abstract: Functional or dynamic responses are prevalent in experiments in the fields of engineering, medicine, and the sciences, but proposals for optimal designs are still sparse for this type of response. Experiments with dynamic responses result in multiple responses taken over a spectrum variable, so the design matrix for a dynamic response have more complicated structures. In the literature, the optimal design problem for some functional responses has been solved using genetic algorithm (GA) and approximate design methods. The goal of this dissertation is to develop fast computer algorithms for calculating exact D-optimal designs. First, we demonstrated how the traditional exchange methods could be improved to generate a computationally efficient algorithm for finding G-optimal designs. The proposed two-stage algorithm, which is called the cCEA, uses a clustering-based approach to restrict the set of possible candidates for PEA, and then improves the G-efficiency using CEA. The second major contribution of this dissertation is the development of fast algorithms for constructing D-optimal designs that determine the optimal sequence of stimuli in fMRI studies. The update formula for the determinant of the information matrix was improved by exploiting the sparseness of the information matrix, leading to faster computation times. The proposed algorithm outperforms genetic algorithm with respect to computational efficiency and D-efficiency. The third contribution is a study of optimal experimental designs for more general functional response models. First, the B-spline system is proposed to be used as the non-parametric smoother of response function and an algorithm is developed to determine D-optimal sampling points of a spectrum variable. Second, we proposed a two-step algorithm for finding the optimal design for both sampling points and experimental settings. In the first step, the matrix of experimental settings is held fixed while the algorithm optimizes the determinant of the information matrix for a mixed effects model to find the optimal sampling times. In the second step, the optimal sampling times obtained from the first step is held fixed while the algorithm iterates on the information matrix to find the optimal experimental settings. The designs constructed by this approach yield superior performance over other designs found in literature. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Industrial Engineering 2015

À l'échelle industrielle, la métallisation de la face avant des cellules photovoltaïques est réalisée grâce au procédé de sérigraphie depuis plus de 40 ans. Une pâte à base d'argent est imprimée avant d'être recuite à haute température. La robustesse, la simplicité et la haute cadence de production de ce procédé ont largement contribué à son succès. L'étape de métallisation est critique dans la chaîne de fabrication des cellules. D'un côté, les propriétés des contacts déposés déterminent les performances finales des cellules. D'un autre côté, plus de 7% de la consommation mondiale d'argent sont déjà destinés à l'industrie photovoltaïque. Avec les prévisions de croissance exponentielle de ce secteur, la quantité d'argent déposée lors de cette étape devient de plus en plus cruciale car elle régit le coût final des cellules. Elle dépend également de la qualité des contacts imprimés. Il est donc important d'optimiser le procédé de sérigraphie pour limiter la masse d'argent imprimée et maximiser le rendement des cellules. Les travaux présentés dans la première partie de cette thèse sont focalisés sur ces deux aspects. Dans un premier temps, le comportement rhéologique des pâtes de sérigraphie est étudié. Par la suite, une étude multifactorielle combinée à des simulations des pertes de puissance permet d'évaluer l'influence des paramètres de la sérigraphie sur le rendement des cellules et la masse d'argent déposée. Ces travaux ont conduit à la fabrication de cellules caractérisées par un rendement moyen de 19,0% à l'échelle industrielle. Le procédé de sérigraphie reste couteux et de nombreuses solutions alternatives sont à l'étude. En effet, la microstructure hétérogène des contacts cause des pertes électriques non négligeables en comparaison des cellules à haut rendement. Par ailleurs, la résolution limitée de ce procédé ne permet plus de réduire les dimensions des impressions, ce qui a un impact direct sur les pertes optiques et la masse d'argent déposée. Enfin, l'optimisation simultanée des propriétés électriques et géométriques des contacts complexifie son contrôle à l'échelle industrielle. Le concept double couche est une alternative innovante qui permet de s'affranchir de ces limitations. Une première couche est d'abord imprimée pour limiter la largeur initiale des contacts et améliorer l'interface avec la cellule. Une seconde couche de métal pur, déposée par voie électrolytique, vient épaissir cette dernière pour optimiser la hauteur et la conductivité de la grille de métallique. Dans le même temps, cette étape permet de contrôler précisément la masse d'argent déposée. Plusieurs solutions sont disponibles pour réaliser l'impression de la première couche. Grâce à sa flexibilité et à sa très haute cadence de production, le procédé de flexographie semble répondre au cahier des charges d'un tel dépôt dans des conditions industrielles. La seconde partie des travaux exposés dans cette thèse traite du développement de cette technique d'impression. Tout d'abord, le comportement rhéologique de plusieurs encres dérivées d'une pâte de sérigraphie classique est étudié. Dans un second temps, le procédé de flexographie est adapté au dépôt de lignes pouvant être épaissies par voie électrolytique (procédé LIP). Le potentiel de ce procédé est ensuite évalué à l'aide de modélisations du rendement et de la masse d'argent déposée. Finalement, la faisabilité du concept est démontrée grâce à la fabrication d'une cellule caractérisée par un rendement prometteur de 17,9%. / At an industrial scale, the front side metallization of solar cells is performed by screen printing for 40 years. A silver-based paste is printed before a high temperature annealing. This simple and robust process enables a high throughput. However, the metallization is a critical step in production lines. On the one hand, the contact properties affect the final cell performances. On the other hand, the photovoltaic industry already accounts for 7% of the world's silver consumption. With the expected exponential growth of this sector, the mass of silver per cell becomes crucial as it governs their final cost. Consequently, it is mandatory to optimize the screen printing process to limit the amount of deposited silver and maximize the solar cell efficiency. The first part of this study focused on these two aspects. First, the rheological behavior of screen printing pastes is investigated. Then, a multifactorial study is combined with power loss simulations to assess the effect of screen printing parameters on the cell efficiency and the deposited silver mass. Besides, these studies have lead to an average cell efficiency of 19,0% at an industrial scale. To ensure the photovoltaic industry growth, the screen printing process should be replaced in coming years. Indeed, the heterogeneous contact microstructure causes significant electrical losses in comparison to high-efficiency cells. Moreover, the limited resolution of this process does no longer allow a contact width reduction, which has a direct impact on the optical losses and the silver mass per cell. Finally, the simultaneous optimization of the electrical and geometrical contact properties is difficult at an industrial scale. The seed and plate concept is an innovative solution that overcomes these limitations. First, a seed layer is printed to reduce the initial contact width and improve its interface with the cell. Then, a second layer is electrolytically grown to improve the conductivity and the height of the metal grid. Besides, this step enables an accurate control of the deposited silver amount. Several solutions are available to print the first layer. Because of a high throughput and flexibility, the flexographic printing process seems particularly well suited to meet the seed layer requirements at an industrial level. The second part of this study focuses on the development of this process. First, the rheological behavior of several inks is studied. Secondly, the flexographic printing process is adapted to print fine lines that can be thickened by light induced plating (LIP). The potential of this metallization scheme is then assessed using a simulation of cell performances and silver consumption. Finally, a promising 17,9% cell efficiency demonstrates the concept feasibility.

Submitted by Bruna Rodrigues (bruna92rodrigues@yahoo.com.br) on 2016-10-03T14:22:13Z No. of bitstreams: 1 DissAGOP.pdf: 2381103 bytes, checksum: 25fa623c6fb2845927f58c532b278f6b (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-10T17:29:42Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissAGOP.pdf: 2381103 bytes, checksum: 25fa623c6fb2845927f58c532b278f6b (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-10T17:29:50Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissAGOP.pdf: 2381103 bytes, checksum: 25fa623c6fb2845927f58c532b278f6b (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-10T17:29:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissAGOP.pdf: 2381103 bytes, checksum: 25fa623c6fb2845927f58c532b278f6b (MD5) Previous issue date: 2016-03-18 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / This study aimed to optimize the production of hydrogen and other metabolites using crude glycerol as substrate, through design of experiments (DoE) and statistical process optimization. The first study aimed at optimizing the operational parameters of the fermentation process, and therefore, a mesophilic AFBR reactor was operated on 10 different phases, distributed as a combination of HRT and the glycerol concentration (Gc) proposed by a matrix containing CCD array containing 10 experimental trials. The HRT varied to 9.24h to 0.76h, while Gc ranged from 17.1g / L to 2.9 g / L. The results showed that the maximum conversion of glycerol (CG), 98.4%, was obtained using substrate concentrations lower than 5.0 g/L. The maximum yield (0.17 mol H2 / mol consumed glycerol) and H2 content in the produced biogas (87.4%) were achieved at concentrations greater than 10.0 g/L and HRT of 5h. Among the main soluble metabolites produced, 1,3-propanediol (1,3-PD) and propionic acid (HPr) stood out. The maximum yield of 1,3-PD (1.05 mol 1,3-PD / mol consumed glycerol) was obtained with 10.0 g/L glycerol in HRT of 9,24h, whereas the maximum yield of HPr (0.71 mol HPr / mol consumed glycerol) was achieved with 15.0 g/L of glycerol and HRT of 2h. The second study, in turn, consisted of optimizing the culture medium components (glycerol, KH2PO4, yeast extract and vitamin B12), through batch tests, and subsequent application in AFBR reactor. The maximum hydrogen and ethanol yields, 0.006 and 0.291 mol / mol consumed glycerol, was obtained in optimal culture medium consisting of 26.53 g/L glycerol, 1.75 g/L KH2PO4, 0.0076 g/L B12 and 0.5 g/L yeast extract. The application of optimal culture medium in a continuous reactor did not result in improvement of H2 and ethanol yields, however, caused an increase in 1,3-PD yield, reaching a maximum of 0.38 mol 1.3-PD / mol consumed glycerol. / O presente trabalho teve como objetivo otimizar a produção de hidrogênio e outros metabólitos, utilizando glicerol bruto como substrato, empregando técnicas de planejamento experimental e otimização estatística de processos. O primeiro estudo visou a otimização de parâmetros operacionais do processo fermentativo, e para tanto, um reator RALF mesofílico foi operado em 10 fases distintas, distribuídas conforme uma combinação do TDH e da concentração de glicerol (Cg) proposta por uma matriz de um DCCR contendo 10 condições experimentais. O TDH variou de 9,24h a 0,76h, enquanto a Cg variou de 17,1 g/L a 2,9 g/L. Os resultados obtidos mostraram que a máxima conversão de glicerol (CG), 98,4%, foi obtida utilizando concentrações de substrato menores que 5,0 g/L. O máximo rendimento (0,17 mol H2/mol glicerol consumido) e conteúdo de H2 no biogás produzido (87,4%) foram atingidos em concentrações superiores a 10,0 g/L e TDH de 5h. Dentre os principais metabólitos solúveis produzidos, 1,3-propanodiol (1,3-PD) e ácido propiônico (HPr) se destacaram. O máximo rendimento de 1,3-PD (1,05 mol 1,3-PD/mol glicerol consumido) foi obtido com 10,0 g/L de glicerol em TDH de 9,24h, enquanto que o máximo rendimento de HPr (0,71 mol HPr/mol glicerol consumido) foi alcançado com 15,0 g/L de glicerol e TDH de 2h. O segundo estudo, por sua vez, consistiu na otimização de componentes do meio de cultura (glicerol, KH2PO4, extrato de levedura e vitamina B12), através de ensaios em batelada, e posterior aplicação em RALF. Os máximos rendimentos de H2 e etanol, 0,006 e 0,291 mol/mol glicerol consumido, foram obtidos em meio de cultura ótimo constituído por 26,53 g/L de glicerol, 1,75 de KH2PO4, 0,0076 g/L de B12 e 0,5 g/L de extrato de levedura. A aplicação do meio de cultura otimizado em reator contínuo não resultou na melhoria dos rendimentos de H2 e etanol, no entanto, ocasionou um aumento no rendimento de 1,3-PD, alcançando 0,38 mol 1,3-PD/mol glicerol consumido.

Submitted by LILIAN CHERUBIN CORREIA null (lilian_cherubin@hotmail.com) on 2016-09-02T14:12:24Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_Lilian_Cherubin_Correia_2016_ficha e aprovação.pdf: 3233262 bytes, checksum: 3421e95ec88996d4b21b559ade72faf5 (MD5) / Approved for entry into archive by Juliano Benedito Ferreira (julianoferreira@reitoria.unesp.br) on 2016-09-05T21:08:41Z (GMT) No. of bitstreams: 1 correia_lc_me_araiq.pdf: 3233262 bytes, checksum: 3421e95ec88996d4b21b559ade72faf5 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-05T21:08:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 correia_lc_me_araiq.pdf: 3233262 bytes, checksum: 3421e95ec88996d4b21b559ade72faf5 (MD5) Previous issue date: 2016-08-12 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Separações utilizando cromatografia líquida bidimensional têm atraído grande interesse nas últimas décadas devido ao seu elevado potencial no poder de separação para análises de misturas complexas. Apesar do uso de colunas ortogonais e da multiplicação teórica da capacidade de picos quando essa técnica é utilizada, uma questão permanece: "As técnicas bidimensionais são realmente melhores do que as monodimensionais para análises de extratos vegetais?". Esta questão motivou o presente trabalho, que consistiu em comparar o desempenho entre LC e LC×LC, utilizando amostras de folhas de Casearia sylvestris, também conhecida como "guaçatonga", uma árvore amplamente utilizada na medicina popular brasileira por apresentar diversas atividades biológicas. Além disso, devido ao grande volume de resíduos gerados em LC, a substituição de solventes convencionais por etanol (EtOH), um candidato menos tóxico e biodegradável, foi implementada. A parte mais desafiadora de qualquer cromatografia multidimensional é o desenvolvimento do método cromatográfico, pelo grande número de variáveis que devem atuar de forma integrada em uma única análise. Duas estratégias de desenvolvimento foram propostas neste trabalho. A primeira foi dividida em 4 etapas, que consistiram em selecionar o par de colunas mais ortogonal dentre as combinações disponíveis; o desenvolvimento de um método para a 1D utilizando planejamento experimental; seguido do estudo das melhores condições para a 2D (2tc, tempo de modulação e tre, o tempo de reequilíbrio após cada modulação) e por último, a escolha da melhor forma de gradiente para a 2D. A segunda estratégia consistiu em primeiramente, selecionar o par de colunas mais ortogonais dentre as combinações disponíveis; depois otimizar por planejamento experimental as duas dimensões simultaneamente e finalmente a otimização da melhor forma de gradiente para a 2D. As duas estratégias se mostraram eficazes para desenvolvimento de método bidimensional abrangente, porém a segunda estratégia mostrou-se mais rápida, devido ao menor número de experimentos necessários. Porém, o uso de etanol mostrou-se inviável para as análises rápidas e com altas vazões da 2D, devido à sua elevada viscosidade e seu uso foi descontinuado. Finalmente, com o método bidimensional completamente otimizado, este foi comparado com dois métodos em 1D-LC previamente descritos na literatura para C. sylvestris e utilizando-se a métrica de capacidade de picos, um melhor desempenho na técnica de LC×LC pôde ser observado. Concluiu-se, portanto, que a performance observada em LC×LC é significantemente melhor do que foi alcançada em 1D-LC, porém seu uso dependerá do objetivo do estudo, pois essa melhoria foi alcançada em tempos de análise muito mais longos (aproximadamente 4x) e com maior geração de resíduos (aproximadamente 30x), ou de avanços tecnológicos na técnica. / Bidimensional liquid chromatographic separations have attracted intense interest over the past decade based on the potential improvements in resolving power they offer for analysis of complex samples. Despite the use of orthogonal columns and the theoretical multiplication of peak capacity from both dimensions, one question remains: “Are bidimensional techniques superior to monodimensional ones for analysis of vegetal extracts?”. This question led to the purpose of the present work, that was to compare the performance between LC and LC×LC, using leaves from Casearia sylvestris, a widely used tree in Brazilian folk medicine by its biological activities. Furthermore, due to the large volume of waste generated by LC, the replacement of conventional solvents by ethanol (EtOH), a less toxic and biodegradable alternative solvent was chosen. The most challenging issue of any multidimensional chromatography is the method development, since the large number of interacting parameters that must work together in a single run. Two strategies for method development were used in this work. The first one was divided into 4 steps: experiments were carried out to select the most orthogonal pair of columns, 1D method development using design of experiments, another design of experiments for 2D conditions was proposed (2tc, modulation time and tre, re-equilibration time after each modulation) and aware of the best conditions for both dimensions, 2D gradient types were evaluated. The second strategy consisted of selecting the most orthogonal pair of columns, optimization of both dimensions simultaneously by design of experiments and finally evaluation of 2D gradient type. Both strategies were efficient for comprehensive bidimensional method development, but the second one was found to be faster, due to the lesser number of required experiments. Nevertheless, using ethanol as mobile phase proved to be impractical for fast and high flow rates analysis of 2D due to its high viscosity and its use as mobile phase was rejected. Finally, a comparison between the fully optimized bidimensional chromatographic method and two 1D-LC methods previously described in the literature for C. sylvestris were made. Using peak capacity as a metric of comparison, a higher performance was achieved for LC×LC. This study concluded that LC×LC provides a higher performance than 1D-LC, however, its use will depend of the analysis purpose because this gain in performance was achieved with longer analysis times (approximately 4x) and greater generation of residues (approximately 30x), or technological improvements.

Os sistemas de identificação por radio frequências (RFID - Radio Frequency IDentification) são uma tecnologia de transmissão e armazenamento de informação remota, composta por dispositivos (etiquetas e leitores RFID), que comunicam à distância sem necessitarem de qualquer contato direto. Embora a RFID possua algumas décadas de existência, apenas nos últimos anos tem recebido atenção por parte do meio industrial e demonstrado ser uma tecnologia com um futuro promissor, devido especialmente às suas inúmeras possibilidades de utilização e vantagens que possui quando comparada com outras tecnologias semelhantes. Embora a utilização da RFID aparente ser bastante vantajosa e com bastantes benefícios, muitas questões e dificuldades são colocadas no momento da sua implementação. No âmbito desta dissertação será apresentado uma revisão bibliográfica sobre o estado de arte da tecnologia RFID, os dispositivos que a compõem e que são essenciais ao seu funcionamento, assim como várias aplicações da tecnologia. Serão igualmente abordados os problemas que dificultam a disseminação da tecnologia. O objetivo do trabalho foi (i) realizar um levantamento na literatura dos fatores que influenciam a eficiência da tecnologia RFID e (ii) realizar uma análise experimental dos fatores que influenciam a capacidade de transmissão do sinal de radio frequência entre os vários dispositivos RFID existentes no contexto industrial. / The Radio frequency identification (RFID) systems are a technology that permits the transmission and storage of information remotely, composed of devices (tags and readers), which communicate at a distance without the need for any direct contact. While RFID has a few decades of existence only in recent years it has received attention from the industrial environment and demonstrated to be a technology with a promising future, especially due to its many possibilities of use and advantages when compared with other similar technologies. However, although the actual use of RFID may appear to be very advantageous and with many benefits, many issues and problems are posed at time of implementation. Within this dissertation it will be presented a literature review on the state of the art RFID technology, the devices that make up to it and that are essential to its operation, as well as the various applications of technology. The problems and difficulties that are posed at the moment and difficulties that compromise the spread of technology will also be discussed. The objective of this work was (i) to conduct a literature review of the factors that influence the efficiency of RFID technology and (ii) conduct an experimental analysis of the factors that influence the ability of signal transmission between different radio frequency RFID devices existing in the industrial context.

O silverskin é um resíduo, rico em compostos antioxidantes, como o ácido 5-cafeoilquínico (5-CQA) e a cafeína (CAF), produzido durante a torrefação dos grãos de café. O objetivo deste estudo foi desenvolver uma metodologia de extração, aliando a extração assistida por ultrassom e o planejamento de experimentos, para a recuperação simultânea do 5-CQA e da CAF da silverskin. Os extratos gerados foram caracterizados e tiveram a capacidade antioxidante e a toxicidade investigadas. A metodologia de superfície de resposta e a função Desejabilidade foram empregadas na otimização da extração. A LC-DAD/MSn foi utilizada para a caracterização dos extratos, os métodos de sequestro do radical DPPH e de redução do ferro (FRAP), para avaliar a capacidade antioxidante; enquanto o ensaio da Artemia salina foi usando para avaliar a toxicidade. As condições ótimas de extração foram: 45 % de etanol em água como solvente de extração, razão amostra-solvente 1/20, extração por 7 min a 59 °C, com rendimentos de 5-ACQ e CAF de respectivamente 2,00 e 6,26 mg g-1. No total, 9 derivados clorogênicos foram tentativamente identificados. Os teores de teofilina, ácido cafeico e derivados clorogênicos foram respectivamente: 0,53, 0,06 e 4,40 mg g-1. O extrato demonstrou considerável capacidade antioxidante, com concentração eficiente de 46,87 mg L-1 e capacidade redutora de ferro de 152,71 μM de FeSO4 g-1, além de alta toxicidade. O método desenvolvido obteve rendimento similar ao da extração sólido-líquido para o 5-ACQ. / Silverskin is a waste generated during the coffee beans roasting. This residue has been showing antioxidant compounds, mainly 5-caffeoylquinic acid (5-CQA) and caffeine (CAF). The aim of this study was used the design of experiments and ultrasound-assisted extraction to develop an extraction method for the efficient recovery of 5-CQA and CAF from silverskin, simultaneously. In addition, the optimized extract was characterized, and its antioxidant capacity and acute toxicity were investigated. The response surface methodology and Desirability function were employed to optimize the extraction. The chemical characterization was carry out by LC-DAD/ESI-MSn. Antioxidant capacity was evaluated by DPPH (2, 2-diphenyl-1 picryl hydrazyl) and FRAP (ferric reducing antioxidant power) methods and the acute toxicity by Artemia salina assay. The optimal extraction conditions were 45.0 % ethanol in water, the solid-to-liquid ratio was 1:20, and extraction for 7.0 min at 59 °C. Under optimal conditions, the yield of 5-CQA and CAF were 2.00 and 6.26 mg g-1, respectively. Theophylline, caffeic acid, and total chlorogenic acid concentrations were 0.53, 0.06 e 4.40 mg g-1, respectively and 9 chlorogenic acids were identified in the extract. The extract showed considerable antioxidant capacity, with efficient concentration value of 46,87 mg L-1 in the DPPH assay and 152,71 μM FeSO4 g-1 (FRAP) and high toxicity. The developed extraction methodology showed similar performance as solid-liquid extraction to 5-CQA yield.

Esta dissertação apresenta um estudo desenvolvido com o intuito de consolidar uma metodologia para a otimização de projeto de porta-sedes de uma válvula de esfera trunnion. Este trabalho está dividido em dois artigos. Primeiramente, é apresentado um estudo comparativo entre diferentes modelos de porta-sedes, realizado com o apoio do método dos elementos finitos (FEA). O porta-sede de melhor desempenho foi determinado utilizando a Função de Perda Quadrática Multivariada. O objetivo principal deste primeiro artigo é identificar os principais parâmetros da geometria de um porta-sede, que possam garantir o desempenho funcional da válvula e correspondente atendimento dos requisitos de qualidade. O segundo artigo descreve uma aplicação da metodologia de Projeto de Experimentos (DOE), conduzida com o intuito de identificar a configuração geométrica da válvula que conduza a condição ótima de funcionamento, fornecendo, desta forma, subsídio para a área de Desenvolvimento de Produtos na elaboração de válvulas mais robustas. Uma das principais contribuições deste trabalho é a constatação que os quatro fatores controláveis incluídos no estudo exercem efeito significativos sobre as variáveis de resposta utilizadas (pressão de contato e força de reação). Excetuando-se o fator “pressão de operação da válvula”, que caracteriza a condição operação, mas não é um parâmetro de projeto, o fator que revelou efeito mais pronunciado sobre as variáveis resposta foi a “área da pista de vedação”. / This thesis presents a study conducted in order to consolidate a methodology for seat-retainer design optimization of a trunnion ball valve. This work is divided in two papers. Initially a comparative study between different seat-retainer models, developed with the support of the finite element analysis (FEA), is presented. The best performance seat-retainer was determined using the Multivariate Quadratic Loss Function. The main purpose of this first article is to identify the main parameters of the seat-retainer geometry, which could ensure the functional performance of the valve and corresponding quality requirements. The second paper describes an application of Design of Experiments (DOE) methodology, conducted in order to identify the geometric configuration of the valve that leads to the optimal operating condition, providing thereby, contribution to the Product Development area in designing more robust valves. The main contribution of this work is the finding that the four control factors included in the study exert significant effect on the response variables used (contact pressure and reaction force). Except for the factor "valve operating pressure" that characterizes the operation condition, but is not a design parameter, the factor that showed more pronounced effect on the response variables was the “seat sealing area”.

Através dos dispositivos e técnicas desenvolvidas na área da Instrumentação Biomédica é possível oferecer um tratamento ou de forma geral soluções que permitam uma vivência mais plena em sociedade para pessoas que possuem algum tipo de deficiência ou doença. Com o aumento da capacidade computacional nos últimos anos foi possível desenvolver muitas técnicas e dispositivos apoiados em processamento digital de sinais e há um grande interesse pelo desenvolvimento de interfaces mais naturais, como sinais biológicos para o controle de próteses e dispositivos. Este trabalho tem por objetivo apresentar o desenvolvimento de um método de Inteligência Computacional baseado em Regressão Logística capaz de classificar 17 movimentos do segmento mão-braço realizados pelos voluntários do estudo através do processamento do sinal mioelétrico (SME) adquiridos dos sujeitos em questão. Adicionalmente é realizada uma avaliação da influência de alguns dos canais, características do sinal e movimentos executados na taxa de acerto global. Para a realização do sistema foi utilizado um aparato experimental capaz de adquirir os SME através de 12 canais utilizando eletrodos não invasivos e posteriormente digitalizá-los. Logo após efetua-se a extração das três características utilizadas no trabalho, que servem de entrada para o método de Regressão Logística. Para este estudo foram processados três bancos de dados que perfazem um total de 50 voluntários. A taxa média de acerto alcançada foi de 70,1%, considerando todas as variações de testes realizados enquanto a média para os melhores casos de cada variação de entrada realizada foi de 92,5%. / Through the devices and techniques developed in the field of Biomedical Instrumentation commonly is possible to offer treatment or solutions to provide a more pleasurable experience in society for people who have a disability or illness. With increasing computing capability in recent years, it has been possible to develop many techniques and devices supported by digital signal processing, and there is a great interest in the development of more natural interfaces, such as biological signals for the control of devices and prostheses. This work aims to present the development of a computational intelligence method based on Logistic Regression able to classify 17 movements of the hand-arm segment performed by the subjects of this study through the processing of the myoelectric signal (SME) acquired from the subject in question. Additionally, an assessment of the influence of some of the combination of the channels, signal characteristics and movements performed in the overall hit rate is additionally performed. To conduct the system has built an experimental apparatus able to acquire the SME through 12 channels using non-invasive electrodes and scan them. Thereafter there is a three features extraction from the signal which serves as input to the Logistic Regression method. For this study were processed three databases that compose 50 volunteers. The average hit rate achieved was 70.1%, considering all tests variations while the average for the best cases for each input variation performed was 92,5 %.

Nas últimas décadas a soldagem em estado sólido vem se demonstrando como uma ótima alternativa perante os métodos tradicionais de união, os quais envolvem fusão dos materiais. O presente trabalho avalia a aplicação de um novo processo de união em estado sólido, a soldagem híbrida por difusão através de fricção (Hybrid Friction Diffusion Bonding - HFDB). O HFDB pode ser utilizado na união entre chapas finas ou também de chapas finas em substratos de materiais similares ou dissimilares. Através de calor e pressão os mecanismos de difusão são ativados gerando a união entre os materiais. Uma variante do processo de HFDB padrão pode ser utilizada para a fabricação das uniões de tubos e flanges-tubo de trocadores de calor de tubo espiral produzidos em alumínio. Utilizando como materiais duas ligas de alumínio dissimilares da série 5XXX, as amostras foram soldadas e caracterizadas. Visando a aplicação industrial do HFDB, o processo foi desenvolvido e sua viabilidade foi avaliada através de testes de estanqueidade, resistência à tração e análise metalográfica. Em seguida, visou-se a otimização dos parâmetros de soldagem (rotação, força axial e tempo de processo). Através de técnicas estatísticas de projeto de experimentos (DoE) os três fatores foram avaliados por meios de ensaios de tração para maximizar a resposta, limite de resistência. Investigações posteriores relacionadas aos mecanismos de união foram realizadas por meio da medição dos parâmetros de resposta, análise em microscópio ótico, aquisição de temperatura, espectroscopia de energia dispersiva de raios-x (EDX) e análise em elementos finitos (FEA). A primeira e mais importante premissa, a produção de soldas livres de vazamento, foi atingida. Em seguida, através da análise de uma equação de regressão e gráficos de superfície o conjunto de parâmetros otimizado – 1500 min-1 de rotação, 3 kN de força axial e 30 segundos de tempo de processo - atingiu resultados equivalentes a 95% de resistência quando comparados ao material base. O presente trabalho mostra que o processo de HFDB é promissor para aplicações industriais e indica vantagens perante os métodos tradicionais de união utilizados hoje na fabricação de trocadores de calor de alumínio. / In past few decades solid state welding has been demonstrating to be a great alternative compared to the traditional joining methods, which involve melting of the materials. This study evaluates the application of a new soliid state joining process called Hybrid Friction Diffusion Bonding (HFDB). The HFDB can be used to join thin plates or thin plates on substrates of similar or dissimilar materials. Through heat and pressure diffusion mechanisms are activated generating the bonding between the materials. A variant of the standard HFDB process can be used to manufacture tubes and tube-sheets of Coil-Wound Heat Exchangers made of aluminum. Using two dissimilar aluminum alloys from the 5XXX series, the samples were welded and characterized. Intending an industrial application of the HFDB, the process was developed and its feasibility was assessed by leak tightness tests, tensile strength tests and metallographic analysis. Subsequently, it was aimed to optimize the welding parameters (speed, axial force and process time). Through statistical analysis of design of experiments (DoE), the three factors were evaluated by tensile tests to maximize the response, ultimate tensile stress. Further investigation related to bonding mechanisms were carried out by measuring the response parameters, optical microscope analysis, temperature acquisition, energy dispersive x-ray spectroscopy (EDX) and finite element analysis (FEA). The first and most important target, the production of leakage free welds was achieved. Then, through the analysis of a regression equation and surface plots, the optimized parameter set – 1500 min-1 of rotational speed, 3kN of Axial force and 30 seconds of process time - achieved 95% of resistance when compared to the base material. This study shows that the HFDB process is very promising for industrial applications and indicates advantages compared to the traditional joining methods used today to manufacture aluminum heat exchangers.

A reação entre resinas epóxi e polialquileno glicóis gera um aduto de elevado peso molecular que pode ter aplicações em diferentes segmentos, tais como polímeros usados na composição base de fluidos de têmpera, viscosificantes para lubrificantes e desemulsificantes de petróleo. As condições envolvendo a formação destes adutos possuem referências limitadas na literatura aberta e basicamente envolvem um polialquileno glicol com diferentes funcionalidades, tipicamente duas hidroxilas reagindo com os grupos epóxi presentes na resina epóxi que tipicamente possui funcionalidade igual a dois, a uma temperatura ao redor de 120°C na presença de catalisador de hidróxido de potássio (KOH). O presente trabalho avaliou a formação destes adutos considerando um delineamento experimental de resolução III onde as variáveis de controle foram temperatura, velocidade de agitação do meio reacional, velocidade de adição de resina epóxi, concentração de catalisador e relação molar entre a resina epóxi e o polialquileno glicol. Ao total onze experimentos foram realizados de acordo com o planejamento experimental e incluindo triplicata para avaliação do erro experimental. Diferenças significativas nas características físico químicas dos produtos obtidos tais como viscosidade, teor de epóxi residual e de performance de desemulsificação foram encontradas. Dois produtos apresentaram gelificação. Com um bom nível de confiabilidade estatística pode-se dizer que o peso molecular ponderal médio é influenciado principalmente pelo teor de catalisador seguido da temperatura e proporção molar entre resina epóxi e polialquileno glicol nesta ordem de importância. Com menor nível de significância a conversão é influenciada positivamente com respeito ao incremento do teor de catalisador e da temperatura e pela redução na proporção molar entre resina epóxi e polialquileno glicol. Apesar de terem sido atingidos elevados níveis de conversão de resina epóxi na maioria dos experimentos, pelas analises de GPC foi observado uma grande proporção de polialquileno glicol livre residual nos produtos. Pode-se observar também uma fraca correlação estatística positiva entre a qualidade da separação petróleo-água com respeito à conversão e ao peso molecular numérico médio dos produtos. / The reaction between epoxy resins and polyalkylene glycols generates an adduct of high molecular weight that may have applications in several sectors such as polymers for metal quenchant fluids, demulsifiers and viscosifiers for lubricating oil. The conditions involving the formation of these adducts have limited references in the open literature and basically it involves a polyalkylene glycol having different functionalities, typically two hydroxyl groups reacting with the epoxy groups present in the epoxy resin with typical functionality equal to two at a temperature around 120°C and in the presence of catalyst, potassium hydroxide (KOH). This study evaluated the formation of these adducts considering a resolution III experiment design where the controllable variables were temperature, stirring speed of the reaction medium, rate of addition of epoxy resin, catalyst concentration and molar ratio between the epoxy resin and polyalkylene glycol . In total eleven experiments were carried out according to the experimental design, including three replications at the center point to evaluate the experimental error. Significant differences in chemical and physical characteristics such as viscosity, residual epoxy content and performance of demulsification were found between the synthesized materials. Two products showed gelation. With a good level of statistical reliability it can be considered that the weight average molecular weight is mainly influenced by the amount of catalyst followed by temperature and mole ratio of epoxy resin to polyalkylene glycol in this order of importance. With lower significance level conversion is influenced positively with respect to the increment of the catalyst amount and temperature and by the decrease in molar ratio of epoxy resin and polyalkylene glycol. Despite achieving high levels of conversion of epoxy resin in most of the experiments, by GPC analysis it was observed a large proportion of free residual polyalkylene glycol in the products. It can be observed also a slight positive statistical correlation between the quality of oil-water separation with respect to conversion and number average molecular weight of the products.