentially be synthesized from cheap subtrates and are commonly effective at extremes of pH, temperature, and salinity. As a result, bioemulsifiers have found successful application in areas such as bioremediation and oil recovery. However, bioemulsifiers are not widely available because of their high production costs, which results primarily from low strain productivities and high recovery expenses. Therefore, in this work was showed that on-iine neural softsensor development jointly with media optimization and scale up of the process can make bioemulsifier production more efficient and more economical.The second order model obtained in the optimization of the medium components using three-factor central composite design and response surface methodology showed statistical significance and predictive ability. It was found that the maximum emulsification activity to water-in-hexadecane emulsion produced was 4,415 UEA and the optimum levels of urea, ammonium sulfate and potassium dihydrogen orthophosphate were, respectively, 0,544 % (w/v), 2,131 % (w/v) and 2,628 % (w/v). The emulsifier production process yield was optimized in 272 %. Successful scale-up from flasks to laboratory scale bioreactor was attained and the effects and interactions of the temperature and agitation rate on the emulsification activity of the bioemulsifier produced by Candida lipolytica were investigated. The data sets required to training, validation and test the neural software sensors were obtained from bioemulsifier production experiments carried out using com oil and sea water based media in a 5L bioreactor, under different temperature and agitation conditions. The training, validation and test sets were smoothed and expanded by interpolation using a piecewise smoothing cubic spline. Several neural network topologies with one hidden layer were tested. The input process variables included pH, dissolved oxygen, optic density and free cell metabolic liquid salinity. The training algorithm used was the Levenberg-Marquardt based backpropagation algorithm, in conjunction with Bayesian regularization. The root mean square error (RMSE) and the global determination coefficient (Rg2) among others index were used to compare model performances. The results showed that neural 'software sensors' supplied for biomass concentration and emulsification activity on-line estimation and prediction within an acceptable variation of 5% of the experimental values. Global coefficients of determination higher than 0.90 indicated excellent agreement of the neural network models with experimental test values, obtained for biomass concentration and emulsification activity / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

Orientadores: Denis Jose Schiozer, Eliana L. Ligero / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica, Instituto de Geociencias / Made available in DSpace on 2018-08-04T09:02:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Madeira_MarceloGomes_M.pdf: 1487066 bytes, checksum: 39d5e48bf728f51d3c85f7d5ef207d41 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Os processos de tomada de decisões em campos de petróleo estão associados a grandes riscos provenientes de incertezas geológicas, econômicas e tecnológicas e altos investimentos. Nas fases de avaliação e desenvolvimento dos campos, torna-se necessário modelar o processo de recuperação com confiabilidade aumentando o esforço computacional. Uma forma de acelerar o processo é através de simplificações sendo algumas discutidas neste trabalho: técnica de quantificação do risco (Monte Carlo, árvore de derivação), redução no número de atributos, tratamento simplificado de atributos e simplificação da modelagem do reservatório. Ênfase especial está sendo dada à (1) comparação entre Monte Carlo e árvore de derivação e (2) desenvolvimento de modelos rápidos através de planejamento de experimentos e superfície de resposta. Trabalhos recentes estão sendo apresentados sobre estas técnicas, mas normalmente mostrando aplicações e não comparação entre alternativas. O objetivo deste trabalho é comparar estas técnicas levando em consideração a confiabilidade, a precisão dos resultados e aceleração do processo. Estas técnicas são aplicadas a um campo marítimo e os resultados mostram que (1) é possível reduzir significativamente o número de simulações do fluxo mantendo a precisão dos resultados e que (2) algumas simplificações podem afetar o processo de decisão / Abstract: Petroleum field decision-making process is associated to high risks due to geological, economic and technological uncertainties, and high investments, mainly in the appraisal and development phases of petroleum fields where it is necessary to model the recovery process with higher precision increasing the computational time. One way to speedup the process is by simplifying the process; some simplifications are discussed in this work: technique to quantify the risk (Monte Carlo and derivative tree), reduction of number of attributes, simplification of the treatment of attributes and simplification of the reservoir modeling process. Special emphasis is given to (1) comparison between Monte Carlo and derivative tree techniques and (2) development of fast models through experimental design and response surface method. Some works are being presented about these techniques but normally they show applications and no comparison among alternatives is presented. The objective of this work is to compare these techniques taking into account the reliability, precision of the results and speedup of the process. These techniques are applied to an offshore field and the results show that it is possible to reduce significantly the number of flow simulation maintaining the precision of the results. It is also possible to show that some simplifications can yield different results affecting the decision process / Mestrado / Reservatórios e Gestão / Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo