[pt] O Brasil tem mostrado bons resultados em suas atividades agropecuárias que vem sendo justificado por suas condições naturais propícias e ao advento da tecnologia agrícola. O agronegócio no Brasil já representa, aproximadamente, 33 por cento do Produto Interno Bruto do país (MAPA, 2007) e em se tratando da soja, o Brasil é o segundo maior produtor de soja do mundo, com 6,77 por cento das exportações totais do país (CONAB, 2007). Dentro do contexto de agronegócios, a atividade produtora da soja está sujeita a diversos riscos e incertezas como: condições climáticas, ciclo produtivo, produto altamente perecível e pragas, além das condições econômicas de mercado que influenciam diretamente no preço dessa commodity. Na tentativa de minimizar as incertezas e os riscos inerentes dessa atividade produtora é comum encontramos operações de hedge, como os contratos futuros ou a termo, associado às atividades de agronegócio. A lógica desses mecanismos de hedge consiste na proteção contra as possíveis variações no preço dos ativos até uma data definida. O bom funcionamento dessas operações depende de um aparato jurídico e metodológico confiável. Um aparato jurídico que possa garantir a liquidez da mercadoria dentro de padrões previamente definidos em contratos, e uma metodologia adequada que conduza, principalmente, a um preço confiável da commodity no futuro. Deste modo, o objetivo principal deste trabalho é analisar, a partir de uma série histórica, o comportamento dos preços da soja no mercado brasileiro e testar sua aderência ao processo de reversão à média com saltos, bem como testar os efeitos ARCH e GARCH na volatilidade deste processo. / [en] Brazil has shown good results in their agricultural activities, which is justified by its favorable natural conditions and the advent of agricultural technology. The agribusiness in Brazil already represents approximately 33 percent of Gross Domestic Product of the country (MAPA, 2007) and in the case of soybeans, Brazil is the second largest soybean producer in the world, with 6.77 percent of total exports of country (CONAB, 2007). Within the context of agribusiness, the activity of soybean production is subject to various risks and uncertainties such as climatic conditions, production cycle, product highly perishable and pests, and economic conditions of the market, which directly influence the price of that commodity. In an attempt to minimize the uncertainties and risks inherent in producing such activity is common to find hedging transactions such as futures contracts or term associated with the activities of agribusiness. The logic of these mechanisms is the hedge of protection against possible changes in the price of assets by a date set. The functioning of these operations depends on a reliable legal and methodological apparatus. A legal apparatus that can ensure the liquidity of the goods within predefined standards in contracts, and an appropriate methodology that will lead, especially at a price reliable commodity in the future. The purpose of this study is to analyze, from a historical series, the behavior of the prices of soybean in the Brazilian market, and test their adherence to the process of reversion to the mean with jumps as well as test the ARCH and GARCH effects in volatility of this process.

[pt] Devido à crescente utilização de fontes alternativas de energia, as do tipo renováveis têm se mostrado cada vez mais atraentes e viáveis. O etanol, oriundo da cana-de-açúcar, é considerado um combustível promissor e uma alternativa menos poluente que o petróleo nos dias de hoje. Além disso, o volume de produção de etanol no Brasil também tem crescido de forma consistente. Tendo em vista aos fatores supracitados, o estudo de quando a indústria maximiza lucros com a produção de etanol ou açúcar se faz importante.A escolha do modelo estocástico pode influenciar de forma determinante o valor da opção real avaliada. Sendo assim, na presente dissertação propõe-se modelar opções de conversão de acordo com o Movimento de Reversão à Média com saltos de Poisson. Será analisado o caso açúcar/etanol, ou melhor, quando será mais eficiente produzir açúcar (commodity alimentícia) ou etanol (commodity energética).Foi escolhido o Movimento de Reversão à Média com saltos de Poisson, pois apesar de os preços de commodities serem relativamente bem modelados pelo Movimento de Reversão à Média, o etanol e o açúcar sofrem variações bruscas em intervalos curtos de tempo. Essas variações se devem a agentes externos, tais como preço de petróleo e ações governamentais. Dependendo dos preços relativos de etanol e açúcar, há a possibilidade de alteração do mix de produção através da opção de conversão. Através da modelagem de opções citadas, e utilizando a simulação de Monte Carlo, esta dissertação determina o valor das opções disponíveis à indústria. / [en] Due to the increasing employment of alternative sources of energy, renewable type has been proved more and more attractive and viable. Ethanol, derived from sugar cane, in the present days is being considered a promising fuel and also a less polluting alternative to oil. In addition, the volume of ethanol production in Brazil has grown consistently. Given the above mentioned factors, the study of the moment when the industry maximizes profits from the production of ethanol or sugar becomes relevant. The choice of the stochastic model may have greater influence on the assessed value of real option. Thus, in this paper, we propose to model switch options in accordance with the Mean Reversion Process with Poisson jumps. Sugar/ethanol case will be analyzed, or rather, when it will be more efficient to produce sugar (food commodity) or ethanol (energy commodity). The Mean Reversion Process with Poisson jumps has been chosen, despite of commodity prices being relatively well modeled by the Mean Reversion Process, because ethanol and sugar suffer abrupt changes in short intervals. These variations are due to external agents, such as oil price and government actions. Depending on the relative prices of ethanol and sugar, there is a possibility of changing the mix of production through the switch option. Through modeling above mentioned options, and using the Monte Carlo simulation, this paper determines the value of the options available to the industry.

[pt] O presente trabalho tem como objetivo final a verificação da aplicabilidade da Teoria das Opções Reais (TOR) em investimentos de papel e celulose, considerando o Movimento de Reversão à Média (MRM) nos fatores de risco, dado um modelo de gerenciamento de curto prazo, no âmbito de um estudo de caso da Fibria Celulose S.A. para o setor de papel e celulose no Brasil. Nesta dissertação, testa-se a aderência da série histórica de preços da celulose de fibra curta da Fibria, no período entre 2003 e 2013, a um modelo estocástico de reversão à média, sendo este modelo validado para o presente estudo. Uma vez o modelo validado, determinam-se os parâmetros para realização de cálculos e análises fundamentais para se chegar aos objetivos intermediários, etapa preliminar aos resultados do objetivo final. Dentre os cálculos e análises citados, ressaltam-se: determinação dos VPLs dinâmicos e os valores das Opções Reais europeias sequenciais para a Simulação de Monte Carlo com Processo Neutro ao Risco; construção e análise da Árvore Binomial com Processo Neutro ao Risco; construção e análise das Regiões de Gatilho para preços e lucros marginais em um Processo Real; comparação das Regiões de Gatilho com as determinadas pelas Árvores Binomiais. Assim, com tais análises, confirma-se, nesta dissertação, a aplicabilidade da Teoria das Opções Reais na Análise de Investimento no setor celulósico-papeleiro. / [en] The present work has the ultimate purpose of verifying the applicability of the Real Options Theory in the pulp and paper investment, considering the Mean Reversion Movement in the risk factors, given a short-term management model, within a study of Fibria Celulose S.A. for the pulp and paper industry in Brazil. This dissertation tests the adherence of Fibria s short fiber pulp historical price series, between 2003 and 2013 to a stochastic mean reversion model, being this model validated in the present study. Once the model is validated, the parameters for calculations and fundamental analyzes are determined to reach intermediate goals, preliminary step to the results of the final goal. Among the cited calculations and analyzes, it is emphasized: determination of dynamic NPVs and values of the sequential European Real Options for the Monte Carlo Simulation with Risk Neutral Process; construction and analysis of the Binomial Tree with Risk Neutral Process; construction and analysis of the Trigger Regions for prices and marginal profits in a Real Case; Comparison between Trigger Regions and those determined by the Binomial Trees. So with such analyzes, it is confirmed, in this work, the applicability of the Real Option Theory on Investment Analysis in pulp and paper industry.

[pt] Em alguns casos pode ser útil para a empresa dividir um projeto em várias subunidades independentes. Esta divisão pode ocorrer, por exemplo, em grandes projetos nos quais são identificados partes integrantes ou módulos com diferentes riscos, retornos, matérias primas, produtos, atividades e mercados. Por outro lado, na avaliação de projetos, a consideração de opções reais de adiar o investimento, investir em informação e parar temporariamente a produção é uma sofisticada e amplificada abordagem, quando comparada com o método tradicional do Valor Presente Líquido (VPL). Desta forma, o objetivo deste trabalho é apresentar os fatores econômicos de risco de um projeto dividido em várias subunidades independentes identificados como relevantes na análise da distribuição probabilística do VPL; o processo estocástico usado para simular cada um destes fatores; a distribuição probabilística deste VPL utilizando a metodologia de opções reais de adiar o investimento, investir em informação e parar temporariamente a produção, além do valor isolado e conjunto (múltiplo) destas opções para o projeto. Com esses dados, pode-se apresentar uma metodologia para achar a combinação temporal ótima para o início dos investimentos em cada uma das subunidades que constituem este tipo de projeto, aquela em que o valor do VPL deste empreendimento é maximizado. Entre outras contribuições importantes deste trabalho para a análise de risco de projetos, apresentou-se também uma modelagem inédita para a geração de cenários estocásticos apropriados para modelar a incerteza no valor do investimento, um dos principais fatores de risco em projetos. / [en] In some cases it may be advantageous for the company to divide a project into several independent subunits. This can occur, for example, on large projects, in which are identified modules with different risks, returns, raw materials, products, activities and markets. On the other hand, in the assessment of projects, the consideration of real options to postpone investment, invest in information and stop production temporarily is a sophisticated approach compared with the traditional Net Present Value (NPV). Thus, the objective of this work is to present the economic risk factors of a project divided into several independent subunits identified as relevant in the analysis of the probability distribution of NPV; the stochastic process used to simulate each of these factors; the probability distribution of NPV using the methodology of real options to postpone investment, invest in information and temporarily stop production, besides the isolated and multiple value of these options. By making use of these data, we can present a methodology for finding the optimal time combination for the investement in each of the subunits, the one in which the value of the NPV of this project is maximized. Another specific contribution of this work, refers to the generation of appropriate stochastic scenarios to model the uncertainty in the value of investment, one of the main risk factors in projects.

[pt] A busca por fontes energéticas alternativas tornou-se questão crucial para o desenvolvimento econômico mundial, sendo a biomassa uma alternativa a ser considerada. Neste estudo analisamos o caso de uma indústria de chapas de fibras de madeira, na qual cavacos de madeira podem ser utilizados tanto como matéria prima quanto como combustível para geração de energia térmica. Neste segmento, durante o processo produtivo são gerados grandes volumes de resíduos florestais que podem ser usados como combustível. O objetivo do presente trabalho é determinar a viabilidade econômico-financeira de se instalar um processo de cogeração de energia tendo como combustíveis resíduos florestais e gás natural. Assumimos que os gestores possuem duas alternativas: usar os resíduos e gás na geração de energia, liberando os cavacos para produção de MDF e HDF ou empregar os resíduos florestais, gás natural e cavacos de madeira como combustível, comercializando o excedente de energia no mercado de curto prazo. A avaliação financeira foi baseada na Teoria das Opções Reais considerando a flexibilidade gerencial de selecionar otimamente o destino final dos cavacos de madeira (chapa de madeira ou energia) ao longo do tempo. Uma importante inovação do trabalho consiste na incorporação de fatores de sazonalidade na volatilidade do preço de energia, adaptando o processo estocástico as especificidades do mercado brasileiro. Foi considerada como incerteza o preço da energia (PLD) e adotou-se como base o Modelo Geométrico de Reversão a Média com Saltos de Clewlow, Strickland e Kaminski (2000). Os resultados indicam que a opção de comercializar o excedente de energia não é viável financeiramente e em média não agrega valor ao projeto. / [en] The search for alternative energy sources has become critical issue for the economic development of the world, and biomass is an alternative to be considered. In this study we analyze the case of a producer of wood fiber boards, in which wood chips may be either used as raw material for the wood boards or as fuel to generate energy. In this segment, the production process generates large volumes of forest residues that can be used as fuel. The objective of this study is to determine the economic feasibility of installing a cogeneration energy process fueled with forest residues and natural gas. We assume that managers have two alternatives: use residues and gas for heat energy generation, releasing the wood chips for the production of MDF and HDF, or use forest residues, gas and wood chips as fuel, selling the surplus energy in the short term market. The valuation was based on the Real Options Theory considering the managerial flexibility to select the optimal final destination of the wood chips (fiber board or energy) along time. One of the innovations of this work is the incorporation of seasonal factors in the energy price volatility, adapting the stochastic process to the specificities of the Brazilian market. The main uncertainty, energy price (PLD), was based on the Mean Reversion Model with Jumps of Clewlow, Strickland and Kaminski (2000). The results indicate that the option to sell the surplus power is not financially viable and on average adds no value to the project.

[pt] Sinais ultrassônicos são amplamente utilizados na indústria para detecção de defeitos e caracterização de materiais. Neste âmbito, o método de focalização total (TFM) é comumente aplicado no pós-processamento dos dados ultrassônicos. Estes dados são adquiridos por transdutores multielementos do tipo phased array pela técnica de Captura de Matriz Completa (FMC). Embora a técnica FMC-TFM seja amplamente empregada, a energia da onda transmitida ao material é limitada pela utilização de um único elemento do transdutor, podendo fornecer uma baixa relação sinal-ruído (SNR) na imagem reconstruída. Para superar essa limitação e melhorar a qualidade das imagens TFM, propõese neste trabalho o uso da técnica Fontes Virtuais combinada com dois métodos diferentes de melhoria do SNR: Decomposição do Operador de Reversão Temporal (DORT) e Correlação Espacial de Sub-abertura (SASACI). Neste último, foram ainda propostas alterações para tornar a abordagem original mais robusta. Ambas as propostas de combinação foram aplicadas e avaliadas para melhorar as imagens de caracterização de múltiplos defeitos. Tais propostas foram avaliadas por meio de simulações e experimentos. As simulações consideraram um modelo de elementos finitos de um bloco de aço contendo quatro furos simulando defeitos volumétricos no material. Vários níveis de ruído foram adicionados aos sinais simulados para se avaliar o desempenho das combinações propostas em um ambiente com alto nível de ruído não-correlacionado. As combinações propostas nos dados de FMC simulados mostraram que o uso da técnica Fontes Virtuais combinada com a técnica DORT foi capaz de aumentar o SNR em 21.5 dB, enquanto a combinação de Fontes Virtuais com o SASACI foi capaz de aumentar o SNR em 76.2 dB. Este último resultado está 16.3 dB acima da soma dos ganhos individuais de cada técnica, enquanto o primeiro está 7.4 dB acima. Isso indica um efeito sinérgico no aumento da qualidade da imagem para ambas as combinações. Além disso, o uso das Fontes Virtuais mostrou-se capaz de melhorar a imagem reconstruída, onde inicialmente não é possível distinguir o ruído do sinal de interesse. A avaliação experimental foi realizada sobre o bloco de aço de quatro furos com as mesmas propriedades do bloco simulado. Ao contrário da simulação, os dados coletados não estão sujeitos à altos níveis de ruído não-correlacionado. Portanto, em ambas as combinações, o emprego da técnica Fontes Virtuais não resultaram em ganhos significativamente superiores aos ganhos individuais de cada técnica. Os métodos DORT e SASACI sem Fontes Virtuais aumentaram o SNR em 7.5 dB e 75.0 dB, respectivamente, enquanto que, com o seu uso, esse aumento foi de 9.2 dB e 74.1 dB. Os resultados do SASACI, quando comparados ao DORT, se mostraram evidentemente superiores tanto na simulação quanto na avaliação experimental. Ambos os métodos proporcionaram melhoria da qualidade de imagens TFM e, portanto, promissores para serem aplicados em ensaios não destrutivos. / [en] Ultrasonic signals are widely utilized in the industry for detecting defects and material characterization. In this context, the Total Focusing Method (TFM) is commonly applied for post-processing of ultrasonic data. Those are acquired by phased array transducers through the Full Matrix Capture (FMC) technique. Although the FMC-TFM technique is widely employed, the energy of the wave transmitted to the material is limited by the utilization of a single element of the transducer, which can provide a low Signal-Noise Ratio (SNR) of the reconstructed image. To circumvent this limitation and enhance TFM image quality, this work proposes the use of the Virtual Sources technique combined with two different methods for SNR improvement: Decomposition of the Time Reversal Operator (DORT) and Spatially Averaged Sub-Aperture Correlation Imaging (SASACI). In the latter, we also propose modifications to make the original approach more robust. Both combinations were implemented, applied and evaluated for the enhancement of images for characterization of multiple defects. These proposals were all assessed through simulations and experiments. The simulations considered a finite element model of a steel block containing four holes emulating volumetric defects on the material. Several noise levels were added to the simulated signals aiming for performance assessment in an environment with high levels of non-correlated noise. The proposed combinations in the simulated FMC data showed that the utilization of the Virtual Sources technique combined with DORT increased the SNR up to 21.5 dB, while the combination of Virtual Sources with SASACI was capable of increasing SNR up to 76.2 dB. The second combination is 16.3 dB above the sum of the individual gains for each technique applied separately, while the first combination is 7.4 dB above. This implies a synergistic effect in the improvement of image quality for both proposed combinations. Moreover, the utilization of the Virtual Sources technique was capable of enhancing the reconstructed image, where it is not possible to initially distinguish the noise of the signal of interest. The experimental evaluation was realized on the four-hole steel block with the same properties of the simulated block. Unlike the simulation, the collected data were not subjected to high levels of noncorrelated noise. Thus, for both combinations, the utilization of the Virtual Sources technique did not result in significantly superior gains when compared to the individual gains obtained from each technique individually applied. The use of DORT and SASACI without Virtual Sources caused an SNR increase of 7.5 dB and 75.0 dB, respectively, while this increase was of 9.2 dB and 74.1 dB when the Virtual Sources was used in combination. The results obtained from SASACI, when compared to DORT, were evidently superior for both simulation and experimental evaluation. Both methods showed potential for improvement of TFM image quality, and thus, are promising for application in nondestructive evaluation.

[pt] A formação do portfólio de uma empresa de Petróleo envolve complexas decisões devido ao ambiente de incertezas e é de extrema importância na definição do futuro estratégico da empresa. Recentemente, a otimização de um portfólio de ativos de exploração e produção de petróleo vem sendo amplamente tratada na literatura, entretanto observa-se uma escassez de trabalhos que consideram a otimização do portfólio de refino. Este trabalho tem por objetivo propor um modelo de formação de portfólio para empresas do setor de óleo e gás, que possuem atividades tanto no segmento de exploração e produção (upstream) quanto no segmento de refino (downstream), levando em conta a integração entre ambos. Assim como nos modelos tradicionais, os preços do barril de petróleo e a produtividade dos campos serão tratadas como incertezas. O modelo proposto utilizará técnicas de programação estocástica com aversão a risco, medido pelo CVaR (Conditional Value-at-Risk). A fim de validar a metodologia proposta, um estudo de caso baseado em uma empresa de óleo e gás será apresentado. A aplicação numérica indicou que o modelo que otimiza o portfólio conjunto de upstream e downstream apresenta resultado da função objetivo até 28 por cento superior ao modelo usualmente tratado na literatura que trata apenas do portfólio de upstream. / [en] The portfolio allocation of an Oil and Gas company involves complex decisions within an uncertain environment and is extremely important in defining the firm s economical and financial future behavior. Recently, the portfolio selection problem for oil exploration and production (E&P) projects has been widely treated in the literature, however, few studies consider the optimization of the combined upstream and downstream portfolio. The purpose of this work is to propose a portfolio selection model for oil and gas companies, which operates both in exploration and production (upstream) and in refining (downstream), considering the integration between them. Crude oil prices and fields performance are the main uncertainties of the problem. The proposed model makes use of risk aversion stochastic programming techniques, measured by CVaR (conditional value at risk). To validate the proposed methodology a case study based on an Oil Company will be presented. The numerical application indicates that the model considering both upstream and downstream portfolio presents objective function results 28 percent higher than the model usually used in the literature that only optimizes the upstream portfolio.

[pt] Esta tese é composta por dois capítulos. O primeiro capítulo mostra que a presença de efeitos lead-lag no mercado de ações dos EUA é um fenômeno mais amplo do que previamente reportado pela literatura e está associado à existência de momentum de fatores de um dia. Os efeitos lead-lag estão presentes na frequência diária, sempre que as ações são expostas ao mesmo fator de risco, difundidas por quase 100 fatores. Este fenômeno não é explicado pelo efeito por indústria, reportado previamente pela literatura, efeitos de firmas de baixo valor de mercado reagindo a firmas com maior valor de mercado, assim como outros efeitos de lead-lag. O momentum de fatores de um dia está diretamente relacionado à existência de autocovariância cruzada entre ações expostas aos mesmos fatores de risco e está presente tanto na seção transversal quanto na série temporal. O momentum do fator de um dia é rentável mesmo após os custos de negociação e não apresenta quedas bruscas como outras estratégias de momentum. O momentum do fator de um mês é absorvido pelo momentum do fator de um dia, apresentando alfa negativo. A relevância do efeito do primeiro dia é confirmada com técnicas de machine learning. As reversões de curto prazo em ações também se tornam mais fortes depois de controlarmos para esse efeito de autocovariância cruzada que vem pelo componente de fatores. O segundo capítulo mostra como o momentum de fatores impacta o desempenho das estratégias de reversão de curto prazo em ações nos Estados Unidos. Benefícios significativos no desempenho podem ser alcançados se os efeitos do momento do fator forem considerados na construção de estratégias de reversão. As estratégias tradicionais de reversão de curto prazo em ações padrão têm uma exposição negativa ao momentum de fatores, uma vez que vendem as ações vencedoras de curto prazo que, em média, estão mais expostas aos fatores vencedores de curto prazo e compram ações perdedoras de curto prazo que, em média, estão mais expostas aos fatores perdedores de curto prazo. A melhor maneira de neutralizar esse efeito que prejudica a rentabilidade da reversão de curto prazo é proteger simultaneamente as exposições das ações a um conjunto elevado de fatores de risco. Por exemplo, o hedge feito apenas para os 3 fatores Fama-French não elimina completamente a exposição ao momentum de fatores. Classificar ações pelo usando o resíduo dos retornos não é tão eficiente quanto classificar nos retornos totais, pois tal estratégia não neutraliza completamente a exposição negativa ao momentum do fator. Propomos uma estratégia de reversão totalmente hedgeada que, diferentemente das estratégias convencionais de reversão de curto prazo, é lucrativa após os custos de transação, que não apresenta quedas bruscas como outras estratégias de momentum tradicional, que tem índice de Sharpe 2,5 vezes maior do que as estratégias de reversão convencionais e que é lucrativa mesmo se for restrita a apenas a ações com alto valor de mercado. / [en] This thesis is composed by two chapters. The first chapter shows that the presence of lead-lag effects in the US equity market is a broader phenomenon than previously found in the literature and is associated with the existence of a strong one-day factor momentum. Lead-lag effects are present whenever stocks are exposed to the same common risk factor, holding for almost 100 factors on a daily frequency. This phenomenon is not explained by the previously reported industry, large-cap to small-cap and other lead-lag effects. One-day factor momentum is directly related to the existence of factor-based stock cross-autocovariance and is present both in the cross-section and the time series. One-day factor momentum is profitable after trading costs and does not present crashes. One-month factor momentum is subsumed by one-day factor momentum with negative alpha in spanning tests. The relevance of the one-day effect is confirmed with machine learning techniques. Short-term reversals in stocks also become stronger after we control for this factor-based cross-autocovariance pattern. The second chapter shows how factor momentum impacts the performance of standard short-term single-equity reversal strategies in the US equity market. Significant benefits in performance can be achieved if the effects of factor momentum is considered in the construction of reversal strategies. Standard short-term reversal strategies have a negative exposure to factor momentum since they sell winner stocks that on average are more exposed to the winner factors and buy loser stocks that on average are more exposed to loser factors. The best way to neutralize this effect that drags down short-term reversal performance is to hedge stocks exposures simultaneously to a very large set of factors. For instance, hedging only with the 3 Fama-French factors does not eliminate the exposure to factor momentum. Sorting stocks using residual returns is not as efficient as sorting on total returns as it does not completely neutralize the negative exposure to factor momentum. We propose a fully-hedged reversal strategy that, differently from conventional short-term reversal strategies, is profitable after trading costs, that do not present crashes, that has Sharpe ratio 2.5 times higher than the conventional reversal strategies and that is profitable even if we restrict our sample to only large-cap stocks.