A estabilidade dimensional representa uma das mais importantes propriedades do papel, dentre aquelas que governam seu desempenho no uso final. Esta propriedade determina a funcionalidade do papel em processos de impressão, de conversão e, particularmente, na aplicação em máquina copiadoras e impressoras comerciais. O monitoramento da estabilidade dimensional oferece possibilidades de interferência em parâmetros do processo de fabricação, com a finalidade de estabelecer condições de produção de papel mais eficientes e econômicas, promovendo ainda, melhor suporte para atividades de assistência técnica ao usuário final. O objetivo deste trabalho é apresentar uma metodologia factível para avaliação da estabilidade dimensional de papel reprográfico, por meio da medição do perfil do encolhimento transversal (CD) diferencial, utilizando técnicas de processamento e análise de imagem, a fim de detectar marcas periódicas (da tela formadora) existentes na estrutura do papel. O método apresentado baseia-se em protocolos simplificados de amostragem e medição, que permitem simples implantação nos ambientes industriais das fábricas de papel. A partir da captação de imagens de amostras de papel coletadas na direção transversal de uma bobina jumbo, na saída da enroladeira da máquina de papel e utilização de técnicas de análise de imagem baseadas na transformada bidimensional rápida de Fourier (2D-FFT), obtiveram-se perfis relativos e absolutos do perfil de encolhimento transversal (CD) diferencial do papel, elemento chave para a análise e diagnóstico da estabilidade dimensional, dada a forte correlação encontrada, neste trabalho, entre o encolhimento e a higroexpansibilidade do papel. Para desenvolvimento da presente tese, foram examinadas amostras de papel reprográfico, com gramatura nominal de 75 g.m-², fabricado em máquina industrial com velocidades operacionais de 1256 m.m-¹ e 1362 m.min-¹, com larguras na enroladeira de 5278 mm e 5300 mm, respectivamente. Os resultados mostraram a viabilidade da aplicação do método, que se mostrou adequado para implementação em fábricas de papel e vantajoso com relação aos métodos tradicionais de medição, e.g., aqueles utilizados para medição de higroexpansibilidade do papel, dependentes de equipamentos sofisticados e demandantes de longos tempos de execução e retorno de resultados . Este trabalho oferece, adicionalmente, contribuições de diversas naturezas, tanto metodológicas, como o esclarecimento do processo de medição do encolhimento do papel por meio da detecção e medição das marcas de telas formadoras e o desenvolvimento de programa de análise de imagem específico, para automatização da busca de informações de interesse no espectro de freqüências de Fourier, como ainda, para aumentar a base de dados sobre o comportamento higroexpansivo do papel reprográfico fabricado totalmente com pasta branqueada de fibras de eucalipto do Brasil. / Dimensional stability represents on of the most important properties of paper, among the ones that controls its performance in end-use. This property fixes the paper functionality in printing and converting processes and, particularly, in copier machines and commercial printers applications. Dimensional stability monitoring can bring opportunities for interfering in manufacturing process parameters, in order to establish operating conditions suitable for a more efficient and economic production and better support for technical assistance to endusers. The objective of this work is to present a feasible methodology for evaluating the dimensional stability of reprographic paper by measuring the CD differential shrinkage profile of paper using image analysis and digital processing to detect periodic marks (from the forming fabric) in the structure of paper. The method presented is based on simplified sampling and measuring protocols, which allow for its simple introduction in the paper mill industrial environment. From digital images of paper samples acquired along the transverse direction of a jumbo reel at the end of the paper machine and by using image analysis techniques based on two-dimensional fast Fourier transform (2D-FFT), relative and absolute CD differential shrinkage profiles were obtained as the key element for analysis and diagnoses of the paper dimensional stability, given the strong correlation found out in this study, between shrinkage and hygroexpansivity of paper. For development of this thesis, reprographic paper with nominal basis weight of 75 g.m-², manufacture in industrial paper machine at operating speeds of 1256 m.m-¹ and 1362 m.min-¹ and having width of 5278 mm e 5300 mm, respectively, were investigated. The results showed the feasibility of the method, which proved to be suitable for implementation in paper mills and advantageous over traditional measurement methods, e.g., those used for paper hygroexpansivity measurement, which depend on sophisticated equipment and long lead times for getting it executed and having the measurement results. This work offers, in addition, contributions of various natures, such as methodological ones, like to elucidate the paper shrinkage measurement method by means of forming fabrics marks detection and develop of a specific image analysis computer program for automation of data searching in the Fourier frequency spectrum and yet, to improve the database related to higroexpansive behavior of reprographic paper manufactured totally from eucalyptus fiber bleached pulp from Brazil.

Os biopolímeros comestíveis, tais como amido e alginato, podem ser utilizados na formulação de géis com elevada capacidade de retenção de água. A secagem convectiva pode ser utilizada para a remoção da umidade em géis. Os parâmetros da secagem (temperatura, velocidade do ar e umidade de equilíbrio) necessitam ser monitorados para a produção de um sólido seco e sem degradação de compostos ativos. A modelagem matemática da secagem pelo método numérico de elementos finitos em COMSOL Multiphysics tem sido utilizada para simular a secagem, usando um número reduzido de ensaios experimentais. Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de modelos analíticos e numéricos para predizer a umidade e tamanho de fatias de géis de amido de milho e alginato de cálcio durante a secagem convectiva. O acoplamento entre a transferência de massa e encolhimento das fatias durante a secagem foi simulado e a difusividade mássica efetiva foi obtida pelo ajuste não linear aos dados experimentais. Três modelos foram utilizados como estudos de caso: A secagem de géis contendo 60% de água e 5.4% de amido gelatinizados (GC90), foram descritas pela solução analítica da segunda lei de Fick (R2 = 0.997-0.998); A secagem de géis contendo 60% de água e 5.4% de amido nativo (RC90), foram mais bem explicadas pelo modelo analítico com inclusão do termo de encolhimento (R2 = 0.992); O modelo numérico desenvolvido em COMSOL Multiphysics descreveu adequadamente a secagem de géis formulados com 86% de água e 34% amido gelatinizado e não-gelatinizado (GC50 e RC90), dando um R2 de 0.983-0.992. O encolhimento foi estimado a partir do fluxo molar de água, enquanto a deformação da geometria foi simulada pelo método arbitrário Lagrangian-Eulerian (ALE). A inclusão do termo de encolhimento modificou o perfil de taxa de secagem e o período de pseudo-taxa constante foi observado. O modelo desenvolvido neste trabalho pode ser aplicado em estudos de secagem de géis, alimentos e outros materiais que apresentam elevada razão de encolhimento. / Biopolymers, such as starch and alginate, can be used in the formulation of gels with high water retention. The convective drying can be applied to gel moisture removing. Drying parameters (temperature, air velocity and equilibrium moisture) should be monitored in view of producing a dry solid without degradation of active compounds. The mathematical modeling by the finite element method in COMSOL Multiphysics has been used to simulate drying profiles, with reduced experimental runs. This work aimed at developing of analytical and numerical models to predict the moisture and size of slices of gels containing cornstarch and calcium alginate, during convective drying. The coupling between mass transfer and shrinkage of slices during drying was simulated and the effective mass diffusivity was obtained by non-linear adjustment to the experimental data. Three models have been used as case studies obtained the effective mass diffusivity. Drying of gels containing 60% water and 5.4% gelatinized cornstarch (GC90 samples) as well fitted by the analytical solution of Fick\'s second law (R2 = 0.997-0.998). Drying of gels containing 60% water and 5.4% native starch (RC90 samples) as explained by Fick\'s analytical model while inclusion of the shrinkage term (R2 = 0.992). The numerical model developed in COMSOL Multiphysics adequately described the drying of gels formulated with 86% water and 34% of starch, gelatinized or non-gelatinized, (GC50 and RC90 samples), giving a R2 of 0.983-0.992. The shrinkage was estimated by the molar flux of water, while the geometry shrinkage was simulated by the Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) method. The inclusion of the shrinkage modified the drying rate profiles and a pseudo-constant rate period was observed. The model developed in this work can be applied to drying studies of gels, food and other materials that have a high shrinkage ratio.

Obtemos uma expansão assintótica da função de distribuição sob a hipótese nula da estatística gradiente para testar hipóteses nulas compostas na presença de parâmetros de perturbação. Esta expansão é derivada utilizando uma rota Bayesiana baseada no argumento de encolhimento descrito em Ghosh e Mukerjee (1991). Usando essa expansão, propomos uma estatística gradiente corrigida por um fator de correção tipo-Bartlett, que tem distribuição qui-quadrado até um erro de ordem o(n-1) sob a hipótese nula. A partir disso, determinamos fórmulas matriciais e algébricas que auxiliam na obtenção da estatística gradiente corrigida em modelos lineares generalizados com dispersão conhecida e desconhecida. Simulações de Monte Carlo são apresentadas. Finalmente, discutimos a obtenção de regiões de credibilidade via inversão da estatística gradiente. Caracterizamos as densidades a priori, matching priors, que asseguram propriedades de cobertura frequentista acuradas para essas regiões. / We obtain an asymptotic expansion for the null distribution function of the gradient statistic for testing composite null hypotheses in the presence of nuisance parameters. The expansion is derived using a Bayesian route based on the shrinkage argument described in Ghosh and Mukerjee (1991). Using this expansion, we propose a Bartlett-type corrected gradient statistic, which has a chi-square distribution up to an error of order o(n1) under the null hypothesis. Also, we determined matrix and algebraic formulas that assist in obtaining Bartett-type corrected statistic in generalized linear models with known and unknown dispersion. Monte Carlo simulations are presented. Finally, we obtain credible regions based by the inversion of gradient statistic. We characterize priori densities, matching priors, that ensure accurate frequentist coverage properties for these regions.

Obtemos uma expansão assintótica da função de distribuição sob a hipótese nula da estatística gradiente para testar hipóteses nulas compostas na presença de parâmetros de perturbação. Esta expansão é derivada utilizando uma rota Bayesiana baseada no argumento de encolhimento descrito em Ghosh e Mukerjee (1991). Usando essa expansão, propomos uma estatística gradiente corrigida por um fator de correção tipo-Bartlett, que tem distribuição qui-quadrado até um erro de ordem o(n-1) sob a hipótese nula. A partir disso, determinamos fórmulas matriciais e algébricas que auxiliam na obtenção da estatística gradiente corrigida em modelos lineares generalizados com dispersão conhecida e desconhecida. Simulações de Monte Carlo são apresentadas. Finalmente, discutimos a obtenção de regiões de credibilidade via inversão da estatística gradiente. Caracterizamos as densidades a priori, matching priors, que asseguram propriedades de cobertura frequentista acuradas para essas regiões. / We obtain an asymptotic expansion for the null distribution function of the gradient statistic for testing composite null hypotheses in the presence of nuisance parameters. The expansion is derived using a Bayesian route based on the shrinkage argument described in Ghosh and Mukerjee (1991). Using this expansion, we propose a Bartlett-type corrected gradient statistic, which has a chi-square distribution up to an error of order o(n1) under the null hypothesis. Also, we determined matrix and algebraic formulas that assist in obtaining Bartett-type corrected statistic in generalized linear models with known and unknown dispersion. Monte Carlo simulations are presented. Finally, we obtain credible regions based by the inversion of gradient statistic. We characterize priori densities, matching priors, that ensure accurate frequentist coverage properties for these regions.

[pt] O petróleo é uma mistura complexa de hidrocarbonetos e pode conter em sua composição parafinas que, quando submetidas a baixas temperaturas, podem precipitar e gelificar, apresentando uma Tensão Limite de Escoamento. O estudo do comportamento do petróleo nesta condição é importante para a indústria porque, uma vez que o petróleo esteja gelificado, o reinício do escoamento pode demandar a adição de energia ao sistema, cujo dimensionamento para operação com altas pressões envolve custos elevados. Os valores de pressão de reinício de escoamento do petróleo gelificado encontrados no campo são frequentemente menores em relação aos valores calculados. O presente trabalho simulou o processo de reinício de escoamento através de uma bancada experimental que reproduz o resfriamento estático sofrido pelo petróleo parafínico em um duto submarino. Além disso, são apresentados dois métodos para cálculo da contração que resulta do resfriamentoe gelificação dos óleos parafínicos, objetivando verificar se existe uma relação entre a contração do fluido e a diferença entre a Tensão Limite de Escoamento e a tensão efetiva para iniciar o seu escoamento. O primeiro método proposto é o método da Pipeta, que consiste na utilização de uma pipeta, acoplada a um recipiente com controle de temperatura, para medição do volume de líquido. O segundo método proposto é o da célula PVT, que consiste na utilização de um sistema fechado de volume conhecido em que a medição da variação do volume de líquido é estimada pela variação do volume do gás à baixa pressão com a adoção da hipótese de gás ideal. Foram utilizados fluidos sintéticos, visando representar o petróleo parafínico, com diferentes concentrações de parafina, óleo mineral e querosene. A determinação da Tensão Limite de Escoamento foi feita a partir de testes de Creep. Os resultados mostraram que a contração do fluido é uma grandeza de difícil medição, com um alto grau de incerteza, mas que é possível estimar ordem de grandeza dessa contração para os fluidos estudados. / [en] Petroleum, as it is a complex mixture of hydrocarbons, may contain paraffinic compounds which, when subjected to low temperatures, can deposit and gel. The study of the behavior of petroleum in this condition is very important for the industry because, once the waxy crude oil gels, the restart process may demand extra energy addition to the system, whose dimensioning is expensive for high operation required pressures. Restart pressure values of the gelled oil found from laboratory tests often show a significant difference from the real values found in the field. In order to compare the yield stress and the effective stress, the present work simulated the flow restarting process through an experimental rig to reproduce the static cooling applied to a pipeline with waxy crude oil. In addition, two methods are presented for calculating the thermal shrinkage formed during the cooling and gelation of the waxy crude oils, in order to verify if there is a relationship between the shrinkage and the difference between the yield stress and the effective stress to start flowing. The first method proposed is the Pipette method, which consists of the use of a pipette, coupled to a container with temperature control, to measure the volume of liquid. The second method proposed is the PVT cell method, which consists of the use of a closed system of known volume in which the measurement of the liquid volume variation is estimated by the variation of the gas volume at low pressure with the adoption of the Ideal gas hypothesis. The fluids selected for the studies to represent paraffinic oil were laboratory-synthesized fluids with different concentrations of paraffin, mineral oil and kerosene, and they were characterized rheologically by stress ramp and creep tests for the determination of the yields stress. The results showed that thermal shrinkage is a difficult quantity to measure, which gives it a high degree of uncertainty, but it is possible to estimate the magnitude order of the thermal shrinkage for the fluids studied.

[pt] Nesse artigo, utilizamos o índice de produção industrial brasileira para comparar a capacidade preditiva de regressões irrestritas e regressões sujeitas a penalidades usando muitos preditores. Focamos no least absolute shrinkage and selection operator (LASSO) e suas extensões. Propomos também uma combinação entre métodos de encolhimento e um algorítmo de seleção de variáveis (PVSA). A performance desses métodos foi comparada com a de um modelo de fatores. Nosso estudo apresenta três principais resultados. Em primeiro lugar, os modelos baseados no LASSO apresentaram performance superior a do modelo usado como benchmark em projeções de curto prazo. Segundo, o PSVA teve desempenho superior ao benchmark independente do horizonte de projeção. Finalmente, as variáveis com a maior capacidade preditiva foram consistentemente selecionadas pelos métodos considerados. Como esperado, essas variáveis são intimamente relacionadas à atividade industrial brasileira. Exemplos incluem a produção de veículos e a expedição de papelão. / [en] In this article we compared the forecasting accuracy of unrestricted and penalized regressions using many predictors for the Brazilian industrial production index. We focused on the least absolute shrinkage and selection operator (Lasso) and its extensions. We also proposed a combination between penalized regressions and a variable search algorithm (PVSA). Factor-based models were used as our benchmark specification. Our study produced three main findings. First, Lasso-based models over-performed the benchmark in short-term forecasts. Second, the PSVA over-performed the proposed benchmark, regardless of the horizon. Finally, the best predictive variables are consistently chosen by all methods considered. As expected, these variables are closely related to Brazilian industrial activity. Examples include vehicle production and cardboard production.

[pt] Durante a gelificação por parafina, a rede de cristais de parafina modifica o comportamento do óleo cru. Ele muda de um material newtoniano de baixa viscosidade para um material com dependência temporal e de alta viscosidade com tensão limite do escoamento. Com isto, é totalmente desafiador descobrir a pressão minima de início do fluxo de petróleo gelificado com uma microestrutura tão complexa. Através da minha dissertação de mestrado, investigamos dois materiais viscoplásticos: um gel de cabelo com uma tixotropia desprezível e uma suspensão aquosa tixotrópica 2 por cento de laponita para imitar o início de fluxo de óleos gelificados. Para ambos os materiais, o gradiente de pressão axial mínimo necessário para o início do fluxo foi medido e os valores medidos estavam de acordo com a previsão do balanço de força convencional. Por outro lado, os casos da indústria exibiram que o balanço de força mencionado acima leva a uma superestimação da pressão mínima inicial. Em alguns estudos, uma explicação elicitada é o comportamento tixotrópico do petróleo gelificado, mas nossos resultados acima mencionados serviram para refutá-lo. Durante a primeira parte da minha tese de doutorado, buscamos verificar por laboratório porque o balanço de força não se aplica ao petróleo gelificado, em seguida, buscamos uma explicação fisicamente adequada para essa discrepância e também uma maneira confiável de prever a pressão mínima de início do escoamento. Nesta linha, mostramos o efeito do encolhimento do petróleo gelificado na discordância entre a tensão limite estática de escoamento e o gradiente de pressão mínimo necessário para iniciar o fluxo, através da reometria e do fluxo de fluido em um tubo. Em seguida, introduzimos uma equação de balanço de força modificada com o efeito de encolhimento incluído para obter o melhor estimação da pressão minima de início de escoamento. Outro elemento essencial sobre o início de escoamento de petróleo gelificado é descobrir uma estratégia confiável para modelar matematicamente a reologia do material. Na maioria dos modelos que visam prever o comportamento reológico de petróleo gelificado, as mudanças da microestrutura durante o fluxo são consideradas tixotrópicas; dependência temporal reversível. Porém, observamos em nossos experimentos com histórias de fluxo e térmicas bem controladas que o caráter irreversível da dependência temporal é bastante evidente. Assim, na segunda parte da tese, propomos um modelo baseado no desenvolvimentos anteriores de Souza Mendes e colaboradores que considera a dependência temporal irreversível observada experimentalmente para petróleo gelificado. A capacidade preditiva do modelo proposto é então avaliada através de comparações com dados experimentais. / [en] Throughout the wax gelation, the network of parafinn crystals modifies the behavior of waxy crude oil. It changes from a low viscosity Newtonian to a high viscosity time-dependent material with yield strength. Now, it is totally challenging to find out the restart pressure for gelled crude oil ow with such a complex microstructure. Through my Master s dissertation, we investigated two viscoplastic materials, namely a hair gel with a negligible thixotropy and a quite thixotropic 2 percent aqueous suspension of Laponite to mimic the startup flow of waxy crude oils. For both materials, the minimum axial pressure gradient required for the onset of flow was measured, and the measured values were in good agreement with the prediction of a conventional force balance. On the other hand, industry cases have exhibited that the just mentioned force balance leads to an overestimation of the minimum startup pressure gradient. In some studies, an elicited explanation is the thixotropic behavior of the gelled crude, but our results above-mentioned served to falsify it. Over the first part of my PhD thesis, we aimed to verify in the laboratory that why the force balance does not hold for gelled crude oil and then we sought a physically proper explanation for this discrepancy and also a reliable way to predict the minimum startup pressure gradient. Along these lines, we show the role of gelled crude oil s shrinkage in the discordance between static yield strength and required minimum pressure gradient to onset the flow, through rheometry and fluid flow in a tube. Then, we introduce a modified force balance equation with the role of shrinkage included to best estimate the minimum restart pressure gradient. Another essential element through the restart flow of gelled waxy crude is to find out a reliable strategy to mathematically model the material s rheology. In most models that aim at predicting the rheological behavior of gelled waxy crude oil, the microstructure changes during ow are assumed to be thixotropic (reversible time dependent). But, we observed in our experiments with well-controlled flow and thermal histories that the irreversible character of time dependence is quite evident. Thus, in the second part of thesis we propose a model based on previous developments by Souza Mendes and co-workers that accounts for the irreversible time dependence observed experimentally in a waxy crude oil. The predictive capability of the proposed model is then assessed via comparisons with experimental data.