Made available in DSpace on 2016-03-15T19:38:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RAFAEL SILVEIRA XAVIER.pdf: 6103968 bytes, checksum: 1d52ca1ae861fc2f471419697e81c42f (MD5) Previous issue date: 2015-09-16 / Universidade Presbiteriana Mackenzie / Currently, the natural sciences are taking advantage of information and computing concepts to investigate the structure of nature and the interrelationships among the various natural systems. Furthermore, scientists from various fields are arguing that nature performs computations and others argue that the basic structure of the physical world is based on informational and computational processes. Within this scenario, there is the Natural Computing, whose main premise is to assume that natural phenomena can be interpreted from a computational perspective and that these phenomena can be modeled computationally and applied in different scientific contexts. Although Natural Computing is committed with the computational interpretation of nature, there is no theoretical framework that leads to the explanation of natural systems from a computational perspective. In this context, this thesis proposes a Conceptual Framework that allows to computationally explain the structures and processes within natural systems. The Conceptual Framework is based on a set of concepts and macroconcepts and its formalization consists of two sets of tools: a conceptual map with its graphical view of macroconcepts and concepts and their relationships; and a set of UML diagrams to computationally modeling the structures, processes and subprocesses present in natural systems. Thus, the proposed Conceptual Framework brings an intuitive and visual way to understand the natural systems under a computational perspective and to guide the modeling of bioinspired algorithms. From the perspective of a bioinspired analysis of algorithms, modeling tools allow to view conceptual gaps in the algorithms. Finally, the proposed Conceptual Structure is used as a tool for the analysis and synthesis of bioinspired algorithms, more specifically to develop algorithms inspired by the behavior of bacteria. In this way, the proposed framework aims to build an analysis and synthesis tool to collaborate for the theoretical and interdisciplinary maturation of Natural Computing. / Atualmente, as ciências naturais estão se valendo de conceitos de informação e computação para investigar a estrutura da natureza e as inter-relações entre os diversos sistemas naturais. Além disso, cientistas de diversas áreas estão argumentando que a natureza realiza computações e outros defendem que a estrutura básica do mundo físico está fundamentada em processos informacionais e computacionais. Dentro deste cenário, existe a Computação Natural, cuja principal premissa é assumir que os fenômenos naturais podem ser interpretados sob uma perspectiva computacional e que esses fenômenos podem ser modelados computacionalmente e aplicados em diferentes contextos científicos. Embora a Computação Natural se comprometa com a interpretação computacional da natureza não existe um corpo teórico que permita explicar os sistemas naturais sob uma perspectiva computacional. Neste contexto, esta tese propõe uma Estrutura Conceitual, que explica computacionalmente as estruturas e processos presentes nos sistemas naturais. A Estrutura Conceitual é embasada em um conjunto de conceitos e macroconceitos e sua formalização consiste em dois conjuntos de ferramentas: um mapa conceitual que representa uma visualização gráfica dos macroconceitos e conceitos e suas relações; e um conjunto de diagramas UML para modelar computacionalmente as estruturas, processos e subprocessos presentes nos sistemas naturais. Desta forma, a Estrutura Conceitual proposta traz consigo uma forma intuitiva e visual de entender os sistemas naturais sob uma perspectiva computacional e de guiar a modelagem de algoritmos bioinspirados. Da perspectiva da análise de algoritmos bioinspirados, as ferramentas de modelagem permitem visualizar lacunas conceituais na engenharia dos algoritmos estudados. Por fim, a Estrutura Conceitual proposta é utilizada como ferramenta para o projeto e desenvolvimento (síntese) de algoritmos bioinspirados, mais especificamente para o desenvolvimento de algoritmos inspirados no comportamento das bactérias. Desta forma, a Estrutura Conceitual proposta visa a construção de um ferramental de análise e síntese que colabore para o amadurecimento teórico e interdisciplinar da Computação Natural.

O estudo dos fatores intervenientes, micro e macropropriedades dos lodos de estação de tratamento de água (ETA), no desaguamento por sistemas naturais, com uso de leito de drenagem, constituiu o principal foco desta pesquisa. Assim, ensaios de desaguamento por leito de drenagem foram realizados com amostras de lodos de sulfato de alumínio e de cloreto de polialumínio (PA\'CL\') e monitoramento das variáveis climáticas. Os resultados comprovaram o desempenho do leito de drenagem para redução de volume, da ordem de 80% e 90% para os lodos de PA\'CL\' e sulfato de alumínio e teor de sólidos final respectivamente de 30 a 90%, sem consumo de energia. Na fase de drenagem, independente do tipo e volume de lodo aplicado, a vazão de drenagem foi maior quanto menor o valor da taxa de aplicação de sólidos - TAS (Kg/\'M POT.2\') (fração volumétrica de partículas). As variáveis analisadas, teor de sólidos, distribuição de tamanho de partículas, morfologia e composição das partículas entre outros, na massa de lodo bruto e desaguado indicaram diferentes mecanismos de secagem e conseqüente influencia na velocidade de secagem. O uso do fluxo de massa de água evaporada revelou-se adequado para avaliar a fase de secagem. O estudo das micro e macropropriedades do lodo mostram-se decisivos para balisarem pesquisas de desenvolvimento dos sistemas de desaguamento e de reúso dos lodos de ETAs. / The study of involved factors, micro and macroproperties of sludge from water treatment plants (WTP) in dewatering by natural systems with the use of draining beds is the main focus of this research. For this purpose, dewatering assays by draining beds were done with samples from aluminium sulphate and polyaluminium chloride (PA\'CL\') sludge, and monitoring of the climatic variables along the experiments. The results proved the performance of the draining beds in reducing the volume, ranging from 80 to 90% for the sludges from PA\'CL\' and aluminium sulphate and the final rate of solids from 30 to 90%, without consuming the energy. In dewatering phase, independently of the type and volume of the applied sludge, the bigger the flow of dewatering the lesser the value of the applied rate of solids (TAS, Kg/\'M POT.2\', volumetric fraction of particles). The analised variables, solid rates, distribution of the height of the particles, morphology, and composition of the particles among others, in the mass of the brute and dewatered sludge indicated different mechanisms of drying and consequently influence in the rate of drying. The use of the flow of mass of humidity revealed adequate to evaluate the drying phase. The studies of micro and macroproperties of the sludge were decisive to conduct researches of development of dewatering systems and reusing of the sludges from WTP´s.

O estudo dos fatores intervenientes, micro e macropropriedades dos lodos de estação de tratamento de água (ETA), no desaguamento por sistemas naturais, com uso de leito de drenagem, constituiu o principal foco desta pesquisa. Assim, ensaios de desaguamento por leito de drenagem foram realizados com amostras de lodos de sulfato de alumínio e de cloreto de polialumínio (PA\'CL\') e monitoramento das variáveis climáticas. Os resultados comprovaram o desempenho do leito de drenagem para redução de volume, da ordem de 80% e 90% para os lodos de PA\'CL\' e sulfato de alumínio e teor de sólidos final respectivamente de 30 a 90%, sem consumo de energia. Na fase de drenagem, independente do tipo e volume de lodo aplicado, a vazão de drenagem foi maior quanto menor o valor da taxa de aplicação de sólidos - TAS (Kg/\'M POT.2\') (fração volumétrica de partículas). As variáveis analisadas, teor de sólidos, distribuição de tamanho de partículas, morfologia e composição das partículas entre outros, na massa de lodo bruto e desaguado indicaram diferentes mecanismos de secagem e conseqüente influencia na velocidade de secagem. O uso do fluxo de massa de água evaporada revelou-se adequado para avaliar a fase de secagem. O estudo das micro e macropropriedades do lodo mostram-se decisivos para balisarem pesquisas de desenvolvimento dos sistemas de desaguamento e de reúso dos lodos de ETAs. / The study of involved factors, micro and macroproperties of sludge from water treatment plants (WTP) in dewatering by natural systems with the use of draining beds is the main focus of this research. For this purpose, dewatering assays by draining beds were done with samples from aluminium sulphate and polyaluminium chloride (PA\'CL\') sludge, and monitoring of the climatic variables along the experiments. The results proved the performance of the draining beds in reducing the volume, ranging from 80 to 90% for the sludges from PA\'CL\' and aluminium sulphate and the final rate of solids from 30 to 90%, without consuming the energy. In dewatering phase, independently of the type and volume of the applied sludge, the bigger the flow of dewatering the lesser the value of the applied rate of solids (TAS, Kg/\'M POT.2\', volumetric fraction of particles). The analised variables, solid rates, distribution of the height of the particles, morphology, and composition of the particles among others, in the mass of the brute and dewatered sludge indicated different mechanisms of drying and consequently influence in the rate of drying. The use of the flow of mass of humidity revealed adequate to evaluate the drying phase. The studies of micro and macroproperties of the sludge were decisive to conduct researches of development of dewatering systems and reusing of the sludges from WTP´s.