Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / The demand for electricity grows in the same way as the consumers requirement for an uninterrupted supply. Many reliability indices are applied by regulatory agencies, utilities and consumers for measuring the power systems reliability. The improvement of such indices has been required by regulatory agencies and pursued by energy distributors. Therefore, the application of automatic restauration systems has gained relevance as a support tool for control center operators for a quick and secure restauration of faulty electric networks. This work proposes two contributions to the restoration process of radial power system networks. The former is a multiobjective algorithm for effective switch placement in distribution networks. Multiobjective optimization techniques are applied to achieve a set of non-dominated solutions rather than an unique one. Therefore, the decision making for switch placement is eased by the flexibility given from the multiple solutions. The latter contribution is a model for automatic restoration of power distribution networks adaptable to the network topology changes and able to ensure the operational security of the power system network. The proposed model is based on coloured Petri nets as the modelling tool. Reusability and extensibility features have been pursued and implemented on the proposed model. As a result, the needed time to restore faulty power system networks is reduced without compromising its operational security. Case studies are presented demonstrating the benefits to the power system distribution utilities obtained with the deployment of the proposed tools to improve the reliability of the power system networks. / A demanda por energia elÃtrica cresce e de igual modo a exigÃncia dos consumidores pela continuidade do seu fornecimento. Diversos Ãndices de confiabilidade sÃo utilizados por agÃncias reguladoras, concessionÃrias e consumidores para aferir a continuidade dos sistemas elÃtricos de potÃncia. A melhoria de tais Ãndices vem sendo requisitada por agÃncias reguladoras e perseguida pelas concessionÃrias de energia. Para tanto, o uso de sistemas de restauraÃÃo automÃtica vem ganhando destaque como uma ferramenta de apoio a operadores de centros de controle para a restauraÃÃo rÃpida e segura de redes elÃtricas em situaÃÃes de falta. Este trabalho apresenta duas contribuiÃÃes para a restauraÃÃo automÃtica de redes radiais de distribuiÃÃo de energia. A primeira consiste em um algoritmo para o posicionamento eficiente de chaves telecontroladas em redes de distribuiÃÃo. TÃcnicas de otimizaÃÃo multiobjetivo sÃo aplicadas para obter-se como resultado um conjunto de soluÃÃes nÃo-dominadas ao invÃs de uma Ãnica soluÃÃo. Com isso, a tomada de decisÃo para o posicionamento eficiente de chaves na rede elÃtrica à facilitado pela flexibilidade das mÃltiplas soluÃÃes oferecidas pelo algoritmo proposto. A segunda contribuiÃÃo do trabalho consiste em um modelo para restauraÃÃo automÃtica da rede de distribuiÃÃo de energia adaptÃvel Ãs mudanÃas de topologia e que garante a seguranÃa operacional da rede elÃtrica. O modelo proposto fundamentou-se em Redes de Petri Coloridas como ferramenta de modelagem. CaracterÃsticas de reusabilidade e extensibilidade foram buscadas e implementadas no modelo proposto. Como resultado, o tempo necessÃrio para restaurar redes elÃtricas em condiÃÃo de falta à reduzido sem comprometer a seguranÃa do sistema elÃtrico. Estudos de caso sÃo apresentados evidenciando os benefÃcios para concessionÃrias de distribuiÃÃo de energia com a implementaÃÃo das ferramentas propostas para melhoria da confiabilidade da rede elÃtrica.

CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / The laminate structures are made using a set of layers of a composite material stacked in a particular sequence in order to obtain a good structural performance. Currently, the analysis of laminated structures is mainly performed using the Finite Element Method (FEM). However, this method is not able to accurately represent complex geometries. An alternative to the FEM is the Isogeometric Analysis (IGA). IGA uses in the numerical analysis the same functions used by Geometric Modeling in CAD systems, as B-splines and NURBS, allowing an exact representation of the geometry regardless of model discretization level. This study used the isogeometric formulation based on NURBS for performing geometric nonlinear analysis of laminated structures. This formulation was implemented in an academic finite element software. Using an appropriate formulation of the method and the Object Oriented Programming (OOP), it was possible to minimize the changes made in the structure of the program for implementing the Isogeometric Analysis, including in laminated structures problems. The verification of the implementation is carried out based on available examples in literature. Several examples of linear and non-linear analyzes of structures with isotropic and laminated composite material were performed and they obtained excellent results. In laminated structures project, it is necessary to determine the number of layers of composite material and the characteristics of each layer (material, thickness, and fiber orientation). Because there are numerous possible combinations, the standard procedure based on trial and error is not appropriate, requiring the use of optimization techniques. Bio-inspired optimization algorithms, such as Genetic Algorithms and Particle Swarm Optimization, perform well in combinatorial optimization problems. Considering these aspects, the present study was developed a hybrid algorithm, based on the Particle Swarm Optimization and Genetic Algorithm methods for optimization of laminated structures. Some variants of the proposed algorithm were compared considering several optimization examples. A calibration process of the algorithm parameters was conducted in order to avoid biased results. These variants were used in the optimization of laminated plates and shells. In the case of shells, the isogeometric analysis was used as a structural analysis tool. The results showed that the proposed optimization method presents comparable performance with the genetic algorithms in traditional laminates optimization, where the orientation of the fibers is limited to a few angles. Moreover, the proposed method outperforms genetic algorithm in the optimization of dispersed laminates. / As estruturas laminadas sÃo fabricadas utilizando um conjunto de camadas de material compÃsito empilhadas em uma sequÃncia determinada de forma a se obter um desempenho estrutural adequado. Atualmente, a anÃlise de estruturas laminadas à realizada principalmente utilizando o MÃtodo dos Elementos Finitos (MEF). Contudo, este mÃtodo nÃo à capaz de representar exatamente geometrias complexas. Uma alternativa ao MEF à a AnÃlise IsogeomÃtrica (AIG). A AIG utiliza na anÃlise numÃrica as mesmas funÃÃes utilizadas pelo sistemas CAD para Modelagem GeomÃtrica, como as B-Splines e NURBS, permitindo que a geometria dos modelos seja representada de forma exata para qualquer nÃvel de discretizaÃÃo adotado. O presente trabalho utilizou a formulaÃÃo isogeomÃtrica baseada em NURBS para realizar a anÃlise nÃo linear geomÃtrica de estruturas laminadas. Esta formulaÃÃo foi implementada em um software acadÃmico de anÃlise por elementos finitos. Utilizando uma formulaÃÃo apropriada do mÃtodo e o paradigma de ProgramaÃÃo Orientada a Objetos (POO), foi possÃvel minimizar as alteraÃÃes realizadas na estrutura deste programa para a implementaÃÃo da AnÃlise IsogeomÃtrica, inclusive em problemas de estruturas laminadas. A verificaÃÃo da implementaÃÃo foi realizada com base em exemplos disponÃveis na literatura. Exemplos de anÃlises lineares e nÃo-lineares de estruturas com material isotrÃpico e compÃsito laminado foram realizados, tendo obtido excelentes resultados. No projeto de estruturas laminadas à necessÃrio determinar o nÃmero de camadas de material compÃsito e as caracterÃsticas de cada camada (material, espessura e orientaÃÃo das fibras). Pelo fato de existirem um grande nÃmero de combinaÃÃes possÃveis, o procedimento padrÃo de tentativa e erro nÃo à apropriado, sendo necessÃrio a utilizaÃÃo de tÃcnicas de otimizaÃÃo. Algoritmos de otimizaÃÃo bio-inspirados, como Algoritmos GenÃticos e Nuvem de PartÃculas, apresentam bom desempenho em problemas de otimizaÃÃo combinatÃria. Considerando estes aspectos, no presente trabalho foi desenvolvido um algoritmo hÃbrido, baseado nos mÃtodos da Nuvem de PartÃculas e Algoritmo GenÃtico, para otimizaÃÃo de estruturas laminadas. Algumas variantes do algoritmo proposto foram comparadas considerando vÃrios exemplos de otimizaÃÃo. Um processo de calibraÃÃo dos parÃmetros numÃricos do algoritmo de otimizaÃÃo foi realizado, de modo a permitir uma comparaÃÃo isenta entre as variantes. Estas variantes foram utilizadas na otimizaÃÃo de placas e cascas laminadas. No caso de cascas, a anÃlise isogeomÃtrica foi utilizada como ferramenta de anÃlise estrutural. Os resultados obtidos mostraram que o mÃtodo de otimizaÃao proposto apresentou desempenho comparÃvel com Algoritmos GenÃticos na otimizaÃÃo de laminados tradicionais, onde a orientaÃÃo das fibras à limitada a poucos Ãngulos. Por outro lado, o mÃtodo proposto obteve desempenho superior ao Algoritmo GenÃtico na otimizaÃÃo de laminados dispersos.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Nesta dissertaÃÃo, nosso principal objetivo foi desenvolver uma tÃcnica de resoluÃÃo para um problema na Ãrea de telecomunicaÃÃes. O problema em questÃo à chamado de problema de PonderaÃÃo de Rodadas (PR) e foi inicialmente proposto em [Klasing,Morales,Perennes, 2008]. O contexto do problema envolve uma rede sem fio, onde as comunicaÃÃes sÃo realizadas via ondas de rÃdio e a rede funciona atravÃs de uma operaÃÃo da rede que satisfaz certas restriÃÃes. Inicialmente, explicamos como à formada uma rede de rÃdio e descrevemos a forma de operaÃÃo da rede de rÃdio junto Ãs restriÃÃes usando um modelo matemÃtico. Em seguida, formalizamos o problema PR como um problema de otimizaÃÃo, especificando suas restriÃÃes, correspondente à geraÃÃo do conjunto de possÃveis operaÃÃes da rede, e critÃrio de otimizaÃÃo, referente ao uso dos recursos da rede. Posteriormente, mostramos um estudo preliminar do problema de ColoraÃÃo FracionÃria (CF) e apresentamos uma tÃcnica de resoluÃÃo deste problema atravÃs do uso de uma heurÃstica lagrangeana baseada em uma relaxaÃÃo lagrangeana de uma formulaÃÃo de programaÃÃo inteira do problema. Essa tÃcnica de resoluÃÃo à entÃo adaptada para o problema PR, consistindo na principal contribuiÃÃo de nossa pesquisa. Por fim, mostramos os resultados computacionais e anÃlises das nossas implementaÃÃes para os problemas CF e PR. / In this dissertation, our main objective was to develop a technique for resolution to a problem in the area of telecommunications. The problem in question is called Round Weighting Problem (RWP) and was originally proposed in (KLASING; MORALES; PeRENNES, 2008). The context of the problem involves a wireless network where communications are performed by radio waves and the network operates through a network operation that satises the constraints of the problem. Initially, we explain how a radio network is formed and describe the mode of operation of the radio network with restrictions using a mathematical model. Then, we formalize the RWP as an optimization problem, specifying their restrictions, corresponding to the generation of the set of possible network operations, and optimization criterion, regarding the use of network resources. Subsequently, we show a preliminary study of the Fractional Coloring problem (FC problem) and present a technique to solve this problem through the use of a lagrangian heuristic based on a lagrangian relaxation of an integer programming formulation of the problem. This resolution technique is then adapted to the RWP, consisting in the main contribution of our research. Finally, we show the computational results and analyzes of our implementations for the Fractional Coloring problem and RWP.

nÃo hà / Este trabalho propÃe uma estratÃgia de alocaÃÃo Ãtima dos ativos dos RPPS exclusivamente em fundos de investimentos, respeitando-se os limites impostos pela ResoluÃÃo CMN n. 3.922 de 25 de novembro de 2010. Esta pesquisa foi motivada a partir de um cenÃrio com tendÃncia de estagnaÃÃo das taxas de juros (SELIC), frente ao aumento da expectativa de vida dos brasileiros, impondo aos RPPS metas atuarias desafiadoras, que talvez possam nÃo ser cumpridas por gestÃo passiva, alocando os recursos de forma conservadora em renda fixa. TambÃm pretende-se, com este trabalho, apresentar uma alternativa para a polÃtica de investimentos, especialmente para os pequenos municÃpios que possuem RPPS, haja vista a escassez de capital humano para gerir os recursos nesses municÃpios. A partir da base de dados de fundos de investimento da empresa Quantum, foram selecionados quarenta fundos de investimentos de renda fixa e variÃvel com melhor desempenho no Ãndice Information Ratio nos Ãltimos 12 meses. Em seguida, elaborou-se a matriz de covariÃncia desses fundos para formar uma carteira Ãtima a partir da minimizaÃÃo da variÃncia da carteira in sample, conforme proposto por Markowitz na sua Teoria de SeleÃÃo de PortfÃlio. Este processo à refeito a cada trÃs meses com base nas cotaÃÃes histÃricas diÃrias compreendidas entre o perÃodo de janeiro de 2008 a outubro de 2013. Os resultados demonstram que a rentabilidade acumulada da carteira formada pela estratÃgia proposta supera vis a vis os benchmarks SELIC, IBOVESPA, IMA Geral, IMA-B e IPCA+6% no perÃodo de janeiro de 2009 a dezembro de 2013, destacando-se o cumprimento da meta atuarial (IPCA+6%) em quatro dos cinco exercÃcios analisados, resultando num percentual acumulado de 20,30% a mais do que a meta atuarial. Conclui-se que a estratÃgia mostra-se consistente e pode ser adaptada aos RPPS, de acordo com suas caracterÃsticas e polÃticas de investimentos. / This paper proposes an optimal asset allocation strategy of RPPS exclusively in investment funds, respecting the limits imposed by CMN Resolution no. 3.922 of November 25, 2010. This resarch is motivated from the trend of a scenario of low interest rates (SELIC) against the increase in life expectancy by requiring actuarial RPPS challenging targets, which perhaps can not be hit with a passive management, allocating resources conservatively in fixed income. Also intended with this paper to presente na alternative to the policy of investiments, especially for small municipalities that have RPPS, given the scarcity of human capital to manage the resourses in these cities. From the database of investment fund Quantum, thirty investment funds in fixed income and variable were selected with better performance in the Information Ratio index in last 12 months. Then builds up the covariance matrix these funds, to form an optimal portfolio from the minimization of the variance in the portfolio sample, as proposed by Markowitz in his Theory of Portfolio Selection. This process is redone every three months based on the daily historical quotes between the period January 2008 to October 2013. The results demonstrate that cumulative profitability of the portfolio formed by the proposed strategy outperforms the benchmarks SELIC, Bovespa Index, IMA Geral, IMA-B and IPCA+6% from January 2009 to December 2013, emphasizing compliance with the actuarial target (IPCA+6%) in all years, resulting in a cumulative percentage of 20.30% more than the acturaial target. The conclusion shows that the strategy is consistente and can be adapted to RPPS according to their characteristics and investment policies.

FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / Phylogenetic tree structures express similarities, ancestrality, and relationships between species or group of species, and are also known as evolutionary trees or phylogenies. Phylogenetic trees have leaves that represent species (taxons), and internal nodes that correspond to hypothetical ancestors of the species. In this thesis we rst present elements necessary to the comprehension of phylogenetic trees systematics, then efcient algorithms to build them will be described. Molecular biology concepts, life evolution, and biological classication are important to the understanding of phylogenies. Phylogenetic information may provide important knowledge to biological research work, such as, organ transplantation from animals, and drug toxicologic tests performed in other species as a precise prediction to its application in human beings. To solve a phylogeny problem implies that a phylogenetic tree must be built from known data about a group of species, according to an optimization criterion. The approach to this problem involves two main steps: the rst refers to the discovery of perfect phylogenies, in the second step, information extracted from perfect phylogenies are used to infer more general ones. The techniques that are used in the second step take advantage of evolutionary hypothesis. The problem becomes NP-hard for a number of interesting hypothesis, what justify the use of inference methods based on heuristics, metaheuristics, and approximative algorithms. The description of an innovative technique based on local search with multiple start over a diversied neighborhood summarizes our contribution to solve the problem. Moreover, we used parallel programming in order to speed up the intensication stage of the search for the optimal solution. More precisely, we developed an efcient algorithm to obtain approximate solutions for a phylogeny problem which infers an optimal phylogenetic tree from characteristics matrices of various species. The designed data structures and the binary data manipulation in some routines accelerate simulation and illustration of the experimentation tests. Well known instances have been used to compare the proposed algorithm results with those previously published. We hope that this work may arise researchers' interest to the topic and contribute to the Bioinformatics area. / Ãrvores filogenÃticas sÃo estruturas que expressam a similaridade, ancestralidade e relacionamentos entre as espÃcies ou grupo de espÃcies. Conhecidas como Ãrvores evolucionÃrias ou simplesmente filogenias, as Ãrvores filogenÃticas possuem folhas que representam as espÃcies (tÃxons) e nÃs internos que correspondem aos seus ancestrais hipotÃticos. Neste trabalho, alÃm das informaÃÃes necessÃrias para o entendimento de toda a sistemÃtica filogenÃtica, sÃo apresentadas tÃcnicas algorÃtmicas para construÃÃo destas Ãrvores. Os conceitos bÃsicos de biologia molecular, evoluÃÃo da vida e classificaÃÃo biolÃgica, aqui descritos, permitem compreender o que à uma Filogenia e qual sua importÃncia para a Biologia. As informaÃÃes filogenÃticas fornecem,por exemplo, subsÃdios importantes para decisÃes relativas aos transplantes de ÃrgÃos ou tecidos de outras espÃcies para o homem e para que testes de reaÃÃo imunolÃgica ou de toxicidade sejam feitos antes em outros sistemas biolÃgicos similares ao ser humano. Resolver um Problema de Filogenia corresponde à construÃÃo de uma Ãrvore filogenÃtica a partir de dados conhecidos sobre as espÃcies em estudo, obedecendo a algum critÃrio de otimizaÃÃo. A abordagem dada a esse problema envolve duas etapas, a primeira, referente aos casos em que as filogenias sÃo perfeitas cujos procedimentos desenvolvidos serÃo utilizados na segunda etapa, quando deve ser criada uma tÃcnica de inferÃncia para a filogenia num caso geral. Essas tÃcnicas consideram de forma peculiar as hipÃteses sobre o processo de evoluÃÃo. Para muitas hipÃteses de interesse o problema se torna NP-DifÃcil, justificando-se o uso de mÃtodos de inferÃncia atravÃs de heurÃsticas, meta-heurÃsticas e algoritmos aproximativos. Nossa contribuiÃÃo neste trabalho consiste em apresentar uma tÃcnica de resoluÃÃo desse problema baseada em buscas locais com partidas mÃltiplas em vizinhanÃas diversificadas. Foi utilizada a programaÃÃo paralela para minimizar o tempo de execuÃÃo no processo de intensificaÃÃo da busca pela soluÃÃo Ãtima do problema. Desta forma, desenvolvemos um algoritmo para obter soluÃÃes aproximadas para um Problema da Filogenia, no caso, para inferir, a partir de matrizes de caracterÃsticas de vÃrias espÃcies, uma Ãrvore filogenÃtica que mais se aproxima da histÃria de sua evoluÃÃo. Uma estrutura de dados escolhida adequadamente aliada à manipulaÃÃo de dados em binÃrio em algumas rotinas facilitaram a simulaÃÃo e ilustraÃÃo dos testes realizados. InstÃncias com resultados conhecidos na literatura foram utilizadas para comprovar a performance do algoritmo. Esperamos com este trabalho despertar o interesse dos pesquisadores da Ãrea de ComputaÃÃo, consolidando, assim, o crescimento da BioinformÃtica.

Universidade Federal do Cearà / A teoria de controle robusto evoluiu consideravelmente ao longo das Ãltimas dÃcadas, apresentando soluÃÃes para vÃrios tipos de problemas de anÃlise, desempenho e sÃntese de sistemas lineares incertos. As desigualdades matriciais lineares (LMIs) e suas tÃcnicas surgiram como poderosas ferramentas em diversas Ãreas de engenharia de controle para projetos estruturais. Uma propriedade importante das LMIs reside no fato de que o seu conjunto soluÃÃo à convexo. Esta propriedade à fundamental para que se possam formular problemas em controle robusto como sendo problemas de otimizaÃÃo convexa que minimizam uma funÃÃo objetivo. Diante destas afirmaÃÃes o presente trabalho utiliza um sistema de nÃvel de lÃquido com dois tanques interligados como planta onde a mesma foi modelada, e, em seguida, foi desenvolvido um controlador para garantir a sua estabilidade quadrÃtica, quando submetido a perturbaÃÃes externas incertas definidas em um politopo. Utilizou-se o regulador linear quadrÃtico com aÃÃo integral (LQI) como controlador, porÃm, o conceito Ãtimo do LQR nÃo leva em consideraÃÃo as incertezas paramÃtricas existentes nas plantas de projeto, com isso, foi apresentado um mÃtodo de resoluÃÃo do LQR utilizando otimizaÃÃo convexa. O LQR otimizado via LMIs permite a adiÃÃo de incertezas para a obtenÃÃo do ganho de realimentaÃÃo de estado. Os resultados obtidos comprovaram que a estratÃgia de controle LQI via resoluÃÃo LMI à eficaz como controle robusto, pois à capaz de incluir caracterÃsticas referentes à imprecisÃo do processo, alÃm disso, o controle LQI garante a otimalidade do controle. / The robust control theory has evolved considerably over the past decades, providing solutions for various problems of analysis, synthesis and performance of uncertain linear systems. The linear matrix inequalities (LMI) and its techniques have emerged as powerful tools in various areas of control engineering for structural projects. An important property of LMIs is the fact that its solution set is convex. This property is crucial in order to be able to make robust control problems as convex optimization problems that minimize an objective function. Given these statements the present work uses a liquid level system with two tanks connected to the plant where it was modeled, and then a controller is designed to ensure quadratic stability when subjected to external disturbances defined in an uncertain polytope. We used the linear quadratic regulator with integral action (LQI) as a controller, however, the concept of optimal LQR does not take into account the parametric uncertainties in the existing plant design, with it, was presented a method of solving the LQR using convex optimization. LQR optimized via LMI allows the addition of uncertainty to obtain the state feedback gain. The results obtained proved that the strategy of LQI control via LMI resolution is effective as robust control, because it can include features related to the imprecision of the process, moreover, the LQI control ensures the optimality of control.

Le dÃveloppement de l'Ãconomie avec la croissance de la population et l'augmentation correspondante de leur pouvoir d'achat entraÃnent une augmentation de la consommation et, par consÃquent, influencer des facteurs et des services qui sont directement liÃs à l'assainissement de la ville. Un exemple de ces services est la gestion des dÃchets solides municipaux. De ce contexte, la recherche est dÃveloppà sur le sujet de l'Ãvolution de la qualità et de la logistique inverse efficacità de dÃchets solides municipaux d'une ville. Par consÃquent, aprÃs avoir observà comment la logistique inverse est actuellement effectuà dans deux villes brÃsiliennes (Fortaleza dans l'Ãtat de Cearà et Osasco à SÃo Paulo), une optimisation de cette gestion de maniÃre quantitative et qualitative a Ãtà suggÃrÃ. En d'autres termes, cette optimisation suggÃre que les modÃles traditionnels de gestion actuellement utilisÃes dans l'administration publique, peut amÃliorer les performances et l'efficacità quand il est utilisà des outils mathÃmatiques, informatiques et la gestion appropriÃe. Un modÃle mathÃmatique a Ãtà formulà capable d'effectuer une analyse quantitative optimisà pour l'emplacement des installations au sein de la logistique inverse, puis il a Ãtà nommà le meilleur type de gouvernance pour ce modÃle pour Ãtre utilisà avec la haute performance et l'efficacitÃ. Pour optimiser les solutions dans le cadre des techniques de gestion des dÃchets solides municipaux sont utilisÃs programmation linÃaire mathÃmatique. Programme d'ordinateur mis au point pour cette Ãtude a Ãtà utilisà pour effectuer les simulations. L'efficacità et la polyvalence du programme d'ordinateur ont Ãtà ÃvaluÃs par une analyse de plusieurs exemples pour dÃterminer les installations de localisation optimisÃs à Singapour et à Osasco. La recherche opÃrationnelle est la base pour la construction de ce modÃle mathÃmatique tandis que le modÃle de gestion de partenariat public-privà est l'indication du type de gestion appropriÃe pour les affichages d'outils mathÃmatiques et informatiques mentionnÃs solutions optimisÃes dans le modÃle de gestion des dÃchets de la logistique inverse Solide proposÃe urbaine / The development of the economy together with the population growth and the corresponding increase of purchasing power generate an increase in consumption and, consequently, affect factors and services which have direct relationship with the basic sanitation services in a city. An example of such service is urban solid waste management. From this context, the research is developed in connection with the evolution in quality and efficiency of reverse logistics of urban solid waste. Therefore, after observing how reverse logistics is currently being executed in two Brazilian cities (Fortaleza, State of Cearà and Osasco, State of SÃo Paulo), quantitative and qualitative management optimization procedures are suggested. In other words, such optimization procedures suggest that traditional management models currently used in public administration can enhance performance and efficiency if appropriate mathematical, computational and managerial tools are used. A mathematical model was formulated capable to accomplish an optimized quantitative analysis for the location of facilities within the ambit of reverse logistics and, then, it was indicated which is the best type of public management so that the proposed model is used with high performance and efficiency. To optimize solutions in the context of urban solid waste management, linear programming techniques are used. A computer program developed for this research was used to perform the simulations. The efficiency and versatility of the computer program were evaluated through the analysis of several examples for determining the optimized location of facilities in Fortaleza and in Osasco. Operational research is the basis for the construction of the mathematical model while the public-private partnership management model is the indication of the type of appropriate management so that the aforementioned mathematical and computational tool may present optimized solutions in the proposed reverse logistics urban solid waste management model.

nÃo hà / Given the current situation in which it is the global energy sector, biofuels have been gaining more space, earning special attention the ethanol, which has shown growing demands. From this scenario, the objective of this work was to develop a bioprocess technically and economically practicable for ethanol production from cashew apple juice, using yeast Saccharomyces cerevisiae (CCA008) genetically modified containing a flocculent gene (FLO5α). The work was divided in 4 four stages that are linked throughout the study. In the first stage was evaluated the temperature influence (26, 30, 34, 38 and 42ÂC), the inoculum concentration (3, 5, 8 and 10 g.L-1) and the stirring speed (80, 150, 300, 490, 650 and 800 rpm), so it could be determined the best conditions to maximize ethanol production. It was observed that the temperature operating parameter, the initial cellular concentration, substrate concentration and stirring exerted influence on the alcoholic fermentation of the cashew apple juice. The best performance to the fermentative process (98,8 %) happened when the process was conducted at 34 ÂC, under 150 rpm stirring and 5 g.L-1 of initially cell concentration. The second stage was intended to describe the process efficiency in face of the operation parameters evaluated in fermentation. To this end, it was successfully used statistic models to describe the interaction between the initial substrate concentration, temperature, initial cell concentration, stirring and their possible effects on the yield. The model that best fit the experimental data was used to obtain the optimum conditions from the operating variables, indicating the following conditions as great: substrate concentration (S0) of 102 g.L-1, temperature (T) at 34ÂC, inoculum concentration (X0) of 5 g.L-1 and stirring (Agit) of 140 rpm, predicting a 98,80 % of efficiency. In the third stage was studied ethanol production in optimum conditions, being used to implement the scale up process, in which the data obtained in a 1L bioreactor batch were used to predict the fermentation behavior in a 14L bioreactor batch, using the volumetric power consumption as a parameter to scale-up. Using this factor as being of 10,67 kW/m3, it was possible to calculate the fermenter stirring power in a 14 times bigger volume, as well as foresee which stirring would be necessary so the fermentation can occur, similarly as in the lower volume fermenter. Results showed that yield from the 14L bioreactor were satisfactory, having a small difference (96,56 %  0,3 %) between yield from the 1L bioreactor (98,80 %  1,6 %). The fourth and last stage was rated the technical and economic viability of the process. Analyzing results, it is possible to say the industrial process here proponed has shown technical viability, since the value obtained for the process yield (68 L/ton), was close to sugar cane fermentation (61 â 72 L/ton). However, it did not show economic viability since the industrial unity provides negative cash flow (- R$ 93.840.874) in the end of 10 years that was analyzed. So, new studies must be conducted in order to make this process economically viable, this possibility being observed in various scenarios generated in analyzing the sensibility of process, which presents possible economically viable settings. / Diante da conjuntura atual em que se encontra o setor energÃtico mundial, os biocombustÃveis vÃm ganhando cada vez mais espaÃo, merecendo atenÃÃo especial o etanol, o qual apresenta demanda crescente. A partir desse cenÃrio, o objetivo do presente trabalho foi desenvolver um bioprocesso tecnicamente e economicamente viÃvel para produÃÃo de etanol a partir do suco de caju, utilizando levedura Saccharomyces cerevisiae (CCA008) geneticamente modificada contendo gene floculante (FLO5α). O trabalho foi dividido em 4 quatro etapas que se interligam durante todo o estudo. Na primeira etapa foi avaliada a influÃncia da temperatura (26, 30, 34, 38 e 42ÂC), da concentraÃÃo de inÃculo (3, 5, 8 e 10 g.L-1) e da velocidade de agitaÃÃo (80, 150, 300, 490, 650 e 800 rpm) para que as condiÃÃes Ãtimas que maximizam a produÃÃo de etanol, fossem determinadas. Observou-se que os parÃmetros operacionais de temperatura, concentraÃÃo celular inicial, concentraÃÃo de substrato e agitaÃÃo exerceram influÃncia na fermentaÃÃo alcoÃlica do suco de caju. O melhor rendimento para o processo fermentativo (98,8 %) ocorreu quando o processo foi conduzido a 34 ÂC, sob agitaÃÃo de 150 rpm e contendo incialmente 5 g.L-1 de cÃlulas. Na segunda etapa, pretendeu-se descrever o rendimento do processo em funÃÃo dos parÃmetros operacionais avaliados na fermentaÃÃo. Para tanto, utilizaram-se, com sucesso, modelos estatÃsticos para descrever a interaÃÃo entre a concentraÃÃo inicial de substrato, temperatura, concentraÃÃo celular inicial, agitaÃÃo e seus possÃveis efeitos no rendimento. O modelo que melhor se ajustou aos dados experimentais foi utilizado na obtenÃÃo das condiÃÃes Ãtimas das variÃveis operacionais, indicando as seguintes condiÃÃes como Ãtimas: concentraÃÃo de substrato (S0) de 100 g.L-1, temperatura (T) igual a 34 ÂC, concentraÃÃo de inÃculo (X0) igual a 5 g.L-1 e agitaÃÃo (Agit) de 140 rpm, predizendo um rendimento de 98,80 %. Na terceira etapa, realizou-se o estudo da produÃÃo de etanol nas condiÃÃes Ãtimas, sendo as mesmas utilizadas para implementar a ampliaÃÃo de escala do processo, na qual os dados obtidos em biorreator batelada de 1L foram utilizados para predizer o comportamento da fermentaÃÃo em biorreator batelada de 14L, utilizando a potÃncia por unidade de volume como parÃmetro de scale-up. Utilizando tal fator como sendo de 10,67 kW/m3, foi possÃvel calcular a potÃncia de agitaÃÃo do fermentador de volume 14 vezes maior, assim como prever qual agitaÃÃo seria necessÃria para que a fermentaÃÃo ocorresse de forma semelhante à ocorrida no fermentador de menor volume. Os resultados mostraram que o rendimento obtido no biorreator de 14L foi satisfatÃrio, apresentando uma pequena diferenÃa (96,56 %  0,3 %) para o biorreator de 14L em relaÃÃo ao rendimento obtido para o de 1L (98,80 %  1,6 %). Como quarta e ultima etapa, avaliou-se a viabilidade tÃcnica e econÃmica do processo. Analisando os resultados obtidos, à possÃvel afirmar que o processo industrial proposto apresentou viabilidade tÃcnica, uma vez que o valor obtido para o rendimento do processo (68 L/ton), foi prÃximo ao da fermentaÃÃo da cana-de-aÃÃcar (61 â 72 L/ton). Contudo, o mesmo nÃo apresentou viabilidade econÃmica, uma vez que a unidade industrial proporciona um fluxo de caixa negativo (- R$ 93.840.874) ao final dos 10 anos em que foi analisado. Assim, novos estudos devem ser realizados com o intuito de tornar tal processo economicamente viÃvel, sendo esta possibilidade observada nos vÃrios cenÃrios gerados na anÃlise de sensibilidade do processo, o qual apresenta possÃveis configuraÃÃes economicamente viÃveis.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / In the last two decades, multiple input multiple output (MIMO) wireless systems have been subject of intense research due to the theoretical promise of the proportional increase of the communications channel capacity as the number of antennas increases. This outstanding property supposes an efficient use of spatial diversity at both the transmitter and receiver. An important and not well explored path towards improving MIMO system performance using spatial diversity takes into account the interactions among the antennas and the (physical) propagation medium. By understanding these interactions, the transmit and receive antenna arrays can be designed to best âmatchâ the propagation medium so that the link quality and capacity can be further improved in a MIMO system. In this work, we consider the use of spherical harmonics and tensor decompositions in the problem of MIMO channel modeling and estimation. The use of spherical harmonics allows to represent the radiation patterns of antennas in terms of coefficients of an expansion, thus decoupling the transmit and receive antenna array responses from the physical propagation medium. By translating simple propagation-motivated channel models with polarization information into the spherical harmonics domain, we study how propagation parameters themselves and antenna configurations affect MIMO performance in terms of capacity and correlation. A second part of this work addresses the problem of estimating directional MIMO channels in the spherical harmonics domain using tensor decompositions. Considering both single-scattering and double-scattering propagation scenarios, we make use of the parallel factor (PARAFAC) and PARATUCK-2 decompositions, respectively, to estimate the propagating spherical modes, from which the directions of arrival (DoA) and directions of departure (DoD) can be extracted. Finally, we propose and compare two methods for optimizing the coefficients of the spherical harmonics expansion of an antenna array for a prespecified MIMO channel response. / Nas Ãltimas dÃcadas, sistemas de comunicaÃÃo sem fio de mÃltiplas antenas (MIMO - Multiple Input Multiple Output) tÃm sido objetos de intensas pesquisas devido à promessa teÃrica do aumento proporcional da capacidade com o aumento do nÃmero de antenas. Esta propriedade excepcional supÃe um uso eficiente da diversidade espacial no transmissor e receptor. Um caminho importante e nÃo bem explorado no sentido de melhorar o desempenho de sistemas MIMO usando diversidade espacial leva em conta a interaÃÃo entre as antenas e meio de propagaÃÃo (fÃsico). AtravÃs da compreensÃo dessas interaÃÃes, arranjos de antenas de recepÃÃo e transmissÃo podem ser projetados para melhor "casar" com o meio de propagaÃÃo, tal que a qualidade do link de comunicaÃÃo e capacidade possam ser melhoradas em um sistema MIMO. Neste trabalho, consideramos o uso de harmÃnicos esfÃricos e decomposiÃÃes tensoriais no problema de modelagem de canal MIMO e estimaÃÃo. O uso de harmÃnicos esfÃricos permite representar os padrÃes de radiaÃÃo de antenas em termos de coeficientes de uma expansÃo, assim desacoplando as respostas dos arranjos de antenas (transmissoras e receptoras) do meio de propagaÃÃo fÃsica. Traduzindo modelos simples de canais baseados em propagaÃÃo, com informaÃÃes de polarizaÃÃo, para o domÃnio dos harmÃnicos esfÃricos, estudamos como os parÃmetros de propagaÃÃo si e configuraÃÃes especÃficas de antenas afetam o desempenho do sistema MIMO em termos de capacidade e de correlaÃÃo. A segunda parte deste trabalho aborda o problema de estimar canais direcionais MIMO no domÃnio dos harmÃnicos esfÃricos usando decomposiÃÃes por tensores. Considerando tanto cenos de espalhamento simples e de duplo espalhamento, fazemos uso das decomposiÃÃes PARAFAC e PARATUCK2, respectivamente, para estimar os modos esfÃricos propagantes, a partir das quais as direÃÃes de chegada (DoA) e as direÃÃes de saÃda (DoD) podem ser extraÃdas. Finalmente, propomos e comparamos dois mÃtodos de otimizaÃÃo dos coeficientes da expansÃo em harmÃnicos esfÃricos de arranjos de antenas para respostas de canais MIMO prÃ-especificados .

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / O Ãcido lÃtico à um composto com diversas aplicaÃÃes industriais, dos quais as indÃstrias quÃmica, farmacÃutica, de alimentos, de polÃmeros, tÃxtil e de curtume podem ser citadas alÃm de ser reconhecido como seguro pela Food and Drug Administration (FDA). Tem se tornado um importante monÃmero na indÃstria de plÃsticos, sendo polimerizado em plÃstico biodegradÃvel. Pode ser obtido industrialmente atravÃs de sÃntese quÃmica ou processo fermentativo. No entanto, à mais comumente produzido via processo fermentativo atravÃs de matÃrias-primas renovÃveis e resÃduos da agroindÃstria. O pedÃnculo do caju possui um alto valor nutricional em termos de vitaminas, sais minerais e aÃÃcares e estima-se que 88% de sua produÃÃo seja perdida devido sua alta perecibilidade sendo, portanto, um substrato em potencial para processos fermentativos. O objetivo deste trabalho foi a otimizaÃÃo da produÃÃo de Ãcido lÃtico via fermentaÃÃo submersa em meio contendo suco de caju clarificado como substrato utilizando o Lactobacillus casei NRRL B-442. A partir de dados experimentais sobre temperatura, pH, concentraÃÃes de substrato e sulfato de amÃnia inicial, foi realizado um estudo cinÃtico variando concentraÃÃes de substrato inicial de 20 a 60 g/L e mantendo a proporÃÃo ideal de 12% de sulfato de amÃnio em relaÃÃo aos aÃÃcares redutores totais iniciais. Os ensaios foram realizados em reator batelada CSTR de 1,0 L com 0,5 L de meio reacional. A temperatura foi de 37ÂC e o pH foi ajustado para 6,5 sendo controlado durante o processo. A partir dos dados experimentais, um modelo fenomenolÃgico foi desenvolvido e um programa computacional foi criado utilizando Linguagem Fortran 90. O modelo foi validado estatisticamente segundo o valor de F de Fisher. Com o modelo representativo do sistema, foi possÃvel realizar otimizaÃÃes em batelada e batelada alimentada para a fermentaÃÃo lÃtica. Os processos em batelada e batelada alimentada foram comparados entre si levando em consideraÃÃo a eficiÃncia final, a produÃÃo de Ãcido lÃtico e os custos com matÃria-prima e reagentes utilizados comparando com os custos de venda final do Ãcido lÃtico no mercado. Para a otimizaÃÃo em batelada, pÃde-se verificar que a fermentaÃÃo que apresentou melhores resultados foi a que partiu de um inÃculo com 0,3 g/L e concentraÃÃo de aÃÃcares redutores totais iniciais de 50 g/L finalizando o processo com 39,31 g/L de Ãcido lÃtico e apresentando uma eficiÃncia de 72,2%. Em relaÃÃo ao processo em batelada alimentada, conclui-se que a simulaÃÃo que apresentou melhores resultados foi a que partiu de um inÃculo de 0,3 g/L com 40 g/L de aÃÃcares redutores totais iniciais, uma vazÃo de 3 L/h e uma concentraÃÃo de suco de caju clarificado concentrado alimentado de 200 g/L obtendo 38,0 g/L de Ãcido lÃtico e uma eficiÃncia de 63,8%. Portanto, para a fermentaÃÃo lÃtica utilizando o Lactobacillus casei NRRL B-442 tendo o suco e caju clarificado como substrato, o processo em batelada foi o mais vantajoso / Lactic acid is a compound that has several industrial applications in the chemical, pharmaceutical, food, polymer, textile and tanning industries. In addition, lactic acid has being recognized as safe by the Food and Drug Administration (FDA). Lactic acid has become an important monomer in the plastic industry where it has been polymerized into biodegradable plastics. It can be obtained industrially by chemical synthesis or fermentation process. It is most commonly produced by fermentation process using raw materials and waste materials of agricultural source. Cashew apple has a high nutritional value in terms of vitamins, minerals and sugars and it is estimated that 88% of its production is lost due the high spoilage, thus it has great potential as substrate in fermentative processes. This work aimed to optimize lactic acid production by submerged fermentation in a medium containing clarified cashew apple juice as substrate using the Lactobacillus casei NRRL B-442. From available information in the literature regarding temperature, pH, initial concentrations of substrate and initial ammonium sulfate, a kinetic study was carried out changing the initial concentration of substrate from 20 to 60 g/L and maintaining the ideal ratio of 12% of ammonium sulfate in relation of the initial total reducing sugars. The experiments were carried out in a batch reactor of 1.0 L with 0.5 L of reaction medium. The temperature was set at 37 ÂC and the pH was adjusted to 6.5 and controlled during the process. From the experimental data, a phenomenological model was developed and a computer program was built in Fortran 90. The mathematical model was statistically validated according to the F value of the Fisher test. With the representative model of the reaction system, it was possible to accomplish optimizations in batch and fed-batch fermentation for lactic acid production. The results in batch and fed-batch were compared, in relation to the final efficiency of the system, lactic acid production and costs of raw materials and reagents, with the costs of the final price of the lactic acid in the market. For the optimization in batch reaction, it was found that the fermentation which had the best results was obtained from an inoculum of 0.3 g/L and a initial concentration of total reducing sugars of 50 g/L, resulting in the production of 39.31 g/L of lactic acid and an efficiency of 72.2%. Regarding the fed-batch process, the simulations showed that the best results was obtained from an inoculum of 0.3 g/L with 40 g/L of initial total reducing sugars, with a feed of clarified cashew apple juice at flow rate of 3 L/h and a concentration of 200 g/L, resulting in the production of 38.0 g/L of lactic acid concentration and an efficiency of 63.8%. Therefore, for lactic fermentation using Lactobacillus casei NRRL B-442 and the clarified cashew juice as substrate and the conditions studied in this work, the process in batch was the most advantageous