Orientador: Rubens Maciel Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-18T17:22:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CohenPaternina_LiaMargarita_M.pdf: 3628516 bytes, checksum: 16200d398e141c7876209c1a40dd5580 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O álcool etílico, também conhecido como bioetanol, apresenta características positivas para ser utilizado como combustível em larga escala, como custo relativamente baixo, ser menos poluente quando comparado com os combustíveis de origem fóssil e poder ser produzido a partir de uma matriz renovável por meio da fermentação de produtos de origem vegetal. O processo de fermentação alcoólica convencional é caracteristicamente inibitório, porque o álcool etílico produzido inibe o crescimento das células de leveduras, diminuindo o rendimento do processo. Portanto, o estudo do processo de produção de bioetanol, visando o aumento da eficiência de cada uma das etapas do processo é essencial. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo a simulação de um processo de produção de bioetanol baseado no conceito de fermentação extrativa a vácuo, na qual o etanol é retirado do meio fermentativo ao mesmo tempo em que é produzido, permitindo assim, que sua concentração no reator permaneça em níveis baixos durante o processo. Além disso, foi acoplada uma unidade de absorção para recuperação do etanol arrastado pela corrente de gases de fermentação. Este estudo foi realizado no simulador comercial ASPEN PLUS®. Para o cálculo das propriedades termodinâmicas no simulador, utilizou-se o modelo de equilíbrio termodinâmico NRTL-HOC (Non-Random Two-Liquid - Hayden-O'Connell), já que este descreveu adequadamente o comportamento da maioria dos sistemas binários presentes no processo. Através das análises de sensibilidade realizadas em estado estacionário, determinou-se as faixas de operação ótimas de cada unidade de processo (flash, coluna de absorção, entre outras.). Assim, foi determinando, que o processo de fermentação extrativa a vácuo apresentou maiores rendimentos (97,23%) frente ao processo convencional (96,59%) quando calculados com uma porcentagem de conversão de 93%. Para obter resultados mais reais na simulação do processo, foi programada uma unidade de fermentação baseada na modelagem matemática da fermentação alcoólica encontrada na literatura, a qual inclui parâmetros cinéticos estimados a partir de dados experimentais. Finalmente, esta unidade programada no modulo ASPEN CUSTOM MODELER foi exportada e acoplada à simulação do processo executada em ASPEN PLUS®. Com isso, foi possível simular um processo mais eficiente devido à diminuição da inibição celular causada pelo produto, além de recuperar o etanol arrastado pelos gases de fermentação / Abstract: The ethanol, also known as bioethanol, shows positive characteristics for being used as a large scale fuel, mainly because of the relatively low cost, low pollutant impact compared to fossil fuels and its feasibility of being produced from a renewable matrix through fermentation of vegetable origin products. The conventional fermentation process is typically inhibitory since the produced ethanol inhibits the yeast cells growth, reducing the yield of process. Therefore, improving the efficiency of bioethanol production is essential for reducing the production costs and it is necessary the study of each process step especially the fermentation one. In this context, this study aims the simulation of a bioethanol production process based on the concept of vacuum extractive fermentation in which the production and removal of ethanol occurs simultaneously, allowing low concentration levels into the during the process. In addition, it was coupled an absorption unit to recover the ethanol carried by the fermentation gases. This study was conducted in the commercial simulator ASPEN PLUS®. It was used the thermodynamic equilibrium model NRTL-HOC (Non Random Two Liquid- Hayden-O'Connell)for the estimation of thermodynamic properties in the simulator since it adequately describes the behavior of most binary systems present in the process. Through the sensitivity analysis performed in steady state, it was determined the optimum operating ranges of each process unit (flash, absorption column, among others.). Therefore, it was determined that the vacuum extractive fermentation process had higher yields (97.23%) compared to the conventional process (96.59%) when calculated with a conversion percentage of 93%. It was programmed, for obtaining the most accurate process simulation results, a fermentation unit based on a fermentation mathematical modeling found in the literature, which includes the kinetic parameters estimated from experimental data. Finally, this unit programmed into ASPEN CUSTOM MODELER module was exported and coupled to the simulation process executed in ASPEN PLUS®. As a result, it was possible to simulate a more efficient process due to the decreased in the cell inhibition caused by the product and it was recovered the ethanol dragged by the fermentation gases / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador : João Frederico C. A. Meyer / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-03T15:40:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_RosaneFerreirade_D.pdf: 3916762 bytes, checksum: 5704b8d6072d5bb8cb078da962b217ac (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: Neste estudo, são formulados problemas de dispersão de manchas de óleo em região costeira e de circulação oceânica. É realizada modelagem matemática via equação diferencial parcial de difusão-advecção-reação e de Stokes, com as justificativas dessas modelagens. São apresentadas a fonnulação variacional e a discretização espacial (elementos finitos de primeira ordem com SUPG) e temporal (Crank-Nicolson). São verificadas a existência e uni cidade de solução no sentido mais geral, ou fraco. São obtidas estimativas de erro a priori para Galerkin contínuo e Galerkin com Crank Nicolson, sob determinadas condições de regularidade. Finalmente, são apresentadas simulações de situações viáveis para obter cenários realistas de incidentes e acidentes de derrame de óleo no mar, para futura aplicação em plano de contingência / Abstract: In this study, the fonnulation for dispersion of oil slicks in coastal region and local circulation problems are developed. The mathematical modelling based on partial differencial equations of diffusion-advection-reaction and on Stokes equations is described, with the underlying reasoning. The variational fonnulation and the spatial discretization ( first order finite elements, with SUPG fonnulation) and temporal (Crank-Nicolson) are presented. Existence and uniqueness results for the solution are verified in the general, or weak sense. A priori error estimates for the continuous time Galerkin and Galerkin with Crank Nicolson are derived under suitable regularity hypotheses. Finally, some viable simulations to derive realistic scenarios for oil spill incidents and accidents in marine environrnents are presented, for future applications on contingency plans / Doutorado / Doutor em Matemática Aplicada

Orientador: Maria Angela de Almeida Meireles / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-26T21:20:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jesus_SusanaPereirade_D.pdf: 19153904 bytes, checksum: e8d3e5239f2dbe5f9d61e1e553bad266 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A extração supercrítica consiste em uma operação unitária de separação na qual o solvente é um fluido no estado supercrítico, sendo que o dióxido de carbono (CO2) é o mais utilizado. Destaca-se por ser reconhecida como uma tecnologia limpa, alternativa aos métodos convencionais que em geral utilizam solventes orgânicos prejudiciais à saúde e ao meio-ambiente. O processo de extração supercrítica tem sido extensivamente estudado pela comunidade científica há mais de três décadas, o que resultou na construção de um sólido conhecimento sobre os principais fundamentos envolvidos neste processo, além da formação de uma ampla base de dados para descrever o comportamento de diferentes sistemas (CO2 + matriz sólida). É uma técnica de extração a alta pressão que começou a ser utilizada em escala comercial na década de 1980 e, desde então, o número de plantas em operação é crescente em algumas regiões como Europa, Ásia e Estados Unidos. Apesar disso, continua a ser considerada uma tecnologia emergente e inovadora, visto que os métodos convencionais ainda são predominantes em diversas aplicações industriais e, em muitos países (como é o caso do Brasil), a técnica ainda não é utilizada em escala comercial. A viabilidade técnica do processo de extração supercrítica já está consolidada e a tecnologia encontra-se disponível comercialmente. Além disso, pesquisadores da área afirmam que a técnica pode ser economicamente competitiva, dependendo da área de aplicação e do produto de interesse. Entretanto, a questão econômica ainda é considerada como o principal empecilho à disseminação desta técnica, pois os custos de investimento associados a uma planta de alta pressão são altos quando comparados à instalação de plantas que operam em baixas pressões. Diante deste cenário, considera-se importante a investigação de métodos de cálculo (modelagem e simulação) que possam ser aplicados no sentido de estimar parâmetros para design de processo e aumento de escala, os quais são requeridos em estudos de viabilidade econômica. No presente trabalho, dados disponíveis na literatura foram utilizados para estudar a modelagem matemática da transferência de massa no processo de extração supercrítica. Para tanto, dados cinéticos de matérias-primas diversas foram ajustados por meio da aplicação de diferentes modelos, tendo como foco avaliar a versatilidade e aplicabilidade dos mesmos em termos de design de processo. Os resultados demonstraram que o modelo spline e o modelo de Sovová foram eficientes na descrição quantitativa da curva de extração, além de apresentarem versatilidade para ajustar curvas com formatos diferenciados. O modelo spline apresentou os melhores ajustes e também menores erros na descrição da etapa CER (Constant Extraction Rate), a qual é a mais importante em termos de design de processo / Abstract: Supercritical fluid extraction (SFE) is a solid-fluid separation technique in which the solvent is a fluid in the supercritical state, and the supercritical carbon dioxide (CO2) is the most used one. It is recognized as a green technology and a versatile alternative to conventional extraction methods, which generally use organic solvents that are harmful to human health and environment. The SFE process has been extensively studied by scientific community for more than three decades. As a consequence, a solid knowledge about the fundamental concepts has been developed, and there is a huge amount of data to describe the behavior of different systems (CO2 + solid matrix). It is a high-pressure extraction method that has been carried out on a commercial scale since the 1980s. From that point on, a growing number of industrial plants have been operating in Europe, Asia, and USA. However, SFE can still be considered an emerging technology since the conventional methods remain the most used in various applications. Besides, this technique has yet not been applied on a commercial scale in several countries, such as Brazil. The technical feasibility of SFE process is consolidated and the industrial-scale technology is commercially available. Researchers in this field claim that costs of SFE may be commercially competitive, depending on application area and target products. Nonetheless, the economic aspects are still considered an obstacle in SFE technology dissemination. This happens especially because a high pressure process requires higher investment costs than a conventional low pressure plant. In this scenario, it is important to investigate calculation methods (modeling and simulation) that may be applied to estimate parameters for process design and scale-up, which are key points in studies of economic viability. In this work, the mathematical modeling of SFE mass transfer was investigated by using experimental data from literature. Then, different models were applied to fit the kinetic data of SFE from various raw materials. The main purpose was to evaluate the models by considering their versatility and applicability in terms of process design. The results showed that spline and Sovová¿s models have been very effective in describing the quantitative behavior of the extraction curves. Moreover, these models presented versatility in fitting different curve shapes. The spline model provided the best fits as well as the lowest residual errors in the CER (Constant Extraction Rate) period, which is the most important region for process design purposes / Doutorado / Engenharia de Alimentos / Doutora em Engenharia de Alimentos

Orientador: Rodney Carlos Bassanezi / Dissertação (mestrado profissional) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-27T10:26:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PaivaJunior_FranciscoPessoade_M.pdf: 1984605 bytes, checksum: cff9b391d2d2e4dc68ca2d19ce4e20a8 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A modelagem matemática epidemiológica constitui uma ferramenta importante para o estudo do comportamento de doenças, entre outras coisas, ela é capaz de analisar a forma de propagação e apontar meios eficazes para a prevenção e erradicação dessas doenças. Tal modelagem é feita através do estudo de sistemas de equações diferenciais que descrevem a interação entre a população e a doença. Com base nisso este trabalho tem como objetivo determinar modelos matemáticos alternativos para o estudo do número de casos de Meningite ocorridos no Estado do Maranhão nos anos de 2001 a 2012. Este trabalho se divide em duas partes, na primeira delas será feito uma análise qualitativa dos modelos epidemiológicos matemáticos SI (Suscetível-Infectado), SIS (Suscetível-Infectado-Suscetível) e SIR (Suscetível-Infectado-Recuperado). Os modelos estudados foram analisados conforme a presença ou não de dinâmica vital, e ainda conforme os pontos de equilíbrio e o seu número de reprodutividade basal R0. Na segunda parte, os dados foram utilizados para formulação de 5 modelos alternativos para a doença, estes modelos diferenciam-se entre si, principalmente, por não haver uma constância no número de casos confirmados ano a ano; por isso, em alguns deles foram necessários utilizar equações que determinem uma certa periodicidade.Tais modelos propostos tem por objetivo fazer uma análise sobre a real situação da doença no estado e predizer o seu comportamento futuro, afim de que os resultados aqui encontrados sirvam de base para estudos posteriores / Abstract: The mathematical epidemiological modeling is an important tool for the study of behavior of behavior. Among other things, through this modeling we can analyze the form of disease spread and point effective means for its prevention and eradication. Such modeling is done through the study of systems of differential equations that describe the interaction between population and diseases. Based on that, this research aims to determine alternative mathematical models to study the number of cases of meningitis occurred in the state of Maranhão ¿ Brazil from 2001 to 2012. This work is divided into two parts. The first one will be a qualitative analysis of mathematical epidemiological models SI (Susceptible-Infected), SIS (Susceptible-Infected-Susceptible) and SIR (Susceptible-Infected-Recovered). The models were analyzed according to the presence or absence of vital dynamics, and as the points of balance and the number of basal reproducibility R0. In the second part, the data contained in were used for 05 (five) alternative models formulation. They differ from each other mainly because there is no consistency in the number of confirmed cases from year to year, so in some of them it was necessary to use equations to determine a certain periodicity. These proposed models aims to perform an analysis of the actual situation of the disease in the state and predict their future behavior, so that the present results can provide basis for further studies / Mestrado / Matematica Aplicada e Computacional / Mestre em Matemática Aplicada e Computacional

A modelagem matemática por meio de equações diferenciais é uma importante ferramenta para prever o comportamento de baterias redox de vanádio, pois ela pode contribuir para o aperfeiçoamento do produto e melhor entendimento dos princípios da sua operação. Os estudos de modelagem podem ser aliados à análise assintótica no intuito de promover reduções ou simplificações que tornem os modelos menos complexos, isso é feito a partir da observação da importância que cada termo exerce sobre as equações. Tais simplificações são úteis neste contexto, visto que os modelos geralmente abordam uma célula apenas - a menor unidade operacional da bateria - enquanto aplicações reais exigem o uso de dezenas ou centenas delas implicando em uma maximização do uso de recursos computacionais. Neste trabalho, foram investigadas múltiplas formas de reduções assintóticas que empregadas na construção dos modelos puderam acelerar o tempo de processamento em até 2,46 vezes ou reduzir os requisitos de memória principal em até 11,39%. As simulações computacionais foram executadas pelo software COMSOL Multiphysics v. 4.4, e também por scripts desenvolvidos em ambiente de programação MATLAB. A validação dos resultados foi feita comparando-os a dados experimentais presentes na literatura. Tal abordagem permitiu também validar as rotinas implementadas para a simulação dos modelos comparando suas soluções com aquelas providas pelo COMSOL. / Mathematical modelling using differential equations is an important tool to predict the behavior of vanadium redox batteries, since it may contribute to improve the device performance and lead to a better understanding of the principles of its operation. Modelling can be complemented by asymptotic analysis as a mean to promote reductions or simplifications that make models less complex. Such simplifications are useful in this context, whereas these models usually addresses one cell only the smallest operating unit while real applications demand tens or hundreds cells implying on larger computational requirements. In this research, several options for asymptotic reductions were investigated and, applied to different models, were able to speed up the processing time in 2.46× or reduce the memory requirements up to 11.39%. The computational simulations were executed by COMSOL Multiphysics v.4.4, also by in-house code developed in MATLAB. The validation of results was done by comparing it to experimental results available in literature. Additionally, correlating the results provided by COMSOL with the ones arising from the implemented sub-routines allowed to validate the developed algorithm.

Ripple marks and oscillation marks are undesirable defects which occur on the surface of solidified steel produced industrially in the ingot and the continuous casting processes, respectively; these defects are characterized by more or less evenly spaced indentations on the metal surface. Although the mechanisms for their formation are thought to be qualitatively understood, there is still considerable scope for improvement as regards quantitative mathematical modeling. In this thesis, models for the two processes are developed. For the case of ripple marks, transient twodimensional (2D) momentum and heat transfer in ingot casting is considered, and a criterion is derived, in terms of the process parameters, that can help to inform how to avoid such marks. For the case of oscillation marks in continuous casting, a novel numerical formulation for a transient 2D model is developed with the aim of tracking the spatial location of the first point of molten steel to solidify, since this determines the profile of the final oscillation mark. In both cases, the models are nondimensionalized, and the sizes of the dimensionless parameters that appear are used to derive asymptotically reduced models, with a view to not only clarifying the qualitative behavior, but also as a means to reducing the computational expense; both finite-difference and finite-element methods are used to solve the resulting model equations. One of the conclusions is that, although experimentalists and metallurgists have, in the past, treated the two cases as being linked, the present modeling approach shows quite clearly, and perhaps for the first time, how they quantitatively differ. / Marcas de ondulação e marcas de oscilação são defeitos indesejáveis que ocorrem na superfície do lingote de aço solidificado produzido industrialmente; esses defeitos são caracterizados por recortes mais ou menos uniformemente espaçados na superfície do metal. Embora se acredite que os mecanismos para sua formação sejam entendidos qualitativamente, ainda há considerável espaço para melhorias no que diz respeito à modelagem matemática quantitativa. Nesta tese, os modelos para os dois processos são desenvolvidos. Para o caso de marcas de ondulação, considera-se a transferência bidimensional e transitória (2D) de calor e de momento no lingotamento, e um critério é derivado, em termos dos parâmetros do processo, que pode ajudar a informar como evitar tais marcas. Para o caso de marcas de oscilação em lingotamento contínuo, uma nova formulação numérica para um modelo 2D transiente é desenvolvida com o objetivo de rastrear a localização espacial do primeiro ponto de aço fundido para solidificar, pois isso determina o perfil da marca final de oscilação. Em ambos os casos, os modelos são adimensionalizados, e os tamanhos dos parâmetros adimensionais que aparecem são usados para derivar modelos assintoticamente reduzidos, visando não apenas esclarecer o comportamento qualitativo, mas também como meio de reduzir o gasto computacional; ambos os métodos de diferenças finitas e elementos finitos são usados para resolver as equações do modelos resultantes. Uma das conclusões é que, embora os experimentalistas e metalúrgicos tenham, no passado, tratado os dois casos como estando ligados, a presente abordagem de modelagem mostra claramente, e talvez pela primeira vez, como eles diferem quantitativamente.

Cadeias de suprimentos podem ter operações seguindo diferentes estratégias de distribuição e a utilização de cada uma dessas estratégias pode resultar em diferentes operações e custos. A estratégia de cross-docking auxilia na redução dos custos de distribuição de produtos, consolidando cargas, e a redução de tempo e custos de armazenamento, uma vez que o tempo máximo de estoque permitido pela estratégia é de cerca de 24 horas. O objetivo deste trabalho é apresentar um modelo para o problema de cross-docking, em que cargas são entregues e reorganizadas de forma a atender a outras cargas que são coletadas e garantir que as janelas de tempo para início das operações sejam atendidas. Devido à falta de instâncias para o problema disponíveis na literatura, buscou-se gerar um benchmark e disponibilizá-las à comunidade científica. Uma vez que o problema é de difícil solução exata, um método heurístico para a resolução do problema foi desenvolvido. Os resultados mostraram que o modelo proposto resulta em boas soluções quando comparado ao modelo da literatura. O estudo de calibração do software IBM CPLEX mostrou que a calibração dos parâmetros pode resultar em melhores soluções e, por fim, a matheurística se mostrou competitiva com o CPLEX, principalmente para cenários em que a proporção de entregas e coletas diverge. / Supply chains may have operations which follow different distribution strategies and each one of these strategies may result in different operations and costs. The Cross-docking strategy helps to reduce the products distribution costs by consolidating loads and reducing storage costs as the maximum inventory time is approximately 24 hours. The aim of this research is to present a model for the cross-docking problem where loads are delivered and reorganized so as to cater for other loads that are collected and ensure that time windows are respected. Due to the lack of instances available in the literature, a benchmark was generated and was made available to the scientific community. As the problem is difficult to obtain the exact solution, a heuristic method was developed. The results showed that the proposed model has good solutions when compared to the literature model. A study of the IBM CPLEX software showed that tuning can result in better solutions and the matheuristcs was competitive with the software, mainly in scenarios where deliveries and pickups are very different.

O presente trabalho apresenta um estudo numérico dos efeitos da aplicação de geometrias geradoras de vórtices, com intuito de controlar passivamente a camada limite, em um perfil aerodinâmico que integra a asa traseira de multi elementos de um veículo de Fórmula SAE. As equações de Navier-Stokes com médias de Reynolds foram resolvidas utilizando o modelo k-ω SST (Shear Stress Transport) para o problema de fechamento da turbulência. Uma metodologia numérica padrão foi definida e utilizada nos diferentes casos analisados. Domínio de cálculo, malha, condições de contorno e critério de convergência foram escolhidos com base em norma SAE para análise numérica de escoamento externo em veículos terrestres. As camadas de volumes prismáticos próximos as superfícies com não-deslizamento foram dimensionadas de forma a resultar em um tratamento de parede adequado ao modelo de turbulência aplicado. O método GCI (Grid Convergence Index) foi utilizado para avaliar a qualidade da malha. Com o intuito de reduzir o custo computacional nos testes com diferentes configurações de geradores de vórtices, apenas parte de interesse do domínio de cálculo foi resolvido, impondo perfis de velocidade, energia cinética da turbulência e dissipação específica em sua entrada. Estas condições foram importadas da simulação com domínio completo resolvida Para verificar a correta captação dos principais efeitos físicos envolvidos, comparações com resultados experimentais foram feitas para 2 casos com escoamentos representativos: o corpo de Ahmed e um perfil aerodinâmico com geradores de vórtices. Além disso, as diferenças entre resolver o domínio completo ou parcial foram estudadas em outro comparativo com resultados experimentais. Concluiu-se que a metodologia numérica foi capaz de obter os coeficientes aerodinâmicos, e suas tendências frente a mudanças de geometria, nos casos estudados. Resolver parcialmente o domínio, impondo perfis em sua entrada, acarretou em diferença nos coeficientes obtidos na ordem de 2% para o coeficiente de sustentação e 7% para o coeficiente de arrasto. O controle passivo via geradores de vórtices foi eficaz em atrasar a separação da camada limite no flap do veículo de Fórmula SAE, as melhoras nos coeficientes de arrasto e sustentação foram da ordem de 7% e 0,3%, respectivamente. / The present work is a numerical study of the effects of the application of vortex generating geometries, in order to passively control the boundary layer, in an aerodynamic profile that integrates a multi-element rear wing of a Formula SAE vehicle. The Reynolds Averaged Navier-Stokes equations were solved using the k-ω Shear Stress Transport model for the turbulence closure problem. A standard numerical methodology was defined and used in the different cases analyzed. Computational domain, mesh, boundary conditions and convergence criteria were chosen based on SAE standard for numerical analysis of external flow in land vehicles. The layers of prismatic volumes near the non-slip surfaces were dimensioned to result in a wall treatment suitable to the applied turbulence model. The Grid Convergence Index (GCI) method was applied to evaluate the mesh quality. In order to reduce the computational cost in tests with different vortex generators configurations, only the part of interest of the calculation domain was solved, imposing velocity, turbulent kinetic energy and specific dissipation profiles on its inlet These conditions were imported from the full domain simulation already solved. To verify the correct capture of the main physical effects involved, comparisons with experimental results were made for 2 cases with representative flows: the Ahmed body and an aerodynamic profile with vortex generators. In addition, the differences between solving the complete or partial domain were studied in another comparative with experimental results. It was concluded that the numerical methodology was able to obtain the aerodynamic coefficients, and their tendencies against changes of geometry, in the cases studied. Partially solving the domain, imposing profiles at its entrance, resulted in a difference in the coefficients obtained in the order of 2% for the lift coefficient and 7% for the drag coefficient. The passive control via vortex generators was effective in delaying the separation of the boundary layer on the flap of the Formula SAE vehicle, the improvements in drag and lift coefficients were of the order of 7% and 0,3%, respectively.

Orientador: Sônia Cristina Poltroniere Silva / Resumo: A Matemática está constantemente presente em nosso cotidiano, sendo ferramenta importante para uma melhor compreensão do mundo e facilitadora dos processos de tomada de decisão. Neste sentido, o trabalho com resolução de problemas ao longo da formação escolar básica faz-se extremamente necessário. Inserida neste contexto, a modelagem matemática é uma ferramenta que permite uma melhor leitura e um tratamento mais adequado do problema. Essa dissertação aborda, inicialmente, conceitos básicos relativos ao Problema de Corte de Estoque e a sua modelagem matemática, com ênfase na definição dos padrões de corte. Posteriormente, é discutido o método branch-and-bound, utilizado na resolução de problemas de otimização linear inteira, como é o caso do problema de corte. Por m, são propostas duas situações-problema, que consideram aplicações do Problema de Corte, para serem trabalhados com alunos do Ensino Médio, considerando os conceitos matemáticos assimilados previamente. / Abstract: Mathematics is constantly present in our daily lives, being an important tool for a bet ter understanding of the world and facilitating decision making processes. In this sense, problem-solving work throughout basic school education is extremely necessary. In this context, mathematical modeling is a tool that allows a better reading and a better treat ment of the problem. This dissertation initially addresses the basic concepts related to the Cutting Stock Problem and the mathematical modeling for the one-dimensional case, with emphasis on the de nition of the cutting patterns. Subsequently, the Branch-and-bound method, used in solving Integer Linear Programming Problems, such as the cutting pro blem, is discussed. Finally, problem situations are proposed, which consider applications of the Cutting Stock Problem, to be worked with high school students, emphasizing the previously assimilated mathematical concepts. / Mestre

Orientador: Helenice de Oliveira Florentino Silva / Resumo: Esta pesquisa teve por objetivo propor um modelo matemático para auxílio no planejamento da aplicação de agentes maturadores e da colheita da cana-de-açúcar, visando obter uma matéria-prima para o setor sucroenergético com máxima qualidade tecnológica relacionada ao teor de sacarose presente no caldo da cana-de-açúcar. Para tanto, inicialmente, foi realizada a revisão teórica acerca da temática relacionada ao ciclo produtivo da cana-de-açúcar, e, ainda, foram pesquisados os resultados de investigações científicas voltadas para essa atividade e que contemplam o uso de agentes químicos de maturação. Na sequência, buscou-se identificar o conjunto de variáveis e processos que ocorrem na fase de maturação da cana, e, também, foi analisada a temática relacionada à utilização de modelos matemáticos aplicados à otimização de processos envolvidos na cultura em questão. Foi formulado um modelo matemático de programação linear inteira a partir de técnicas de Programação por Metas Ponderadas. A avaliação do modelo proposto foi realizada mediante testes computacionais, utilizando quatro cenários baseados em instâncias compostas por 18, 50, 100 e 500 talhões, nos quais foi simulado o cultivo de 18 variedades de cana-de-açúcar adaptáveis à região centro-sul do Brasil. O modelo proposto neste trabalho foi validado e sua utilidade pôde ser evidenciada pela sua aplicabilidade na identificação do momento ideal para realizar a aplicação do maturador, pela identificação do momento ótimo para real... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This research aimed to propose a mathematical model to support the planning of the application of ripening agents and sugarcane harvesting, aiming to obtain raw material for the sugarcane industry with maximum technological quality related to the sucrose content present in the sugarcane juice. Initially, the theoretical review was carried out on the theme related to the sugarcane production stages. Then, a research was conducted in order to identify the results of scientific investigations focused on that activity approaching the use of chemical maturation agents. Next, it was sought to identify the set of variables and processes that occurred during the sugarcane maturation phase, and it was also analyzed the theme related to the use of optimization mathematical modeling applied to the crop in question. Finally, an integer linear programming mathematical modeling based on Weighted Goal Programming techniques was formulated. The evaluation of the proposed model was performed through computational tests using four scenarios based on 18, 50, 100 and 500 fields, in which the cultivation of 18 sugarcane varieties adaptable to the south-central region of Brazil was simulated. The model proposed in this research was validated and its usefulness could be evidenced not only by its applicability in the identification of the ideal moment for the application of the ripener, as well as in the identification of the optimum moment for the sugarcane harvest, but, also for the possibility of... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor