Este trabalho objetivou a ampliação dos conhecimentos sobre a dinâmica de chamas de difusão turbulenta. A abordagem escolhida foi o método numérico da simulação de grandes escalas turbulentas (LES) acoplado ao modelo de combustão do tipo folha de chama ou \"Flamesheet\". A modelagem dos efeitos de dissipação das pequenas escalas turbulentas, foi realizada pelo modelo de Smagorinsky (1963). Foi feita a verificação e validação do código implementado pelo método das soluções manufaturadas, descrito por Roache (2002), e pelas soluções de engenharia do tipo tampa móvel em cavidade laminar, escoamento de Poiseuille e jato laminar. Neste trabalho foi estudada a chama de difusão turbulenta do tipo D, padronizada pelo \"SANDIA National Laboratories\". Foi verificado que, quando estudado o jato isotérmico, este obedece ao critério de jato auto-sustentável, definido por Hussein et al. (1994). Já os resultados obtidos para o jato reativo, quando comparados aos dados experimentais obtidos por Masri et al. (1996) e Barlow e Frank (1998), apresentaram boa concordância para os campos de velocidades e razoável correspondência para os campos de fração de mistura e temperatura, indicando que maiores estudos são necessários. / The mean goal of this work was to better understand the dynamics of turbulent diffusion flames. The turbulent flow was resolved appling the methodology of Large Eddy Simulation, coupled with the Flamesheet model for reactive systems. The effects of the turbulent subgrid dissipation were accounted with the Smagorinsky (1963) subgrid model. The numerical code verification and validation were accomplished with the manufactured solutions method, described by Roache (2002), and with the method of engineering solutions of the type of moveable wall in laminar cavity flow, Poiseuille flow and laminar jet flow. In this work was studied the turbulent flame of the type D flow, standardized by the SANDIA National Laboratories. It was verified that, when the isotermal jet flow was studied, the criterium of a self-sustained jet, defined by Hussein et al. (1994), was achieved. The results for the reactive flow, when compared against experimental data obtained by Masri et al. (1996) e Barlow e Frank (1998), presented resonable agreement for the velocity field and satisfactory correspondence for mixture fraction and temperature fields, indicating that further studies are necessary.

O metabolismo das células S2 (Schneider 2) de Drosophila melanogaster ainda não é totalmente conhecido. Existem poucos estudos específicos sobre o metabolismo de células S2, sejam elas selvagens ou recombinantes (rS2), como por exemplo aquelas transfectadas para a expressão da glicoproteína do vírus da raiva (GPV). Como o genoma da Drosophila melanogaster já foi mapeado, as principais enzimas que atuam nos processos metabólicos em geral já foram identificadas e estão à disposição no KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes). Assim, o KEGG apresenta todas as possíveis vias metabólicas com as enzimas que podem ser codificadas. Diante deste quadro, foi proposto um modelo metabólico baseado em um conjunto de vias de assimilação de glicose e glutamina e foram encontrados os modos elementares característicos do sistema através do programa Metatool. Em seguida, foi definido o modelo matemático mediante o equacionamento desses modos elementares. Esse processo se repetiu até se encontrar um conjunto de vias metabólicas que, através da modelagem matemática, respondesse coerentemente a um conjunto de dez ensaios em diferentes condições de concentrações iniciais de glicose, glutamina e oxigênio dissolvido. Chegou-se então, a um metabolismo básico para a rS2 contendo 33 vias metabólicas englobando a glicólise, a via das pentoses, o ciclo de Krebs e a fosforilação oxidativa. Dados anteriores indicavam elevada flexibilidade metabólica dessa célula, o que foi prevista através de algumas reações propostas como reversíveis nas vias de degradação e síntese de glutamina. Essa proposta de metabolismo resultou em 37 modos elementares. Outra característica interessante da modelagem foi a utilização da produção de purinas e pirimidinas para a estimativa do crescimento celular. Depois de realizada a modelagem, as mesmas condições iniciais dos ensaios foram simuladas através de um programa de simulação do comportamento cinético das células rS2 desenvolvido em MATLAB. Esse simulador foi utilizado também para simulação com diferentes meios e condições iniciais de cultivo. Chegando-se a um ajuste geral entre valores experimentais e simulados com coeficiente de correlação de 0,88. / The metabolism of the S2 cells (Schneider 2) Drosophila melanogaster is not yet fully known. There have been few specific studies on the metabolism of S2 cells, whether recombinant or wild (rS2), such as those transfected for expressing the rabies virus glycoprotein (RVGP). As the genome of Drosophila melanogaster have been mapped, the key enzymes that act on the metabolic processes in general have been identified and are available in the KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes). Thus, KEGG presents all possible pathways with the enzymes that can be encoded. Given this context, it was proposed a metabolic model based on a set metabolic glucose and glutamine assimilation pathways and were found characteristic elementary modes of the system through the Metatool program. Then the mathematical model was defined by addressing these elementary modes. This process was repeated until a set of metabolic pathways, by mathematical modelling, consistently responded to a set of ten experiments (in various conditions). We came to a basic metabolism for rS2 containing 33 pathways comprising glycolysis, pentose, Krebs cycle and oxidative phosphorylation. Previous data indicate that rS2 is a cell with high metabolic flexibility, which was confirmed by some reactions in the process proposed as reverse breakdown and synthesis of glutamine. The proposed metabolism resulted in 37 elementary modes. Another interesting model characteristic was the use of the production of purines and pyrimidines for the estimation of cell growth. After the modelling performed, the same initial runs conditions were simulated using a software of Simulation of the Kinetic behaviour of rS2 cells, developed in MATLAB. This simulator was also used for simulation of other experiments with different initial conditions and methods of cultivation. Coming to a general adjustment of experimental and simulated values with correlation coefficient of 0.88.

Submitted by Neusa Fagundes (neusa.fagundes@unioeste.br) on 2018-02-21T13:45:42Z No. of bitstreams: 2 Marcio_Silva2017.pdf: 1467691 bytes, checksum: 00782e4843226f24039f4eafcdf61afb (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-21T13:45:42Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Marcio_Silva2017.pdf: 1467691 bytes, checksum: 00782e4843226f24039f4eafcdf61afb (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-08-10 / Mathematical Modeling, as a tendency of Mathematics Education, is not yet present in the scope of Basic Education. One of the factors that can contribute to overcoming this situation is the training of teachers. Teachers have their own conceptions about teaching, learning, mathematics and methodology in general. Considering this condition, a relevant research topic is the study of these conceptions, in a context of continuous formation. From this perspective, we were able to establish an interrogation, under a phenomenological view of research: In what ways do the prior conceptions of teachers operate in their continued formation in Mathematical Modeling? This question asks to be clarified and requests its own procedures, such as the understanding of the region of inquiry that we are in - teacher training in Mathematical Modeling - the definition of the type of research that we need to carry out - the qualitative one according to a phenomenological research position - The selection of instruments for the collection of significant material, the explicitation of aspects of the proposal for Continuing Education in Mathematical Modeling which has developed in different education centers in the state of Paraná and the ways in which we undertake analyzes and interpretations. The present research was developed within the group of Continuing Education in Mathematical Modeling established in the city of Tupãssi - Paraná, which counts with the participation of five professors in addition to the teacher who assumes the role of trainer. The material that was significant to the research was collected during 12 meetings of this group through audio recordings between the period of April 13, 2016 and September 21, 2016. For organization and analysis of the data we used Atlas software. We arrive to allow us to affirm that even teachers still finding themselves guided by the exercise paradigm present in their conceptions openness to pedagogical innovations such as Mathematical Modeling and in this way show us about the importance in pondering the ways in which the previous conceptions of teachers operate in Formation Continued in Mathematical Modeling. Be they as obstacles, potentialities, or other modes, in order to contribute to the elaboration of a proposal of Training in Mathematical Modeling that, contemplating these aspects, will favor the adoption of the Modeling by the teachers thus providing for the dissemination of the Modeling as a trend in Mathematics education. / A Modelagem Matemática, enquanto tendência da Educação Matemática, ainda não está presente no escopo da Educação Básica. Um dos fatores que pode contribuir para a superação desse quadro é a formação de professores. Os professores possuem as suas próprias concepções sobre ensino, aprendizagem, matemática e metodologia em geral. Considerando essa condição, um tema de pesquisa relevante é o estudo dessas concepções, num contexto de formação continuada. Dessa perspectiva, pudemos estabelecer uma interrogação, sob uma visão fenomenológica de pesquisa: De que modos às concepções prévias dos professores operam em sua formação continuada em Modelagem Matemática? Essa interrogação solicita ser esclarecida e solicita procedimentos próprios, como o entendimento da região de inquérito em que nos situamos - a formação de professores em Modelagem Matemática – a definição do tipo de pesquisa a qual necessitamos realizar – a qualitativa segundo uma postura fenomenológica de pesquisa - a eleição de instrumentos de recolha de material significativo, a explicitação de aspectos da proposta de formação continuada em Modelagem Matemática a qual tem se desenvolvido em distintos núcleos de Educação do estado do Paraná e os modos pelos quais empreendemos as análises e as interpretações. A presente pesquisa foi desenvolvida no âmbito do grupo de formação continuada em Modelagem Matemática estabelecido no município de Tupãssi – Paraná, o qual conta com a participação de cinco professores formandos além do professor que assume a função de formador. Os materiais significativos à pesquisa foram coletados durante 12 encontros do referido grupo por meio de gravações de áudio entre o período de 13 de abril de 2016 e 21 de setembro de 2016. Para organização e análise dos dados utilizamos o software Atlas t.i. As considerações a que chegamos nos permitem afirmar que, mesmo os professores ainda encontrando-se orientados pelo paradigma do exercício, apresentam em suas concepções abertura a inovações pedagógicas, como a Modelagem Matemática, e dessa forma, nos mostram sobre a importância em ponderar os modos como as concepções prévias dos professores operam na formação continuada em Modelagem Matemática. Sejam elas como obstáculos, potencialidades, ou outros modos, de forma a contribuir para a elaboração de uma proposta de formação em Modelagem Matemática que, contemplando estes aspectos, favorecerá a adoção da Modelagem pelos professores, assim, ensejando para a disseminação da Modelagem enquanto tendência norteadora do ensino da matemática.

Submitted by Neusa Fagundes (neusa.fagundes@unioeste.br) on 2018-06-18T14:07:05Z No. of bitstreams: 2 Joemar_Rego2017.pdf: 1611397 bytes, checksum: 93793aba5f8951c59d8d5fc284174031 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-18T14:07:05Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Joemar_Rego2017.pdf: 1611397 bytes, checksum: 93793aba5f8951c59d8d5fc284174031 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-07-14 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In Brazil, soybeans are considered one of the main agricultural products, however, with the expansion of agriculture, new phytosanitary diseases have emerged. Thus, inadequate storage can lead to the growth of insects and microorganisms as well as promote product deterioration. Currently, ozone gas is among the products being studied for the disinfection of fungi, which is formed by three molecules of oxygen (O3) and its final product is oxygen. In addition, O3 is considered safe by the food industry. Thus, the objectives of this study were to evaluate both the effects of ozone gas during drying in terms of physiological and physical-chemical quality, as well as the efficiency of fungal decontamination and to determine the modeling of drying curves for soybean seeds. For this study, seeds of cultivar NK 7059 (V-máx RR), produced in the Medianeira-PR region, from the 2016 crop with 20.18% B.U. A factorial design 22 with center point was used, with times (5, 10 and 15 minutes) and temperature (30, 40 and 50 ° C). The mathematical model that presented the best fit to the experimental data was Midilli. The coefficients a, b and k were considered to be dependent on the drying air temperature while the coefficient n was dependent on the time factors of ozone application and drying air temperature. Ozone gas demonstrated efficiency in fungal decontamination through microbiological effects and the temperature of 50 °C showed the best results. The time of five minutes of ozone application and the air temperature of 30 °C for drying showed a higher number of germinated seeds. / No Brasil, a soja é considerada um dos principais produtos agrícolas, todavia, com a expansão da agricultura, surgiram novas doenças fitossanitárias. Assim, um armazenamento inadequado pode provocar o crescimento de insetos e microrganismos bem como promover a deterioração do produto. Atualmente, o gás ozônio está entre os produtos em estudo para a desinfecção de fungos, o qual é formado por três moléculas de oxigênio (O3) e seu produto final é o oxigênio. Além disso, o O3 é considerado seguro pela indústria alimentícia. Assim, os objetivos deste estudo foram avaliar tanto os efeitos do gás ozônio durante a secagem no que tange à qualidade fisiológica e físico-química, como a eficiência na descontaminação fúngica e determinar a modelagem das curvas de secagem para as sementes de soja. Para este estudo, foram usadas as sementes da cultivar NK 7059 (V-máx RR), produzidas na região de Medianeira – PR, da safra de 2016 com 20,18% B.U. Foi usado um planejamento fatorial 22 com ponto central, com tempos (5,10 e 15 minutos) e temperatura (30, 40 e 50 °C). O modelo matemático que apresentou o melhor ajuste aos dados experimentais foi a Midilli. Os coeficientes a, b e k foram considerados como dependentes da temperatura do ar de secagem enquanto o coeficiente n foi dependente dos fatores tempo de aplicação do ozônio e temperatura do ar de secagem. O gás ozônio demonstrou eficiência na descontaminação fúngica através dos efeitos microbiológicos e a temperatura de 50 °C apresentou os melhores resultados. O tempo de cinco minutos de aplicação do ozônio e a temperatura do ar de 30 °C para a secagem apresentaram maior número de sementes germinadas.

Submitted by Marilene Donadel (marilene.donadel@unioeste.br) on 2018-11-29T22:37:58Z No. of bitstreams: 1 Rafael_Canevesi_2015.pdf: 2478063 bytes, checksum: 9d72affca26c471efe5a58cf9ec8bdee (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-29T22:37:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rafael_Canevesi_2015.pdf: 2478063 bytes, checksum: 9d72affca26c471efe5a58cf9ec8bdee (MD5) Previous issue date: 2015-02-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / With the industrial growth achieved in recent years, there was a significant increase in the amount of industrial wastewater discharged into the environment, including, textile effluents rich in organic compounds of high molecular mass with characteristics toxic, carcinogenic and mutagenic. Therefore, it is necessary to develop methods for the treatment of effluents contaminated with dyes. The adsorption process has been largely employed in the treatment of industrial wastewater due to its low cost and efficiency at low concentrations. The system design of wastewater treatment by adsorption process on an industrial scale is required the use of a robust mathematical model based on phenomenological principles that describe efficiently the phase equilibrium data. This way, the main objective of this study was to investigate the adsorption of reactive dyes Remazol Red and Blue 5G, investigating the affinity of different adsorbents, the effect of pH and temperature, as well as obtaining the adsorption kinetics and equilibrium data in single-component systems and binaries, in order to get the optimum operation conditions. The bone char was the adsorbent with the highest removal capacity of reactive dyes. The effect of pH were studied in faixe 1-6 and the temperature in the range of 15 to 45 ° C jointly by the method of Delineation Central Composite Rotational (DCCR), only the pH of the initial solution had no effect on the dye adsorption capacity which proved favored by acidic pH. In order to characterize the adsrovente used to evaluate the effect of temperature and pH, as well, testing the kinetic and equilibrium were determined moisture, hydration capacity, surface area, pore size distribution and, density, morphology and chemical composition and surface charge. The models of Langmuir and Langmuir power can to describe with efficiency the kinetic and equilibrium single component data, while only the Langmuir model was efficient in binary data. The qmax values obtained for the dyes Blue 5G and remazol Red and binary in the temperature of 30 ºC and agitation of 100 rpm was 154.61, 144.71 and 161.81 mg g-1 respectively. / Com o crescimento industrial alcançado nos últimos anos, ocorreu um aumento significativo na quantidade de rejeitos industriais lançados no meio ambiente, entre eles, efluentes têxteis ricos em compostos orgânicos de alta massa molecular, com características tóxicas, cancerígenas e mutagênicas. Desta forma, se faz necessário o desenvolvimento de processos para o tratamento de efluentes contaminados com corantes. O processo de adsorção vem sendo amplamente empregado no tratamento de efluentes industriais devido ao seu baixo custo e eficiência mesmo em baixas concentrações. Para o projeto de sistemas de tratamento de efluentes pelo processo de adsorção em escala industrial se faz necessário o emprego de modelos matemático que descrevam com eficiência os dados de equilíbrio de fases. Desta maneira, o objetivo principal deste trabalho foi investigar a adsorção dos corantes reativos Remazol Vermelho e Azul 5G pelo processo de adsorção. Inicialmente foram realizados testes preliminares e avaliados diferentes adsorventes na remoção destes corantes. Posteriormente, foram avaliados os efeitos do pH e da temperatura na adsorção, a caracterização do adsorvente obtenção de dados experimentais da cinética de adsorção e equilíbrio em sistemas monocomponentes e binários, com o intuito de obter as condições ótimas de operação. O carvão de osso foi o adsorvente que apresentou maior capacidade de remoção de corantes reativos. Foram estudados o efeito do pH na faixa de 1 a 6 e a temperatura na faixa de 15 a 45ºC de forma conjunta por meio do método de Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR), somente o pH da solução inicial teve efeito na capacidade de adsorção dos corantes, que se mostrou favorecida por pHs ácidos. Com o intuito de caracterizar o adsorvente empregado para avaliar o efeito da temperatura e pH, bem como, os testes cinéticos e de equilíbrio, foram determinadas a umidade, capacidade de hidratação, área superficial, distribuição e tamanho dos poros, densidade real e aparente, morfologia e composição química e carga superficial . O modelo de Langmuir e Langmuir potência melhor representaram o comportamento cinético e de equilíbrio do sistema monocomponente, enquanto que somente o modelo de Langmuir apresentou eficiência nos dados binários. Os valores de qmax obtidos para os corantes Azul 5G e Remazol Vermelho monocomponente e binário, na temperatura de 30 ºC e agitação de 100 rpm foram de 154.61, 144.71 e 161,81 mg g-1 respectivamente.

Prever a hidrodinâmica das águas e a dispersão de contaminantes nos corpos dágua, principalmente em regiões costeiras, tem sido um problema a ser enfrentado por engenheiros, devido ao aumento dos impactos ambientais que envolvem as obras e a gestão da engenharia costeira. O uso de modelagem matemática como ferramenta de avaliação tornou-se imperativo para tais estudos. O principal objetivo desta Tese é fazer uma análise crítica da utilização da ferramenta de modelagem matemática na avaliação da dispersão de efluentes leves. A área de estudo engloba a RMBS, com ênfase no Sistema Estuarino de Santos / São Vicente. Para a efetivação desta análise são utilizados três modelos hidrodinâmicos - MIKE 21, POM e Delft3D. Esta abordagem apresentou significativa contribuição para as principais conclusões desta Tese e demonstrou, na prática, as diferenças na utilização dos modelos numéricos hidrodinâmicos. Os resultados dos três modelos utilizados apresentaram-se satisfatórios, sendo que os coeficientes de correlação encontrados, entre os resultados das simulações e dados de medição de campo, para o período de Verão de 2002 foram para o MIKE 21 de 0,63 (considerado 20 dias de processamento); o Delft3D de 0,80 (20 dias) e o POM de 0,70 (30 dias), para a Componente x (Componente E-W do vetor velocidade). Os resultados da modelagem com o POM e o Delft3D, comparados com os dados de medição de campo, imprimiram confiabilidade aos dados de correntes extraídos para o Ponto de Lançamento do Emissário de Santos/São Vicente. Neste ponto a máxima velocidade encontrada, na média da profundidade, foi de 0,27 m/s e, somente na superfície esta velocidade pode chegar a 0,35 m/s. Para a avaliação da dispersão da pluma deste emissário, foi utilizado o sistema especialista CORMIX e seus resultados mostraram que para velocidades de 0,27 e 0,18 m/s as diluições iniciais são superiores a 100 e que nas velocidades 0,08 e 0,12 m/s a diluição inicial é menor que 100. Julga-se que este trabalho contribuiu para a obtenção de um grau maior de conhecimento sobre as questões práticas da modelagem hidrodinâmica. Ou seja, esta contribuição é um passo fundamental para que o assunto seja visto de uma forma mais realista, mostrando e discutindo as características e limitações teóricas e práticas existentes em cada modelo utilizado, sob a ótica da engenharia. / The prediction of the hydrodynamic water circulation and pollutants dispersion, mainly in coastal areas, has been a problem that engineers have been facing. This is due to the increase environmental impacts that involve coastal engineering work and management. The usage of mathematic modeling as assessment tool is necessary for these studies. The main purpose of this Thesis consists in using hydrodynamics models in order to evaluate the hydrodynamical behavior in the region, and to study the effluents dispersion by approaching the marines pollution issue mainly concerning domestic wastewater, and petroleum byproducts leakage. The study area is located in the Central Coast of São Paulo State, named Baixada Santista. The highlighted area analyzed is Santos / São Vicente Estuarine System. Three hydrodynamics models were used - MIKE 21, POM and Delft3D. This approach presented a significant contribution for the main conclusions of this Thesis, and it shows the differences among the hydrodynamics mathematical models. The three models presented good results, the correlation coefficients that were found for the Summer of 2002 were 0.63 for MIKE 21 (considering 20 days of processing); 0.80 for Delft3D (20 days); and 0.70 for POM (30 days), for Component x (Component E-W of velocity vector). In the Point of Santos / São Vicente Outfall Discharge, the maximum depth average velocity reaches 0.27 m/s, and in first layer (surface) the velocity can reach 0.35 m/s. In the assessment of plume dispersion for this outfall, was used the software CORMIX and the results has shown initial dilution higher than 100 for the velocities of 0.27 and 0.18 m/s; and initial dilution lower than 100 for the velocities of 0.08 and 0.12 m/s. This Thesis contributed to obtain a better knowledge about hydrodynamic mathematic modeling. The research reveals a realistic point of view of the characteristics and limitations, in theoretical and practical terms, existing in each model used, from engineering perspective.

Objetivos: Estudos clássicos mostraram que, na locomoção de vertebrados, a transição entre os tipos de passada ocorre justamente quando se inicia um aumento na demanda energética. Uma vez que o movimento muscular é realizado sob controle do sistema nervoso central, é este que determina o tipo de passada a ser utilizada. Portanto, essa estrutura consegue traduzir eventos mecânicos ligados a esses conceitos e, mais do que isso, consegue operar o sistema de modo a mantê-lo num ótimo de demanda. Nossa abordagem pretende criar um mapeamento, no sistema nervoso central, das aferências e eferências de um sistema mecânico de maneira a se modelar uma rede de controle motor. Com isso, estabelece-se um modelo cânon para encontrar a região de operação que minimiza a geração de entropia no sistema mecânico. Métodos: Modelos matemáticos para o funcionamento de músculos esqueléticos e tendões, acoplados em um sistema pendular e suas aferências, fusos e corpos tendinosos de Golgi, foram desenvolvidos e validados como plataforma biomecânica. Essas aferências foram então utilizadas como entradas para outro modelo descrevendo Redes Neurais Biológicas (BNNs, do inglês), o qual gera as eferências que são, então, utilizadas como sinais de controle para acionamento dos músculos. Todos os modelos foram baseados em equações diferenciais (ODEs), e sua resolução numérica realizada em ambiente Simulink. Resultados: A rede neural de controle proposta mostrou-se capaz de operar o sistema biomecânico levando-o a oscilar de forma similar a passadas, tendo como entrada sinais das fibras tipo Ib e Ia. Medidas de otimização baseadas no cálculo da geração de entalpia nos músculos mostraram que a rede é capaz de operar a maquinaria mecânica em regiões de melhor relação geração de entalpia por velocidade ou distância percorrida. Conclusões: Os resultados teóricos desse trabalho fornecem algumas questões experimentais interessantes, como relações entre perfil de ativação muscular e escala biológica, além de embasar a visão de que existem arquiteturas neurais básicas envolvidas no controle dos processos biológicos. / Objectives: Classical studies showed that the transition among gait patterns, in vertebrate locomotion, occur when there is an increase in energetic demand. Since the muscular movement is performed under central nervous system control, it is this one that determines the gait pattern in the end. Therefore, this structure is able to translate mechanical events related to force/energy and more, it is capable to operate the whole system in such a way to put it in a demand optimum. Our approach aims to create a central nervous system mapping of the afferences and efferences present in a mechanical system to create a motor control network model, and then, find the operation range that minimizes the entropy generation of the mechanical system. Methods: Mathematical models of working skeletal muscles and tendons, linked to a pendulum system, and their a afferences (i.e., spindles and Golgi tendon organs) were developed and validated as a biomechanical platform. These afferences were used as inputs to another model describing a Biological Neural Network that generate the efferences used as inputs to muscle control. All models were explicited as differential equations and numerically solved in the Simulink environment. Results: The proposed neural network was able to control the biomechanical system, driving it to oscillate similarly to a gait, autonomously, using signals from Ib and Ia fibers as inputs. Optimization measures based in muscular enthalpy generation calculations pointed out that the network is capable to operate the biomechanical machinery in regions of best enthalpy generation by velocity or distance relations. Conclusions: The theoretical results of this work present some interesting experimental questions about possible relations between muscle activation patterns and biological scaling. It also gives support to the idea that exist some basic neural architecture involved in the control of biological mechanical processes in vertebrates.

A degradação do ambiente natural, principalmente do solo e da água, tem causado alterações na paisagem devido ao uso e ocupação do solo desordenados, principalmente pela retirada da vegetação nativa para a entrada de culturas mais rentáveis. Devido à necessidade de se conservar os recursos naturais verifica-se que o planejamento do uso e ocupação solo em uma determinada região é uma tarefa importante e indispensável. A implantação das Áreas de Preservação Permanente (APPs) e a Reserva Legal (RL) são as principais ferramentas de proteção ambiental, principalmente contra a erosão do solo. O objetivo geral deste trabalho foi a aplicação do modelo MEUPS associado a técnicas de geoprocessamento para caracterizar o aporte de sedimentos em uma microbacia hidrográfica mediante implementação de APP e RL. O trabalho foi realizado na microbacia hidrográfica do Ribeirão dos Marins, na região de Piracicaba, SP. Em busca do melhor resultado foram simulados cenários de implementação de APP e RL em diferentes pontos e condições para a obtenção do aporte de sedimentos para a microbacia e também para cada propriedade rural pertencente à microbacia. Pode ser observado que tanto a APP quanto a RL apresentaram resultados positivos para contenção da perda de solo, tendo a RL apresentado os melhores resultados. Verificou-se também que a vazão de pico e o volume acumulado na superfície após um evento de precipitação têm influência no aporte de sedimentos, principalmente em locais de declividade mais acentuada. Verificou-se que a implantação de mata (APP e RL) diminuiu os valores de vazão de pico e de volume acumulado. Com isso concluiu-se que a implantação de APP e RL, principalmente a RL, tem forte contribuição contra a perda de solo, diminuição da vazão de pico e volume acumulado. / Environmental degradation due to unplanned land use and occupation, has caused several changes in the landscape. Given the need to preserve natural resources, the right planning for land use and occupation is an important and indispensable task. Permanent Preservation Areas (PPA) and Legal Reserve (LR) are the main tools for environment protection, particularly against soil erosion. The main goal of this research was to apply the MULSE model associate to geoprocessing techniques to evaluate the sediment contribution in a watershed by the implementation of PPA and LR. The work employed data from the Ribeirão dos Marins watershed, located in the Piracicaba municipality, state of São Paulo. In order to attain the better outcomes, several scenarios for PPA an LR implementation were simulated, trying different locations and area coverage and evaluating sediment contribution, both for the watershed and for each private property that surrounds it. It was found that PPA and LR implementation presented positive effects regarding soil loses with LR giving the best result. Also, it was possible to determinate that peak flow values and total aggregate volume on the surface after a precipitation event impact the sediment amount, with a stronger relation in places where a higher slope is observed. Moreover, PPA and LR implementation were found to decrease peak flow value and aggregate volume. It was thus established that PPA and LR, especially LR, give a strong contribution against soil loses and minimize peak flow value and aggregate surface volume.

Este trabalho visa a utilização de técnicas de otimização para a determinação da melhor configuração para trocadores de calor a placas. A configuração de um trocador a placas define a distribuição das correntes quente e fria ao longo dos seus canais e ela é definida pelo seu número de canais, pelos números de passes em cada lado e pelas localizações dos fluidos e das conexões de alimentação. É utilizado um conjunto de seis parâmetros para a caracterização da configuração. A modelagem estacionária do trocador é desenvolvida na forma de um algoritmo, já que não é possível representá-la como uma função explícita dos seis parâmetros de configuração. O sistema resultante é composto por equações diferenciais ordinárias de valor de contorno e por equações algébricas não-lineares, o qual é resolvido numericamente pelo método de diferenças finitas. Através do estudo de exemplos de simulação, verifica-se que a hipótese de constância do coeficiente global de troca térmica não é limitante para a avaliação global do trocador. A validação experimental da modelagem estacionária é realizada através da estimação de parâmetros de troca térmica para um conjunto de ensaios com diferentes configurações. É ainda apresentada a modelagem dinâmica do trocador a placas para configurações genéricas, visando a análise do seu estado transiente e a simulação de malhas de controle. É proposto um procedimento de screening para a resolução do problema de otimização da configuração do trocador. Neste procedimento, as restrições são aplicadas sucessivamente para a eliminação de elementos inviáveis ou não-ótimos. Através da identificação de configurações equivalentes e da realização de uma busca estruturada, todos os trocadores com a menor área de troca térmica podem ser obtidos com esforço computacional bastante reduzido. O funcionamento e a eficiência do método são analisados em detalhes através de dois casos de otimização. Para o caso dos processos de pasteurização, que usam trocadores com múltiplas seções, é proposto o método de branching para otimização da configuração das seções de aquecimento, resfriamento e regeneração. Este método consiste em um algoritmo de busca muito eficiente, capaz de localizar as configurações que apresentam mínimos custos fixos e operacionais realizando um número extremamente reduzido de avaliações das seções do trocador, em relação às grandes dimensões do problema e sua complexidade. / The aim of this work is to develop optimization techniques for determining the best configuration of gasketed plate heat exchangers. The configuration of a plate heat exchanger defines the distribution of the hot and cold streams inside the plate-pack and it is defined by the number of channels, by the number of passes in each side and by the locations of the fluids and feed connections. A set of six parameters is used for the configuration characterization. The steady-state model of the plate heat exchanger is formulated in an algorithmic form, since it is not possible to represent it explicitly as a function of the six configuration parameters. The resulting system is composed of ordinary differential equations of the boundary value type and non-linear algebraic equations, which is numerically solved with the method of finite differences. The analysis of several simulation examples showed that the assumption of constant overall heat transfer coefficient is not limiting for the overall rating of the heat exchanger. The experimental validation of the steady-state model was accomplished through the estimation of heat transfer parameters for a set of experiments with different configurations. Moreover, the dynamic modeling of the plate heat exchanger is presented intending the simulation of unsteady-state operation and the use of controllers. A screening procedure is proposed for determining the best configuration of the exchanger. In this procedure, the constraints are successively used to eliminate unfeasible and non-optimal cases. Using a structured search method and identifying the equivalent configurations, all the exchangers with the smallest heat exchange area can be obtained employing the proposed method with very reduced computational effort. The performance of the method is studied thoroughly through two optimization example problems. For the case of the pasteurization processes, where the plate heat exchangers have multiple sections, it is proposed a branching method for selecting the best configuration for the heating, cooling and regeneration sections. This method consists of a very efficient search algorithm, able to locate the configurations with minimum fixed and operational costs requiring an extremely reduced number of exchanger evaluations, considering the large dimensions of the problem and its complexity.

Na atualidade, o mundo enfrenta graves problemas de escassez de água decorrentes, principalmente, da degradação da sua qualidade. O conhecimento e a avaliação da qualidade da água são essenciais para o adequado gerenciamento dos recursos hídricos, portanto a água cumpre função de informação, servindo de indicador para o estágio de conservação ou de degradação de um corpo d\'água. O principal objetivo do presente estudo foi avaliar a qualidade da água de uma bacia urbana localizada na cidade de São Carlos, SP, em termos experimentais e de modelagem matemática, aplicando conceitos ecohidrológicos. Esta avaliação realizou-se por meio da análise de resultados experimentais obtidos em campo, através de quatro campanhas de amostragens de água realizadas em períodos secos (7 de novembro de 2008) e chuvoso ( dias 11, 17 e 18 de março de 2009), estabelecendo para cada campanha três pontos de coletas, uma localizada na bacia do córrego Gregório de 17,3 \'Km POT.2\', e as outras duas ao longo do córrego Monjolinho de 78 \'Km POT.2\'. Foram discutidos os resultados de parâmetros físico-químicos (pH, OD, turbidez, CE, DQO, DBO, fosfato, nitrogênio total, nitrato, nitrito e sólidos totais), biológicos (coliformes termotolerantes e totais) e metais (zinco, chumbo, cádmio, níquel, ferro, manganês, cobre e cromo) presentes na água, bem como foram analisados os efeitos das variações do nível da água e vazão nas características limnológicas dos corpos de água. Os resultados experimentais foram expressos tanto em termos de concentração (mg/L) como de carga específica (kg/ano.ha) a fim de se analisar a variação espacial da concentração e a carga em termos da área de drenagem acumulada e comprimento do rio. Abordou-se uma discussão ecohidrológica realizada com base em análise de quatro dimensões de variáveis: altura hidrométrica, vazão específica, índice de vulnerabilidade e cargas específicas de alguns parâmetros limnológicos. Finalmente, e a fim de avaliar aspectos quali-quantitativos da água para uma bacia urbana através da modelagem matemática, foi utilizado o modelo SWMM. Os resultados experimentais obtidos mostraram que existe extrema variabilidade quantitativa e qualitativa da água, devida principalmente a fatores antropogênicos de poluição, seja pela dinâmica variada de produção de resíduos que são lançados ao ar e à água, seja pela destruição de mecanismos naturais de regulação pela ocupação desordenada do espaço, além de se constatar que as variações do nível da água provocam uma série de transformações nas características limnológicas dos corpos de água causadas por interações entre o meio terrestre e o aquático. Constatou-se a aplicabilidade quali-quantitativa do modelo matemático utilizado, para uma bacia urbana, por meio da calibração dos hidrogramas simulados com hidrogramas observados, e a obtenção de resultados de concentrações de OD, fosfato, sólidos totais, DQO e DBO presentes na água do rio. / Today, the world faces serious problems of water scarcity due mainly to the degradation of its quality. Knowledge and assessment of water quality are essential for proper management of water resources, so the water acts as information function, serving as an indicator of the stage of conservation or degradation of a body of water. The main purpose of this study was to evaluate the water quality of an urban basin located in Sao Carlos city, Brazil, in terms of experimental and mathematical modeling, applying concepts of Ecohydrology. This assessment was carried out by the analysis of experimental results obtained in field works, through four sampling campaigns of water realized in a drought period (November 7,2008) and rainy periods (11, 17 and March 18,2009) establishing for each sampling campaign three points, one located in the basin of the stream Gregory of 17,3 \'KM POT.2\', and the other two along the stream Monjolinho of 78 \'KM POT.2\'. The results of physical and chemical parameters (pH, DO, turbidity, EC, COD, BOD, phosphate, total nitrogen, nitrate, nitrite and total solids), biological (fecal and total coliform) and metals (zinc, lead, cadmium, nickel, iron, manganese, copper and chromium) in the water, were discussed and analyzed the effect of water level variations and flow in limnological characteristics of water bodies. The experimental results were expressed in terms of concentration (mg/L) as the specific load (kg/year.ha) to analyze the spatial variation of the concentration and the load in terms of cumulative drainage area and river length. lt was approached an Ecohydrology discussion based on analysis of four variable dimensions: hydrometric height, flow specific vulnerability index and specific loads of some limnological parameters. Finally, in order to validate the quali-quantitative aspects of the water for an urban basin through a mathematical model, we used the mathematical model SWMM. The experimental results showed that there is an extreme variability in quantity and quality of the water, primarily due to anthropogenic pollution factors, either for the dynamic range of waste that are thrown into the air and water, or the destruction of the natural mechanisms of regulation by disordered occupation of the space, and besides evidencing that the variations of the changes in water level cause a series of transformations in limnological characteristics of the bodies watermark caused by interactions between the terrestrial and aquatic environments. lt was evidenced the quali-quantitative applicability of the mathematical model used, for an urban basin, through the calibration of the simulated hidrograms with observed hidrograms, and the obtained results of DO, phosphate, total solids, COD and BOD concentrations presents in the water of the river.