Foi estudado o comportamento do As (dopante tipo n) em dois tipos diferentes de substratos de Si: bulk e SIMOX (Separation by IMplanted OXygen). Ambos os substratos receberam uma implantação de 5x1014 cm-2 de As+ com energia de 20 keV. Após as implantações, as amostras foram recozidas por um dos dois processos a seguir: recozimento rápido (RTA, Rapid Thermal Annealing) ou convencional (FA, Furnace Annealing). A caracterização física e elétrica foi feita através do uso de diversas técnicas: SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry), RBS (Rutherford Backscattering Spectrometry), MEIS (Medium Energy Ion Scattering), medidas de resistência de folha, medidas Hall e medidas de perfil de portadores por oxidação anódica. Na comparação entre os substratos SIMOX e Si bulk, os resultados indicaram que o SIMOX se mostrou superior ao Si bulk em todos os aspectos, ou seja, menor concentração de defeitos e menor perda de dopantes para a atmosfera após os recozimentos, maior concentração de portadores e menor resistência de folha. A substitucionalidade do As foi maior no SIMOX após RTA, mas semelhante nos dois substratos após FA. Na comparação entre RTA e FA, o primeiro método se mostrou mais eficiente em todos os aspectos mencionados acima. As explicações para o comportamento observado foram atribuídas à presença de maior concentração de vacâncias no SIMOX do que no Si bulk e à interação destas vacâncias com os dopantes.

Foram estudadas a ativação elétrica e a redistribuição de As (dopante tipo n) implantado em SIMOX (Separation by IMplanted OXygen). Estruturas SIMOX com diferentes espessuras da camada superficial de Si e do óxido enterrado foram usadas. As implantações de As+ foram feitas com a energia de 20 keV e doses de 5x1014cm-2 ou 2x1015cm-2. Um perfil em forma de platô foi implantado em algumas amostras por implantação com tripla energia. Recozimentos térmicos rápidos e convencionais foram aplicados para a ativação dos dopantes e cobertura dos danos de implantação. A caracterização física e elétrica foi feita através de RBS (Rutherford Backscattering Spectrometry), TEM (Transmission Electron Microscopy), MEIS (Medium Energy Ion Scattering) e medidas elétricas por efeito Hall. Os resultados são discutidos considerando a profundidade de amorfização alcançada pela implantação de dopantes e a cobertura dos danos após recozimentos e sua influência na ativação elétrica dos dopantes.As amostras completamente amorfizadas apresentaram maiores valores de resistência de folha e menor percentagem de ativação dos dopantes em comparação com as amostras que não tiveram a completa amorfização do filme de Si. Os resultados mostram claramente a necessidade de evitar a amorfização total do filme de Si em SIMOX durante a implantação iônica, possibilitando a formação de uma boa estrutura cristalina com boas características elétricas após o recozimento. / The re-crystallization and electrical activation of As (n-type dopant) implanted in SIMOX (Separation by IMplanted OXygen) were studied. Two SIMOX structures with different Si overlayers and buried oxide thicknesses were used. The As+ implantations were performed with energy of 20 keV to doses of 5x1014cm-2 or 2x1015cm-2 in both substrates. A plateau-like profile was achieved in an additional set of SOI samples by triple energy implantation. Rapid thermal and conventional furnace annealing were applied for dopant activation and recovery of the implantation damage. The physical and electrical characterizations were done by RBS (Rutherford Backscattering Spectrometry), TEM (Transmission Electron Microscopy), MEIS (Medium Energy Ion Scattering), sheet resistance measurements and Hall Effect measurements. The results are discussed considering the amorphization depth reached by dopant implantation and the crystal recovery process via thermal treatment and the influence in the electrical activation of the dopants. The completely amorphized samples presented higher values of sheet resistance and lower electrical activation percentage compared with the samples that did not have the complete top Si film amorphized. These results clearly show the need for avoiding total amorphization of the Si film during ion implantation in SIMOX, so that it is possible to achieve good crystal and electrical characteristics after thermal processing.

Orientador: Jose Alexandre Diniz / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-21T20:16:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Biasotto_Cleber_D.pdf: 3795677 bytes, checksum: e4e2355f73ec8fb2ad7677cdf17f5daf (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Atualmente para atender à necessidade de fabricação dos sensores, dispositivos eletrônicos e circuitos integrados com dimensões micro e nanométricas, novos processo de custos e de thermal budgets reduzidos são necessários. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de alguns destes novos processos alternativos para aplicação nesta fabricação. O trabalho está dividido em quatro partes: a primeira parte apresenta a obtenção e a caracterização de filmes isolantes de nitreto de silício para aplicação em microsensores, tais como o sensor de pressão. Estes filmes foram obtidos sobre substratos de Si em baixa temperatura (20°C) utilizando-se um reator de plasma do tipo ECRCVD (Electron Cyclotron Resonance - Chemical Vapor Deposition). Normalmente reatores do tipo Low Pressure Chemical Vapor Deposition (LPCVD) ou Plasma Enhanced - CVD (PECVD) em temperaturas maiores que 600ºC e 250ºC, respectivamente, são utilizados para essa aplicação. A caracterização dos plasmas ECR, que foram usados para as deposições dos nitretos, e a fabricação de membranas suspensas com estes filmes são apresentadas. A segunda parte apresenta a fabricação e a caracterização de diodos p+-n fabricados em camada de SiGe crescida por LPCVD sobre substrato de Si. Processo este alternativo em substituição aos executados em reatores epitaxiais de alto custo. Na terceira parte deste trabalho, é apresentado o desenvolvimento de processos em baixa temperatura para aplicação em diodos e tecnologia MOS (Metal-Oxide-Semiconductor). São apresentadas a fabricação e a caracterização elétrica dos capacitores MOS, utilizando as tecnologias ALD (Atomic Layer Deposition) e ICP (Inductively Coupled Plasma) para a obtenção em baixa temperatura dos dielétricos high-k de Al2O3 e SiON de porta MOS, respectivamente. Na quarta parte, são apresentadas também, a fabricação e a caracterização elétrica de diodos n+p utilizando a tecnologia de recozimento a laser. O desenvolvimento de capacitores MOS e diodos possibilitou a fabricação (usando processos em baixa temperatura (?400oC)) de n- e p-MISFETs (Metal- Insulator-Semiconductor Field Effect Transistors), como também a fabricação de um protótipo de transistor MOS de alta velocidade baseado em silício germânio chamado D-DotFET (Disposable Dot Field Effect Transistor). Os processos alternativos desenvolvidos nesta tese apresentam um enorme potencial para aplicação nas próximas gerações de dispositivos CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) de dimensões sub-22 nm / Abstract: Nowadays, to attend the needs of the fabrication of sensors, electronic devices and integrated circuits with dimensions of micro and nanometrics, new processes of reduced costs and thermal budgets are needed. This work presents the development of some of these alternative processes for this fabrication. This work is divided in four parts: the first part presents the synthesis and characterization of insulating films of silicon nitride for application in microsensors, such as pressure sensors. These films were deposited on Si substrates at low temperature (20°C) using an ECR-CVD (Electron Cyclotron Resonance - Chemical Vapor Deposition) plasma reactor. Normally, Low Pressure Chemical Vapor Deposition (LPCVD) or Plasma Enhanced CVD - (PECVD) reactors are used for this application with high temperature process higher than 600oC and 250oC, respectively. The characterization of ECR plasmas, which were used to get the silicon nitrides, and the fabrication of suspended membranes based on these nitrides are presented. The second part presents the fabrication and the characterization of p+-n silicon germanium (SiGe) diodes fabricated on SiGe layers, which were grown by LPCVD on Si substrate. The grown of SiGe layers by LPCVD is an alternative process to replace the high cost of epitaxial reactors. In the third part of this work is presented the development of low-temperature processes for application in diodes and MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) technology. The fabrication at low temperature and electrical characterization of MOS capacitors, using technologies as: ALD (Atomic Layer Deposition) and ICP (Inductively Coupled Plasma) to get the Al2O3 and SiON high-k gate dielectrics of MOS capacitors are presented, respectively. In the four part, the fabrication and electrical characterization of n+-p diodes using the process of laser annealing are presented as well. The development of MOS capacitors and diodes have become feasible the fabrication (using processes at low temperature (? 400oC)) of n- and p-MISFETs (Metal- Insulator -Semiconductor Field Effect Transistors) and also the fabrication of a high speed MOS transistor prototype based on silicon germanium named D-DotFET (Disposable Dot Field Effect Transistor). In conclusion, the alternative processes developed in this thesis have shown to be a huge potential for application in next generations of CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) devices with sub- 22 nm dimensions / Doutorado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Doutor em Engenharia Elétrica

Esta tese apresenta uma nova metodologia para animação de objetos líquidos em imagens. Contrariamente às técnicas existentes, este método é baseado em um modelo físico, o que proporciona efeitos realísticos. A perspectiva da imagem é obtida com a intervenção do usuário, por um esquema simples de calibração da câmera, o qual permite a projeção da camada da imagem a ser animada sobre um plano horizontal no espaço tridimensional. As equações de águas rasas conduzem a simulação e as informações de altura são projetadas de volta ao espaço da imagem utilizando traçado de raios. Além disso, efeitos de refração e iluminação são aplicados durante este estágio, resultando em animações realísticas e convincentes / This work presents a new methodology for animating liquid objects depicted in a still image. In contrast to existing techniques, the proposed method relies on a physical model to accomplish the animation, resulting in realistic effects. Image perspective is handled through a simple user assisted camera calibration scheme which allows one to project the image layers to be animated onto the horizontal plane in the three-dimensional space. Shallow-Water equations drive the simulation and the resulting height field is projected back to the image space via ray-tracing. Refraction and lighting effects are also accomplished during the ray-tracing stage, resulting in realistic and convincing animations

The subject of this study is the determination of the resistance of an inland vessel engaged in cargo transport in the lower course of the Magdalena River, considering that the hydrodynamic effects in shallow water navigation are very different compared to the effects in deep water navigation. The hydrodynamic analysis is realized numerically using Computational Fluid Dynamics (CFD). The Reynolds-Averaging Navier-Stokes equation (RANS) solver is applied to simulate viscous and pressure effects around a tank and a hull in confined tank considering the wall bottom and side effects in shallow water navigation. For turbulence effects, realizable k-? model is used. The motion of the vessel causes elevations of the free surface, in which, is captured using the Volume of Fluid method (VOF). For discretization of flow domain, the Finite Volume Method (FVM) is applied. The motion of the fluids is updated for each time step that allows the calculation of the resistance acting on the hull. The numerical simulation results are compared with experimental data obtained by the Technological Research Institute of the State of São Paulo (IPT, acronym in Portuguese) together with the existing empirical methods for this type of cases. / É apresentado um estudo para determinar a resistência de uma barcaça empregada no transporte de carga que poderia operar no setor baixo do rio Magdalena. Os efeitos hidrodinâmicos de um navio em águas rasas são muito diferentes, comparados a esses efeitos em águas com profundidade infinita. A análise hidrodinâmica é realizada numericamente usando a Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD, acrônimo em inglês). A solução das equações de Navier-Stokes (NS) junto com a decomposição do Reynolds (RANS, acrônimo em inglês) é aplicada para simular os efeitos viscosos e de pressão em torno de um tanque e de uma embarcação em um tanque confinado que é caracterizado pelos efeitos do fundo e das paredes. Para efeitos de turbulência, o modelo realizado k-? é usado. O movimento da embarcação do rio provoca elevações da superfície livre que são capturadas usando o método do Volume de Fluido (VOF, acrônimo em inglês). Para a discretização do domínio de fluxo, o Método dos Volumes Finitos (FVM, acrônimo em inglês) é utilizado. O movimento dos fluidos é atualizado para cada intervalo de tempo o que permite o cálculo da resistência atuando no casco. Os resultados da simulação numérica são comparados com dados experimentais obtidos pelo Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo (IPT), juntamente com os métodos empíricos existentes para esse tipo de casos.

Discute o pós-tratamento de efluente de lagoas facultativas visando à remoção de nitrogênio amoniacal. Para isso, foram utilizadas unidades terciárias em escala piloto. A escolha do tipo de unidades para o pós-tratamento do efluente levou em consideração a questão do baixo custo e simplicidade de operação. Desta forma, para o estudo, fez-se opção por lagoas rasas e filtros percoladores como unidades de pós-tratamento. O objetivo principal do trabalho foi associar as taxas de aplicação superficial e volumétricas com as remoções de nitrogênio amoniacal nessas unidades. Para lagoas em escala piloto, foram adotadas profundidades de 0,5 m e 1,0 m. As lagoas rasas foram submetidas a diferentes taxas de aplicação e TDH. Para os filtros percoladores, foram escolhidos dois materiais diferentes como meio suporte, pedra britada e anel plástico. Os filtros foram submetidos a diferentes condições operacionais. Para os dois tipos de unidades complementares de tratamento, foram verificados os efeitos das condições ambientais sobre as eficiências de remoção. Na lagoa de 0,5 m foram observadas concentrações de nitrogênio amoniacal abaixo de 20 mg-N/L para tempos de detenção de 5 dias e taxas de aplicação superficial de 50 kgDBO/ha.d. Na lagoa de 1,0 m, concentrações de nitrogênio amoniacal abaixo de 20 mg-N/L só foram possíveis com taxas de aplicação de 50 kgDBO/ha.d e TDH de 10 dias. A lagoa de 0,5 m apresentou uma eficiência maior na remoção de nitrogênio amoniacal do que a lagoa de 1,0 m. Os efluentes dos filtros apresentaram concentrações de nitrogênio amoniacal acima de 20 mg-N/L com taxas acima de 0,20 kgDBO/m³.d. Para taxas de aplicação hidráulica acima de 18 m³/m².d e 0,70 kgDBO/m².d houve o encerramento do processo de nitrificação nos filtros. Os valores de pH e as concentrações de NH3 no efluente da lagoa facultativa submeteram os filtros a operar dentro da faixa de inibição da nitratação, devido ao NH3, sendo observadas concentrações significativas de nitrito no seu efluente. Os filtros percoladores não foram adequados como unidades de pós-tratamento de efluente de lagoa. Embora as lagoas rasas não tenham atendido aos aspectos de múltiplas qualidades do efluente, elas foram mais adequadas ao pós-tratamento de efluente de lagoa facultativa do que os filtros percoladores. / This study discusses the post treatment of effluent ponds aiming at removing the ammonia nitrogen. To this end, tertiary units were used in a pilot scale. The choice of units for the post treatment of the effluent took into consideration the issue of low cost and simplicity of operation. Thus, for this study, we chose shallow ponds and trickling filters as post-treatment units. The main objective of this study was to associate the superficial and the volumetric application rates with the removal of ammonia nitrogen of these units. For the ponds on a pilot scale, two depths were adopted: a pond of 0.5 m and another one of 1.0 m depth. The shallow ponds were subjected to different loading rates and HRT. For the trickling filters, two different kinds of materials were chosen as a medium support: crushed stone and plastic ring. The filters were also subjected to different operating conditions. For both types of additional treatment units it was observed the effects of the environmental conditions on the removal efficiencies. In the pond of 0.5 m depth, it was observed concentrations of ammonia nitrogen below 20 mg-N/L for detention times of 5 days and superficial application rates of 50 kgBOD/ha.d. In the pond of 1.0 m depth, concentrations of ammonia nitrogen below 20 mg-N/L were only possible with application rates of 50 kgBOD/ha.d and HRT of 10 days. The 0.5m-depth pond showed a better efficiency in the removal of ammonia nitrogen than then1.0m-depth pond. The filters had concentrations above 20mg-N/L with rates above 0.20 kgBOD/m³.d. For hydraulic application rates above 18m³/m².d and 0.70kgBOD/m².d there was the cessation of the nitrification process in the filters. The pH values and the concentrations of NH3 in the effluent of the facultative pond made the filters operate within the range of inhibition of nitration, due to the NH3, and it was observed significant concentrations of nitrite in the effluent of the filters. The trickling filters were not suitable as units of post-treatment pond effluent. Although the shallow ponds have not met the multiple aspects of quality of the effluent, they were more adequately for facultative pond effluents post-treatment than trickling filters.

Discute o pós-tratamento de efluente de lagoas facultativas visando à remoção de nitrogênio amoniacal. Para isso, foram utilizadas unidades terciárias em escala piloto. A escolha do tipo de unidades para o pós-tratamento do efluente levou em consideração a questão do baixo custo e simplicidade de operação. Desta forma, para o estudo, fez-se opção por lagoas rasas e filtros percoladores como unidades de pós-tratamento. O objetivo principal do trabalho foi associar as taxas de aplicação superficial e volumétricas com as remoções de nitrogênio amoniacal nessas unidades. Para lagoas em escala piloto, foram adotadas profundidades de 0,5 m e 1,0 m. As lagoas rasas foram submetidas a diferentes taxas de aplicação e TDH. Para os filtros percoladores, foram escolhidos dois materiais diferentes como meio suporte, pedra britada e anel plástico. Os filtros foram submetidos a diferentes condições operacionais. Para os dois tipos de unidades complementares de tratamento, foram verificados os efeitos das condições ambientais sobre as eficiências de remoção. Na lagoa de 0,5 m foram observadas concentrações de nitrogênio amoniacal abaixo de 20 mg-N/L para tempos de detenção de 5 dias e taxas de aplicação superficial de 50 kgDBO/ha.d. Na lagoa de 1,0 m, concentrações de nitrogênio amoniacal abaixo de 20 mg-N/L só foram possíveis com taxas de aplicação de 50 kgDBO/ha.d e TDH de 10 dias. A lagoa de 0,5 m apresentou uma eficiência maior na remoção de nitrogênio amoniacal do que a lagoa de 1,0 m. Os efluentes dos filtros apresentaram concentrações de nitrogênio amoniacal acima de 20 mg-N/L com taxas acima de 0,20 kgDBO/m³.d. Para taxas de aplicação hidráulica acima de 18 m³/m².d e 0,70 kgDBO/m².d houve o encerramento do processo de nitrificação nos filtros. Os valores de pH e as concentrações de NH3 no efluente da lagoa facultativa submeteram os filtros a operar dentro da faixa de inibição da nitratação, devido ao NH3, sendo observadas concentrações significativas de nitrito no seu efluente. Os filtros percoladores não foram adequados como unidades de pós-tratamento de efluente de lagoa. Embora as lagoas rasas não tenham atendido aos aspectos de múltiplas qualidades do efluente, elas foram mais adequadas ao pós-tratamento de efluente de lagoa facultativa do que os filtros percoladores. / This study discusses the post treatment of effluent ponds aiming at removing the ammonia nitrogen. To this end, tertiary units were used in a pilot scale. The choice of units for the post treatment of the effluent took into consideration the issue of low cost and simplicity of operation. Thus, for this study, we chose shallow ponds and trickling filters as post-treatment units. The main objective of this study was to associate the superficial and the volumetric application rates with the removal of ammonia nitrogen of these units. For the ponds on a pilot scale, two depths were adopted: a pond of 0.5 m and another one of 1.0 m depth. The shallow ponds were subjected to different loading rates and HRT. For the trickling filters, two different kinds of materials were chosen as a medium support: crushed stone and plastic ring. The filters were also subjected to different operating conditions. For both types of additional treatment units it was observed the effects of the environmental conditions on the removal efficiencies. In the pond of 0.5 m depth, it was observed concentrations of ammonia nitrogen below 20 mg-N/L for detention times of 5 days and superficial application rates of 50 kgBOD/ha.d. In the pond of 1.0 m depth, concentrations of ammonia nitrogen below 20 mg-N/L were only possible with application rates of 50 kgBOD/ha.d and HRT of 10 days. The 0.5m-depth pond showed a better efficiency in the removal of ammonia nitrogen than then1.0m-depth pond. The filters had concentrations above 20mg-N/L with rates above 0.20 kgBOD/m³.d. For hydraulic application rates above 18m³/m².d and 0.70kgBOD/m².d there was the cessation of the nitrification process in the filters. The pH values and the concentrations of NH3 in the effluent of the facultative pond made the filters operate within the range of inhibition of nitration, due to the NH3, and it was observed significant concentrations of nitrite in the effluent of the filters. The trickling filters were not suitable as units of post-treatment pond effluent. Although the shallow ponds have not met the multiple aspects of quality of the effluent, they were more adequately for facultative pond effluents post-treatment than trickling filters.

Esta dissertação tem por objetivo a implementação de um código para simular problemas hidrodinâmicos, bem como a possibilidade de controlar as elevações de onda resultantes numa determinada região por meio de uma vazão ótima controlada dentro do sistema estudado. O algoritmo implementado é baseado nas equações de águas rasas, as quais são aplicáveis em situações onde a altura d’água é de ordem muito menor do que as dimensões do sistema, que é discretizado espacial e temporalmente pelo Método dos Elementos Finitos e pelo método CBS (Characteristic Based-Split), respectivamente. O método de controle consiste na busca de uma curva de vazão de controle ótima que minimize a função objetivo, a qual compara os valores de altura d’água que se deseja encontrar em uma região especificada com os calculados pela simulação numérica. Para isso, utiliza-se um algoritmo evolutivo SCE-UA (Shuffled Complex Evolution – University of Arizona), que busca otimizar parâmetros de geração das curvas de vazão de controle, podendo estas serem modeladas por NURBS (Non- Uniform Rational B-Splines), que são capazes de encontrar a solução ótima, ou modeladas com curvas de forma triangular (linear) ou parabólica (quadrática) que apresentam uma solução aproximada de fácil implementação. Por fim, várias aplicações são realizadas, tanto para a simples simulação, quanto para o controle de problemas hidrodinâmicos, a fim de validar os algoritmos desenvolvidos e os resultados obtidos mostraram que os objetivos foram alcançados, encontrando uma forma eficiente de se fazer o controle de enchentes. / Implementation of a computational code for the numerical simulation of hydrodynamic problems as well as the ability to control the resulting wave elevations in a specific area, using an optimal flow controlled within the studied system are the aims of this work. The implemented algorithm is based on the shallow waters equations, which are applicable in situations where the water height is much smaller than the system dimensions, and are spatial and temporally discretized by the Finite Element Method and the CBS method (Caractheristic Based-Split), respectively. The control method consists in finding an optimal control flow curve that minimizes the objective function, which compares the objective value of water elevations in a specified region with those calculated by numerical simulation. An evolutionary algorithm called SCE-UA (Shuffled Complex Evolution - University of Arizona), which looks for optimize parameters of control flow curves generation, is used. These curves may be modeled by NURBS (Non-Uniform Rational B-Splines) which are able to find the optimal solution, or by curves of triangular (linear) or parabolic quadratic forms, which are an approximate solution easy to implement. Finally, several applications are performed for both simulation and control of hydrodynamic problems in order to validate the developed algorithms, and the results showed that the aims of this work were reached, finding an efficient way to control floods.

Esta dissertação tem por objetivo a implementação de um código para simular problemas hidrodinâmicos, bem como a possibilidade de controlar as elevações de onda resultantes numa determinada região por meio de uma vazão ótima controlada dentro do sistema estudado. O algoritmo implementado é baseado nas equações de águas rasas, as quais são aplicáveis em situações onde a altura d’água é de ordem muito menor do que as dimensões do sistema, que é discretizado espacial e temporalmente pelo Método dos Elementos Finitos e pelo método CBS (Characteristic Based-Split), respectivamente. O método de controle consiste na busca de uma curva de vazão de controle ótima que minimize a função objetivo, a qual compara os valores de altura d’água que se deseja encontrar em uma região especificada com os calculados pela simulação numérica. Para isso, utiliza-se um algoritmo evolutivo SCE-UA (Shuffled Complex Evolution – University of Arizona), que busca otimizar parâmetros de geração das curvas de vazão de controle, podendo estas serem modeladas por NURBS (Non- Uniform Rational B-Splines), que são capazes de encontrar a solução ótima, ou modeladas com curvas de forma triangular (linear) ou parabólica (quadrática) que apresentam uma solução aproximada de fácil implementação. Por fim, várias aplicações são realizadas, tanto para a simples simulação, quanto para o controle de problemas hidrodinâmicos, a fim de validar os algoritmos desenvolvidos e os resultados obtidos mostraram que os objetivos foram alcançados, encontrando uma forma eficiente de se fazer o controle de enchentes. / Implementation of a computational code for the numerical simulation of hydrodynamic problems as well as the ability to control the resulting wave elevations in a specific area, using an optimal flow controlled within the studied system are the aims of this work. The implemented algorithm is based on the shallow waters equations, which are applicable in situations where the water height is much smaller than the system dimensions, and are spatial and temporally discretized by the Finite Element Method and the CBS method (Caractheristic Based-Split), respectively. The control method consists in finding an optimal control flow curve that minimizes the objective function, which compares the objective value of water elevations in a specified region with those calculated by numerical simulation. An evolutionary algorithm called SCE-UA (Shuffled Complex Evolution - University of Arizona), which looks for optimize parameters of control flow curves generation, is used. These curves may be modeled by NURBS (Non-Uniform Rational B-Splines) which are able to find the optimal solution, or by curves of triangular (linear) or parabolic quadratic forms, which are an approximate solution easy to implement. Finally, several applications are performed for both simulation and control of hydrodynamic problems in order to validate the developed algorithms, and the results showed that the aims of this work were reached, finding an efficient way to control floods.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:29:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseLFF.pdf: 1064962 bytes, checksum: 2197d0af382fa16fe6aae3cb9dd51298 (MD5) Previous issue date: 2004-04-15 / Financiadora de Estudos e Projetos / The present work investigated the ichthyofauna in the shallow waters of the Paranaguá Bay estuarine complex, Paraná state, Brazil, considering eight sample sites along the north-south axis. The analyses of the physical and the chemical data series of the water and the biological data monthly obtained, taking in account the sediment data series seasonally determined in each site, making possible the environmental characterization and the quali-quantitative assessment of the local ichthyofauna. The hydrological parameter values reflecting an environmental gradient defined by the increasing from the north to the south region of the estuary. The northern sample sites were characterized by higher continental water influence, lower hydrodynamic and higher fine granules amount in the sediment. The biological data analyses of the ichthyofauna in the studied area showed that the complete life cycles of some species take place in this area, emphasized by the relevant occurrence frequencies of juvenile and adult specimens. In the meantime, the highest values of the hydrological parameters were registered on the southern sample sites of the estuary, showing the influence of the marine salt water and characterized by the higher hydrodynamic forces reflected by the high amount of thick granules in the sediment. The ichthyofauna is mainly represented by juvenile fish of marine species that utilize the estuary in some periods of the year and by sporadic marine species. The shallow water ichthyofauna of the Paranaguá Bay estuarine complex is composed by 96 species with predominance of occasional species in comparison to the constant ones, indicating a dynamic environment. The quantitative data analyses of the ichthyofauna showed seasonal differences as in the species composition as in the catch proportion, resulting in a seasonal characterization of the specific richness, of the species diversity, of the eveness and of the similarity indices. The results of the present study emphasize the spatial-temporal heterogeneity of the environment, taking in account its characteristics and the ichthyofauna composition, revealing that the shallow waters of Paranaguá Bay estuarine complex constitute a highly dynamic environment. / O presente estudo investigou a ictiofauna de áreas rasas no eixo norte-sul do complexo estuarino Baía de Paranaguá-PR considerando oito pontos amostrais no período de maio de 2000 a abril de 2001. Através de coletas mensais dos parâmetros físicos e químicos da água e de material biológico e de coletas sazonais de sedimento em cada área, foi possível caracterizar o ambiente e analisar a ictiofauna. Os parâmetros hidrológicos, avaliados nas áreas rasas, mostram variação espaço-temporal e definem um gradiente ambiental que aumenta da região norte para a região sul estuarina. Os pontos localizados ao norte do estuário caracterizam-se pela maior influência das águas continentais, com baixa hidrodinâmica e maior quantidade de grânulos finos no sedimento quando comparados à região sul do ambiente estuarino. A composição ictiofaunística do norte do estuário evidencia espécies que desenvolvem todo o ciclo de vida nestas áreas mostrando proporções relevantes de indivíduos jovens e adultos. O sul estuarino compreende os pontos que mostraram os maiores valores dos parâmetros hidrológicos analisados, sendo influenciados pelas águas marinhas e apresentando as maiores hidrodinâmicas, determinadas pela alta freqüência de grânulos grossos no sedimento. A ictiofauna é representada predominantemente por indivíduos jovens de espécies marinhas que utilizam o estuário em determinados períodos do ano e de espécies marinhas que visitam este ecossistema de forma esporádica. A ictiofauna das áreas rasas é constituída por 96 espécies, contendo um predomínio de espécies ocasionais sobre as constantes, sugerindo um ambiente dinâmico. As análises quantitativas da ictiofauna mostraram diferenças sazonais na composição de espécies e na proporção de captura, refletindo na sazonalidade da riqueza específica, da diversidade, da equitabilidade e da similaridade. Os resultados obtidos neste trabalho ressaltam a heterogeneidade espaço-temporal, tanto em relação às características ambientais quanto à composição ictiofaunística, revelando serem as áreas rasas estuarinas do complexo estuarino Baía de Paranaguá ambientes altamente dinâmicos.