[pt] O Programa Nacional de Uso e Produção de Biodiesel destaca a produção de biodiesel a partir da mamona como alternativa energética não poluente e como gerador de empregos em regiões carentes. Todavia um empecilho à produção deste biodiesel advém da precariedade da produção da mamona, baseada em agricultores familiares pouco estruturados e com condições logísticas ruins. Assim, este trabalho visa a contribuir à resolução deste problema, procurando otimizar o planejamento estratégico desta cadeia de suprimentos de biodiesel em particular. O objetivo é minimizar os custos totais de transporte e de armazenagem de grãos dos produtores agrícolas às usinas de esmagamento. Uma importante peculiaridade deste problema é a incerteza da produção, que afeta o projeto da cadeia. Desta forma, foi proposto um Modelo de Programação Linear Inteira-Mista (PLIM) Estocástico, com formulação dois estágios e multi-estágio. Cabe ressaltar que este modelo foi testado em um caso real no semiárido brasileiro. Como resultado, são apresentadas as alocações de fluxos e entrepostos de custo mínimo para ambos os modelos. Por fim, é feita uma comparação entre estas formulações ressaltando que o ganho de flexibilidade obtido através do modelo multi-estágio se traduz em um menor custo logístico total. / [en] The Brazilian Program for Biodiesel Use and Production highlights the production of biodiesel from castor seeds, as a non-polluting energy source and as a job generation in poor regions. However, an obstacle to biodiesel production comes from the castor seeds poor production conditions and lack of infrastructure and logistics. This work aims to present a contribution to solve this problem, performing a strategic planning optimization of this biodiesel supply chain. The main objective is to minimize total storage costs and grains transportation to the crushing plant. An important peculiarity of this problem is the production uncertainty, which affects the supply chain design. Thus, we propose a stochastic Mixed Integer Linear Programming (MILP) model with two stage and multi-stage formulations. This model was tested on a real case in the Brazilian s semi-arid region. As a result, in order to obtain the minimum total cost, we present the logistics network flow design and warehouses assignments for both formulations. Lastly, we present a comparison between these formulations highlighting that the flexibility gain provided by the multi-stage model results in a lower total logistic cost.

[pt] Otimização de portfólio é uma técnica largamente utilizada para seleção de investimentos na área econômico-financeira. A primeira proposição neste sentido foi o modelo média- variância de Harry Markowitz, que utiliza, respectivamente, a média e a variância dos retornos do portfólio como medidas de retorno e de risco. Desde Markowitz muitas outras abordagens, que adotam medidas de risco alternativas, têm sido propostas, como por exemplo o modelo MiniMax, o modelo de desvio absoluto médio, a programação objetiva, o Value-at-Risk (VaR), o Conditional Value-at- Risk (CVaR) etc. Neste trabalho a idéia de otimização de portfólio é aplicada à área de comercialização de energia. O objetivo é apresentar abordagens para otimização de portfólio de contratos de energia, de modo a se definir a estratégia de comercialização de energia que maximize o valor esperado dos valores presentes das remunerações líquidas de uma empresa geradora, sujeito ao controle de sua exposição ao risco. São propostas três abordagens: a primeira adota a variância dos valores presentes das remunerações líquidas como medida de risco, a segunda adota o mínimo da distribuição como medida de risco e a terceira adota o CVaR como medida de risco. Em duas das três abordagens propostas, assume-se que os contratos candidatos a compor o portfólio são divididos em dois grupos: contratos de decisão imediata e possibilidades futuras de contratação. Com isto, a formulação do problema resulta em um modelo de otimização estocástica de dois estágios, que é resolvido via programação dinâmica dual estocástica. Resultados numéricos para o sistema elétrico brasileiro são apresentados e discutidos. / [en] Portfolio optimization has been widely used to select investments in the financial area. The first proposal in this topic was the Markowitz mean-variance approach, which uses, respectively, the mean and the variance as measures of portfolio return and risk. Since Markowitz many other approaches, which adopt alternative risk measures, have been proposed, e.g. the MiniMax model, the Mean Absolute Deviation model, the Goal Programming, the Value-at-Risk (VaR) and the Conditional Value-at-Risk (CVaR) etc. In this work the idea of portfolio optimization is applied to the energy commercialization area. The objective is to present approaches to portfolio optimization of energy contracts in order to determine the energy commercialization strategy that maximizes the expected present value of the cash flow of a generating company subject to the control of its risk exposure. Three approaches are proposed: the first adopts the variance of the present values as risk measure, the second adopts the minimum present value as risk measure and the third adopts the CVaR as risk measure. In the second and in the third approaches are assumed that the candidate contracts are divided into two sets: those of immediate decision and those that can be contracted in the future. This modeling leads to a large-scale two-stage stochastic programming problem that is solved by stochastic dual dynamic programming. Numerical results for the Brazilian power system are presented and discussed.

[pt] Nesta dissertação será apresentado como fundos de pensão na modalidade benefícios definidos podem recorrer à programação linear inteira mista para resolver problemas de ALM. Devemos considerar que a legislação brasileira determina que participantes e patrocinadores devam pagar contribuição extraordinária em caso de déficit ou, em caso de superávit persistente, parte do excesso contributivo deve ser devolvido aos participantes. Esse aspecto legal particular requer o uso de técnicas de programação inteira. Com o objetivo de modelar a ocorrência de eventos de desequilíbrio nos fundos de pensão foi necessária a introdução de variáveis inteiras para proceder a contagem do número de ocorrências desses eventos. Um exemplo simples, porém realista, foi introduzido para mostrar como os gestores de um fundo de pensão não só determinam a menor contribuição necessária à operação do fundo de pensão, mas também devem investir os recursos garantidores a fim de assegurar essa contribuição mínima. / [en] In this dissertation we discuss how defined benefit plans can use mixed integer linear programming to solve an ALM problem. We must consider that Brazilian pension fund regulations commands that participants and sponsors alike are to pay an extra contribution in case of deficit, or, in case of a persistent superavit, part of the exceeding contribution should return to its participants. This particular legal aspect forces us to use integer programming techniques. In order to model this lack of balance, an integer variable was considered so as to count how many times it occurs. A simple but realistic example is presented to show how pension fund managers may not only plan their operation to get the minimal possible contribution but also invest money to support it.

[pt] Todos os investidores, indivíduos e instituições, possuem obrigações e objetivos financeiros futuros. Por esse motivo, devem tomar decisões de investimento que sirvam a tais propósitos, considerando os riscos a que estão sujeitos. Com a finalidade de auxiliar o processo decisório, pode-se lançar mão de políticas de investimento ótimo, como a Gerência de Ativos e Passivos (Asset and Liability Management - ALM), objeto do presente estudo. O ALM é uma forma de combinar os ativos e passivos dos investidores, buscando alcançar as suas finalidades em termos financeiros. No que se refere aos investidores individuais, tema abordado neste trabalho, os supracitados objetivos podem corresponder, por exemplo, à aposentadoria almejada, bem como aos gastos com a educação dos filhos. Sendo assim, o presente estudo propõe apresentar uma metodologia de otimização sob incerteza, por meio da utilização de programação estocástica e técnicas de otimização de portfolio, aplicadas ao problema de gerenciamento de ativos e passivos de um investidor individual. O estudo tem como enfoque um modelo de programação linear multiperíodo, desenvolvido por Consiglio, Cocco e Zenios (2002), o qual maximiza a riqueza esperada do investidor no final do horizonte de planejamento, dado o nível de tolerância ao risco do indivíduo. Esse modelo será validado através da variação dos níveis de aversão ao risco do investidor, dos horizontes de planejamento e do retorno alvo desejado pelo investidor para ser alcançado no período final. / [en] All investors, individuals and institutions, have obligations and financial future goals. For this reason, they should make investment decisions that serve this purpose considering the risks they face. To assist in making decisions, it is possible to use the optimal investment policies, as the Asset and Liability Management, object of this work. The ALM, as is known, is a way to combine the assets and liabilities of investors seeking to achieve their goals in financial terms. In the case of individuals investors these goals can be seen as the individual s retirement and children s tuition. The present work proposes a methodology for optimization under uncertainty, employing both stochastic programming and portfolio optimization techniques, applied to the problem of managing assets and liabilities for an individual investor. The study is focused on a multi-period linear programming model developed by Consiglio, Cocco and Zenios (2002), which maximizes the expected wealth of the investor at the end of the planning horizon, given the individual s risk tolerance level. This model will be validated through the variation of the risk aversion level, the planning horizons and the target return that should be achieved on the final period.

[pt] Esta dissertação tem como objetivo buscar evidências de prêmio de risco a partir do mercado de opções e de futuro de dólar no Brasil. Para isso dois ensaios foram realizados: um que mede o prêmio de risco por volatilidade no mercado de opções e outro que mede o prêmio de risco cambial no mercado futuro. No primeiro caso, o prêmio é estimado como o excesso de retorno de um portfolio protegido. No segundo caso, o prêmio é estimado com base na Teoria da Paridade de Juros ajustada a risco pelo modelo CGARCH-M. Verificou-se evidências de forward bias puzzle e de prêmio de risco por volatilidade e cambial ambos negativos e variantes no tempo. O primeiro é responsável por aumento nos preços das opções de moeda enquanto o segundo é consistente com a teoria de média-variância, ou seja, o investidor avesso ao risco requer mais retorno com o aumento do risco. Além disso, choques não antecipados possuem influência na determinação do componente de longo prazo da volatilidade do prêmio de risco cambial. Em momentos de incerteza global no mercado e aumento nas restrições de liquidez a volatilidade de curto prazo se eleva. Entretanto somente com o prêmio de risco não é possível explicar os preços viesados. Portanto, são necessários estudos futuros que envolvam tanto custo de transação, quanto o desenvolvimento de modelo econômico mais tratável para determinação da taxa de câmbio. / [en] This work aims to seek evidence of risk premium in the option and future foreign exchange markets of dollar in Brazil. For that we used two essays: one that measures the premium for volatility risk in the option market and other which measures the currency risk premium in the future market. In the first case, the premium is estimated as excess return of hedge portfolio. In the second case, the premium is estimated based on risk-adjusted Interest Rate Parity Theory from a CGARCH-M model. There was evidence of forward bias puzzle and premium for volatility and for currency risk both negative and time-varying. The first is responsible for increasing currency option price, while the second is consistent with the mean-variance theory, so risk averse investors required more return when they face higher risk. In addition, unanticipated shocks have an influence in determining the long-term volatility component of currency risk premium. In times of global market uncertainty and increasing liquidity constraints the short-term volatility raises. But only the risk premium can not explain the price biased. So transaction cost and a more effective economic model must be including in futher studies about exchange rate discovering.

[pt] O objetivo desta dissertação é classificar sinais de vozes, usando redes neurais, obtidos por meio de um modelo mecânico-estocástico para produção da voz humana, esse modelo foi construído a partir de uma abordagem probabilística não-paramétrica para considerar incertezas do modelo. Primeiro, uma rede neural artificial foi construída para classificar sinais de vozes reais, normais e provenientes de sujeitos com patologias nas cordas vocais. Como entradas da rede neural foram usadas medidas acústicas extraídas dos sinais glotais, obtidos por filtragem inversa dos sinais de vozes reais. Essa rede neural foi usada, posteriormente, para classificar sinais de vozes sintetizadas geradas por um modelo estocástico da produção da voz humana, no caso particular da geração de vogais. O modelo estocástico da produção da voz humana foi construído tomando por base o modelo determinístico criado por Ishizaka e Flanagan. Incertezas do modelo foram consideradas através de uma abordagem probabilística não-paramétrica de modo que matrizes aleatórias foram associadas às matrizes de massa, rigidez e amortecimento do modelo. Funções densidade de probabilidade foram construídas para essas matrizes, usando o Princípio da Máxima Entropia. O método de Monte Carlo foi usado para gerar realizaçoes de sinais de vozes. Os sinais obtidos foram então classificados usando a rede neural construída previamente. Das realizações obtidas, alguns sinais de vozes foram classificados como normais, porém outros foram classificados como provenientes de sujeitos com patologias nas cordas vocais. Os sinais com características de patologia foram classificados em três grupos: nódulo, paralisia unilateral e outras patologias. / [en] The aim of this thesis is to classify voice signals, using neural networks, obtained through a mechanical stochastic model for voice production, this model was built from a nonparametric probabilistic approach to take into account modeling uncertainties. At first, an artificial neural network was constructed to classify real voice signals, normal and produced by subjects with pathologies on the vocal folds. As inputs for the neural network were used acoustic measures extracted from the glottal signals, obtained by inverse filtering of the real voice signals. This neural network was used, later, to classify synthesized voice signal generated by a stochastic model of the voice production, in the particular case of vowels generation. The stochastic model was constructed from the corresponding deterministic model created by Ishizaka and Flanagan, in 1972. Modeling uncertainties were taken into account through a nonparametric probabilistic approach such that random matrices were associated to mass, stiffness and damping model matrices. Probability density functions were constructed for these matrices using the Maximum Entropy Principle. The Monte Carlo Method was used to generate realizations of the voice signals. The voice signals obtained were then classified using the neural network previously constructed. From the realizations obtained, some voice signals were classified as normal, but others were classified as produced by subjects with pathologies on the vocal folds. The signal with pathologies characteristics were classified into three groups: nodulus, unilateral paralysis and other pathologies.

[pt] O presente trabalho tem como finalidade avaliar os diferentes modelos de mistura para o cálculo da combustão de reagentes pré- misturados utilizando a abordagem de Reator Parcialmente Misturado (PaSR). Os modelos de mistura considerados neste trabalho foram os modelos IEM estendido, Langevin e Langevin estendido. Investiga-se aqui o grau de mistura previsto por tais modelos e sua influência sobre as propriedades termoquímicas em um processo de combustão. A primeira parte deste trabalho consiste na apresentação e avaliação destes modelos de mistura, considerando-se um campo escalar inerte em presença de um campo turbulento homogêneo e isotrópico. Uma vez que estes modelos de mistura envolvem formulações do tipo estocástico, sua implementação foi realizada utilizando o método de Monte Carlo, mediante a utilização de esquemas numéricos adequados à resolução de equações diferenciais estocásticas. Assim, estuda-se a evolução da Função Densidade de Probabilidade (PDF) e das principais propriedades do campo escalar para cada modelo implementado. Os resultados obtidos também são comparados com simulação numérica direta e com resultados analáticos disponsáveis. Um ótimo acordo em termos qualitativos e quantitativos é obtido. A segunda parte deste trabalho utiliza estes modelos para o estudo numérico de um PaSR no qual são modelados os processos difusivos e reativos presentes durante a combustão. O PaSR é usado para avaliar a influência dos modelos de mistura nas propriedades termoquímicas da mistura em uma situação de combustão de tipo pré-misturada, que é modelada utilizando-se uma variável de progresso de uma reação. Os resultados obtidos com os diferentes modelos de mistura são comparados para diferentes regimes de funcionamento do PaSR, mostrando que, em situações de mistura rápida e reação intensa, os diferentes modelos apresentam resultados similares. Porém, nos casos de mistura lenta e reação moderada, discrepancias importantes são observadas entre os resultados dos modelos; as quais atingem até 65% para o valor médio da variável de progresso da reação. / [en] The present work evaluates several mixing models for the prediction of premixed combustion in a Partially Stirred Reactor (PaSR). The models considered in this work were the extended IEM, Langevin and extended Langevin models. The degree of mixing and its influence on the termochemical properties in a combustion process are investigated here. The first part of this work consists on the presentation and the assesment of these mixing models in which a single scalar field was considered in presence of a homogeneous and isotropic turbulent field. Since these mixing models involve stochastic terms, their implementation is performed by the Monte Carlo method using numerical schemes which solve the corresponding Stochastic Differential Equations (SDE). The evolution of the Probability Density Function (PDF) and the main properties for a single scalar field are studied for each mixing model. The numerical results are compared with Direct Numerical Simulation and available analytical results. Excellent qualitative and quantitative agreements are obtained. In the second part of this work, mixing models are used for numerical simulation of a PaSR where the diffusive and reactive processes occur. The PaSR is used to assess the mixing model influence on the termochemical properties of the mixture in a premixed combustion process, which is modeled using a reaction progress variable. The results obtained with the different mixing models are compared in several operating regimes of the PaSR, showing that when mixing is fast and reaction is intense, the different models lead to similar results. However, when mixing is slow and reaction is weak, important discrepancies are observed between the model results, which reach 65%, as far as the averaged reaction progress variable is concerned

[pt] Em problemas de decisão sob incerteza que dependam da preferência entre fluxos multi-período, como é o caso dos problemas de comercialização de contratos de energia elétrica no Brasil, o agente deve saber expressar sua preferência por diferentes distribuições em cada período e, além disso, deve também especificar uma preferência entre períodos. Classicamente a abordagem utilizada é definir um funcional de preferência de von Neumann e Morgenstern separável entre os períodos, composto pela soma da esperança de utilidades que modelam a preferência em cada período. Então, para expressar a preferência entre períodos, esta soma é ponderada por um fator de desconto que visa expressar a impaciência do agente no consumo entre os períodos. Nesta abordagem, a especificação do fator de desconto torna-se uma tarefa bastante subjetiva, uma vez que estamos ponderando utilidades esperadas e não valores monetários. Devido a essa subjetividade e da dificuldade de se especificar a própria função utilidade de cada período, os grupos de finanças divergiram para uma abordagem mais pragmática, baseada na análise e controle dos riscos assumidos em suas decisões. Neste sentido, a empresa que busca maximizar a expectativa de lucro, especifica em valores monetários, um conjunto de restrições sobre as perdas que esta está disposta a incorrer, baseando-se para isso em suas probabilidades de ocorrência. Assim, durante as ultimas quatro décadas, muitas pesquisas e desenvolvimentos foram realizados nesta área, no sentido de se estabelecer medidas de risco que proporcionassem propriedades desejáveis para essa classe de problemas. Desta forma, criou-se um gap entre as duas abordagens, financeira e econômica, as quais possuem raízes em comum: modelar o comportamento de agentes frente ao risco. Assim sendo, esta tese tem três objetivos: (i) propor uma abordagem alternativa para o uso de funções utilidades em problemas de comercialização de energia elétrica multi-período, baseada no valor presente dos equivalentes certos de cada período; (ii) mostrar como tal abordagem pode ser modelada matematicamente e formulada através de um problema de programação linear inteira mista (PLIM) ao considerarmos uma função utilidade linear por partes, e (iii) mostrar a conexão entre a teoria de utilidade e problemas de maximização da renda esperada sujeito a restrições de risco do tipo alfa-CVaR. / [en] In decision under uncertainty problems that depend on multi- period preferences, as the case of trading electricity contracts in Brazil, agents should expresses their inter and intratemporal preferences. The classical economical approach is to define a time separable von Neumann and Morgenstern utility functional. This functional is composed by the sum of the expected utility of each period times an impatience factor that should express the agent`s intertemporal preference. This approach demands the specification of a subjective impatience factor, which should weight utilities units. Due to this subjectiveness and its estimation difficulties, the applied financial groups started to develop more pragmatic approaches based on risk control. In this sense, companies that maximize expected profit will impose constraints on acceptable losses using estimated occurrence probabilities of different outcomes. In this sense, the economical and applied financial approaches have been diverging in the last four decades and, during this time, many studies and developments have been done in the risk metrics field to generate and prove stability and coherence properties for the proposed metrics. This thesis has three main objectives: (i) propose an alternative approach for multi-period decisions problems based on the present value of the certainty equivalent of each period; (ii) show how this approach can be modeled as a mixed integer linear programming problem (MILP) when adopting a piecewise linear utility function; and (iii) provide connections between utility theory and expected maximization problems constrained to alpha-CVaR risk metrics.

[pt] Contratos de fornecimento coordenadores são fundamentais para resgatar a eficiência de sistemas de produção prejudicada pela progressiva redução da integração vertical. A maior parte da literatura sobre esse assunto trata da análise contratos entre manufatura e varejista, ou que maximizam o lucro de uma das partes. Entretanto, na prática, contratos entre duas manufaturas são mais freqüentes e de análise mais difícil, pois ambas têm suas vendas limitadas pelas capacidades que decidiram no médio- prazo. Esta pesquisa analisa um contrato de reserva de capacidade, envolvendo incentivo e penalidade, concebido para coordenar as decisões de médio-prazo de duas manufaturas autônomas sobre suas capacidades para um único período de planejamento e diante de demandas estocásticas. Sob esse contrato, a fornecedora promete vender para o comprador, a um preço com desconto, tudo o que ele vier a pedir até uma certa quantidade previamente estabelecida. Caso o comprador peça mais do que essa quantidade, pagará o excedente a preço de mercado; se pedir menos do que essa quantidade, ele pagará uma penalidade previamente estabelecida por cada unidade que deixar de pedir. A fornecedora reserva a capacidade necessária para produzir a quantidade estabelecida, até que o comprador faça seu pedido e, depois, usa a sobra de capacidade para vender no mercado. Modelos de otimização estocástica são utilizados para avaliar o aumento que o contrato pode propiciar no lucro de cada parte e, também, quão próximo de um máximo ideal ele pode levar o lucro conjunto da díade. Análises numéricas realizadas em diferentes situações indicam que o contrato pode promover coordenação total e permite diferentes distribuições do ganho. / [en] Coordinating-supply-contracts are key to restoring the production-systems eficiency lost with the progressive reduction of vertical integration. The bulk of the literature on this subject focuses on the analysis of a contract between a retailer and a manufacturer, or on contracts that maximize the profit of one of the parties. However, contracts between two manufacturers are more frequent in practice, and harder to analyze because both parties have their actual sales constrained by their medium-term capacity decisions. This research analyzes a capacity-reservation contract with reward-and-penalty designed to coordinate the single-period medium-term capacity decisions of two autonomous manufacturers facing stochastic market demands. Under this contract, the supplier will sell to the buyer, at a discount price, whatever he orders up to a certain previously agreed quantity. If the buyer's order is in excess of this quantity, he will purchase this excess at market price; if it is short, he will pay an agreed per-unit penalty for what he fails to order up to this quantity. The supplier reserves the capacity for producing the agreed quantity until the buyer announces his order, and then uses the remaining capacity for selling to the market. Stochastic optimization models are used to evaluate the improvement the contract can bring to each party's profit, and also how close it can take the dyad's joint profit to an ideal maximum. Numerical analyses carried out in different settings indicate that the contract can achieve full coordination and allows different distributions of the gain between the parties.

[pt] Esta dissertação discute o modelo de Volatilidade Estocástica (SV) estimado via metodologia Durbin & Koopman, chamada Verossimilhança de Monte Carlo( MCL). Comparou-se a cobertura condicional do valor em risco (VaR), deste modelo, com as do modelo GARCH(1,1) e SV estimado via Quasi Máxima Verossimilhança (QML). Os modelos foram estendindos a distúrbios Gaussiano e t-Student na equação da média. O desempenho dos modelos foi avaliado fora da amostra para retornos diários dos índices Ibovespa, S&P500, Nasdaq e Dow Jones. Para o critério de avaliação foi utilizado o teste de Christoffersen. Foram econtradas evidências empíricas de que o modelo SV estimado via MCL é tão eficiente quanto o modelo GARCH(1,1), em termos da cobertura condicional do VaR. / [en] This dissertation discusses the estimation of the Stochastic Volatility (SV)model using a Durbin and Koopman methodology called Monte Carlo Like-lihood (MCL). The conditional coverage of value at risk (VaR) of SV via MCL model was compared to the GARCH (1,1) model and to the SV model via Quasi Maximum Likelihood (QML) estimation. The models were extended to Gaussian and Student-t isturbances in the mean equation. The performances of the models were evaluated out-of-sample for daily returns on the Ibovespa, S&P500, Nasdaq and Dow Jones indexes. Christoffersen test were applied for the evaluation criteria. In terms of the VaR conditional coverage, empirical evidences indicate that the SV model via MCL estimation is as efficient as the GARCH (1,1) model.