Orientador: Tiago Rodrigues / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Biossistemas, 2013

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-10-16T14:50:15Z No. of bitstreams: 1 FÁBIO GEORGE NOGUEIRA CRUZ - DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2017.pdf: 3691156 bytes, checksum: 5b1dfe0077677e8425fa32fdbb895e39 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-16T14:50:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FÁBIO GEORGE NOGUEIRA CRUZ - DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2017.pdf: 3691156 bytes, checksum: 5b1dfe0077677e8425fa32fdbb895e39 (MD5) Previous issue date: 2017-03-27 / A utilização de sensores em sistemas de controle de processos é de vital importância para o monitoramento e operação adequada das plantas industriais. Por sua vez, os sinais podem apresentar interferências de outras fontes, além de que em certos casos, não é possível observar diretamente os sinais individuais das fontes. Diante disso, as técnicas de processamento e separação de sinais são utilizadas no intuito de extrair as informações das fontes contidas nos sinais misturados. As principais técnicas de separação de sinais estão associadas a técnica ICA (Independent Component Analysis), que sofreu significativa evolução desde sua criação nos anos 80. Tal evolução teve contribuição também da técnica PCA (Principal Component Analysis) e do desenvolvimento da capacidade de processamento computacional. No entanto, essas técnicas apresentam dois problemas básicos, a saber: desvio de amplitude e mudança de fase, sendo tais problemas limitantes quanto a sua utilização em sistemas de controle. Sendo assim, esse trabalho tem como objetivo apresentar uma solução do problema de amplitude das técnicas ICA’s para utilização na redução do acoplamento de sistemas multivariáveis. A correção proposta, baseada na correção da etapa de branqueamento dos algoritmos ICA, gerando a técnica MOD-ICA, foi utilizada como alternativa para a quebra da correlação entre variáveis dos sistemas multivariados. Essa técnica foi utilizada para o projeto e obtenção dos pares de controle de uma planta de produção de etanol anidro modelada na plataforma Aspen Dynamics. No estudo de caso proposto, foi observada uma redução significativa no número condicional dos pares de controle propostos, e a matriz de separação foi utilizada como parâmetro de desacoplamento do sistema de controle. Dessa forma, a técnica proposta MOD-ICA apresentada pode ser utilizada como ferramenta de geração de projeto de sistemas de controle, podendo a matriz de separação ser considerada como modelo de redução de acoplamento, resultando assim na obtenção de um sistema de controle mais robusto às variações inerentes do processo. / The use of sensors in process control systems is of vital importance for the proper operation and monitoring of industrial plants. In turn, process signals may have interference from other sources and, in some cases, it is not possible to observe directly the individual signals of the sources. In view of this, signal processing and separation techniques are used in order to extract the information from the sources contained in mixed signals. The main signal separation techniques are associated with the Independent Component Analysis (ICA), which has undergone significant evolution since its creation in the 1980s. Such evolution also had the contribution of the Principal Component Analysis (PCA) and the development of computational processing power. However, these techniques have two basic glitches: deviation of amplitude and phase change, which limit their use in control systems. Therefore, this research aims to present a solution to the problem of amplitude in ICA techniques for use in decoupling reduction in multivariate systems. The proposed correction, based on the stage of whitening ICA algorithms, which generated the technique MOD-ICA, was used as an alternative to breaking the correlation between variables in multivariate systems. Such technique was used for projecting and obtaining controlling pairs in an industrial plant of anhydrous ethanol production modeled on the Aspen Dynamics platform. In the case study proposed in this research, a significant reduction in the conditional numbers of the proposed controlling pairs was observed, and the separating matrix was used as a parameter of decoupling for the control system. As a result, the proposed MOD-ICA technique can be used as a tool for generating control systems, and its separating matrix can be considered as a model for decoupling reduction, which results in a more robust control system for process variation.

Orientador: Prof. Dr. Fernando Luis da Silva Semião / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Física, 2017.

Submitted by Lucienne Costa (lucienneferreira@ufcg.edu.br) on 2018-04-12T14:56:31Z No. of bitstreams: 1 ALAIN CHARLES DE MELO ALVES - DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2017.pdf: 2958576 bytes, checksum: da6d8a9342aea19b0bd4eb2403563d7c (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-12T14:56:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ALAIN CHARLES DE MELO ALVES - DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2017.pdf: 2958576 bytes, checksum: da6d8a9342aea19b0bd4eb2403563d7c (MD5) Previous issue date: 2017-02-17 / Capes / Os processos indústrias em sua maioria são multivariáveis e apresentam uma grande interação entre suas variáveis. A fim de reduzir essas interações algumas técnicas têm sido desenvolvidas. Análise de Componentes Independentes (ICA) tem sido uma técnica bastante promissora quando se deseja reduzir ou até mesmo eliminar o acoplamento entre as variáveis. Essa técnica é usada na separação de fontes desconhecidas. Embora já existam diversos trabalhos recentes sobre a aplicação do ICA em processos industriais, poucos são voltados para aplicação da técnica em colunas de destilação. Este trabalho estabelece uma estratégia de controle aplicado a uma coluna de destilação de alta pureza com recompressão de vapor utilizando o ICA. Além disso, o trabalho estabeleceu uma estratégia de controle para as composições de base e topo. Para tanto foi feita uma comunicação entre o Aspen Plus DynamicsTM e o Simulink/Matlab®. A comunicação foi estabelecida por meio do bloco AMSimulation. Duas estratégias de controle foram comparadas: MPC com o ICA e MPC sem o ICA. Os resultados da estratégia MPC com ICA se apresentaram mais promissoras mostrando que a técnica ICA é uma ferramenta desacoplante útil para sistemas com forte acoplamento. / The industrial processes are in its majority are multivariable and show a high number of interactions between its variables. Some techniques have been developed to target the reduction of these interactions. Independent Component Analysis (ICA) has been a very promising technique when it is desired to reduce or even eliminate the coupling between variables. The ICA technique has been utilized on the separation of unknown sources. Although there are several different studies targeting the application of ICA in industrial processes, just a few of them geared for technical applications in distillation columns. This dissertation attempts to establish a control strategy applied to a high purity distillation column with vapor recompression using the ICA. In addition, the dissertation proposes to establish a control strategy for the bottom and top of compositions. For this will be a communication between the Aspen Plus DynamicsTM and Simulink / Matlab®. The communication will be established through the AMSimulation block. Two control strategies were compared: MPC with ICA and MPC without MPC. The results of the MPC with ICA strategy were shown to be more promising, showing that the ICA technique is a useful decoupling tool for systems with strong coupling.

A técnica de dupla ressonância unidimensional para alta resolução em líquidos constitui o objetivo deste trabalho. Para isso construiu-se uma sonda de dupla ressonância, apropriada para experiências heteronucleares do tipo 13C-{1H}. Empregam-se algumas sequências de pulsos para permitir as medidas do EON e do desacoplamento nuclear entre 1H e 13C. Emprega-se o EON com a finalidade de obter um aumento na intensidade do sinal de RMN do 13C; emprega-se o desacoplamento para eliminar a estrutura fina que surge devido ao acoplamento nuclear entre 1H e 13C. Inclui-se uma breve revisão sobre a teoria com a fmalidade de unificar o tratamento desta com as aplicações. As técnicas experimentais são discutidas e alguns espectros são mostrados para ilustrar os principais resultados / The one dimensional double resonance technique for high resolition in liquids is the main purpose of this work. For this we have built a double resonance probe, suitable for heteronuclear 13C-{1H} experiment. Some pulse sequences are employed to allow the NOE and decoupling between 1H e 13C to be measured. The NOE is employed in order to obtain a three-fold enhancement of the 13C NMR signal; decoupling is employed to eliminate the fme structW\'e arising from spin coupling between 1H e 13C. A short review about theory is included to provide unified treatment with applications. The experimental techniques are discussed and some spectra are shown to illustrate the main results.

As mudanças climáticas globais e a expansão da cultura da cana-de-açúcar para regiões com menor suprimento hídrico elevaram a importância de estimativas consistentes das necessidades de água da cultura. Na tentativa de contribuir nesse campo, o presente trabalho buscou analisar o consumo hídrico da cana-de-açúcar em três diferentes escalas espaciais: folha, planta e dossel, além de uma ferramenta de simulação (DSSAT/CANEGRO) quanto ao seu desempenho na estimativa do consumo hídrico da cana-de-açúcar. Foram realizadas medidas de evapotranspiração do dossel pelo método do balanço de energia-razão de Bowen (MRB) e de transpiração das plantas por meio do balanço de calor nos colmos (BC) e das folhas com um analisador de gás à infravermelho (IRGA). Duas áreas experimentais foram utilizadas, sendo a primeira com a variedade CTC 12, na safra 2011/2012, irrigada por gotejamento subsuperficial; a segunda área com a variedade RB867515, irrigada por aspersão por meio de um pivô central, na safra 2012/2013. O acoplamento planta-atmosfera também foi avaliado. As análises do MRB indicaram um fluxo de calor latente médio de 70% da energia disponível no ambiente, com 25% de fluxo de calor sensível e 5% no fluxo de calor no solo. Com a mesma metodologia a evapotranspiração da cultura média (ETc) foi estimada em 3,92 e 3,25 mm dia-1 para as variedades CTC 12 e RB867515, respectivamente, resultando em um coeficiente de cultura (Kc) médio de 1,37, na fase de pleno desenvolvimento vegetativo. No período experimental, o canavial permaneceu mais acoplado à atmosfera (Ω médio=0,37) e a transpiração avaliada pelo BC chegou a 4,7 e 3,62 mm dia-1, respectivamente para CTC 12 e RB867515. A metodologia do IRGA resultou em perda de água ao nível foliar da faixa de até 1 mm h-1. Conforme a demanda atmosférica, o Kc da cultura apresentou-se variável em função da evapotranspiração de referência (ETo). O modelo DSSAT/CANEGRO mostrou-se eficiente na simulação da ETc e transpiração do canavial, com resultados mais satisfatórios (R2=0,59) quando utiliza-se a metodologia FAO 56 nas simulações. / Global climate change and the sugarcane crop expansion to regions with lower water supply became more important the real estimate of crop water requirements. This study aimed to contribute on this regard by analyzing the sugarcane water consumption at three different spatial scales: leaf, plant and canopy. The DSSAT/CANEGRO crop model was also evaluated with respect to sugarcane transpiration and evapotranspiration. Bowen ratio energy balance (BREB) method was performed to measure crop canopy evapotranspiration and the transpiration were measured with sap flow by stem heat balance for plant scale and infra-red gas analyzer (IRGA) for leaf scale. Two experimental sites were used: the first with CTC 12 cultivar and drip irrigation, on 2011/2012 season; in the second experiment the RB867515 variety was grown under sprinkler irrigation by a central pivot, on the 2012/2013 growing season. The plant-atmosphere decoupling factor was also evaluated. BREB method showed latent heat flux representing 70% of the available energy, 25% for sensible heat flux, and 5% for soil heat flux. BREB crop evapotranspiration (ETc) ranged from 3.92 to 3.25 mm day-1 for CTC 12 and RB867515, respectively, resulting in a mean crop coefficient (Kc) of 1.37 at the full vegetative growth stage. In the experimental period, sugarcane crop was coupled to the atmosphere (Ω=0.37) and transpiration assessed by HB reached 4.7 and 3.62 mm day-1 for CTC 12 and RB867515, respectively. IRGA method showed a leaf water loss up to 1 mm h-1. Kc varied with reference evapotranspiration (ETo) The DSSAT/CANEGRO crop model was efficient in the ETc and transpiration simulation, with better results (R2=0.59) when using FAO 56 ETo method in the simulations.

Atualmente no Brasil mais da metade da população adulta tem excesso de peso e 21% estão obesos. A obesidade é uma doença que se encontra em evidente crescimento, sendo considerada a epidemia do século XXI. Como alternativa de tratamento e prevenção, o uso de ácidos graxos que possuem habilidade de induzir a expressão de genes com importante papel em modulações metabólicas e mitocondriais têm sido estudados. O ácido linoleico conjugado (CLA, 18:2) é da família ômega-6, descrito por sua propriedade antiobesidade relacionada à diminuição da adiposidade e ao aumento do metabolismo corporal. O óleo de peixe (OP) é uma mistura de ácidos graxos poli-insaturados eicosapentaenóico (EPA, 20:5) e docosahexaenóico (DHA, 22:6) da família ômega-3, conhecido por aumentar a sensibilidade à insulina, o colesterol-HDL, pelas suas propriedades antiinflamatórias e sua ação protetora sobre o sistema nervoso. O objetivo deste estudo foi verificar os efeitos da suplementação da dieta de camundongos C57BL6 com CLA em conjunto com OP durante 60 dias sobre aspectos bioquímicos, moleculares e fisiológicos do metabolismo mitocondrial e corporal. Verificamos que a suplementação da dieta com CLA e OP in vivo: aumenta o metabolismo corporal, efeito atribuído à ambos os óleos; prejudica o metabolismo da glicose circulante, proporcionado exclusivamente pelo CLA; reduz o nível de movimentação, proporcionado exclusivamente pelo OP. No fígado: aumenta a expressão de UCP2, a atividade de proteínas desacopladoras e a ?- oxidação, efeito atribuído à ambos os óleos; aumenta o número de mitocôndrias, proporcionado exclusivamente pelo OP. CLA aumenta a produção de espécies reativas de O2 (EROs) a qual é revertida pelo OP em conjunto. No músculo sóleo: aumenta a biogênese mitocondrial via PGC- 1? e a expressão de UCP2, proporcionados pelo OP. Por fim, no hipocampo: aumenta o número de mitocôndrias, estimulo dado por ambos os óleos; aumenta a atividade desacopladora e reduz a produção de EROs, proporcionados exclusivamente pelo CLA. Concluímos que na suplementação conjunta os efeitos do OP são predominantes nos metabolismos corporal, hepático e muscular, e na movimentação corporal, enquanto que o efeito predominante do CLA é a diminuição na sensibilidade à insulina. Já no cérebro, o OP potencializa os efeitos do CLA. / Currently in Brazil more than a half of adult population has overweight, and 21% are obese. This evident growing disease is considered the 21th century\'s epidemy. Some fatty acids have been considered an alternative treatment and prevention strategy for obesity due to their ability to stimulate gene expression with important role in cellular and mitochondrial metabolisms. Conjugated linoleic acid (CLA, 18:2) from omega-6 family, with anti-obesity properties related to diminution of adiposity and increments in body metabolism. The fish oil (FO) is a mixture of the poli-unsaturated fatty acids eicosapentaenoic (EPA, 20:5) and docosahexaenoic (DHA, 22:6) from omega-3 family, known for improving insulin sensibility and HDL-cholesterol, anti-inflammatory properties and protective action over the central nervous system. The objective of this study was to examine the effects of dietary supplementation of CLA in conjunction with FO during 60 days over biochemical, molecular and physiological aspects of mitochondrial and body metabolism in C57BL6 mice. Diet supplementation with CLA and FO in vivo: raise body metabolism, an effect attributed to both oils; affect glucose metabolism, exclusively proportionate by CLA; diminish the level of mice movement, exclusively proportionate by FO. In liver: increase UCP2 expression, uncoupling proteins activity and ?-oxidation, stimulated by both oils; increase mitochondrial density, exclusively proportionate by FO. CLA also raises the reactive oxygen species (ROS) production, which is reversed by FO in conjunction. In soleus muscle: increase mitochondrial biogenesis through PGC-1? and the UCP2 expression, exclusively proportionate by FO. Lastly, in hippocampus: increase mitochondrial density, stimulated by both oils; stimulate uncoupling activity and diminish ROS production, exclusively proportionate by CLA. In conclusion, in the dietary supplementation with CLA and FO in conjunction the FO effects are prevalent in metabolisms of body, liver and muscle, and in body movement, while the CLA effects are prevalent in decreasing insulin sensitivity. However in the brain, the FO potentiates the effects of CLA.

Neste trabalho, consideramos o problema de desacoplamento de perturbações por realimentação dinâmica regular do estado para sistemas não lineares afins. Utilizando a abordagem geométrica-diferencial, estabelecemos condições necessárias e suficientes de solução de tal problema. Mostramos que tais condições são baseadas na geometria de um sistema estendido, obtido pela colocação de integradores em série com as entradas do sistema original. Quando tal problema e solúvel, mostramos também que o algoritmo de extensão dinâmica permite a construção do compensador solução. Como um subproduto de tais técnicas, obtemos uma forma geométrica de determinação da estrutura algébrica no infinito, através da geometria do sistema estendido. / In this work we consider the Problem of Disturbance Decoupling by Regular Dynamic Feedback for the class of affine nonlinear systems. We use the so-called Differential Geometric Approach to derive the necessary and sufficient conditions for this problem\'s solution. We show that the solvability of this problem is governed by the geometry of an Extended System obtained by putting integrators in series with the inputs of the original system. When the necessary conditions are satisfied, we show that the well known dynamic extension algorithm can be used to construct a solution. We also show that the algebraic structure at infinity can be computed by geometric methods with the aid of the Extended System.

O sulindaco é um antiinflamatório não esteroidal (AINE) classificado quimicamente como ácido carboxílico, da classe dos acetatos, que inibe de forma não seletiva a cicloxigenase 1 e 2. Terapeuticamente, é utilizado como agente analgésico e antiinflamatório para o tratamento de sintomas da artrite reumatóide aguda e crônica, osteoartrite e espondilite anquilosante, no entanto, seu uso não está restringido somente a estas patologias, pois apresenta atividade quimiopreventiva, sendo atualmente também utilizado para este fim, apesar de inúmeros relatos de toxicidade gastrointestinal e hepática terem sido relatados na literatura. Ele é ingerido como um pró-fármaco, e por reações de biotransformação hepática origina um metabólito reduzido (sulindaco sulfeto, ativo farmacologicamente) e outro oxidado (sulindaco sulfona, inativo). Para avaliar os efeitos do sulindaco e seus metabólitos, foram realizados estudos in vitro em mitocôndrias isoladas de fígado de rato, para explorar aspectos mecanísticos de toxicidade mitocondrial, e ensaios com linhagem celular de hepatoma humano HepG2, para avaliar seus efeitos após metabolização, uma vez que estas células mantém enzimas responsáveis pelas reações de biotransformação de fase I e II. Nossos resultados demonstram que o sulindaco sulfeto estimula a respiração de estado 4 e promove a liberação de cálcio pré-acumulado pela organela de maneira concentração-dependente, sendo evidente o efeito desacoplador sobre a fosforilação oxidativa, refletidos na diminuição da viabilidade celular em associação com a diminuição do conteúdo de ATP, provocado pela dissipação do potencial de membrana mitocondrial, sugerindo um mecanismo protonoforético de desacoplamento, responsável pela toxicidade deste antiinflamatório. Além disso, foi observado o inchamento das mitocôndrias em meio energizado, condição que ocorre independente de cálcio presente no meio reacional. Este evento foi parcialmente sensível a ciclosporina A e Mg2+, teve prevenção total com a adição de BHT e insensibilidade a outros moduladores, como ADP, ATP, DTT e NEM. Os resultados não condizem com a transição de permeabilidade mitocondrial clássica, uma vez que é dependente de cálcio, e o mecanismo de prevenção deste efeito obtida com a adição de BHT é desconhecido, pois não foi observada a indução de formação de radicais livres nos dois modelos experimentais utilizados. No entanto, a indução de intumescimento mitocondrial pode contribuir para seus efeitos tóxicos. O sulindaco e o sulindaco sulfona não apresentaram quaisquer efeitos descritos para o sulindaco sulfeto, indicando que somente o metabólito farmacologicamente ativo é responsável pelos efeitos tóxicos observados. A biotransformação por reações de Fase I e II podem contribuir para a toxicidade in vivo, por originarem o metabólito reduzido, e como o sulindaco é utilizado em terapias que envolvem uso por tempo prolongado, é prudente realizar um monitoramento da função hepática antes e durante o período de tratamento, no sentido de prevenir complicações do uso na terapia convencional / Sulindac is a nonsteroidal anti-inflammatory drug (NSAID) known to inhibit non-selectively ciclooxygenases (COX) 1 and 2. Sulindac is therapeutically used as anti-inflammatory and analgesic in the symptomatic treatment of acute and chronic rheumatoid arthritis, osteoarthritis, and ankylosing spondylits. In addition to this property, a role in the prevention/regression of colonic carcinogenesis, has been described for both sulindac and metabolites. Nevertheless, its therapeutic use has been limited because of its toxicity to the gastrointestinal tract and liver, reported in the literature. Sulindac is a prodrug that is ?in vivo? metabolized to its pharmacological active metabolite, sulindac sulfide and its pharmacological inactive one, sulindac sulfone. In order to assess the effects of sulindac and its metabolites, we used ?in vitro? studies with isolated rat liver mitochondria, to evaluate the aspects of its toxicity in mitochondria; and studies with human hepatoma cell line (HepG2), to evaluate its affects after biotransformation. The present study shows that sulindac sulfide, but not sulindac sulfone or sulindac itself, cause mitochondrial uncoupling, releasing pre-accumulated Ca2+ from the organelle, and decrease Hep-G2 cell viability in an apparent association with cellular ATP depletion resulted from mitochondrial uncoupling-associated membrane potential dissipation. We therefore propose mitochondrial uncoupling by sulindac sulfide as a potential mechanism for the well established toxicity of sulindac, at least to the liver in humans. It was also observed a mitochondrial swelling in energized media that can occur without dependence on the calcium present in the media. This event was partial inhibited by CsA and Mg2+, and completely inhibited with the addition of BHT. It did not show any inhibition with the addition of ADP, ATP, DTT or NEM. These results can not be associated to the classical mitochondrial permeability transition that is dependent to calcium, and the mechanism of inhibition observed with BHT is not known, since it was not observed any production of free radicals in our models, but the swelling observed can also contribute to the toxic effects observed. The sulindac itself and the sulfone metabolite did not show any toxic effect observed for the sulfide form, indicating that just the pharmacological active metabolite is responsible for the toxic effects. The biotransformation (phase I and II reactions) can contribute to sulindac toxicity, because they generate the reduced form. Sulindac is also used in long term treatment, so it is necessary the monitoring of the hepatic function is necessary before and during the treatment, in order to prevent any further complication.

Neste trabalho, consideramos o problema de desacoplamento de perturbações por realimentação dinâmica regular do estado para sistemas não lineares afins. Utilizando a abordagem geométrica-diferencial, estabelecemos condições necessárias e suficientes de solução de tal problema. Mostramos que tais condições são baseadas na geometria de um sistema estendido, obtido pela colocação de integradores em série com as entradas do sistema original. Quando tal problema e solúvel, mostramos também que o algoritmo de extensão dinâmica permite a construção do compensador solução. Como um subproduto de tais técnicas, obtemos uma forma geométrica de determinação da estrutura algébrica no infinito, através da geometria do sistema estendido. / In this work we consider the Problem of Disturbance Decoupling by Regular Dynamic Feedback for the class of affine nonlinear systems. We use the so-called Differential Geometric Approach to derive the necessary and sufficient conditions for this problem\'s solution. We show that the solvability of this problem is governed by the geometry of an Extended System obtained by putting integrators in series with the inputs of the original system. When the necessary conditions are satisfied, we show that the well known dynamic extension algorithm can be used to construct a solution. We also show that the algebraic structure at infinity can be computed by geometric methods with the aid of the Extended System.