Neste trabalho, desenvolveu-se um modelo matemático e um aparato de medidas, que têm como objetivo auxiliar no projeto e na caracterização de estruturas de ondas lentas para válvulas de ondas progressivas. O objetivo é obter as características de velocidade de fase e de impedância de interação de uma dada estrutura de ondas lentas. Modelou-se matematicamente uma estrutura de ondas lentas do tipo ringbar como uma hélice dupla contraposta, de forma que se obteve uma série de resultados teóricos já publicados e outros inéditos. Desenvolveu-se um aparato de medida em microondas para a caracterização experimental da estrutura de ondas lentas sob análise. Apresentam-se os procedimentos de medida e os resultados experimentais obtidos, comparando-os com as predições do modelo matemático. Os resultados experimentais apresentaram boa reprodutibilidade e distaram dos teóricos de acordo com o esperado. Considerou-se que o modelo matemático e o aparato de medida, bem como as técnicas experimentais, já constituem uma importante ferramenta que será de fundamental importância no projeto e fabricação de válvulas de ondas progressivas. / In this work, a mathematical model and a measurement apparatus for aiding in the project and characterization of slow-wave structures for highpower traveling-wave tubes were developed. The objective is to obtain the phase velocity and the interaction impedance characteristics of a given slow-wave structure. A ring-bar slow-wave structure was mathematically modeled as a contrawound helix in a such way that several published and still unpublished results could be achieved. A microwave measurement apparatus was developed for the experimental characterization of the slow-wave structure under analysis. The measurement procedures are presented and the experimental results are compared to the theoretical predictions. The experimental results presented good reproducibility and differed from the theoretical ones in an expected way. It was considered that the mathematical model and the measurement apparatus, as well experimental procedures, already constitute a very important tool, which will have fundamental role in the design and manufacture of traveling-wave tubes.

Neste trabalho, desenvolveu-se um modelo matemático e um aparato de medidas, que têm como objetivo auxiliar no projeto e na caracterização de estruturas de ondas lentas para válvulas de ondas progressivas. O objetivo é obter as características de velocidade de fase e de impedância de interação de uma dada estrutura de ondas lentas. Modelou-se matematicamente uma estrutura de ondas lentas do tipo ringbar como uma hélice dupla contraposta, de forma que se obteve uma série de resultados teóricos já publicados e outros inéditos. Desenvolveu-se um aparato de medida em microondas para a caracterização experimental da estrutura de ondas lentas sob análise. Apresentam-se os procedimentos de medida e os resultados experimentais obtidos, comparando-os com as predições do modelo matemático. Os resultados experimentais apresentaram boa reprodutibilidade e distaram dos teóricos de acordo com o esperado. Considerou-se que o modelo matemático e o aparato de medida, bem como as técnicas experimentais, já constituem uma importante ferramenta que será de fundamental importância no projeto e fabricação de válvulas de ondas progressivas. / In this work, a mathematical model and a measurement apparatus for aiding in the project and characterization of slow-wave structures for highpower traveling-wave tubes were developed. The objective is to obtain the phase velocity and the interaction impedance characteristics of a given slow-wave structure. A ring-bar slow-wave structure was mathematically modeled as a contrawound helix in a such way that several published and still unpublished results could be achieved. A microwave measurement apparatus was developed for the experimental characterization of the slow-wave structure under analysis. The measurement procedures are presented and the experimental results are compared to the theoretical predictions. The experimental results presented good reproducibility and differed from the theoretical ones in an expected way. It was considered that the mathematical model and the measurement apparatus, as well experimental procedures, already constitute a very important tool, which will have fundamental role in the design and manufacture of traveling-wave tubes.

Esta tese desenvolveu uma metodologia para auxiliar a elaboração da proposta de enquadramento e o estabelecimento das metas para efetivação do enquadramento dos corpos hídricos. Foram inseridos novos critérios de análise direcionados para o processo de gestão, sendo eles: a probabilidade de ocorrência da qualidade da água e o custo das medidas de despoluição necessárias para aumentar o atendimento ao enquadramento proposto. A utilização da probabilidade de ocorrência apresenta vantagens para a gestão da qualidade da água, sendo útil para os instrumentos de controle da poluição através da verificação da freqüência de violação da qualidade da água e da amplitude do risco de violação em função do acréscimo de carga poluente lançada no corpo hídrico. A probabilidade da qualidade da água, da forma como está sendo calculada neste estudo, representa papel integrador entre o processo de gestão ambiental e de recursos hídricos, o qual fornece diretrizes para o processo de planejamento, fiscalização e monitoramento dos órgãos licenciadores, formulação de critérios de penalidades. Tendo-se em vista a efetivação da proposta de enquadramento foram desenvolvidas funções de custo para as medidas de despoluição hídrica de controle de carga poluidora doméstica e difusa, as quais possibilitaram a definição de diferentes estratégias para obtenção da qualidade da água desejada. O modelo desenvolvido incluiu integradamente a quantidade e a qualidade da água, os usos prioritários, a simulação da qualidade da água e o estabelecimento de alternativas de despoluição hídrica, permitindo a realização de inúmeras combinações de cenários de remoção de carga e estratégias de metas progressivas para o estabelecimento da meta final. Estes critérios, até então, não haviam sido inseridos integradamente em uma plataforma computacional. A Bacia Hidrográfica do Alto Iguaçu, localizada na Região Metropolitana de Curitiba PR, foi escolhida para avaliar a potencialidade de utilização do modelo. Esta aplicação indicou a necessidade de análise conjunta entre os critérios relacionados no processo de gestão de recursos hídricos, onde a escolha de um sistema de tratamento indevido pode não levar a obtenção dos resultados desejados no que diz respeito à qualidade da água. A contribuição do modelo desenvolvido está na automatização e na criação de rotinas de cálculo dos critérios estabelecidos para análise da proposta de enquadramento dos corpos hídricos com metas progressivas. A inserção destes critérios em uma plataforma computacional única traz agilidade para o sistema de gestão da qualidade da água e contribui para efetivação da gestão de recursos hídricos no Brasil. / This study developed a mathematical model to support the proposal of the water bodies classification and the setting of goals for its implementation. New analysis criteria, directly related to the water management process, were included in the model. These criteria are the occurrence probability of certain water quality standards and the associated cost to attain these water quality standards, according to the established water uses. The use of the occurrence probability of water quality standards produces benefits for the water resources management process because it support the pollution control instruments through the verification of the frequency of water quality standards violations, as well as the violation risk level, according to the increase of pollution load discharged into a water body. The occurrence probability of water quality standards integrates the environmental management process with the water resources management process, which provides guidelines for planning, inspection, monitoring and penalty formulation. In view of the implementation of water bodies classification, this study developed several cost functions for the measures of water pollution control, as point and non-point load. It allows the definition of different strategies in order to attain the intended water quality standard. The model combined, in the analysis, the water quantity and quality values, the priority uses, the water quality simulation and the definition of pollution load treatment alternatives. This combination allows the evaluation of several load removal scenarios and different strategies for progressive goals to reach water quality standards. These set of criteria had never been jointly analyzed in a computational model. In order to demonstrate the usefulness of the model, the proposed methodology was applied at Alto Iguaçu watershed, located at the Metropolitan Region of Curitiba, PR. The results of this case study indicated the importance of combining the related criteria in the water resources planning and management system, mainly because the adopted measures may often not attain satisfactory results in terms of the intended water quality standard. The contribution of the proposed model is the definition and automation of a routine calculation that reflect the established criteria for the analysis of progressive goals for water bodies classification. The incorporation of such criteria into a single computational model results in more efficiency for the water quality management system and support the implementation of the water resources planning and management system in Brazil.

As distrofias musculares constituem um grupo heterogêneo de doenças caracterizadas por uma degeneração progressiva e irreversível da musculatura esquelética. A fraqueza muscular se manifesta quanto existe um desequilíbrio entre os ciclos de degeneração e regeneração, com subseqüente substituição por tecido conjuntivo e adiposo das fibras musculares eliminadas. Diversos fatores estão implicados nestes processos, e as vias de atuação de cada um deles ainda não são totalmente conhecidas. Os mais importantes marcadores da via miogênica são os fatores Myf5, MyoD, Myf6 e miogenina. Os marcadores da degeneração, por sua vez, são o TGFβ-1, citocina inflamatória provavelmente envolvida no processo de fibrose do músculo distrófico, e o aumento da expressão do próprio colágeno, componente da matriz extracelular. O objetivo do presente projeto consistiu em estudar os fatores relacionados com as vias de degeneração e regeneração em modelos murinos distróficos com diferentes defeitos nas proteínas musculares, para elucidação dos mecanismos fisiopatológicos envolvidos, visando terapias. Para tal, foram estabelecidas três abordagens: 1-) Estudar o potencial terapêutico de células-tronco mesenquimais de medulas óssea, nos modelos Lama2dy-2J/J (deficiente para a proteína α2-laminina) e Largemyd (defeito de glicosilação); 2-) Estudar a expressão relativa dos genes envolvidos nas vias de degeneração e regeneração nos diferentes modelos murinos para distrofias musculares; 3-) Estudar o papel da distrofina e α2-laminina na organização do complexo distrofina-glicoproteínas associadas no músculo esquelético, através da produção de um camundongo duplo-mutante deficiente para estas duas proteínas. Na primeira abordagem, células-tronco mesenquimais de medula, expressando a proteína eGFP, foram injetadas por via sistêmica em camundongos Lama2dy-2J/J e Largemyd, mas não foram localizadas posteriormente no músculo dos animais testados. Testes complementares mostraram que células MSC e C2C12 expressando eGFP permanecem por curtos períodos de tempo no tecido injetado, sugerindo que são eliminadas do músculo distrófico em virtude da expressão permanente de eGFP. Análise funcional realizada nestes animais mostrou uma grande heterogeneidade de resposta nos diversos testes aplicados, compatível com a variabilidade clínica também observada em pacientes humanos. Na segunda abordagem, analisamos a expressão dos genes da cascata de degeneração e regeneração nos modelos distróficos mdx, SJL/J, Lama2dy-2J/J e Largemyd, e correlacionamos estes resultados com o padrão histopatológico de cada modelo. Os resultados observados sugerem que o gene TGFβ-1 é ativado pelo processo distrófico em qualquer grau de degeneração, enquanto a ativação da expressão do gene PCOL possivelmente ocorre nos estágios iniciais deste processo. Observou-se também que cada mecanismo patofisiológico atuou de forma diversa na ativação da regeneração, com diferenças na indução da proliferação das células-satélite, mas sem alterações no estimulo à diferenciação. Assim, a disfunção na população de células-satélite pode representar um mecanismo importante na patogênese das distrofias musculares. Na terceira abordagem, um modelo murino duplo-mutante para as proteínas distrofina e α2-laminina foi gerado a partir de cruzamentos das linhagens mdx e Lama2dy-2J/J, com a proporção mendeliana esperada, sendo, portanto, viável. O animal duplo-afetado está apresentando fraqueza muscular mais acentuada que os modelos parentais. Estudos complementares de proteínas musculares serão ainda realizados neste novo modelo para verificar a presença ou não das demais proteínas do DGC e sua relação com o padrão de degeneração/regeneração muscular. / The muscular dystrophies are a heterogeneous group of genetic diseases characterized by progressive and irreversible degeneration of skeletal muscles. Muscle weakness is the consequence of an imbalance between successive cycles of degeneration and regeneration, with further replacement of the degraded muscle fibers by adipose and connective tissues. Several factors are involved these processes and the respective functional pathways are still not well known. Myf5, MyoD, Myf6 and myogenin are important factors responsible for the myogenesis and regeneration in the muscle. One important marker for the degeneration is TGF-1, which is an inflammatory cytokine with a possible role in the stimulation of fibrosis in the dystrophic muscle through the activation of genes related to the expression of collagen. The main objective of this project was to study the factors involved in the degeneration and regeneration pathways, in mice models for muscular dystrophies, carrying different defects in muscle proteins, to better understand the involved pathophysiological mechanisms, aiming future therapies. This was done through three strategies: 1-) The study of the therapeutic potential of transplantation of bone marrow mesenchymal-eGFP transformed stem cells, in Lama2dy-2J/J (a2 laminin deficient mice) and Largemyd (mice with defect in the glycosilation of -DG) ; 2-) The analyses of the relative expression of genes involved in regeneration and degeneration, in different mice models for muscular dystrophies; 3-) The study of the roles of dystrophin and 2-laminin proteins in the organization of the dystrophin-glycoprotein complex in muscle sarcolemma through the generation of a new mouse model, double-mutant for these two proteins. In the first approach, bone marrow mesenchymal stem cells expressing eGFP protein were intravenously injected in Lama2dy-2J/J and Largemyd mice, but these cells were not localized in the muscle of the tested animals after 3 months of experiment. Complementary studies showed that MSC and C2C12 cells expressing eGFP, when directly injected in the muscle of these models, were retained for only a few days, suggesting a rejection against cells expressing eGFP in the dystrophic muscle. Functional analysis showed a high variability among the tested mice, which is similar to the significant clinical variability observed in human patients with muscular dystrophies. In the second approach we quantified the expression of genes involved in degeneration and regeneration pathways in the dystrophic models mdx, SJL/J, Lama2dy-2J/J and Largemyd, and correlated these data with muscle histopathological pattern of each model. The result suggests that TGFβ-1 gene is activated in the dystrophic process in all the stages of degeneration while the activation of the expression of the PCOL gene possibly occurs in earliest stages of this process. We also observed that each physiopathological mechanism acted differently in the activation of regeneration, with differences in the induction of proliferation of satellite cells, but with no alterations in stimulation to differentiation. Dysfunction of satellite cells can therefore be an important additional mechanism of pathogenesis in the dystrophic muscle. In the third approach we generated a new dystrophic mouse model, carrying two simultaneous deficiencies of the proteins dystrophin and 2-laminin, by crossing mdx and Lama2dy-2J/J strains. In the offspring, the proportion of affected double-mutant mice was within the expected mendelian proportion, showing therefore, the viability of these defects with life. Only 4 alive animals were obtained up to the present date, and they are being followed for clinical characterization. The phenotype of this double-mutant mouse is very severe, presenting significant weakness, starting earlier and progressing faster that the parental strains. When more affected animals will be available, additional protein studies will be done to verify the effect of these two deficiencies in the organization of the DGC complex and its effect on the cascades of muscle degeneration and regeneration.

Submitted by Marcio Filho (marcio.kleber@ufba.br) on 2017-06-02T13:18:48Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao - Daniel Correia.pdf: 2103439 bytes, checksum: 21998777742f6bb17677f65b32158289 (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Reis (vanessa.jamile@ufba.br) on 2017-06-08T11:07:45Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertacao - Daniel Correia.pdf: 2103439 bytes, checksum: 21998777742f6bb17677f65b32158289 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-08T11:07:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao - Daniel Correia.pdf: 2103439 bytes, checksum: 21998777742f6bb17677f65b32158289 (MD5) / O objetivo deste trabalho é desenvolver e aplicar uma metodologia para a realização da análise modal experimental em um conjunto de bombeio por cavidades progressivas (BCP), em condições de instalação similares às de poços reais. A técnica utilizada neste trabalho, conhecida como Enhanced Frequency Domain Decomposition (EFDD), é capaz de estimar os parâmetros modais com boa acurácia, mesmo na presença de ruído. Ela pode estimar as frequências naturais e formas modais através da decomposição em valores singulares (SVD - Singular value decomposition) da matriz densidade espectral de potência (PSD - Power spectral density) da resposta do sistema a uma excitação de entrada. A taxa de amortecimento pode ser obtida através do cálculo do decremento logarítmico nas funções de autocorrelação. A primeira etapa do estudo consiste no desenvolvimento de algoritmos para a implementação de alguns métodos de análise modal experimental comuns na literatura. Foram implementados os métodos do Peak picking (PP), do Frequency Domain Decomposition (FDD), EFDD e do Least Square Complex Exponential (LSCE). É utilizado um sinal sintético de parâmetros conhecidos para comparar os resultados obtidos entre tais técnicas. Além disso, este sinal teve alguns parâmetros alterados, a exemplo da razão sinal-ruído, e o comportamento da estimação com estas técnicas foi avaliado. Na etapa seguinte, são analisadas estruturas relacionadas ao conjunto BCP, como a coluna de revestimento, onde o conjunto será instalado, além de um dos seus principais subsistemas, o conjunto rotor-estator. Por fim, é realizada a análise modal experimental do conjunto BCP, no interior do poço de testes, em condições de instalação similares àquelas encontradas em um poço real.

As distrofias musculares constituem um grupo heterogêneo de doenças caracterizadas por uma degeneração progressiva e irreversível da musculatura esquelética. A fraqueza muscular se manifesta quanto existe um desequilíbrio entre os ciclos de degeneração e regeneração, com subseqüente substituição por tecido conjuntivo e adiposo das fibras musculares eliminadas. Diversos fatores estão implicados nestes processos, e as vias de atuação de cada um deles ainda não são totalmente conhecidas. Os mais importantes marcadores da via miogênica são os fatores Myf5, MyoD, Myf6 e miogenina. Os marcadores da degeneração, por sua vez, são o TGFβ-1, citocina inflamatória provavelmente envolvida no processo de fibrose do músculo distrófico, e o aumento da expressão do próprio colágeno, componente da matriz extracelular. O objetivo do presente projeto consistiu em estudar os fatores relacionados com as vias de degeneração e regeneração em modelos murinos distróficos com diferentes defeitos nas proteínas musculares, para elucidação dos mecanismos fisiopatológicos envolvidos, visando terapias. Para tal, foram estabelecidas três abordagens: 1-) Estudar o potencial terapêutico de células-tronco mesenquimais de medulas óssea, nos modelos Lama2dy-2J/J (deficiente para a proteína α2-laminina) e Largemyd (defeito de glicosilação); 2-) Estudar a expressão relativa dos genes envolvidos nas vias de degeneração e regeneração nos diferentes modelos murinos para distrofias musculares; 3-) Estudar o papel da distrofina e α2-laminina na organização do complexo distrofina-glicoproteínas associadas no músculo esquelético, através da produção de um camundongo duplo-mutante deficiente para estas duas proteínas. Na primeira abordagem, células-tronco mesenquimais de medula, expressando a proteína eGFP, foram injetadas por via sistêmica em camundongos Lama2dy-2J/J e Largemyd, mas não foram localizadas posteriormente no músculo dos animais testados. Testes complementares mostraram que células MSC e C2C12 expressando eGFP permanecem por curtos períodos de tempo no tecido injetado, sugerindo que são eliminadas do músculo distrófico em virtude da expressão permanente de eGFP. Análise funcional realizada nestes animais mostrou uma grande heterogeneidade de resposta nos diversos testes aplicados, compatível com a variabilidade clínica também observada em pacientes humanos. Na segunda abordagem, analisamos a expressão dos genes da cascata de degeneração e regeneração nos modelos distróficos mdx, SJL/J, Lama2dy-2J/J e Largemyd, e correlacionamos estes resultados com o padrão histopatológico de cada modelo. Os resultados observados sugerem que o gene TGFβ-1 é ativado pelo processo distrófico em qualquer grau de degeneração, enquanto a ativação da expressão do gene PCOL possivelmente ocorre nos estágios iniciais deste processo. Observou-se também que cada mecanismo patofisiológico atuou de forma diversa na ativação da regeneração, com diferenças na indução da proliferação das células-satélite, mas sem alterações no estimulo à diferenciação. Assim, a disfunção na população de células-satélite pode representar um mecanismo importante na patogênese das distrofias musculares. Na terceira abordagem, um modelo murino duplo-mutante para as proteínas distrofina e α2-laminina foi gerado a partir de cruzamentos das linhagens mdx e Lama2dy-2J/J, com a proporção mendeliana esperada, sendo, portanto, viável. O animal duplo-afetado está apresentando fraqueza muscular mais acentuada que os modelos parentais. Estudos complementares de proteínas musculares serão ainda realizados neste novo modelo para verificar a presença ou não das demais proteínas do DGC e sua relação com o padrão de degeneração/regeneração muscular. / The muscular dystrophies are a heterogeneous group of genetic diseases characterized by progressive and irreversible degeneration of skeletal muscles. Muscle weakness is the consequence of an imbalance between successive cycles of degeneration and regeneration, with further replacement of the degraded muscle fibers by adipose and connective tissues. Several factors are involved these processes and the respective functional pathways are still not well known. Myf5, MyoD, Myf6 and myogenin are important factors responsible for the myogenesis and regeneration in the muscle. One important marker for the degeneration is TGF-1, which is an inflammatory cytokine with a possible role in the stimulation of fibrosis in the dystrophic muscle through the activation of genes related to the expression of collagen. The main objective of this project was to study the factors involved in the degeneration and regeneration pathways, in mice models for muscular dystrophies, carrying different defects in muscle proteins, to better understand the involved pathophysiological mechanisms, aiming future therapies. This was done through three strategies: 1-) The study of the therapeutic potential of transplantation of bone marrow mesenchymal-eGFP transformed stem cells, in Lama2dy-2J/J (a2 laminin deficient mice) and Largemyd (mice with defect in the glycosilation of -DG) ; 2-) The analyses of the relative expression of genes involved in regeneration and degeneration, in different mice models for muscular dystrophies; 3-) The study of the roles of dystrophin and 2-laminin proteins in the organization of the dystrophin-glycoprotein complex in muscle sarcolemma through the generation of a new mouse model, double-mutant for these two proteins. In the first approach, bone marrow mesenchymal stem cells expressing eGFP protein were intravenously injected in Lama2dy-2J/J and Largemyd mice, but these cells were not localized in the muscle of the tested animals after 3 months of experiment. Complementary studies showed that MSC and C2C12 cells expressing eGFP, when directly injected in the muscle of these models, were retained for only a few days, suggesting a rejection against cells expressing eGFP in the dystrophic muscle. Functional analysis showed a high variability among the tested mice, which is similar to the significant clinical variability observed in human patients with muscular dystrophies. In the second approach we quantified the expression of genes involved in degeneration and regeneration pathways in the dystrophic models mdx, SJL/J, Lama2dy-2J/J and Largemyd, and correlated these data with muscle histopathological pattern of each model. The result suggests that TGFβ-1 gene is activated in the dystrophic process in all the stages of degeneration while the activation of the expression of the PCOL gene possibly occurs in earliest stages of this process. We also observed that each physiopathological mechanism acted differently in the activation of regeneration, with differences in the induction of proliferation of satellite cells, but with no alterations in stimulation to differentiation. Dysfunction of satellite cells can therefore be an important additional mechanism of pathogenesis in the dystrophic muscle. In the third approach we generated a new dystrophic mouse model, carrying two simultaneous deficiencies of the proteins dystrophin and 2-laminin, by crossing mdx and Lama2dy-2J/J strains. In the offspring, the proportion of affected double-mutant mice was within the expected mendelian proportion, showing therefore, the viability of these defects with life. Only 4 alive animals were obtained up to the present date, and they are being followed for clinical characterization. The phenotype of this double-mutant mouse is very severe, presenting significant weakness, starting earlier and progressing faster that the parental strains. When more affected animals will be available, additional protein studies will be done to verify the effect of these two deficiencies in the organization of the DGC complex and its effect on the cascades of muscle degeneration and regeneration.

Esta tese desenvolveu uma metodologia para auxiliar a elaboração da proposta de enquadramento e o estabelecimento das metas para efetivação do enquadramento dos corpos hídricos. Foram inseridos novos critérios de análise direcionados para o processo de gestão, sendo eles: a probabilidade de ocorrência da qualidade da água e o custo das medidas de despoluição necessárias para aumentar o atendimento ao enquadramento proposto. A utilização da probabilidade de ocorrência apresenta vantagens para a gestão da qualidade da água, sendo útil para os instrumentos de controle da poluição através da verificação da freqüência de violação da qualidade da água e da amplitude do risco de violação em função do acréscimo de carga poluente lançada no corpo hídrico. A probabilidade da qualidade da água, da forma como está sendo calculada neste estudo, representa papel integrador entre o processo de gestão ambiental e de recursos hídricos, o qual fornece diretrizes para o processo de planejamento, fiscalização e monitoramento dos órgãos licenciadores, formulação de critérios de penalidades. Tendo-se em vista a efetivação da proposta de enquadramento foram desenvolvidas funções de custo para as medidas de despoluição hídrica de controle de carga poluidora doméstica e difusa, as quais possibilitaram a definição de diferentes estratégias para obtenção da qualidade da água desejada. O modelo desenvolvido incluiu integradamente a quantidade e a qualidade da água, os usos prioritários, a simulação da qualidade da água e o estabelecimento de alternativas de despoluição hídrica, permitindo a realização de inúmeras combinações de cenários de remoção de carga e estratégias de metas progressivas para o estabelecimento da meta final. Estes critérios, até então, não haviam sido inseridos integradamente em uma plataforma computacional. A Bacia Hidrográfica do Alto Iguaçu, localizada na Região Metropolitana de Curitiba PR, foi escolhida para avaliar a potencialidade de utilização do modelo. Esta aplicação indicou a necessidade de análise conjunta entre os critérios relacionados no processo de gestão de recursos hídricos, onde a escolha de um sistema de tratamento indevido pode não levar a obtenção dos resultados desejados no que diz respeito à qualidade da água. A contribuição do modelo desenvolvido está na automatização e na criação de rotinas de cálculo dos critérios estabelecidos para análise da proposta de enquadramento dos corpos hídricos com metas progressivas. A inserção destes critérios em uma plataforma computacional única traz agilidade para o sistema de gestão da qualidade da água e contribui para efetivação da gestão de recursos hídricos no Brasil. / This study developed a mathematical model to support the proposal of the water bodies classification and the setting of goals for its implementation. New analysis criteria, directly related to the water management process, were included in the model. These criteria are the occurrence probability of certain water quality standards and the associated cost to attain these water quality standards, according to the established water uses. The use of the occurrence probability of water quality standards produces benefits for the water resources management process because it support the pollution control instruments through the verification of the frequency of water quality standards violations, as well as the violation risk level, according to the increase of pollution load discharged into a water body. The occurrence probability of water quality standards integrates the environmental management process with the water resources management process, which provides guidelines for planning, inspection, monitoring and penalty formulation. In view of the implementation of water bodies classification, this study developed several cost functions for the measures of water pollution control, as point and non-point load. It allows the definition of different strategies in order to attain the intended water quality standard. The model combined, in the analysis, the water quantity and quality values, the priority uses, the water quality simulation and the definition of pollution load treatment alternatives. This combination allows the evaluation of several load removal scenarios and different strategies for progressive goals to reach water quality standards. These set of criteria had never been jointly analyzed in a computational model. In order to demonstrate the usefulness of the model, the proposed methodology was applied at Alto Iguaçu watershed, located at the Metropolitan Region of Curitiba, PR. The results of this case study indicated the importance of combining the related criteria in the water resources planning and management system, mainly because the adopted measures may often not attain satisfactory results in terms of the intended water quality standard. The contribution of the proposed model is the definition and automation of a routine calculation that reflect the established criteria for the analysis of progressive goals for water bodies classification. The incorporation of such criteria into a single computational model results in more efficiency for the water quality management system and support the implementation of the water resources planning and management system in Brazil.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma plataforma para o estudo teórico e experimental de dispositivos amplificadores de micro-ondas do tipo válvula de ondas progressivas (TWT). A plataforma é composta por um modelo matemático e uma bancada de testes. O modelo matemático descreve a TWT como uma linha de transmissão acoplada a um feixe eletrônico unidimensional, onde as forças de carga espacial AC e DC são calculadas auto consistentemente, eliminando-se a necessidade de um cálculo separado para o fator de redução de carga espacial. O modelo matemático deu origem a dois códigos para a simulação da TWT. Ambos foram comparados com resultados experimentais e teóricos disponíveis na literatura especializada para uma pré-validação. O nível de concordância entre os presentes resultados e aqueles de referência foi acima de 90%, o que atendeu as expectativas de exatidão do modelo, tendo em vista que nem todos os parâmetros de entrada estavam disponíveis na referência. A bancada de testes construída é composta por uma TWT com banda de operação de 6,0 a 18 GHz e potência saturada máxima em torno de 55 dBm (316 W) em 13 GHz, um circuito de polarização para a mesma e a instrumentação necessária para a realização das medidas pertinentes aos amplificadores de potência. A TWT em questão foi caracterizada segundo seu comportamento mono-sinal e multi-sinal. As curvas de ganho e potência foram obtidas em função da frequência utilizando a voltagem de aceleração do feixe eletrônico e a potência de entrada como parâmetros. As curvas de transferência de potência, de fase e compressão de ganho foram obtidas para frequências escolhidas ao longo da banda, tendo novamente a voltagem de aceleração como parâmetro. Adicionalmente, a produção de produtos de intermodulação de terceira ordem foi caracterizada no ponto de 1 dB de compressão de ganho ao longo da banda analisada. Um teste de linearização por injeção de sinais, que estava previsto no plano de trabalho, não apresentou o desempenho esperado devido a problemas no funcionamento do circuito linearizador. Esses problemas foram analisados e listou-se uma série de passos para saná-los. / This work deals with the development of a platform for theoretical and experimental investigations of microwave amplifiers devices of the type traveling-wave tube (TWT). The platform consists of a mathematical model and a test bench. The mathematical model describes the TWT as a transmission line coupled to a onedimensional electron beam, in which the AC and DC space charge forces are calculated self-consistently, eliminating the need for a separate calculation for the space charge reduction factor. The mathematical model gave rise to two codes for the simulation of TWTs. Both codes were validated against experimental and theoretical results available in the literature. The overall level of agreement between the present results and those from the reference was above 90%, which was considered satisfactory since not all input parameters were available in the reference. The test bench consists of a wideband TWT operating from 6.0 to 18 GHz and maximum saturated power around 55 dBm (316 W) at 13 GHz, a biasing circuit, and the instrumentation needed to perform the relevant measurements to the power amplifier. The TWT in question was characterized according to its mono-signal and multi-signal behavior. The gain and power curves were obtained as a function of the frequency using the beam voltage and the input power as parameters. The curves of power transfer, phase transfer and gain compression were obtained for selected frequencies along the operating band, again, using the beam voltage as a parameter. Furthermore, the production of third-order intermodulation products was measured at the 1 dB gain compression point over the band analyzed. A linearization test applying the signal injection technique, which was part of the initial work plan, presented inadequate performance due to problems in the linearizer circuit operation. These problems were analyzed and a guide to solve them was provided.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma plataforma para o estudo teórico e experimental de dispositivos amplificadores de micro-ondas do tipo válvula de ondas progressivas (TWT). A plataforma é composta por um modelo matemático e uma bancada de testes. O modelo matemático descreve a TWT como uma linha de transmissão acoplada a um feixe eletrônico unidimensional, onde as forças de carga espacial AC e DC são calculadas auto consistentemente, eliminando-se a necessidade de um cálculo separado para o fator de redução de carga espacial. O modelo matemático deu origem a dois códigos para a simulação da TWT. Ambos foram comparados com resultados experimentais e teóricos disponíveis na literatura especializada para uma pré-validação. O nível de concordância entre os presentes resultados e aqueles de referência foi acima de 90%, o que atendeu as expectativas de exatidão do modelo, tendo em vista que nem todos os parâmetros de entrada estavam disponíveis na referência. A bancada de testes construída é composta por uma TWT com banda de operação de 6,0 a 18 GHz e potência saturada máxima em torno de 55 dBm (316 W) em 13 GHz, um circuito de polarização para a mesma e a instrumentação necessária para a realização das medidas pertinentes aos amplificadores de potência. A TWT em questão foi caracterizada segundo seu comportamento mono-sinal e multi-sinal. As curvas de ganho e potência foram obtidas em função da frequência utilizando a voltagem de aceleração do feixe eletrônico e a potência de entrada como parâmetros. As curvas de transferência de potência, de fase e compressão de ganho foram obtidas para frequências escolhidas ao longo da banda, tendo novamente a voltagem de aceleração como parâmetro. Adicionalmente, a produção de produtos de intermodulação de terceira ordem foi caracterizada no ponto de 1 dB de compressão de ganho ao longo da banda analisada. Um teste de linearização por injeção de sinais, que estava previsto no plano de trabalho, não apresentou o desempenho esperado devido a problemas no funcionamento do circuito linearizador. Esses problemas foram analisados e listou-se uma série de passos para saná-los. / This work deals with the development of a platform for theoretical and experimental investigations of microwave amplifiers devices of the type traveling-wave tube (TWT). The platform consists of a mathematical model and a test bench. The mathematical model describes the TWT as a transmission line coupled to a onedimensional electron beam, in which the AC and DC space charge forces are calculated self-consistently, eliminating the need for a separate calculation for the space charge reduction factor. The mathematical model gave rise to two codes for the simulation of TWTs. Both codes were validated against experimental and theoretical results available in the literature. The overall level of agreement between the present results and those from the reference was above 90%, which was considered satisfactory since not all input parameters were available in the reference. The test bench consists of a wideband TWT operating from 6.0 to 18 GHz and maximum saturated power around 55 dBm (316 W) at 13 GHz, a biasing circuit, and the instrumentation needed to perform the relevant measurements to the power amplifier. The TWT in question was characterized according to its mono-signal and multi-signal behavior. The gain and power curves were obtained as a function of the frequency using the beam voltage and the input power as parameters. The curves of power transfer, phase transfer and gain compression were obtained for selected frequencies along the operating band, again, using the beam voltage as a parameter. Furthermore, the production of third-order intermodulation products was measured at the 1 dB gain compression point over the band analyzed. A linearization test applying the signal injection technique, which was part of the initial work plan, presented inadequate performance due to problems in the linearizer circuit operation. These problems were analyzed and a guide to solve them was provided.

Submitted by Mariana Rodrigues Barbosa dos Santos null (mariana.rsb@gmail.com) on 2016-08-03T17:28:29Z No. of bitstreams: 1 Mariana Rodrigues Barbosa dos Santos.pdf: 3047570 bytes, checksum: bd1b89dc57eeef6047e27fce6c4c698d (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-08-05T17:13:55Z (GMT) No. of bitstreams: 1 santos_mrb_me_bauru.pdf: 3047570 bytes, checksum: bd1b89dc57eeef6047e27fce6c4c698d (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-05T17:13:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 santos_mrb_me_bauru.pdf: 3047570 bytes, checksum: bd1b89dc57eeef6047e27fce6c4c698d (MD5) Previous issue date: 2016-06-08 / O problema multiobjetivo de despacho econômico e ambiental envolve a minimização de dois objetivos conflitantes: o custo de geração em uma unidade térmica e a emissão de poluentes. Quando a função objetivo custo de geração inclui os efeitos de pontos de carregamento de válvula, esta torna-se não convexa e, além disso, não diferenciável, pois termos modulares que envolvem a função seno são considerados, impossibilitando que métodos clássicos de otimização sejam diretamente empregados à resolução do problema. Neste trabalho é proposta uma nova metodologia de solução de problemas multiobjetivo que envolve o método de restrições canalizadas progressivas, o método de suavização arco tangente e o método primal-dual previsor-corretor de pontos interiores para a determinação de soluções do problema multiobjetivo de despacho econômico e ambiental. O método de restrições canalizadas progressivas transforma o problema multiobjetivo em um conjunto de subproblemas mono-objetivo, considerando a função custo de geração como função objetivo e a função custo de emissão de poluentes como restrição adicional do problema. O método de suavização arco tangente suaviza os termos modulares da função custo de geração quando são considerados os efeitos de pontos de carregamento de válvula e possibilita a utilização do método primal-dual previsor-corretor de pontos interiores à resolução dos subproblemas mono-objetivo determinados pelo método de restrições canalizadas progressivas. Para a aplicação deste método são consideradas as estratégias de pontos exteriores relacionada à função barreira logarítmica modificada e de correção de inércia, as quais permitem ao método, respectivamente, ser inicializado com pontos exteriores à região viável e determinar uma sequência de pontos que converge para mínimos locais dos subproblemas. A metodologia proposta foi implementada em MATLAB 2011a e aplicada aos problemas testes de despacho econômico e ambiental de três, seis, dez, dezenove e quarenta unidades geradoras. Os resultados obtidos demonstram o bom desempenho desta quando comparados aos resultados da literatura. / The multiobjective problem of economic and environmental order involves the minimization of two conflicting objectives: the cost of generation in a thermal unit and the emission of pollutants. When the generation cost objective function includes the effects of valve loading points, it becomes non-convex, and moreover, not differentiable, as modular terms involving the sine are considered to function, making it impossible classical optimization methods are directly employees to solving the problem. This paper proposes a new multi-objective problem-solving methodology that involves the method of progressive bounded constraints, the arctangent smoothing method and the primal-dual predictor-corrector interior point method for the determination of multi-objective solutions to the problem of economic dispatch and environmental. The method of progressive bounded constraints transforms the multi-objective problem into a set of mono-objective sub-problems, considering the role generation cost as objective function and the cost function of emissions as an additional restriction of the problem. The arctangent smoothing method smoothes modular terms of generation cost function when the valve points load effect are considered and enables the use of the primal-dual method predictor-corrector interior point the resolution of single-purpose subproblems determined by method of progressive bounded constraints. For the application of this method are considered the strategies of external points related to the modified logarithmic barrier function and inertia correction, which allow the method, respectively, be initialized with outside points to the feasible region and determine a sequence of points converging to minimum locations of sub-problems. The proposed methodology was implemented in MATLAB 2011a and applied to economic and environmental problems dispatch tests of three, six, ten, nineteen and forty generating units. The obtained results demonstrated the good performance of this compared to literature results.