Com o objetivo de elaborar modelos matemáticos, visando à otimização da relação custo benefício e definir estratégias nutricionais considerando características de desempenho, de carcaça e variáveis de mercado, foi realizado experimento com frangos de corte fêmeas. Foram avaliados seis programas nutricionais para cada fase de crescimento (pré-inicial, inicial, crescimento I, crescimento II e final).Os tratamentos compreenderam rações baseadas em seis níveis de energia metabolizável aparente corrigida para balanço de nitrogênio (EMAn), mantendo-se a relação EMAn:nutrientes. Utilizando como tratamento controle (T4), os níveis nutricionais indicados por Rostagno et al. (2005),os demais corresponderam a -15%(T1), -10%(T2), -5%(T3), +5%(T5) e +10%(T6) em relação ao programa padrão. Para cada tratamento, foram utilizadas seis repetições com trinta aves , em um delineamento inteiramente casualizado. Foram avaliadas as características de desempenho e de carcaça aos 35, 42 e 49 dias de idade, e, após a obtenção das equações de regressão, realizada a análise econômica, através de simulações de cenários de mercado, para estabelecer os níveis nutricionais mais adequados em cada situação. Conclui-se que a melhora no desempenho decorrente do aumento da densidade nutricional de dietas de frangos de corte fêmea não deve ser interpretada como aumento da lucratividade. Sendo assim, os modelos matemáticos são úteis para estabelecer a relação entre variáveis de importância e essenciais para avaliação e determinação de planos nutricionais e forma de comercialização da aves adequados para a maximização do lucro. Os modelos matemáticos desenvolvidos possibilitam a predição de ganho de peso, consumo de ração e conversão alimentar e a otimização da lucratividade através da adequação dos níveis nutricionais e idade de abate, de acordo com as situações de mercado. / To elaborate mathematical models, aiming the optimization of cost-benefit ratio and define nutritional strategies considering performance, carcass caracteristics and market variables, was carried out an experiment with female broilers chickens. It was evaluated six nutritional programs for each phase of growth (pre-starter, starter, growth I, growth II and withdrawal). The treatments were based on six levels of metabolizable energy corrected to nitrogenm balance (AMEn), keeping the AMEn:nutrients ratio. Using as a control treatment (T4), nutritional levels acording to Rostagno et al. (2005), the others were calculated - -15%(T1), -10%(T2), -5%(T3), +5%(T5) and +10%(T6) compared to the standard program. For each treatment, was used six replicates with thirty birds, in a completely randomized design. Carcass and performance characteristics were evaluated at 35, 42 and 49 days of age and, after obtained the regression equations, it was elaborated an economic analysis to establish the best nutritional levels in each market situation. It was concluded that the improvement in performance due to increased nutrient density of diets of broilers female should not be interpreted as increased profitability. Thus, mathematical models are useful to establish the relationship between variables of importance and essential for evaluating and determining nutritional programs and manner of commercialization of birds suitable for profit maximization. The developed mathematical models are an important tool, because they allow prediction of variables such as weight gain, feed intake and feed conversion and the optimization through nutritional levels and slaughter age, according to market situations.

É apresentado um estudo de distribuição do tempo de residência nas etapas de um processo de pasteurização contínuo por trocador de calor a placas (aquecimento, resfriamento, regeneração e retenção). Para o estudo experimental, foi adotada a técnica condutimétrica usando cloreto de sódio em solução aquosa como traçador. Foram verificadas as influências da vazão, da configuração do trocador de calor a placas (número de passes para o arranjo em série) e do tipo de tubo de retenção (tubo em \"S\" e tubo helicoidal). Modelos de distribuição foram usados para representar o comportamento experimental (dispersão axial, tanques em série, laminar modificado, combinado PFR+CSTR). Este estudo foi aplicado para as condições de pasteurização HTST de leite, visando a futura implementação de uma modelagem matemática rigorosa do processo, para otimização do projeto e operação do processo. / It is presented a study of residence time distribution in the steps of a process of continuous pasteurization by plate heat exchanger (heating, cooling, regeneration and holding). For the experimental study, it was adopted a conductimetric technique using sodium chloride in aqueous solution as a tracer. It was also studied the influence of the flow rate, the configuration of the plate heat exchanger (number of passes in series arrangement) and the type of holding tube (\"S\"- shaped tube and helicoidal tube). Distribution models were used for representing the experimental behavior (axial dispersion, tank in series, modified laminar, combined PFR+CSTR). This study was applied for the conditions of HTST pasteurization of milk, targeting the future implementation of a rigorous mathematical modeling of the process, which can be applied for the process operation and optimization of the project design.

A cafeicultura é uma atividade agrícola histórica e tradicional no Brasil e que passa atualmente por uma reformulação em função das novas exigências qualitativas e sociais no mercado internacional. A importância da qualidade do café reside em atender o gosto do consumidor e em representar um fator bastante específico para sua apreciação. As características físicas e organolépticas da bebida do café são influenciadas pelos manejos pré e pós-colheita da cultura. Nesse contexto, a demanda por cafés finos torna necessário que os sistemas de produção adotem novas tecnologias, de manejo e gerenciais, que permitam o aumento da produtividade e a obtenção de um produto com elevada qualidade. O incremento da complexidade no setor torna maior a responsabilidade do produtor perante suas decisões administrativas, incentivando-o a buscar novas ferramentas de análise. A modelagem matemática apresenta-se como um auxílio nas tomadas de decisões cuja aplicação em problemas de otimização na agricultura é bem sucedida. Nesse sentido, esta dissertação tem como objetivo a otimização do gerenciamento de uma propriedade agrícola voltada para a produção de cafés. Para tanto, foi realizado um estudo de caso na Fazenda Santa Maria da Boa Vista, localizada no município de Cristais Paulista (SP), cujos dados empíricos da produção de café auxiliaram na elaboração e validação de um modelo matemático para a otimização da produção de cafés finos. Tal modelo matemático de programação linear multiobjetivo, composto por uma função multiobjetivo, três conjuntos de restrições contábeis, sete conjuntos restrições técnicas e dois conjuntos de variáveis endógenas, se mostrou capaz de auxiliar no planejamento da produção da propriedade, na programação do seqüenciamento de colheita das lavouras, determinando o volume ótimo de produção de cafés finos. / Coffee production is a historical and traditional agricultural activity in Brazil which is going through a reformulation due to new qualitative and social demands in the international market. The importance of quality to coffee resides in attending the consumer needs and in representing a specific factor for price determination. The physical and organaleptic characteristics of coffee drinks are influenced by pre and post-harvest management of the culture. In this context the demand for special coffee makes it necessary to adopt new technologies to the production systems, to manage the culture and its administration, which allow increase in productivity and a product with good quality. This elevation in complexity within the coffee chain increases the importance given to the farmer\'s administration decisions, stimulating him to search for new supporting tools for analysis. Mathematical modeling presents itself as an assisting tool to decision making with successful applications in agriculture. Therefore, this study aims to optimize the management of a coffee farm. A case study was conducted at the farm Santa Maria da Boa Vista, located in Cristais Paulista district in the State of São Paulo. The production data of the farm was used to elaborate and validate the mathematical model for special coffee production optimization. This linear programming multiobjective model with one multiobjective function, three sets of countable restrictions, seven sets of technical restrictions and two sets of endogenous variables presented itself as capable of assisting in the farms production planning, in the determination of the harvest sequencing and of the optimal volume of special coffee production.

A precisão de uma ação motora depende de vários fatores, como: 1) grau de variabilidade da força gerada por cada músculo envolvido, 2) velocidade de geração da força, 3) coordenação das ativações dos músculos. A geração e o controle da força muscular possuem mecanismos que ainda precisam ser mais bem estabelecidos, tanto para o aprimoramento das teorias de controle motor, quanto para o desenvolvimento de técnicas que permitam a prevenção ou a compensação de certas deficiências. A perda de desempenho motor pode ser decorrente de doenças que afetam o sistema neuromuscular ou de alterações associadas ao envelhecimento. Sabe-se, por exemplo, que idosos podem possuir maior variabilidade e menor velocidade de desenvolvimento da força, quando comparados com jovens. Uma das formas de se entender os mecanismos responsáveis pelos fenômenos observados em experimentos neurofisiológicos, em indivíduos saudáveis, em pacientes ou em idosos, é por meio de uma representação adequada de tais mecanismos em modelos matemáticos. Tais modelos podem, pela escolha de um conjunto de parâmetros e de sinais de entrada, ser simulados, explorando-se toda gama de cenários plausíveis para a geração de um determinado fenômeno, tendo como referência os dados obtidos experimentalmente. Resumidamente, o presente trabalho trata do estudo do sistema neuromuscular por modelagem matemática e simulação computacional, com particular interesse nos músculos do tríceps sural e no primeiro interósseo dorsal (um músculo intrínseco da mão), sendo estes músculos amplamente utilizados em estudos experimentais e de modelagem. Maior enfoque é dado em contrações isométricas (i.e., ângulo articular mantido fixo), avaliando-se a organização do núcleo motor, em termos anatômicos e fisiológicos, recebendo como entrada a atividade sináptica das vias pré-motoneuronais, e estudando como diferentes arranjos das propriedades neurais podem resultar em características encontradas experimentalmente para a força muscular. Inicialmente foi feita uma ampla expansão de um simulador existente (ReMoto), tanto em aspectos de modelagem quanto de interface. Em seguida, este modelo expandido foi empregado para um estudo da influência do grau de rigidez muscular nas respostas reflexas do tornozelo. Posteriormente, um novo modelo de pool de motoneurônios, com ampla representação de características biofísicas, foi desenvolvido e, por fim, este modelo foi utilizado, em conjunto com modelos de tratos descendentes e da geração de força muscular, para representar a geração de forças isométricas em jovens e idosos. / The precision of a motor action depends on several factors such as: 1) the level of force variability of each involved muscle, 2) the rate of force development, 3) the coordination of the activations of the muscles involved. Several mechanisms underlying the force generation in a muscle and its control by the nervous system remain to be fully comprehended. An appropriate description of these mechanisms would allow an improvement in motor control theories and could contribute to the development of techniques for the prevention or compensation of some disabilities. Losses in motor performance may be caused by diseases affecting the neuromuscular system or due to aging processes. For instance, old adults may exhibit higher force variability and lower velocity of force development than young adults. Proper representations of such mechanisms in mathematical models constitute a promising way to test hypotheses raised by neurophysiological experiments to explain an observed phenomenon. These models can be used to investigate aspects of health/disease or young/old subjects and, by varying their parameter sets, it is possible to explore a broad range of plausible scenarios under which the experimentally observed phenomena are replicated. This project deals with the study of the neuromuscular system by mathematical modeling and computer simulations, applied to the triceps surae and the first dorsal interosseus (two of the most experimentally and theoretically studied muscles). The principal focus is on isometric contractions (i.e., fixed joint angle) and the study of the organization of the motor nucleus (anatomical and physiological aspects) receiving inputs from premotoneuronal pathways. The study analyzes how different patterns of organization result in experimentally observed aspects of muscle force. Initially, an existing simulator of the neuromuscular system (ReMoto) was broadly extended to include new models and a friendly interface. The extended model was used to investigate the influence of muscle stiffness on the reflex responses in the ankle joint. Next, a new motoneuron pool mathematical model was developed based on known biophysics. Finally, this model was integrated with models of pre-motoneuronal neurons estabilishing synapses with motoneurons and of muscle force generation in order to represent isometric force generation in young and old adults.

Foram realizados experimentos de homopolimerização de estireno e copolimerização de estireno-divinilbenzeno em solução e suspensão aquosa pelos métodos convencional (FRP) e mediado por nitróxido (NMRP). Objetivou-se atingir um maior grau de entendimento sobre estes sistemas em relação ao que se tem na literatura. Para isto, três modelos matemáticos foram avaliados através de validação com os dados obtidos nos experimentos. Os experimentos foram conduzidos em reator de batelada isotérmico. As principais variáveis exploradas neste trabalho foram: temperatura de reação, concentração inicial de divinilbenzeno, diluição inicial da mistura de monômeros e técnicas de polimerização (FRP e NMRP). Os modelos matemáticos foram intitulados: Modelo A, Modelo B e Modelo C. O Modelo A consiste de um balanço de espécies não poliméricas e grupos poliméricos. A determinação das massas moleculares médias e da fração de gel foi feita através de balanços populacionais em termos de função geradora em conjunto com o método das características. Os modelos B e C consistiram de balanços de massa para espécies não poliméricas e método dos momentos para radicais ativos, radicais dormentes e polímero morto. A obtenção das massas moleculares médias e da fração de gel foi feita através do método do fracionamento numérico. Nestes dois modelos, foram consideradas as reações de ciclização através do método dos caminhos. Este método consiste num balanço de segmentos de cadeia que conectam grupos poliméricos. O número máximo de unidades monoméricas, considerado para estes segmentos foi 100 e o valor da constante cinética de ciclização do menor segmento ciclizável (3 unidades monoméricas) foi 450 s-1 para a temperatura de 90°C. O Modelo C leva em conta a redução da reatividade das ligações cruzadas em função do tamanho médio das cadeias em cada geração. Os resultados mostraram que, quando comparado com a FRP, a polimerização NMRP permite somente um controle limitado sobre o processo de reticulação, produzindo distribuições largas de tamanhos de cadeia. Micro e nanoestruturas foram identificadas em produtos obtidos por FRP e NMRP lineares e não lineares. Estas estruturas parecem ser consequência do processo de síntese (ex.: operação em temperatura de reação acima da temperatura de transição vítrea) e do tratamento dos produtos. Massa molecular média mássica e fração de gel foram afetadas consideravelmente pelas reações de ciclização em copolimerizações FRP, porém apresentaram pouca sensibilidade a estas reações em copolimerizações NMRP. A inclusão do mecanismo de ciclização, por si só (no Modelo B), não foi suficiente para produzir bons ajustes modelo/experimentos em termos de massa molecular média mássica (Mw) e fração de gel (Wg). No entanto, o Modelo C é capaz de fornecer boas previsões de Mw e Wg simultaneamente para os experimentos realizados a 90°C. O presente estudo mostrou uma análise na qual os modelos podem se complementar e fornecer subsídios para o desenvolvimento de um modelo unificado. / Homopolymerizations of styrene and copolymerizations of styrene-divinylbenzene were carried out in solution and aqueous suspension through conventional (FRP) and nitroxide-mediated (NMRP) techniques. The aim of the work was to reach a higher level of understanding in comparison to what is found in literature. In order to reach this goal, three mathematical models were assessed through validation using experimental data. The experiments were conducted in isothermal batch reactor. The main variables explored in this work were: reaction temperature, divinylbenzene initial concentration, initial dilution of monomers and polymerization techniques (FRP and NMRP). The mathematical models were named: Model A, Model B and Model C. The Model A consists of a balance of non-polymeric species and polymer groups. The average molecular weights and gel fraction were calculated through population balances in terms of generation function together with the method of characteristics. The models B and C were built using mass balance for non-polymeric species and the method of moments for active radicals, dormant radicals and dead polymer. The average molecular weights and gel fraction were calculated through the numerical fractionation technique. In these two models, cyclization reactions were considered through the method of paths. This method consists of a balance of chain segments which connect polymer groups. The maximum number of monomeric units considered for these segments was 100 and the value of the kinetic constant of cyclization for the smaller cyclizable path (3 monomeric units) was 450 s-1 at 90°C. The Model C takes into account the reduction of reactivity of the crosslink reactions in function of the average size of the chains in each generation. The results showed that, when compared with FRP, NMRP allows only a limited control over the crosslinking process, producing broad chain length distributions. Micro and nanostructures were identified in products obtained by linear and non-linear FRP and NMRP. These structures seem to be consequence of the synthesis process (e.g.: operation in reaction temperatures above the glass transition temperature) and of the products treatment. Weight average molecular weight and gel fraction were affected considerably by the cyclization reactions in FRP, however they presented few sensibility to these reactions in NMRP. The inclusion of the mechanism of cyclization, itself (in Model B), was not enough to obtain good model/experiments fittings in terms of weight average molecular weight (Mw) and weight fraction of gel (Wg). Although, the Model C is capable of providing good predictions of Mw and Wg simultaneously for the experiments carried out at 90°C. The present study showed an analysis in which the models can complement each other, providing subsidies for the development of a unified model.

Tanto as evidências experimentais que demonstraram a geração endógena de ritmos com períodos circadianos, quanto as investigações sobre os diferentes mecanismos de sincronização dos ritmos circadianos aos marcadores temporais externos de períodos fixos de 24h forneceram material para a elaboração de proposições importantes sobre as características do sistema de temporização biológica circadiana. Dentro desse cenário, foi de muita ajuda a aplicação da modelagem matemática. O desenvolvimento desses modelos permitiu a investigação de conjecturas que tentam explicar as características subjacentes aos mecanismos que coordenam esse sistema. Nosso objetivo, neste trabalho, foi de explorar a hipótese de que o mecanismo de controle da ritmicidade circadiana é exercido pela ação de laços de retroalimentação negativa acionados após tempos de retardo característicos do sistema. Para alcançarmos esse objetivo, elaboramos um modelo no qual o controle e a manutenção da expressão rítmica circadiana fossem conseqüentes da ação de dois laços de retroalimentação negativa com tempos de retardo distintos. Adicionalmente, avaliamos a resposta do modelo à ação de oscilações externas. Por meio da dinâmica não-linear resultante do modelo, nós observamos sugestiva similaridade entre as respostas obtidas nas simulações e as descrições experimentais da expressão do sistema de temporização circadiana citadas na literatura. Esses resultados deram suporte a hipótese inicial como explicação do funcionamento do sistema. / Both the experimental evidences of generation of biological circadian rhythms and the results of investigation about the mechanisms of synchronization between the circadian rhythms with the external cycles of 24-hour period provided material for the development of important assumptions about the characteristics of the circadian timing system. Inside this scenery, it was helpful the application of mathematical models. The development of these models permited the inquiry of some hypotheses which try to explain the underlying characteristics of this system. Our aim, in this work, was to investigate the hypothesis that explain the controlling mechanism of the circadian system as a result of the action of negative feedback loops triggered after charateristic time delays. For reaching this goal, our porpouse was to build a mathematical model which simulated circadian rhythmic expressions controlled by two feedback loops with different time delays. Additionaly, we also simulated the response of the model under external oscillations. Through the non-linear dynamic resulting from the model we observed suggestive similarity between the simulations and the experimental descriptions of the circadian system expressions present in many works. These results gave support to the validation of the initial hypothesis.

No processo UV/H2O2, oxidar o substrato a CO2 e água resulta em um elevado consumo de H2O2. Então, esse processo tem sido proposto como um pré-tratamento para reduzir a toxicidade a níveis seguros para o tratamento biológico posterior. Por essa razão, é necessário estudar o progresso da reação, pois a toxicidade de alguns intermediários formados durante a oxidação pode ser mais elevada que a do composto inicial. Neste trabalho, os experimentos foram realizados em um reator tubular fotoquímico, contendo em seu eixo uma lâmpada de vapor de mercúrio de baixa pressão, conectado a um tanque de recirculação. O processo UV/H 2O2 é aplicado no tratamento de água contendo fenol (50500mg C.L-1). Os resultados demonstraram que o principal produto da oxidação primária é o catecol, indicando que a hidroxilação ocorre predominantemente na posição orto. A abertura do anel aromático leva à formação de ácidos orgânicos, o que explica a diminuição do pH durante a reação. Foram identificados os seguintes ácidos: fórmico, oxálico, maleico e malônico. Na etapa seguinte desse trabalho, dois modelos cinéticos foram desenvolvidos. Os modelos foram baseados nas reações químicas e fotoquímicas iniciadas pelos radicais hidroxila gerados pela fotólise do peróxido de hidrogênio. Foram utilizados os valores encontrados na literatura para os parâmetros fotoquímicos e constantes cinéticas das reações fotoquímicas. Os resultados experimentais foram utilizados para estimar as constantes cinéticas das reações que envolvem os compostos aromáticos. No primeiro modelo foram contempladas todas as reações fotoquímicas envolvidas e, no segundo, apenas as consideradas mais significantes. Os resultados das simulações considerando os parâmetros ajustados mostraram uma melhor concordância com os dados experimentais para o primeiro modelo. As constantes cinéticas deste modelo para as reações nas quais o fenol é oxidado a catecol (k14) e hidroquinona (k15) foram 2,60x108L.mol-1.s-1 e 1,03x108L.mol-1.s-1, respectivamente. As constantes cinéticas para a oxidação do catecol (k17) e hidroquinona (k18) encontradas foram 1,41x108L.mol-1.s-1 e 2,02x108L.mol-1.s-1, respectivamente. Também foi observada elevada correlação entre as constantes k14 e k17 e entre k15 e k18. / In the UV/H2O2 process, the oxidation of the substrate to CO2 and water results in high H2O2 consumption. Due to this fact the process has been proposed as a pretreatment to reduce toxicity to safe levels prior to biological treatment. Thus, it is necessary to study the reaction progress because some intermediate compounds may be more toxic than the initial compound. In the present study experiments were carried out in a lab-scale tubular photochemical reactor with a low-pressure mercury vapor lamp placed in its axis, connected to a recirculation tank. The UV/H2O2 process was applied to the degradation of an aqueous solution containing phenol as a model pollutant (concentration range: 50-500mg.L-1). The experimental results indicated that orto-hydroxylation (catechol formation) was predominant. The cleavage of the aromatic ring resulted in the production of organic acids, which caused the pH decrease over the reaction time. The following acids were detected: formic, oxalic, maleic and malonic. The experimental results were used to estimate kinetic rate constants for the reactions involving aromatic compounds according to two kinetic models based on chemical and photochemical reactions, initiated by hydrogen peroxide photolysis to produce hydroxyl radical. Numerical values of chemical reaction rate constants and photochemical parameters were taken from literature. The first model considered all photochemical while the second model considered the most significant ones. The parameter fitting results showed better agreement with experimental values based on the first model. The resulting values for the rate constants according to this model were as follows: 2.60x108L.mol-1.s-1 for phenol oxidation to catechol, and 1.03x108L.mol-1.s-1 for phenol oxidation to hydroquinone by hydrogen peroxide. The reaction rate constants for the oxidation of catechol, and hydroquinone by hydrogen peroxide are 1.41x108L.mol-1.s-1 and 2.01x108L.mol-1.s-1, respectively. A high correlation was observed between constants k14 and k17, and between k15 and k18.

Esta dissertação trata do problema da distribuição de combustíveis com caminhões-tanque para realizar a entrega de derivados de petróleo para diversos postos de abastecimento a partir de uma base de distribuição. O problema consiste da determinação de rotas para veículos de uma frota heterogênea, visando minimizar o custo total de distribuição dos veículos envolvidos sujeitos a restrições de capacidade dos compartimentos de cada veículos. O objetivo é garantir que cada entrega seja alocada a exatamente um veículo e que todos os veículos sejam adequadamente seqüenciados. Deve-se notar que cada caminhão pode ter até seis compartimentos com diferentes capacidades. Além disso, são consideradas restrições que impedem que um veículo atenda determinado cliente. As restrições relacionadas a essa alocação de pedidos aos compartimentos dos veículos fazem esse problema tornar-se muito diferente de outros problemas de roteirização de veículos. Para ilustrar isso, uma entrega de 5.000 litros para um cliente apenas pode ser alocada em um compartimento de exatamente 5.000 litros, mas não a um compartimento maior preenchido parcialmente. Adicionalmente, caminhões do mesmo tamanho e capacidade (e.g. 30.000 litros) podem possuir diferentes números de compartimentos, inclusive de diferentes tamanhos (e.g. um caminhão de 30.000 litros pode ter 6 compartimentos de 5.000 litros ou 2 compartimentos de 10.000 litros e 2 compartimentos de 5.000 litros), tornando o problema aindamais complexo. Propõe-se inicialmente uma modelagem matemática inédita para o problema. Dada a dificuldade de resolver instâncias de tamanhos reais utilizando ferramentas comerciais de otimização como o ILOG CPLEX 9.0, foi também proposto um algoritmo heurístico que pode alcançar boas soluções em tempos curtos de processamento. Este algoritmo é inspirado em algumas idéias do GRASP. ) Ele se baseia em um método heurístico rápido de construção, que é repetidamente aplicado, baseado em um algoritmo de controle que, repedida e aleatoriamente, remove alguns pedidos da solução corrente, e então reconstrói uma nova solução a partir dos pedidos não-alocados restantes. Também são relatados resultados computacionais com diversos problemas de teste que foram gerados, considerando diferentes tamanhos de problema, bem como diferentes níveis de dificuldade de alocação de pedidos aos caminhões. / This Master\'s dissertation deals with the problem of distributing fuels by petroleum tank trucks in the context of the delivery of petroleum products to gas stations originating at a single distribution base. The problem comprises determining the vehicle delivery routes for a heterogeneous fleet, aiming to minimize the total distribution and fixed costs of the vehicles involved subject to capacity constraints for the tank compartments of each vehicle. The objective is to ensure that each delivery is assigned to exactly one truck and all trucks are properly sequenced. It should be noticed that each truck may have one to six tank compartments with different capacities eventually. In addition, there may be restrictions on which vehicles can service each client. The constraints related to the assignment of deliveries to truck compartments makes this problem much different from other vehicle routing problems, thus preventing the traditional routing approaches and formulations to be applied in this case. To illustrate this, a delivery of 5,000 liters to a single client can only be assigned to a compartment of exactly 5,000 liters, but not to a larger compartment which is not entirely filled up. In addition, trucks of the same size and capacity (e.g. 30,000 liters) may have different numbers of compartments and even different sizes (e.g. a 30,000 liters truck may have 6 compartments of 5,000 liters or 2 compartments of 10,000 liters and 2 compartments of 5,000 liters), making the problem even more complicated. We initially propose a novel mathematical IP formulation for this problem. Given the difficulty to solve instances of the same size as found in practice using off-the-shelf cutting-edge optimization tools like ILOG CPLEX 9.0, we also propose a heuristic algorithm that can reach good solutions in very short CPU times. This algorithm is inspired on some ideas of GRASP. ) It relies on a fast constructive heuristic, which is repeatedly applied, based on a control algorithm that repeatedly and randomly remove some deliveries from the current solution, and then rebuilds a new solution from the remaining unassigned and unrouted deliveries. We also report the computational results with several test problems that we have generated, considering different problem sizes, as well as different levels of difficulty related to assignment of orders to trucks.

A reação de óxido de etileno com substratos orgânicos é um dos principais processos empregados na obtenção de tensoativos. Apesar da grande importância comercial dessas reações, ainda existe muito a se explorar sobre o assunto. As publicações encontradas em geral tratam somente do estudo da cinética dessa reação, e existem poucos trabalhos sobre a aplicação dessas leis cinéticas e de solubilidade em reatores comerciais, de forma a estudar o mecanismo da reação integrado aos diferentes equipamentos usados nas plantas químicas. O principal objetivo desse trabalho consiste no desenvolvimento de um modelo matemático que integra os mecanismos cinéticos, de solubilidade e de transferência de calor para reatores comerciais de etoxilação mecanicamente agitados. Devido ao grau de complexidade e das análises laboratoriais necessárias, optou-se por utilizar modelo cinético disponível para reações de etoxilação. A reação de etoxilação, modelada como uma reação de 2ª ordem, depende da concentração de óxido de etileno e catalisador no meio reacional. A solubilidade do óxido de etileno no substrato reacional foi estudada considerando-se a mistura entre óxido e substrato uma mistura não-ideal, e os coeficientes de atividade desses reagentes na mistura foram obtidos conforme o método de Wilson. A transferência de massa na interface entre gás e líquido foi modelada a partir da teoria de dois filmes de Whitman, na qual é considerada a existência de uma faixa fixa na fase gasosa e na fase líquida através da interface. O reator estudado é um reator mecanicamente agitado, com agitador de turbinas axiais inclinadas 45º. O controle de temperatura do reator é continuamente ativado através da abertura das válvulas de resfriamento da serpentina. A vazão de água de resfriamento é calculada através da análise iterativa da perda de carga na serpentina, considerando-se a possibilidade de escoamento líquido e bifásico.Com as equações obtidas foi elaborado um simulador dinâmico no software Matlab, e os gráficos obtidos comparados com as variáveis medidas no reator industrial. / The chemical reaction between Ethylene Oxide and organic substrates is one of the most important processes for the tensoative production. Besides the commercial significance of these reactions, there is too much to study about this subject. The papers published in general deal only with the reaction kinetics, and there is only a few papers about applying these kinetic and solubility laws in commercial reactors, in such a way to study the reaction mechanism integrated with the process equipments used in chemical plants. The objective of this project is the development of mathematical models for mechanically stirred industrial reactors concerning the kinetic, solubility and heat transfer laws for ethoxylation reactions. Due to the complexity of the laboratorial analysis required to obtain the kinetic parameters, an available kinetic model for ethoxylation reactions was choosen. The ethoxylation reaction is modeled as a 2ª order reaction, and depends on the Ethylene Oxide and catalyst concentration in the bulk reaction. The ethylene oxide solubility in the bulk reaction was analyzed according to the nonideality of the mixture between ethylene oxide and reaction bulk, and the activity coefficients of these reagents were obtained using Wilson methodology. The mass transfer in the gas-liquid interface was modeled according to the two film theory of Whitman, in which a stagnant layer in both phases along the interface is supposed to exist. The mechanically stirred reactor analyzed has some 45º pitched axial turbines along the motion axe. The temperature control acts on the cooling water valves of the submersed coil installed inside the reactor. The cooling water flow is calculated using iterative analysis of the head losses in the coil as a function of the water mass flow, in which is considered the possibility of single and two phase evaporative flow. Using the obtained equations a dynamic simulator in the Matlab software was developed, and the results were compared with measured variables in an industrial reactor.

A sinterização do cobre ocorre através do transporte difusivo de matéria de regiões de alto para as de baixo potencial químico. Esse processo tem como força motriz a minimização da energia associada às interfaces. Na tentativa de quantificar o processo de sinterizaçao, diversos modelos analíticos foram desenvolvidos desde 1945. O presente trabalho teve como intuito implementar e validar um modelo matemático baseado no modelo de campo de fases (\"phase field method\") para simular o primeiro estágio do processo de sinterização. Para isso, um estudo termodinâmico detalhado foi realizado de modo a definir as equações a serem empregadas no modelo. Foi feita uma análise quantitativa (análise estatística) e qualitativamente (análise gráfica e pelo expoente do tempo) dos modelos analíticos teóricos comparando-os com os valores experimentais publicados em cinco artigos de grande relevância na área. A partir dos resultados estatísticos observou-se que o melhor mecanismo para descrever o processo de sinterização do cobre é o modelo combinado entre quatro dos seis principais modelos individuais. Os mecanismos de transporte de fase fictícia via evaporação-condensação e via difusão gasosa contribuem de maneira irrisória na sinterização do cobre, sendo por muitos autores desconsiderados. Foi verificado que a configuração inicial do metal, se na forma de esferas ou cilindros, modifica o processo de difusão dominante. Sendo que o efeito da difusão superficial é mais predominante nas esferas do que nos cilindros, consequentemente, o mecanismo combinado para a esferas inclui a difusão superficial, enquanto que o dos cilindros não. Na simulação em condições unidimensionais, o modelo foi capaz de impor as condições de equilíbrio termodinâmico local e de movimentar a interface no sentido contrário ao fluxo de lacunas. Sob condições bidimensionais, o mesmo impôs automaticamente a fração de lacunas de equilíbrio sob o efeito do raio de curvatura, responsável pela expansão ou retração do sólido/poro cilíndrico. Na simulação da formação do pescoço entre dois cilindros de cobre puro, observou-se um comportamento qualitativo consistente com o comportamento físico. A principal dificuldade encontrada na modelagem foi o tamanho da malha e o tempo de processamento computacional necessário. Para resolução destes dois aspectos, usou-se uma malha adaptativa e foi feita a paralelização em placa de vídeo do código computacional. / Copper sintering occurs through a diffusive transport of matter from regions with high chemical potential to regions of low chemical potential. The driving force of this process is the minimization of the energy associated with the interfaces of the system. In an attempt to quantify the sintering process, several analytical models have been developed since 1945. The aim of the present work was to implement and validate a mathematical model based on the phase field model to simulate the first stage of sintering. A very detailed thermodynamic study was done in order to define which equations should me used in the computational model. As well as, the use of a quantitative (statistical analysis) and a qualitative analysis (graphical analysis and by the exponent of time) to compare the theoretical models with the experimental values published in five articles of great relevance in the area. From the statistical results it was observed that the best mechanism to describe the copper sintering is the combined model between the main individual models (lattice diffusion from surface, lattice diffusion from grain boundary, surface diffusion and grain boundary diffusion). The mechanisms of gas-phase transport via evaporation-condensation and gas diffusion contribute in a negligible way in copper sintering, considered irrelevant by many authors . It has been found that the initial configuration of the metal, whether in the form of spheres or cylinders, modifies the dominant diffusion mechanism. Since the effect of surface diffusion is more predominant in the spheres than in the cylinders, therefore the combined mechanism for the spheres includes surface diffusion, while the cylinders do not. With the computational modeling, some important mechanisms that occur during stage I of sintering were simulated. Simulations performed under unidimensional conditions indicated that the model is able to impose local thermodynamic equilibrium conditions and to move the interface in the opposite direction of the vacancies flow. When used to simulate the transport of vacancies under two-dimensional conditions, the model automatically imposed the fraction of equilibrium vacancies under the effect of the radius of curvature. This fraction results in a flow that causes the expansion or retraction of the solid / cylindrical pore, which was reproduced by the implemented model. The main difficulties found in the computational modeling were the size of the mesh and the computational processing time required. To solve these two aspects, an adaptive mesh was used and the parallelization of the computational code was done, which resulted in a significant reduction in the simulation time.