Computer simulations have become a great tool to assist the medical field. The present work is a study of a non-invasive patient-specific methodology to evaluate the hemodynamic importance of coronary stenosis using computer simulations. The severity of the lesion is evaluated by the Fractional Flow Reserve, calculated by the pressure gradient before and after the lesion. The geometry models are obtained from medical images of Computed Tomography Angiography exams, and the simulations considers the pulsatile flow and the blood as a non-Newtonian fluid. The governing equations of the blood flow are solved by using Finite Element Method applied to the numerical method called Incremental Pressure Correction Scheme, and with the aid of the libraries from the open-source software FEniCS. Computer simulations of three different patients are performed and the results are compared with the invasive FFR measurements. The methodology proposed shows to be feasible in the study and analysis of stenosed coronaries. / Simulações computacionais tornaram-se uma excelente ferramenta para auxiliar a área médica. O presente trabalho é um estudo de uma metodologia não invasiva para avaliar a importância hemodinâmica de artérias coronárias com estenose através do uso de simulações computacionais. A severidade da lesão da artéria é avaliada através do Fractional Flow Reserve, calculado pelo gradiente de pressão antes e depois da lesão. Os modelos geométricos computacionais foram obtidos a partir de imagens médicas de exames de Angiografia por Tomografia Computadorizada e as simulações consideram o fluxo pulsátil e as propriedades não-Newtonianas do sangue. As equações governantes do fluxo de sangue são resolvidas utilizando o Método dos Elementos Finitos aplicado ao método numérico chamado Incremental Pressure Correction Scheme, e com o uso de bibliotecas do programa em código aberto FEniCS. Foram realizados simulações de três pacientes e os resultados foram confrontados com as medidas invasivas do FFR. A metodologia proposta mostrou-se viável para o estudo e análise de coronárias com estenose.

A técnica de Espalhamento Dinâmico de Luz (do inglês Dynamic Light Scattering, ou DLS), também conhecida por técnica de Espectroscopia por Correlação de Fótons (do inglês Photon Correlation Spectroscopy, ou PCS), é amplamente utilizada na caraterização estrutural de sistemas coloidais, fornecendo informações importantes sobre tamanhos ca- ractersticos, tempos de correlação e efeitos de polarização no sistema. A facilidade de execução dos experimentos e praticidade das análises é uma das principais vantagens desta técnica. Especificamente para sistemas diludos compostos por partculas em solução, ela pode fornecer informações diretas sobre o raio hidrodinâmico das partculas do meio. No entanto, a obtenção desse parâmetro requer a utilização de métodos de ajuste e análise dos dados experimentais que assumem diversas caractersticas do sistema e possuem li- mitações intrnsecas devido à própria resolução do método frente presença de partculas de variados tamanhos e concentrações, polidispersões contnuas de tamanho, entre vários outros fatores. Existem casos, por exemplo, onde o mesmo conjunto experimental pode ser descrito por dois modelos diferentes. Neste projeto, é proposto um estudo sistemático das limitações dos métodos de análise frente a dados simulados e experimentais, de modo a permitir a aplicabilidade destes métodos a vários tipos de sistemas. Serão investigados casos de sistemas monodispersos e polidispersos, monomodais e multimodais, através da geração de dados simulados que mimetizem a presença desses grupos de partculas, em di- ferentes proporções e polidispersões. Como resultado, teremos indicações da precisão com que estes métodos de modelagem conseguem reproduzir os valores inseridos na simulação. Além disso, experimentos reais serão realizados utilizando amostras padrão de modo a aplicar os métodos de análise a estes dados bem como contrapor os resultados obtidos pelas simulações e pelos dados experimentais. / The Dynamic Light Scattering technique, also known as Photon Correlation Spectros- copy, is widely used for the structural characterization for colloidal systems, providing important information on characteristic length scales, correlation times and polarization effects. The relative simple experimental setup and easy-to-use modeling methods are one of the main advantages of this technique. Specifically for diluted systems of particles in solution, one can obtain direct information on the hydrodynamic for the particles in the system. However, in order to retrieve this parameter it is necessary to use modeling and analysis methods for the experimental methods which assumes intrinsic characteristics on the system and have intrinsic limitations due to the resolution of the method when particles with several sizes, concentrations, etc. In several cases, the same experimental data can be described by several different models. In this project it is proposed a systematic study on the limitations on the analysis methods upon simulated and experimental data in order to investigate the applicability of these methods for several system types. Monodisperse and polydisperse systems are investigated, either composed by one type of particles (monomo- dal) or several types of particles (multimodal). As a result, one can obtain indications on the accuracy that the modeling methods can reproduce the simulated parameters. Finally, real experiments were performed using standard samples in order to test the modeling methods and to calibrate the simulation procedures.

O tema deste trabalho compreende o estudo do impacto da educação no nível da renda e sua respectiva distribuição no Brasil ao longo dos anos (1993 a 2011). A metodologia adotada no estudo é um modelo de decomposição microeconométrica com simulações, no qual conseguimos avaliar o impacto da escolaridade sobre a pobreza e a desigualdade de renda. Destacamos dois principais resultados. Na simulação do efeito quantidade, temos que a educação explica 34% da queda no indicador de proporção de pobres entre 1993 e 2011, 43% da queda na proporção de extremamente pobres e 13% da queda no Gini (desigualdade de renda) no mesmo período. Para os anos entre 2001 e 2011, o efeito quantidade da educação explica 27% da queda na proporção de pobres e de extremamente pobres e apenas 1% da queda na desigualdade de renda ocorrida no período analisado. Já na simulação do efeito preço da educação, o impacto se mostrou relevante somente na queda na desigualdade de renda: a educação explica 15% da queda observada entre 1993 e 2011 e 33% da queda ocorrida entre 2001 e 2011. / The subject of this work is the impact of education on the level of income and its respective distribution in Brazil over the years (1993-2011). The methodology used in the study is a model of microeconometric decomposition with simulations in which we can isolate the impact of education on poverty and income inequality. We can highlight two main results. In the simulation of the quantity e ect, we have concluded that education explains 34% of the fall in the headcount index between the years 1993 and 2011, 43% of the fall in the headcount index using an indigence line and 13% of the fall in the Gini indicator (income inequality) in the same period . For the years between 2001 and 2011, the quantity e ect of education explains 27% of the fall in the headcount index (using both poverty and indigence lines) and only 1% of the fall in income inequality that happened during the period. In the simulation of the price e ect of education, the impact was also relevant but only in the fall in income inequality: education explains 15% of the fall observed between 1993 and 2011 and 33% of the fall that has occurred between 2001 and 2011.

Nesta tese estudamos o espectro de absorção da Merocianina de Brooker (MB) e três derivados em solventes com diferentes polaridades. O interesse no estudo desses sistemas se dá pela presença de algumas propriedades particulares das merocianinas, por exemplo, apresentam um grande deslocamento solvatocrômico devido à mudança na polaridade do meio. Nós apresentamos os resultados teóricos obtidos para o espectro de absorção das moléculas considerando diferentes estruturas para o estado fundamental: formas trans, cis, zwiteriônica (zw), protonada (MBH+) e dímero(MB2). O efeito do solvente foi considerado utilizando diferentes modelos de solvatação: (i) modelo contínuo polarizável (PCM), (ii) através de uma configuração eletrostática média do solvente (ASEC), (iii) incluindo algumas moléculas explícitas do solvente juntamente com um ambiente eletrostático gerado pelas demais moléculas do solvente. Como uma investigação adicional, apresentamos nossos resultados de medidas experimentais para o espectro de absorção da MB em vários solventes variando acidez e concentração. Vimos, através de cálculos quânticos, que as formas cis/trans apresentam a excitação eletrônica na mesma região, e que a deformação estrutural gerada pela forma zw provoca um deslocamento para o vermelho na excitação eletrônica. Os nossos resultados teóricos e experimentais mostram que a forma MBH+ apresenta um solvatocromismo pequeno, com deslocamento de 20 nm provocado pela mudança água-clorofórmio. Realizando medidas experimentais através da titulação espectroscópica nós obtivemos o pKa associado ao processo de desprotonação/protonação da MB em água e metanol. Em água obtivemos um valor de 8.7, em boa concordância com valores da literatura. Apresentamos um valor inédito do pKap da MB em metanol, 9.9. Conseguimos uma boa descrição teórica para a excitação eletrônica da MB em solventes com alta polaridade, na região entre 430-500 nm, utilizando o método quântico TD-DFT com funcionais B3LYP e CAM-B3LYP e conjunto de funções base 6-311+G**, porém a excitação em solventes de baixa polaridade, que ocorre na região entre 550-650 nm, não é corretamente descrita considerando a MB nos solventes. Nós vimos, através de estudos experimentais, que a sonda MB pode agregar em solventes de baixa polaridade. Os cáculos teóricos para dímeros em solução mostraram a existência de uma excitação eletrônica de baixa intensidade nesta região. Adicionalmente, os espectros experimentais em solventes de baixa polaridade mostraram 2 bandas, onde a segunda se assemelha com a banda observada para a forma MBH+. Para explicar essas 2 bandas experimentais para a MB, apresentamos uma proposta teórica onde ocorre uma transferência de prótons (H+) entre os monômeros do dímero formado, gerando uma estrutura desprotonada (MBH-) e uma protonada (MBH+). Cálculos teóricos para a forma MBH- mostram que essa forma apresenta uma excitação eletrônica de intensidade moderada na região entre 550-650 nm. Com essa hipótese nós conseguimos descrever, através de cálculos teóricos, o solvatocromismo anômalo observado experimentalmente para o espectro eletrônico de absorção da MB nas duas regiões de polaridade dos solventes: alta polaridade, sendo descrita pela forma MB, e baixa polaridade, descrita pela forma MBH-. / In this thesis we studied the absorption spectrum of merocyanine Brooker (MB) and three derivatives in solvents with different polarities.The interest in this system is given by the presence of some particular properties of this molecule, for example, it presents a large solvatochromic shift due to the change in the polarity of the medium. We present the results for the absorption spectrum of the molecules considering different structures to the ground state: forms trans, cis, zwitterionic (zw), protonated MBH+ and dimer (MB2). The solvent effect was treaty by different ways: (i) continuous model using the PCM polarizable, (ii) by an average electrostatic configuration of solvent, ASEC, (iii) including some explicit solvent molecules with an electrostatic environment generated by other solvent molecules. As an additional investigation, we present results of experimental measurements in the thesis. We have seen, through quantum calculations, that the forms cis/trans have the electronic excitation in the same region and the structural deformation generated in the zw form causes a red shift. Our theoretical and experimental results show that the MBH+ form has a small solvatochromism, with displacement of 20 nm caused by water-chloroform change. Performing spectroscopic titration we got the pKa associated with the process of deprotonation/protonation of MB in water and methanol. In water we obtained a value of 8.7, in good agreement with the values reported in the literature. We present a unpublished pKap for the MB in methanol, 9.9. We got a good theoretical description for electronic excitation of MB in solvents with high polarity, in the region between 430-500 nm, using a method quantum TD-DFT B3LYP and CAM-B3LYP functional whit basic functions set 6-311+G** but the excitation in low polarity solvents, which occurs in the region between 550-650 nm, is not properly described considering the MB form in the solvents. We have seen, through experimental studies that the MB probe can aggregate in low polarity solvents. Theoretical calculations for dimer in solution showed the existence of a low intensity electron excitation in this region. Additionally, the experimental spectra in low polarity solvents showed 2 bands, where in the second band is similar to the observed to MBH+ form. To explain these two experimental bands for MB, we present a theoretical proposal where there is a proton transfer (H+) between the monomers of the dimer, generating a deprotonated structure (MBH-) and a protonated (MBH+). Theoretical calculations for the MBH- show that this form presents an electronic excitation of moderate intensity in the region between 550-650 nm. With this assumption we can describe, through theoretical calculations, the anomalous solvatochromism for the electronic absorption spectrum of MB in the two polarity regions of solvents: high polarity is described by the MB form, and low polarity, described by the MBH- form.

As variáveis biológicas de muitos seres vivos apresentam ritmos diários, em paralelo ao dia e à noite do ambiente. A maioria desses ritmos não é uma mera reação aos estímulos cíclicos do ambiente: eles são ritmos circadianos gerados endogenamente por um temporizador interno - o oscilador circadiano - que sustenta uma ritmicidade com período diferente de 24 horas na ausência de pistas ambientais, mas se sincroniza para um período de 24 horas quando exposto ao ambiente cíclico. Em mamíferos, o oscilador circadiano se localiza no cérebro e pode ser sincronizado pelo ciclo diário de claridade e escuridão (ciclo CE) do dia e da noite transmitido através das retinas. Animais subterrâneos passam boa parte do tempo abaixo da terra, onde as condições ambientais variam menos que na superfície. Em razão disso, questiona-se até que ponto estes animais mantêm ritmos circadianos e se seus osciladores circadianos se baseiam no ciclo CE para se sincronizar com o ambiente. Procuramos responder essas questões nos roedores subterrâneos da espécie Ctenomys cf. knighti (tuco-tucos). Em campo, realizamos observações visuais diretas para registrar o padrão temporal de exposição à luz. Em laboratório, construímos a Curva de Resposta de Fase (CRF), que consiste em medir indiretamente a resposta do oscilador circadiano a estímulos luminosos em diferentes momentos do dia. Por fim, recorremos a simulações computacionais de um modelo matemático de oscilador, para integrar os dados anteriores. Verificamos, em campo, que os tuco-tucos se expõem, diariamente, a pulsos de luz irregularmente distribuídos nas horas claras do dia levantando alguns questionamentos sobre sua capacidade como sincronizador dos ritmos em campo. Contudo, a CRF nos indicou que o sistema circadiano dos tuco-tucos responde a estímulos luminosos de forma semelhante aos animais não-subterrâneos. Nós verificamos 3 hipóteses: ou a informação da exposição à luz em campo é suficiente para sincronizar o oscilador circadiano, apesar da aparente irregularidade; ou a CRF do tuco-tuco possui alguma característica que facilita a sincronização pelo regime observado de exposição à luz; ou seu sistema circadiano se baseia em outra pista temporal do ambiente para se manter sincronizado. Nossas simulações computacionais indicaram que a primeira hipótese é a mais provável, visto que os padrões de exposição à luz simulados, como aqueles observados em campo, com o mínimo de informação temporal, ainda assim são suficientes para sincronizar os osciladores. Em conjunto, nossos dados indicam que o ciclo claro-escuro tem um papel importante na sincronização dos ritmos circadianos dos tuco-tucos na natureza. / Daily rhythms are found in the biological variables of many organisms, in parallel to the environmental day and night. Most of those rhythms are not mere reactions to the cyclic stimulus of the environment. They are actually circadian rhythms, endogenously generated by an internal timer, the circadian oscillator, which sustains a non-24-hour rhythm under constant conditions, but is synchronized to a 24-hour period when exposed do a cyclic environment. In mammals, this oscillator is located in the brain, and can be synchronized by the daily light-dark cycle (LD cycle) of day and night. Subterranean animals remain most of the time in an underground habitat, where environmental conditions vary less markedly than aboveground. Therefore, there are doubts whether these animals maintain circadian rhythms and whether their circadian oscillators rely on the LD cycle for environmental synchronization. We attempted to answer those questions in subterranean rodents of the species Ctenomys cf. knighti (tuco-tucos). In the field, we performed direct visual observations to assess their temporal pattern of light-exposure. In the lab, we build the Phase Response Curve (PRC), which consists in an indirect measurement of the circadian oscillator responses to light stimuli applied at different times of the day. Finally, computer simulations of an oscillator model were used to integrate these previous data. We verified that tuco-tucos expose themselves to light pulses that are irregularly distributed through day-light hours, raising some questions about its validity as an environmental synchronizer. However, the PRC results indicated that the tuco-tucos circadian system responds to light stimuli in a way similar to non-subterranean animals. We then verified three hypothesis: either the light-exposure temporal information was enough for the synchronization of the circadian system, despite its apparent irregularity; or the tuco-tuco\'s PRC present some feature that facilitates the synchronization by the observed light-exposure regimen; or the tuco-tuco\'s circadian system rely on another environmental temporal cue to maintain its synchronization. Our computer simulations support the first hypothesis, given that the simulated regimens, despite being little informative in the temporal sense, were still sufficient to synchronize the simulated oscillators. Together, our data indicate that the light-dark cycle plays an important role in the synchronization of the tuco-tucos\' circadian rhythms in nature.

Imãs são corpos de materiais magnetizáveis utilizados para gerar um forte campo magnético em sua vizinhança. Essa característica faz com que sejam empregados em diversas aplicações na vida moderna, tais como motores para a indústria eletroeletrônica e automobilística, como elementos de fixação e em acoplamentos magnéticos na indústria mecânica. O mercado de ímãs permanentes movimenta atualmente cerca de US$ 5 bilhões por ano e está em plena expansão, sendo estimado um crescimento de 12% por ano até o final desta década de 90. Tal crescimento é atribuído aos \"novos materiais\" desenvolvidos a partir da década de 80 (ímãs de terras-raras) e aos novos mercados, que foram gerados pelos próprios \"novos materiais\" (Hart, 1996). Tratando-se de materiais tão ligados às facilidades da vida moderna, a pesquisa na área de imãs está intimamente ligada ao seu desenvolvimento tecnológico. Procura-se desenvolver imãs com as melhores propriedades magnéticas para as suas aplicações, investigando ao mesmo tempo os fenômenos que regem os mecanismos físicos de magnetização. / Permanent magnets composed of magnetic powders bonded with a polymer represent the fastest growing sector of the magnetic materials market since they are ideal for the fabrication of small motors. This work presents a magnetic and structural characterization of TIve eommereial bonded magnets, Reversible and irreversible components of the total magnetization as well as magnetic interactions in the five commereial magnets are also studied, the magnets are composed by ferrite and MQP-Q nanoerystelline powders and mixtures of these two powders with 80%, 60% and 40% ferrite. Magnelie interactions were analyzed by Henkel plots, gM plots and switching field distributions. In bonded magnets, since the magnetic particles are separated from each other by a binder, it is expected that interactions are mainly dipolar in Nature. There is a progressive change in the data as the fraction of MQP-Q powder is increased. The sample with 100% ferrite shows strong magnetizing interactions at low fields. Date for hybrid magnets present increasing demagnetizing interactions as the fermion of MQP-Q increases and for the 100% MQP-Q sample, the data indicate demagnetizing effects. Reversible and irreversible magnetization components were obtained by applying two methods commanly used in magnetic materials characterization, the DCD -IRM method and the reversible susceptibility method. For the 100% ferrite magnet, in which the reversible component is small, the methods lead lo similar results. The results for both methods diverge as the reversible component! Increases, which in this case occurs with the increase of the MQP-Q powder fraction. The divergence is attributed to the idealized conditions of non-inleracting particles assumed by the DCD-IRM method. Magnetic interactions and lotai magnetization components were also studied in a melt-spun nanocrystalline Nd9Fe85B5 sample. This composition is similar to that of the MQP-Q powder and the magnetic behavior of both the bonded magnetic and the nanocrystalline precursor could be compared. Micromagnetic simulations allowed the evaluation of exchange, anisotropy and magnetostatic interactions on the magnetization reversal of nanocryslalline romposlle systems. The Monte Carlo method was applied lo a linear array of 300 magnetic moments distributed in three grains, two magnetically hard with a soft grain between them.

De acordo com o modelo sequencial de acreção, os planetas gigantes se formam através de um núcleo sólido a partir da captura de planetesimais. Esse núcleo, atingindo uma determinada massa, é capaz de capturar o gás residual do disco protoplanetário que constituirá o seu envelope, formando, então, um planeta gigante (Mizuno, 1980; Pollack et al., 1996). A parte crtica desse cenário está no ajuste dos tempos de formação do núcleo sólido, de captura do gás e dos processos de migração planetária com o tempo de vida do disco (Mordasini et al., 2010). Resultados numéricos mostram que o tempo necessário para a formação de um planeta gigante é muito alto em relação ao tempo de vida do disco, e, que a migração planetária pode ser muito rápida, levando os planetas a carem na estrela antes de sua completa formação. Em geral, os trabalhos sobre formação planetária tratam a migração do planeta utilizando prescrições analíticas (Fortier et al., 2013). No entanto, diversos efeitos associados à termodinâmica do disco de gás fazem com que esses modelos analíticos sejam limitados para lidar com a migração planetária (Paardekooper et al., 2010). De fato, para lidar com a migração planetária de tipo I, esses resultados analíticos se utilizam de discos de gás fisicamente simples e da linearização das equações da hidrodinâmica (Meyer-Vernet e Sicardy, 1987; Tanaka et al., 2002). Para a migração de tipo II, a situação é ainda mais complicada, já que a alta massa do planeta cria um gap em torno da órbita planetária, que impõe uma quebra da linearidade, impossibilitando a obtenção de uma prescrição analtica (Bryden e Lin, 1999). Assim, os resultados numéricos obtidos a partir de simuladores hidrodinâmicos, como o FARGO3D (Masset, 2000; Bentez-Llambay e Masset, 2016), ZEUS (Stone e Norman, 1992), PLUTO (Mignone et al., 2012), entre outros, são essenciais para uma análise mais robusta dos processos de migração planetária dentro de uma gama maior de condições fsicas para o disco de gás. No entanto, os simuladores hidrodinâmicos que tratam da interação do planeta com o disco de gás, em geral, não possuem um modelo para formação planetária. Em alguns deles, modelos para acreção de gás são construdos com base no regime de runaway dessa acreção (Kley, 1999). Todavia, a acreção de sólidos e a acreção de gás para planetas de baixa massa, na maior parte dos casos, não são levadas em consideração. Boa parte disso se deve ao fato de os modelos de formação planetária usarem simulações N-corpos, que, aliados ao código hidrodinâmico, seriam altamente custosos computacionalmente. Assim, torna-se necessário o uso de modelos alternativos para a formação planetária, que sejam capazes de reproduzir os resultados de uma simulação N-corpos de forma confiável. Construir um modelo que considera a acreção de sólidos e gás é uma tarefa árdua e ao mesmo tempo desafiadora. Assim, o presente projeto propõe a implementação de um cenário fisicamente plausível para a formação planetária dentro do código magneto hidrodinâmico FARGO3D. Para modelar a acreção de planetesimais, usamos como base os trabalhos de Guilera et al. (2010) e Fortier et al. (2013), que utilizam um modelo estatstico para determinar a taxa de acreção de planetesimais (Inaba et al., 2001). Esse modelo será implementado pela primeira vez no FARGO3D. Atualmente, sabe-se que a acreção de peebles (material sólido entre cm e mm) tem um impacto importante na formação planetária (Lambrechts e Johansen, 2014; Guilera, 2016; Johansen e Lambrechts, 2017). No entanto, núcleos de poucas massas terrestres possuem um envelope planetário que poderia destruir esses pebbles antes dele alcançar o núcleo (Venturini et al., 2015). Nesta tese, iremos nos preocupar apenas com a acreção de planetesimais, deixando o estudo do pebbles para trabalhos futuros. Para a acreção de gás, iremos modificar o modelo de Kley (1999) incorporado no FARGO antecessor. Essas modificações visam incorporar o raio de Bondi (Bondi, 1952) para determinar a zona de acreção, o efeito da altura do disco e a mudança na taxa de acreção de gás de acordo com a massa do planeta. As modificações implementadas no modelo de acreção de gás foram realizadas com base nos trabalhos de Dürmann e Kley (2015), Russell (2011) e Fortier et al. (2013). A adaptação no código de acreção de gás para levar em conta uma faixa maior de massas planetárias foi realizada utilizando a escala de tempo de Kelvin-Helmoltz. Para isso, seguimos o trabalho de Ikoma et al. (2000) e Idae Lin (2004b). Para testar o modelo de formação planetária no FARGO3D, a simulação padrão para o disco de gás utilizada nesta tese adota um disco bidimensional fino com taxa de acreção constante. A razão de aspecto do disco será de h = 0.05 com um fator de curvatura de = 0.0. Esses valores são consistentes com a teoria de discos finos e são usados nas maioria das simulações que envolvem discos de acreção (Bell et al., 1997; Frank et al., 2002). O disco é assumido localmente isotérmico e a viscosidade do disco é dirigida pela prescrição de Shakura e Sunyaev (1973), com = 0.03. O modelo de disco é simplificado e caractersticas importantes podem influenciar no processo de formação e migração planetária, como as trocas de energia. No entanto, ele é um ótimo modelo inicial para um teste consistente do modelo de formação planetária implementado, já que possui um resultado analtico conhecido. Casos mais complexos serão explorados em trabalhos futuros. Com o modelo de formação planetária implementado, foi possível estudar simultânea- mente a formação e a migração do planeta dentro do simulador hidrodinâmico. Isto é, analisamos a escala de tempo envolvida no processo de migração em conjunto com a escala de tempo da formação planetária para vários parâmetros fsicos envolvidos no modelo. A análise revelou, para nosso modelo de disco, que a escala de crescimento do planeta conseguiu se manter mais baixa que a escala de migração, mesmo quando o planeta atravessou a linha de gelo, local onde há menor quantidade de material disponvel para a acreção de sólidos. Assim, para planetesimais pequenos (raio 0.1 km), foi possvel obter planetas com massas próximas de 5 massas de Júpiter em regiões entre 0.5 e 1 ua, num tempo menor que o tempo de vida do disco. Vale ressaltar que esta tese conta com uma descrição detalhada de como implementar o modelo dentro do FARGO3D, incluindo um apêndice com o programa comentado linha a linha. O intuito é que o leitor possa usar esse modelo de formação e migração planetária para obter novos resultados e vnculos sobre a formação de sistemas exoplanetários ou do nosso Sistema Solar, assim como usar em qualquer outra aplicação que julgar necessária. / According to the sequential model of accretion, the giant planets are formed from a solid nucleus by capturing planetesimals. When this nucleus reaches a certain mass, it captures the residual gas of the protoplanetary disc that will constitute its envelope, forming a giant planet (Mizuno, 1980; Pollack et al., 1996). The critical part of this scenario is to adjust the planet formation and migration timescales with the lifetime of the disk (Mordasini et al., 2010). Numerical results show that the time required for the formation of a giant planet is very long compared to the lifetime of the disc, and that planetary migration can be very rapid, causing the planets to fall into the star before their full formation. In general, works on planetary formation use analytical models to deal with the migration of the planets (Fortier et al., 2013). However, these analytical models are limited given that they do not include several effects associated with the thermodynamics of the gas disc (Paardekooper et al., 2010). Indeed, in order to deal with planetary migration of type I, these analytical models use physically simple gas discs and rely on the linearization of the hydrodynamic equations (Meyer-Vernet e Sicardy, 1987; Tanaka et al., 2002). For the type II migration, the situation is even more complicated. This is due to the fact that the large mass of the planet creates a gap around the orbit of the planet, causing nonlinearities (Bryden e Lin, 1999). Thus, the numerical results obtained using hydrodynamic simulators, such as FARGO3D (Masset, 2000; Bentez-Llambay e Masset, 2016), ZEUS (Stone e Norman, 1992), PLUTO (Mignone et al., 2012), among others, are essential for a more robust analysis of the processes of planetary migration considering a wider range of physical conditions for the gas disc. However, in general, hydrodynamic simulators do not have a model for the planetaryformation. In some of them, models for gas accretion are built based of the runaway regime of accretion (Kley, 1999). Furthermore, the accretion of solids and the accretion of gas for low mass planets are not considered in most of the cases. This is mainly due to the fact that the models of planetary formation use N-body simulations that are computationally very expensive. Thus, it is necessary to use alternative models for the planetary formation, that are capable of reproducing the same results of an N-body simulation. Building a complete model that takes into account all these processes is a hard and challenging task. So, this project aims the implementation of a physically plausible scenario for a planetary formation inside the magneto-hydrodynamic code FARGO3D. For the accretion model we use the works by Guilera et al. (2010) and Fortier et al. (2013), which employ an statistical model to determine the accretion rate of planetesimals (Inaba et al., 2001). This model will be implemented for the first time in the FARGO3D code. It is now known that the accretion of peebles (material with size ranging from mm and cm) has a important impact on the planetary formation (Lambrechts e Johansen, 2014; Guilera, 2016; Johansen e Lambrechts, 2017), although cores with a few masses of the Earth have a planetary envelope that could destroy those pebbles, before they reach the nucleus (Venturini et al., 2015). In this thesis, we will only deal with the accretion of planetesimals, leaving the study of pebbles for future work. For the gas accretion, we use a modified model based on Kley (1999). The modifications aim to incorporate the Bondi radius (Bondi, 1952) to determine the accretion zone, the effect of the height of the disc and the frequency of accretion. The implemented modifications are based on the works by Dürmann e Kley (2015), Russell (2011) and Fortier et al. (2013). The adaptation in the gas accretion code to take into account a wider range of planetary masses was achieved using the Kelvin-Helmoltz timescale, according to the works by Ikoma et al. (2000) and Ida e Lin (2004b). To test the planetary formation model in FARGO3D, the standard simulation for the gas disc uses a bi-dimensional thin disc. The discs aspect ratio is h = 0.05 with a curvature factor of = 0.0. These values are consistent with the theory of thin dics and are used in most of the simulations for accretion discs (Bell et al., 1997; Frank et al., 2002). The disc is assumed to be locally isothermal and the viscosity of the disc is driven by the prescription from Shakura e Sunyaev (1973), with = 0.03. The disc model is simplified and important features, such as energy exchanges, may influence the process of planetary formation andmigration. However, it is a good initial model for a consistent test of the implemented model of planetary formation, which has an known analysical result. More complex cases will be explored in future work. With the newly implemented model for planetary formation, it was possible to simul- taneously study the planet formation and the planet migration using the hydrodynamic simulator. That is, we analyzed both the timescale for planetary formation and the timescale for the migration of the planet, and compared them for the parameters of the model. The analysis revealed that, for our disc model, the timescale of the growth rate of the planet remained lower than the migration timescale, even when the planet crossed the ice line, where there is less material available for solid accretion. Thus, for small planetesimals (1km radius) it was possible to obtain planets with masses of approximately 5 Jupiter masses in regions between 0.5 and 1 au, in nearly the same time as the lifetime of the disc. It is worth noting that this thesis presents a detailed description of how to implement the model for planetary formation in the FARGO3D, including an appendix with the commented code. The goal is to allow the reader to use this planet formation model to obtain new results both about the formation of exoplanetary systems and our Solar System, as well as use it in any relevant application.

Sistemas de ensaios não destrutivos por ondas guiadas despertam cada vez mais a atenção tanto da indústria, como da academia. Isso deve-se, principalmente, às possibilidades que as ondas guiadas permitem, como maior área de triagem que o ultrassom convencional. Porém a técnica tem suas limitações, já que esta apenas gera uma estimativa da localização de um defeito e não a sua dimensão. Nessa limitação, algoritmos tomográficos apresentam uma possibilidade de avanço da técnica, pois permitem determinar não só a localização de corrosões e defeitos, mas também seu dimensionamento. Este trabalho apresenta tomografia de difração como uma alternativa para avaliação de integridade estrutural. Primeiramente, utilizou-se análise por métodos numéricos para mostrar a validade dos algoritmos e posteriormente foi realizado um experimento em uma chapa real com o objetivo de reconstruir a imagem do defeito. / Guided waves nondestructive testing systems are increasingly attracting industrial and academic attention. The mainly reason for this attention is the possibility of screening a large area than conventional ultrasound technique. However, Guided Waves Testing has limitations, since it gives only an estimation of the location of a defect, but not the dimensions. Tomographic algorithms come up with an improvement of the technique, because it allows discovery not only the location of corrosions and defects, but the dimensions too. This work brings Diffraction Tomography as an alternative to structural health monitoring. First, a numerical analysis was implemented to demonstrate the validity of the algorithms, after that an experiment in a real plate was made with the objective to recover the defect image.

Uma das mais recentes abordagens propostas na literatura para tratar o problema do alto número de Weissenberg (We) é a Formulação Log-Conformação (FLC). Nesta formulação, a equação constitutiva viscoelástica utilizada é reescrita em termos de uma variável Ψ, que é o logaritmo do tensor conformação. Apesar do potencial de aplicação da FLC, pouca atenção tem sido dirigida para análise da acurácia da solução obtida para o campo de tensões quando se utiliza esta formulação. Assim, o objetivo do presente trabalho foi estudar a acurácia da solução obtida pela FLC na análise de escoamentos de fluidos viscoelásticos usando duas geometrias padrão de estudo: placas paralelas e cavidade quadrada com tampa móvel. Primeiramente, a FLC foi implementada no pacote de CFD OpenFOAM. Em seguida foram verificados os limites do número de Weissenberg na formulação numérica padrão (Welim,P), onde para a geometria de placas paralelas foi encontrado Welim,P = 0,3 e para a geometria da cavidade quadrada com tampa móvel foi encontrado Welim,P = 0,8. Depois o código implementado foi aplicado em ambas as geometrias, comparando-se a solução obtida pela FLC com aquela da formulação padrão na faixa de We < Welim,P. Os resultados obtidos na geometria de placas paralelas apresentaram boa concordância com a solução padrão e solução analítica. Para a geometria da cavidade quadrada com tampa móvel, que não possui solução analítica, boa concordância dos resultados também foi observada em comparação com a solução padrão. Posteriormente foram comparados os resultados obtidos pela FLC na faixa de We > Welim,P. Na geometria de placas paralelas, além da boa concordância com a solução analítica, obteve-se convergência em todos os casos estudados neste trabalho, com o maior número de Weissenberg utilizado sendo igual a 8 Os resultados da geometria da cavidade quadrada com tampa móvel também apresentaram boa concordância em comparação com dados da literatura, porém a convergência foi obtida até para We = 2. Com respeito à comparação das formulações numéricas com a solução analítica, feita apenas na geometria de placas paralelas, foi observado um erro máximo de 7,57% na solução padrão e de 12,33% na FLC. Em relação à análise da qualidade das tensões usando os resíduos da equação constitutiva viscoelástica como critério de acurácia, foi verificado nas duas geometrias que os valores de tensão obtidos usando a FLC são menos acurados que aqueles obtidos pela formulação explícita no tensor das tensões nos casos em que esta última converge. Também foi observado que a acurácia diminui com o aumento do We. Esse efeito pôde ser melhor notado na geometria de placas paralelas. Uma razão para a perda de acurácia da tensão provavelmente ocorre devido à natureza matemática da transformação algébrica inversa de Ψxx para τxx. O novo solver implementado neste trabalho apresentou convergência e soluções corretas para as duas geometrias, logo foi implementado corretamente. Ele também potencializa o solver de partida viscoelastiFluidFoam ao estender simulações para uma faixa maior do número de Weissenberg. / A recent approach proposed in the literature to deal with the High Weissenberg Number Problem is the Log-Conformation formulation (LCF). In this formulation the viscoelastic constitutive equation is rewritten in terms of the logarithm of the conformation tensor Ψ. Despite the great potential application of the LCF, little attention has been given in the literature to the accuracy of the obtained stress fields. The purpose of this work was to study the solution obtained by LCF in the analysis of viscoelastic flows using two benchmark geometries: parallel plates and lid driven cavity. Firstly, the LCF was implemented in the OpenFOAM CFD package. Then, the limits of Weissenberg number for the standard numerical formulation (Welim,P) were verified, obtaining Welim,P = 0.3 for the parallel plates and Welim,P = 0.8 for the lid driven cavity. When comparing the solution obtained by the LCF with that of the standard formulation in a range of We < Welim,P, the results obtained for the parallel plates geometry showed good agreement with the standard solution and the analytical solution. For the lid driven cavity geometry, for which there is not analytical solution, good agreement with the standard solution was also observed. For We > Welim,P in the parallel plates geometry, in addition to the good agreement with the analytical solution, it was possible to obtain convergence in all the cases studied in this work, with the largest number of Weissenberg used being equal to 8 The results of the lid driven cavity geometry also presented good agreement in comparison with literature data, but convergence was obtained up to We = 2. With respect to the comparison of the numerical formulations with the analytical solution for the parallel plates geometry, a maximum error of 7.57% was observed in the standard solution and of 12.33% in the LCF. When using the residues of the viscoelastic constitutive equation as a criterion of accuracy, it was verified that for the two geometries the stress values obtained using the LCF were less accurate than those obtained by the explicit formulation in the stress tensor. It has also been observed that accuracy decreases with increasing of We. One reason for the loss of stress accuracy probably occurs because of the mathematical nature of the inverse algebraic transformation from Ψxx to τxx. The new solver implemented in this work presented convergence and correct solutions for the two geometries, so it was implemented correctly. It also potentiates the viscoelastiFluidFoam starting solver by extending simulations to a larger range of Weissenberg number.

Orientador: Rafael Sfair de Oliveira / Resumo: A estrela PDS110 (HD290380) com idade aproximada de 10 milhões de anos, apresentou dois eclipses ocorridos em 2008 e 2011, com duração de 25 dias e queda de aproximadamente 26 % na luminosidade da estrela. Outra estrela J1407 (1SWASP J140747.93-39454.6) apresentou uma complexa série de eclipses com 56 dias de duração. As hipóteses dadas a esses dois eventos foram a passagem da borda de um disco planetário ou um disco circunstelar de uma anã marrom. Neste trabalho foi analisada a natureza desses possíveis sistemas de anéis ao redor de um exoplaneta gigantesco não observado, que teria ocultado essas estrelas. Para estudar o sistema PDS110b, devido ao grande número de variáveis envolvidas ainda desconhecidas neste problema como, por exemplo, massa e excentricidade do planeta, inclinação e extensão do disco, foram criados diversos modelos numéricos considerando a interação gravitacional entre a estrela, o planeta e a partícula do anel. Desta forma foi possível refinar os intervalos dos parâmetros predeterminados através dos dados observacionais, que seriam compatíveis com o eclipse observado. Os resultados indicam que provavelmente os eclipses teriam ocorrido por um planeta com massa entre 50 e 70 MJup, em uma orbita quase circular (ePDS110b < 0,05) e o semieixo maior de 2 ua. O sistema de anel ao redor do PDS110b, teria uma extensão radial de ~ 0,2 ua, significativamente maior que o raio de Roche do planeta e um forte indicio da presença de satélites. Ao analisar o sistema de an... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The star PDS110 (HD290380) is approximately 10 millions years old, underwent two eclipses observed in 2008 and 2011 in the surrounding 25 days with a depth 26 % in the star's luminosity. Other star J1407 (1SWASP J140747.93-39454.6) underwent a complex series of eclipses that lasted 56 days. The hypothesis could explain those events are the transit of the edge one disc circumplanetary or circumstelar (brown dwarf). In this work, we analyzed the nature of a possible ring system around these giant exoplanets would have occulted the star. To study the PDS110b system, in the reason to the large number of unknown variable involved in this problem like: mass and the eccentricity of the PDS110b, inclination and size of the disc, we created a several numerical models considering the only gravitational interactions between the star, the planet and the particle of the ring. We managed to restrict the interval of the parameters predetermined by the observational data. The best models indicate a planet's mass between [50 - 70] MJup, in the quasi circular orbit (ePDS110b < 0,05) and semi major axis of 2 ua. The ring system around the PDS110b, probably has ~ 0,2 ua of radial extension. To analyze the ring system around J1407b, after excluded some proposals of the eclipsing body to be a secundary star, the studies propose an extensive ring system with radius of 0,6 ua, formed by at least 37 different rings and one possible exomoon with mass proportional to Earth, located at the gap observed ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre