Os processos de conversão de energia tendem a considerar cada vez mais restrições econômicas e ambientais, tornando-se necessário o entendimento da interação entre combustão e turbulência. Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de soluções analíticas para a fração de mistura de uma chama difusiva, sob forma de um jato turbulento axissimétrico. Foi desenvolvida, também, uma metodologia analíticonumérica para a determinação das frações mássicas dos componentes, considerando uma reação de combustão de dois passos. Os resultados foram comparados com dados experimentais encontrados na literatura para uma chama de hidrogênio H2=N2 (50/50% em volume). De modo geral, os resultados obtidos foram satisfatórios frente aos dados experimentais, sendo a principal limitação o fato das expressões analíticas obtidas não serem capazes de representar o jato próximo à saída do bocal, sendo válidas a partir de, aproximadamente, x=d > 10, onde x é a coordenada ao longo do comprimento do jato. A principal vantagem do método empregado neste trabalho é a diminuição da complexidade do sistema de equações a ser resolvido numericamente. / The energy conversion processes tend to consider even more economical and environmental constraints, making it necessary to understand the interaction between combustion and turbulence. This study aims at the development of analytical solutions for the mixture fraction of a diffusive flame in the form of an axisymmetric turbulent jet. It was also considered an analytical-numerical approach for the determination of the mass fractions of the compounds, for a two-step reaction. The results were compared with data found in literature for a hydrogen flame H2=N2 (50/50 % by volume). Overall, the results were satisfactory when compared with the experimental data, however the principal limitation was the fact that the analytical expressions were not able to represent the jet near the nozzle exit, being the solution valid from, approximately, x=d > 10, where x is the coordinate along the jet length. The main advantage of the method employed in this work is the decrease in the complexity of the equations system to be solved numerically.

O estudo de parâmetros cinéticos para a queima de carvão se dá através de utilização de equipamentos laboratoriais como o forno de queda livre (DTF). O presente trabalho trata do desenvolvimento e análise de um modelo numérico unidimensional de um DTF. A modelagem é realizada a partir de dados da literatura, e as equações discretizadas que caracterizam os fenômenos do escoamento, da transferência de calor e da combustão do carvão foram programadas na linguagem FORTRAN 90. Os resultados são comparados com um modelo de referência e com dados experimentais, e apresentaram boa concordância. Um estudo de sensibilidade é realizado para entender o comportamento da queima de carvão frente a mudanças de alguns parâmetros de operação do DTF. A análise de sensibilidade mostrou a versatilidade do modelo e, consequentemente, do experimento. A partir da variação da concentração de O2, da temperatura de operação e das vazões de entrada pode-se obter uma gama de resultados. O uso do modelo aqui apresentado concomitante com resultados experimentais resulta em um estudo aprofundado dos parâmetros cinéticos de combustão de carvão. / The study of kinetic parameters for coal combustion occurs through use of laboratory equipment such as drop tube furnace (DTF). The present work shows the development and analysis of a one-dimensional numerical model of a DTF. The modeling is developed from literature works, and the discrete equations that characterize the flow, heat transfer and coal combustion are programmed in FORTRAN 90 language. The results are compared with a reference model and experimental data, and showed good agreement. A sensitivity study is performed to understand the behavior of coal combustion due to changes of some working parameters of the DTF. The sensitivity analysis showed the versatility of the model and thereby the experiment. From the variation of the O2 concentration, operating temperature and input flow rates a range of results can be obtained. Using the model presented here together with experimental results leads to a detailed study of the kinetic parameters of coal combustion.

Na área de simulação de processos, existe uma visível tendência da migração das ferramentas seqüenciais modulares, que hoje são as mais amplamente utilizadas, para as baseadas em equações. Uma das principais vantagens do paradigma baseado em equações ou simultâneo é que este se mostra eficiente na solução de problemas de simulação, otimização, estimação de parâmetros e reconciliação de dados, todos baseados em um mesmo conjunto de modelos, evitando retrabalho de modelagem. Porém, a tecnologia simultânea também apresenta algumas deficiências, onde destacam-se os problemas de robustez tanto na modelagem quanto na obtenção de resultados numéricos. Este trabalho tem como objetivo reunir e desenvolver técnicas que permitam reduzir estas deficiências. Para tanto, as técnicas conhecidas para depuração de sistemas de equações que representam problemas estacionários e dinâmicos foram estudadas em detalhe. Pôde-se observar que para o caso estático os métodos disponíveis para depuração de modelos, já se apresentam em um nível bem desenvolvido. Já para o caso dinâmico, onde há uma maior complexidade, as técnicas conhecidas encontram-se em um nível de desenvolvimento muito menor. Neste ponto encontram-se as principais contribuições deste trabalho. / In the field of process simulation the movement from the sequential modular tools, which are currently the most widely used, to the equation based approach is clear. One of the key advantages of the equation based or simulatneous approach is that using a single model one can solve simulation, optimization, parameter estimation, and optimization problems. This fact avoids modeling rework for each application. However, the simultaneous technology has problems regarding modeling and solving robustness. This work aims to group and develop methods capable of minimize these deficiencies. In order to achieve this goal, available debugging approaches for both steady-state and dynamic system of equations were studied in detail. For the steady-state case well stablished debugging techniques are known. For dynamic models, where the complexity is higher, the analysis and debugging methods are much less mature. This was the source for the major contributions of this work.

No presente trabalho são apresentadas soluções analíticas das equações de difusão de nêutrons bidimensionais com dois grupos de energia, a saber, nêutrons rápidos e térmicos em uma placa com propriedades homogêneas. Alem disso, são resolvidos detalhadamente os problemas onde a placa homogênea é substituída por duas e quatro regiões, tornando-os não-homogêneos. A partir da aplicação da transformada de Laplace e da Técnica da Transformada Integral Generalizada (GITT), respectivamente, é resolvida em uma forma analítica o problema de autovalor resultante para o fluxo de nêutrons. No problema heterogêneo são usados filtros para homogenizar as condições de contorno não-homogêneas. Esta é a condição para a aplicação da GITT. Os três problemas mencionados acima são resolvidos aplicando primeiramente a GITT, o qual reduz a dimensão da equação de difusão, seguida da aplicação da transformada de Laplace, o qual reduz a ordem da equação. Deste procedimento, resulta um sistema de equações algébricas dependente das constantes de integração. 0 sistema é resolvido usando a técnica da eliminação de Gauss. Os fluxos transformados pela GITT são recuperados invertendo-se analiticamente a transformada de Laplace usando a expansão de Heaviside, os quais ainda dependem das constantes de integração. A partir da aplicação das condições de contorno e de interface (para os problemas não-homogêneos) obtém-se um sistema de equações algébricas homogêneas, de onde é determinado o fator de multiplicação efetivo Keff pelo método da bissecção. As constantes de integração são determinadas fazendo use da potencia prescrita da placa. Assim, os fluxos de nêutrons transformados pela GITT ficam determinados e os fluxos de nêutrons rápidos e térmicos são recuperados através da formula da inversa da GITT, usando a expansão do potencial. Resultados são comparados com a solução do método de diferenças finitas. / In the present work we present analytical solutions of the bi-dimensional neutron diffusion equation with two energy groups, i.e. fast and thermal neutrons in a sheet with homogeneous properties. Further we solve the detailed problem where the homogeneous sheet is substituted by two and four regions, rendering the problem a non-homogeneous one. Upon application of the Laplace transform and Generalized Integral Transform Tecnique (GITT), respectively, we solve in an analytical fashion the resulting eigenvalue problem for the neutron flux. In the heterogeneous problem, we use filter functions in order to homogenize the non-homogeneous boundary conditions. This is a condition for the application of GITT. We solve the three problems mentioned above applying first GITT, which reduces the dimension of the diffusion equation followed by the Laplace transform, which reduces the order of the equation. This procedure yields a non-homogeneous algebraic system depending on integration constants. The system is solved using the elimination technique by Gauss. The transformed fluxes by GITT are recovered upon inverting analytically the Laplace transform using Heaviside's expansion which depend still on the integration constants. Upon application of the boundary and interface conditions (for the non-homogeneous problem) one obtains a system of homogeneous algebraic equations, where we determine the effective multiplication factor keff by the bisection method. The integration constants are determined making use of the predefined power of the sheet. Thus the neutron fluxes transformed by GITT are determined and the fast and thermal neutron flux are recovered by the inverse formula of GITT, using the potential expansion. Results are compared to the solution by the finite difference method.

Este trabalho apresenta metodologias para a construção e a sintonia de estimadores de estados não-lineares visando aplicações práticas. O funcionamento de um estimador de estados não-linear está calcado em quatro etapas básicas: (a) sintonia; (b) predição; (c) atualização da matriz de covariância de estados; (d) filtragem e suavização dos estados. As principais contribuições deste trabalho para cada uma destas etapas podem ser resumidas como segue: (a) Sintonia. A sintonia adequada da matriz de covariância do ruído de processos é fundamental na aplicação dos estimadores de estado com modelos sujeitos a incertezas paramétricas e estruturais. Sendo assim, foi proposto um novo algoritmo para a sintonia desta matriz que considera dois novos métodos para a determinação da matriz de covariância dos parâmetros. Este algoritmo melhorou significativamente a precisão da estimação dos estados na presença dessas incertezas, com potencialidade para ser usado na atualização de modelos em linha em práticas industriais. (b) Predição. Uma das etapas mais importantes para a aplicação do estimador de estados é a formulação dos modelos usados. Desta forma, foi mostrado como a formulação do modelo a ser usada em um estimador de estados pode impactar na observabilidade do sistema e na sintonia das matrizes de covariância. Também são apresentadas as principais recomendações para formular um bom modelo. (c) Atualização da matriz de covariância dos estados. A robustez numérica das matrizes de covariância dos estados usadas em estimadores de estados sem e com restrições é ilustrada através de dois exemplos da engenharia química que apresentam multiplicidade de soluções. Mostrou-se que a melhor forma de atualizar os estados consiste na resolução de um problema de otimização sujeito a restrições onde as estimativas fisicamente inviáveis dos estados são evitadas. Este também preserva a gaussianidade dos ruídos evitando que estes sejam mal distribuídos. (d) Filtragem e suavização dos estados. Entre as formulações estudadas, observou-se também que a melhor relação entre a acuracidade das estimativas e a viabilidade de aplicação prática é obtida com a formulação do filtro de Kalman estendido sujeita a restrições (denominada Constrained Extended Kalman Filter - CEKF), uma vez que esta demanda menor esforço computacional que a estimação de horizonte móvel, apresentando um desempenho comparável exceto no caso de estimativas ruins da condição inicial dos estados. Como uma solução alternativa eficiente para a estimação de horizonte móvel neste último caso, foi proposto um novo estimador baseado na inclusão de uma estratégia de suavização na formulação do CEKF, referenciado como CEKF & Smoother (CEKF&S). / This work presents approaches to building and tuning nonlinear state estimators aiming practical applications. The implementation of a nonlinear state estimator is supported by four basic steps: (a) tuning; (b) forecast; (c) state covariance matrix update; (d) states filtering and smoothing. The main contributions of this work for each one of these stages can be summarized as follows: (a) Tuning. An appropriate choice of the process-noise covariance matrix is crucial in applying state estimators with models subjected to parametric and structural uncertainties. Thus, a new process-noise covariance matrix tuning algorithm is presented in this work which incorporates two new methods for the parameter covariance matrix computation. The algorithm has improved significantly the state estimation accuracy when the presence of such uncertainties, with potential to be applied in on-line model update in industrial practice. (b) Forecast. One of the most important stages in applying state estimators is the used model formulation. In this way, it has been shown that the model formulation to be used in state estimator can impact on the system observability and noisecovariance matrices tuning. In this work it is also presented the main recommendations to formulate an appropriated model. (c) State covariance matrix update. The numerical robustness of the state covariance matrices used in unconstrained and constrained state estimators is illustrated by two chemical engineering examples tending to multiple solutions. It has been shown that the best technique to update the states consists in solving an optimization problem subjected to constraints, since it prevents from physically unfeasible states. It also preserves the noise gaussianity preventing from bad noise distribution. (d) States filtering and smoothing. Among the studied formulations, it was also noticed that the better relationship between performance and practical application is obtained with an extended Kalman filter formulation subjected to constraints (called Constrained Extended Kalman Filter - CEKF) because it requires small computational effort than MHE with comparable performance, except in case of poor guesses of the initial state. As an efficient solution for moving horizon estimation in the last case, it was proposed a new estimator based on the addition of a smoother strategy into the CEKF formulation, referred as CEKF & Smoother (CEKF&S).

Submitted by Alessandra Portugal (alessandradf@ioc.fiocruz.br) on 2013-09-17T11:44:16Z No. of bitstreams: 1 Debora Batista de Oliveira.pdf: 2887120 bytes, checksum: 263a4a9265044107d6caf01ffb4095e0 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-09-17T11:44:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Debora Batista de Oliveira.pdf: 2887120 bytes, checksum: 263a4a9265044107d6caf01ffb4095e0 (MD5) Previous issue date: 2012-10-29 / Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz. Rio de Janeiro, RJ, Brasil / As plaquetas são fragmentos celulares derivados do precursor hematopoiético megacariócito, que desempenham um importante papel na hemostasia, inflamação e resposta imune. Na dengue, as plaquetas constituem uma das populações celulares mais afetadas por mecanismos diretos ou indiretos da infecção. Desta forma, estudos que possam contribuir na compreensão da plaquetopenia, assim como nas alterações funcionais das plaquetas na dengue são de extrema importância para o entendimento da patogenia e no avanço de esquemas terapêuticos durante a infecção humana pelo dengue. O objetivo deste trabalho foi avaliar alterações nas plaquetas durante a infecção humana e ex vivo pelo DENV, observando sua morfologia, perfil de ativação e expressão de receptores do tipo Toll TLR2 e TLR4, interação com o vírus e relação com proteínas plasmáticas associadas à sua ativação e funcionalidade. Para isto, foram utilizados metodologias de citometria de fluxo, microscopia eletrônica de transmissão e ensaios imunoenzimáticos. Utilizando modelo in vitro de ativação em que plaquetas de doadores foram estimuladas com trombina, confirmamos a ativação dessas subpopulações celulares, sem detectar alteração da expressão dos TLR2 e TLR4. Ao avaliarmos o efeito da interação do DENV-2 com plaquetas de doadores, demonstramos evidências morfológicas de ativação e detectamos partículas virais em vesículas citoplasmáticas por microscopia eletrônica. Contudo, nas mesmas condições acima, não detectamos modulação da expressão de marcadores de ativação plaquetária, como CD62P e fibrinogênio, nem de TLR2 ou TLR4 por citometria de fluxo. A análise das plaquetas isoladas de pacientes DENV+ demonstrou maior expressão de CD62P e menor expressão de TLR4 comparado a pacientes com outras doenças febris e controles saudáveis por citometria de fluxo. Não detectamos diferença na expressão de CD40L e TLR2. Morfologicamente, a ativação das plaquetas de pacientes DENV+ foi confirmada. Brevemente, a quantificação de mediadores plasmáticos por ensaios imunoenzimáticos relacionados direta ou indiretamente com a ativação e função plaquetária indicou: (i) níveis aumentados da relação sCD62P/contagem de plaquetas com a gravidade da doença; (ii) envolvimento menor da quantidade de NOx plasmático nos pacientes; (iii) diminuição dos níveis do vasoconstritor TXB2 em pacientes com FD Sem SA comparado aos controles e pacientes Graves; (iv) níveis aumentados de TFPI com a gravidade da doença; (v) níveis diminuídos de CCL5 mas (vi) aumentados de CCL2 com a gravidade da doença. As análises de correlação demonstraram que enquanto os níveis de CCL5 estavam diretamente relacionados com a quantidade de plaquetas, a correlação foi inversa entre TFPI e plaquetas. De forma interessante, níveis aumentados de TXB2 foram vistos em pacientes com extravasamento plasmático comparados aos pacientes sem extravasamento. Nossos resultados confirmaram a capacidade de interação in vitro do DENV e plaquetas, com subsequentes modificações morfológicas. Na infecção natural, plaquetas de pacientes DENV+ são ativadas, inclusive com confirmação do perfil morfológico de ativação. Nós supomos que a diminuição da expressão de TLR4 nas plaquetas da nossa coorte de pacientes poderia estar (i) diretamente relacionado a ativação das plaquetas e/ou (ii) a uma coorte de pacientes clinicamente branda, caracterizada por uma evolução clínica e plaquetopenia pouco agravantes. A relação entre sCD62P/contagem de plaquetas e os níveis de TFPI confirmam a ativação plaquetária e seriam bons marcadores de prognóstico da doença. Além disso, CCL5 e TFPI participariam direta ou indiretamente da plaquetopenia ou da funcionalidade plaquetária. / Platelets are cell fragments derived from the hematopoietic precursor megacaryocyte, which play an important role in hemostasis, inflammation and immune response. In dengue, platelets constitute one of the cell populations most affected by direct or indirect mechanisms of infection. Therefore, studies that may contribute to the understanding of thrombocytopenia, as well as functional changes of platelets in dengue are extremely important for the understanding of the pathogenesis and progress of therapeutics during human infection by dengue. The aim of this study was to evaluate changes in platelets during human and ex vivo infection by DENV, observing its morphology, activation profile and expression of Toll-like receptors TLR2 and TLR4, interaction with the virus and relation with plasma proteins associated to its activation and functionality. To do so, flow cytometry methods, transmission electron microscopy and immunoassays were used. Using in vitro model of platelet activation in which platelets from donors were stimulated with thrombin, we confirmed the activation of these cellular subpopulations without detecting altered expression of TLR2 and TLR4. When evaluating the effect of the interaction of DENV-2 with donor platelets, we demonstrated morphological evidences of activation and detected viral particles in cytoplasmic vesicles by electron microscopy. However, under the same conditions above, we have not detected modulation of the expression of platelet activation markers such as fibrinogen and CD62P or TLR2 or TLR4 by flow cytometry. Analysis of platelets isolated from patients DENV+ demonstrated greater expression of CD62P and lower TLR4 expression compared to patients with other febrile illness and healthy controls by flow cytometry. We did not detect differences in the expression of CD40L and TLR2. Morphologically, the activation of platelet from patients DENV+ was confirmed. Briefly, quantification of plasma mediators by immunoassays related directly or indirectly with activation and platelet function indicated: (i) Increased levels of the relation sCD62P/platelet count in the severity of the disease, (ii) lesser involvement of plasmatic NOx in patients, (iii) decreased levels of vasoconstrictor TXB2 in patients with DF without WS compared to controls and severe patients, (iv) increased levels of TFPI according to the severity of the disease, (v) reduced levels of CCL5 (vi) but increased levels of CCL2 with increased disease severity. Correlation analysis showed that while the CCL5 levels were directly related to the platelet count, inverse correlation between TFPI and platelets occurred. Interestingly, increased levels of TXB2 were seen in patients with plasma leakage compared to patients without leakage. Our results confirmed the ability of in vitro interaction of DENV and platelets, with subsequent morphological changes. In natural infection, platelets from patients DENV+ are activated, even confirming the profile of morphological activation. We hypothesize that the decreased expression of TLR4 in platelets from our cohort of patients could be (i) directly related to platelet activation and/or (ii) to a cohort of patients clinically mild, characterized by clinical progression and thrombocytopenia not aggravated. The relationship between sCD62P/platelet count and levels of TFPI confirm platelet activation and would be good prognostic markers of the disease. Furthermore, CCL5 and TFPI could participate directly or indirectly in thrombocytopenia or in platelet function.

Submitted by Isac Macêdo (isac@ioc.fiocruz.br) on 2013-09-26T13:34:50Z No. of bitstreams: 1 MP 2007 - Juliana Meira Diniz - 04 de março.pdf: 1082388 bytes, checksum: 914fea0032d3c3bd3ebfe321b616cf2a (MD5) / Made available in DSpace on 2013-09-26T13:34:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MP 2007 - Juliana Meira Diniz - 04 de março.pdf: 1082388 bytes, checksum: 914fea0032d3c3bd3ebfe321b616cf2a (MD5) / Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz. Rio de Janeiro, RJ, Brasil. / Os jogos pedagógicos têm atualmente grande importância na área de divulgação do conhecimento. Neste trabalho propomos uma atividade lúdica na forma de um jogo denominado "Na trilha com os Peçonhentos" para ser utilizada na abordagem do tema animais peçonhentos e de temas centrais da biologia em turmas do ensino médio. O jogo foi produzido com base nos saberes iniciais de estudantes do ensino médio e na abordagem do tema presente em livros didáticos de biologia. O objetivo principal do jogo é apresentar o conteúdo a partir dos saberes dos alunos entrevistados. O jogo é apresentado no formato de tabuleiro com cartas contendo as perguntas a serem respondidas e situações de sorte e azar. A dinâmica planejada envolve a participação do professor e situações da vida cotidiana nos quais os estudantes respondem perguntas, mas também correm o risco de encontrarem um animal peçonhento/venenoso. A avaliação in loco com estudantes do ensino médio de faixa etária entre 16 e 18 anos mostrou que a maioria não sabe a definição correta do tema, mas tem grande interesse pelo mesmo. A utilização desse material lúdico como instrumento poderá ocasionar o desenvolvimento de habilidades, favorecendo a aquisição de novos conhecimentos de importância médica e social sobre o tema. / The didactical games are of great importance in the field of Science. In this work we propose a playful activity in a form of a game named “Na trilha com os peçonhentos” (In the path with venomous) to approach the theme of as well as other biology key themes for the high school education. The game was constructed based on previous high school student’s conceptions and in Biology´s didactic books theme approach. The main purpose of the game is to fulfill the difficulties related to the main topic and to perform a revision about this high school biology concept whereas the student participates.. The game is presented in the tray format with letters contends the questions to be answered and situations of luck and bad luck. The planned dynamics involves the participation of the teacher and situations of the daily life in which the students answer questions, but also runs the risk to find venomous animals. The in loco evaluation with 16-18 years high school students showed that most do not know the theme correct definition but has great interest on it. The use of this playful material as instrument may lead to the abilities development also favoring the acquisition of new knowledge about the medical and social importance about the theme.

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2017-05-17T10:26:18Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1806234 bytes, checksum: a223d0bb812c4cea87db10d07b3dab1d (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-17T10:26:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1806234 bytes, checksum: a223d0bb812c4cea87db10d07b3dab1d (MD5) Previous issue date: 2012-02-29 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Este trabalho consiste de quatro capítulos. No primeiro capítulo apresenta-se a primeira e segunda lei da termodinâmica como ferramenta de análise e projeto de secadores de grãos e alimentos. O modelo usado na análise de secagem em camada espessa consiste de equações de conservação de massa e energia para o ar e para a massa de grãos, acopladas a uma equação de exergia para o ar de secagem. As eficiências energéticas e exergéticas foram definidas e discutidas a partir de pontos de vista práticos. Uma técnica numérica recente na literatura, funções de base radial, foi utilizada para obter soluções associadas a um sistema de equações diferenciais não lineares, de características puramente convectivas. Os resultados simulados com base na função de base radial cúbica mostraram excelente acurácia quando comparados a problemas de benchmark (equação de Burger) e dados experimentais disponíveis na literatura referentes a secagem em camada espessa. A partir dos resultados obtidos, um estudo paramétrico de sensibilidade foi feito envolvendo a temperatura e a velocidade intersticial de secagem. Verificou-se também o efeito do teor de água inicial dos grãos. As análises permitiram uma visão geral do fenômeno de secagem por meio de perfis temporais e espaciais das temperaturas do ar e dos grãos, razão de umidade do ar e análises energéticas e exergéticas do processo. Uma análise detalhada das eficiências de primeira e segunda lei é apresentada. O segundo capítulo apresenta uma metodologia para a obtenção dos campos de velocidade e pressão em silos de processamento de grãos. O estudo do perfil do fluxo de ar é de grande importância para convecção adequada e boa qualidade do produto seco. Um esquema numérico baseado em funções de base radial (FBR) é usado para resolver uma versão altamente não-linear e modificada da equação de Navier-Stokes, aplicada ao fluxo de ar em meios porosos. A aproximação numérica para a solução é obtida por meio de uma versão modificada da aproximação FBR para a equação de difusão não-linear. Um esquema numérico simples, mas altamente eficaz, é proposto e demonstra-se que ele conduz a soluções altamente seguras e rápidas, tanto no caso de configurações geométricas unidimensionais quanto bidimensionais. No capítulo 3 apresenta-se um estudo de simulação de secadores utilizando um modelo bidimensional para secagem em camada espessa. Um sistema de secagem de milho foi simulado de modo a analisar seu comportamento temporal e espacial de secagem. A recente técnica de funções de base radial foi empregada para resolver um sistema de equações diferenciais parciais não-lineares, acoplado ao modelo de escoamento em meios porosos. Soluções de benchmark em duas dimensões foram obtidas ao utilizar o método de FBR para resolver a equação de convecção pura. Foram obtidos perfis espaciais de temperatura do ar de secagem e da massa de grãos, umidade relativa do ar intergranular e teor de água dos grãos. Um estudo paramétrico de sensibilidade foi feito envolvendo a temperatura e a velocidade intersticial de secagem. Ao final apresenta-se a integração de todos os capítulos para uma análise transiente e espacial energético-exergética do processo de secagem em camada espessa em duas dimensões. A modelagem até então apresentada e suas respectivas técnicas de solução, foram utilizadas para simular o processo de secagem. A metodologia para as análises energéticas e exergéticas foi expandida e aplicada para analisar o processo bidimensional de secagem em camada espessa. Um estudo paramétrico foi feito abrangendo as diferentes velocidades, temperaturas e teores de água dos grãos. Os resultados incluem perfis temporais e espaciais para as temperaturas do ar e da massa de grãos, umidade relativa e teor de água dos grãos. Mais especificamente, as variações temporais e espaciais de todos os parâmetros de secagem foram discutidas, assim como seus efeitos e suas eficiências energéticas e exergéticas associadas. Os dados resultantes mostram que este trabalho é de grande importância para os projetistas e pesquisadores de secagem. A metodologia apresentada permite análises futuras envolvendo diferentes geometrias e tipos de secadores. / This work consists of four sections. The section one presents the use of the first and second laws of thermodynamics as a tool to the effective analysis and design of food and cereal grain dryers. The model used in the analysis of deep-bed grain drying consisted of mass and energy conservation equations for the air and grain bed, coupled to an equation for the drying air exergy. Energy and exergy efficiencies are defined and discussed from practical viewpoints. The numerical solutions of the associated non-linear coupled advection-dominated partial differential equations were obtained by means of a scheme based on the meshless radial basis function method. The simulated results, based on the cubic radial basis function, showed excellent accuracy when compared to the benchmark Burger ́s equation analytical solutions and experimental literature available data for deep-bed corn grain drying. Given these results, a parametric sensitivity study was undertaken involving corn drying air temperatures and interstitial velocities The analyses allows a full view of the drying phenomena by presenting numerical temporal and spatial profiles of air and corn temperatures, bed moisture ratios, corn moisture content and related first and second law efficiencies. A detailed analysis of available first and second law drying efficiencies is presented. The second part presents a methodology for obtaining the pressure and velocity fields in grain processing bins. All types of dryers require knowledge of the air flow profile for adequate convection and good quality of the dried product. A numerical scheme based on radial basis functions (RBF) is used to solve the highly non-linear modified version of Navier-Stokes’ equation, applied to air flow in bed porous media. The numerical approximation to the solution is obtained via a modified version of the RBF approximation for the non-linear diffusion equation. A simple, yet highly effective, numerical scheme is thus presented and shown to lead to highly accurate and fast solutions to both one-dimensional and two-dimensional geometric configurations. A simulation study of dryers is presented in section three. A two dimensional deep bed drying model was applied. A corn drying system was simulated in order to analyze its temporal and spatial drying behavior. The recent radial basis function technique was employed to solve the associated non-linear set of differential partial equations. The numerical approximation to the velocity profile is obtained. Benchmark solutions were obtained solving the two dimensional advection equation. Spatial profiles for drying air temperature, corn temperature, relative humidity and moisture content are presented. A parametric sensitivity study was undertaken involving corn drying air temperatures and drying air velocities and initial bed moisture contents. In the last section a transient and spatial energy and exergy analysis of two dimensional deep-bed corn drying is presented. The methodology for the energetic and exergetic analysis was expanded and applied to analyze the two-dimensional deep-bed drying. A parametric study was carried on by spanning air temperature, interstitial velocity and initial bulk grain moisture contents. The results include time and spatial profiles for air and corn temperatures, bed relative humidity and most important, corn moisture content. More specifically, the temporal and spatial variations of all drying parameters are discussed as to their effects on the associated first and second law efficiencies. Therefore, this work should be of value to dryer designers and for future drying research objectives.

O presente trabalho apresenta a formulação e implementação de um algoritmo para a solução de problemas de programação mista não linear e inteira (MINLP) convexos. O algoritmo proposto não segue a tradicional solução seqüencial de subproblemas de programação não linear (NLP) e problemas mestres de programação mista linear e inteira (MILP). Em vez disso, o problema mestre é definido dinamicamente durante a busca em árvore para reduzir o número de nós que necessitam ser enumerados. Uma busca "branch" e "bound" é conduzida para determinar limites inferiores das soluções dos subproblemas de programação linear (LP) até encontrar soluções inteiras viáveis. Para estes nós, subproblemas de programação não linear são resolvidos determinando limites superiores e novas aproximações lineares, as quais são usadas para estender a representação linear dos nós abertos na árvore de busca. Resultados numéricos em alguns problemas testes são relatados, comparando a eficiência do algoritmo com resultados da literatura estudada. Faz-se também uma análise do comportamento frente a problemas testes não convexos e finalmente a análise de um problema aplicado à rede de trocadores de calor. / The current work shows the formulation and implementation of an algorithm for the solution of convex mixed-integer nonlinear programming (MINLP) problems. The proposed algorithm does not follow the traditional sequence solution of nonlinear programming (NLP) subprobems and master problems of mixed-integer linear programming (MILP). Instead, the master problem is defined dynamically during the tree search to reduce the number of nodes that need to be enumerated. A branch and bound search is performed to predict lower bounds by solving linear programming (LP) subprobems until feasible integer solutions are found. For these nodes nonlinear programming subproblems are solved, providing upper bounds and new linear aproximations which are used to tighten the linear representation of the open nodes in the search tree. Numerical results on some test problems are reported comparing the efficiency of the algorithm with the results of the studied literature. An analysis of the algorithm behavior for nonconvex test problems is also carried out and finally an analysis of a problem applied to heat exchanger networks is done.

É conhecida ao longo da história da humanidade a grande quantidade de acidentes vinculados à ação de cargas cíclicas. Há mais de 100 anos, metodologias levam em conta o fenômeno de fadiga em projetos de novos componentes. As metodologias existentes para avaliar a vida em fadiga são empíricas e têm sido aplicadas com sucesso na determinação da vida do componente em fadiga quando o mesmo é submetido a carregamento uniaxial ou a carregamento multiaxial proporcional. Mas a evidencia experimental tem mostrado que quando a solicitação é multiaxial e não proporcional, as leis antes mencionadas deixam de ser adequadas. Dessa forma os critérios clássicos utilizados não preveem corretamente a vida do componente. Neste contexto o presente trabalho avalia algumas das metodologias de fadiga multiaxial não proporcionais disponíveis na bibliografia especializada. Os resultados obtidos com estes métodos são comparados entre sim e com os resultados obtidos utilizando a metodologia de fadiga multiaxial proporcional. Para comparar as metodologias citadas é apresentado um exemplo de solicitação simples, e também a análise do componente de uma máquina agrícola solicitada por um histórico de tensões típicas, obtida a partir do teste da máquina em campo. Finalmente são apresentadas as conclusões sobre as metodologias utilizadas e sobre a importância de levar em conta a não proporcionalidade de um estado de tensões multiaxial oscilantes. / It is known throughout human history the large amount of accidents linked to action of cyclic loading. For over 100 years, methodologies take into account the fatigue phenomenon of new components projects. Existing methodologies for assessing the fatigue life are empirical and have been successfully applied in the determination of fatigue life of the component when it is subjected to uniaxial loading or proportional multiaxial loading. But the experimental evidence has shown that when the request is multiaxial and not proportional, the laws mentioned above are no longer adequate. Thus the classical criteria used not correctly predict component life. In this context, this paper analyzes some of the methodologies of multiaxial fatigue non proportionate available in the relevant literature. The results obtained with these methods are compared with the results so obtained and using the proportional multiaxial fatigue methodology. To compare the methods mentioned is an example of simple request, and also the analysis component of an agricultural machine requested by a history of typical strains, obtained from the machine field testing on a test track. Finally conclusions on the methodologies used and the importance of taking into account the non-proportionality of a state of oscillating multiaxial stresses are presented.