Problemas inversos aplicados à identificação de parâmetros hidrodinâmicos de um modelo do estuário do rio Macaé

Esta tese tem por objetivo propor uma estratégia de obtenção automática de parâmetros hidrodinâmicos e de transporte através da solução de problemas inversos. A obtenção dos parâmetros de um modelo físico representa um dos principais problemas em sua calibração, e isso se deve em grande parte à dificuldade na medição em campo desses parâmetros. Em particular na modelagem de rios e estuários, a altura da rugosidade e o coeficiente de difusão turbulenta representam dois dos parâmetros com maior dificuldade de medição. Nesta tese é apresentada uma técnica automatizada de estimação desses parâmetros através deum problema inverso aplicado a um modelo do estuário do rio Macaé, localizado no norte do Rio de Janeiro. Para este estudo foi utilizada a plataforma MOHID, desenvolvida na Universidade Técnica de Lisboa, e que tem tido ampla aplicação na simulação de corpos hídricos. Foi realizada uma análise de sensibilidade das respostas do modelo com relação aos parâmetros de interesse. Verificou-se que a salinidade é uma variável sensível a ambos parâmetros. O problema inverso foi então resolvido utilizando vários métodos de otimização através do acoplamento da plataforma MOHID a códigos de otimização implementados em Fortran. O acoplamento foi realizado de forma a não alterar o código fonte do MOHID, possibilitando a utilização da ferramenta computacional aqui desenvolvida em qualquer versão dessa plataforma, bem como a sua alteração para o uso com outros simuladores. Os testes realizados confirmam a eficiência da técnica e apontam as melhores abordagens para uma rápida e precisa estimação dos parâmetros.

Identificação de parâmetros modais utilizando apenas as respostas da estrutura: identificação estocástica de subespaço e decomposição no domínio da frequência

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Identificação dos parâmetros modais utilizando apenas as respostas da estrutura: identificação no domínio do tempo

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Técnica de identificação de parâmetros no domínio do tempo utilizando funções ortogonais

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudo e implementação do método de Ewins-Gleeson para identificação de parâmetros modais

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Identificação de parâmetros em sistemas rotativos utilizando funções de otimização e observadores de estado

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Parâmetros associados a sibilância recorrente após bronquite aguda

RESUMO Introdução: a bronquiolite aguda afecta 30 a 60% das crianças saudáveis até ao terceiro aniversário. Destas, 50% evoluem para sibilância recorrente, com consequências pessoais, familiares e sociais relevantes. Objectivos: identificação de parâmetros clínicos e laboratoriais associados à sibilância recorrente em crianças saudáveis. A detecção da actividade local de quatro citocinas intervenientes nas vias imunológicas Th1 ou Th2 permitiu, gualmente, o estudo do respectivo comportamento em função dos referidos parâmetros. Material e Métodos: estudo prospectivo de coorte, efectuado no serviço de urgência pediátrica do HSFX no Inverno 2004/2005. Recrutada amostra de conveniência de 188 lactentes de idade inferior a 24 meses e diagnóstico de bronquiolite aguda. Excluídos portadores de doença crónica, ex-prematuros e os doentes sujeitos a corticoterapia nas duas semanas anteriores. A todos foi feito questionário padronizado, exame clínico e estratificação da gravidade através de índice validado. Na mucosa nasal, foram pesquisados Ag víricos e estudada a expressão génica de quatro citocinas - representativas da via Th1 (IFN-g e IL-12) ou Th2 (IL-4 e IL-13). Esta determinação foi efectuada por RT-PCR, no Laboratório de Biologia Molecular do Centro de Histocompatibilidade do Sul. Durante o seguimento, em consulta de pneumologia pediátrica até à idade de 36 meses, foram excluídos os seguintes casos: patologia anatómica ou funcional que justificasse sibilância recorrente, valores totais de IgE elevados, Phadiatop® positivo ou défice de IgG, IgA ou IgM. Os resultados foram estudados por estatística descritiva, análise univariada e multivariada. Foi considerado com significado estatístico, em todas as análises, o valor de p < 0,05. Resultados: das 188 crianças recrutadas, foram excluídas 36 (principalmente por identificação de outras causas de sibilância recorrente). Da amostra final de 152 doentes, 76 (50%) foram considerados sibilantes e 76 não sibilantes. Os seguintes parâmetros à entrada relacioram-se com a evolução para sibilância recorrente: idade inferior a 6 meses (OR: 3,8; IC95% 1,8-9,1); exposição ao fumo de tabaco na vida intrauterina (OR: 2,5; IC95% 1,2-5,2) ou após o nascimento (OR: 2,4; IC95% 1,0-5,8); atopia materna (OR: 4,0; IC95% 1,5-10,3); maior gravidade (OR: 1,2; IC95% 1,1-1,4); apirexia (OR: 4,7; IC95% 1,8-11,8); identificação de vírus (OR: 3,5; IC95% 1,4-8,7); predomínio imunitário de tipo Th2 em lactentes com idade superior a seis meses (OR:1,3; IC95% 1,0-1,7). Verificou-se predomínio Th1 na mucosa nasal das crianças com irmãos ou que frequentavam o infantário (OR: 3,1; IC95% 1,4-6,5); nas amamentadas (OR: 1,2; IC95% 1,1-1,4) e naquelas em que se identificaram Ag víricos (OR: 4,0; IC95% 1,3-11,9). O contacto com fumo de tabaco no domicílio foi o determinante mais importante de predomínio Th2 (OR: 2,3; IC95% 1,1-4,7). Discussão e Conclusões: Foram considerados factores de risco para sibilância recorrente em lactentes saudáveis: idade inferior no momento do primeiro episódio de bronquiolite; exposição passiva (antenatal ou pós-natal) ao fumo de tabaco;antecedentes maternos de atopia; primeiro episódio com maior gravidade, sem febre e com dentificação de Ag víricos nas secreções nasais. Os resultados do presente estudo reforçam as recomendações usuais de aleitamento materno, limitação de contactos sociais em lactentes e evicção tabágica durante a gravidez e após o nascimento.

Parâmetros para o conforto bioclimático urbano insular – casos na Cidade da Praia, Cabo Verde

A cidade é, hoje, o reflexo dos modelos de desenvolvimento da sociedade. A sua forma e dimensão são decorrentes de um conjunto de dinâmicas de difícil conformação e que, em grande parte, se suportam em parâmetros que permitem influenciar o futuro desenvolvimento, operacionalidade e desempenho da cidade. O resultado visível do crescimento das cidades em contexto insular tem, na sua génese, um conjunto de elementos que são muito diferentes de qualquer dos outros contextos geográficos e desenvolvidos em sociedades sem a especificidade da insularidade. A importância da identificação dos parâmetros que determinaram a evolução da cidade nos seus diferentes modelos é uma problemática que ganha acrescida relevância torna-se num desafio na procura do atingir de uma dinâmica ambiental, social e económica, resultado de um desenvolvimento mais sustentável. A presente investigação desenvolve um estudo sobre a cidade em contexto insular, questionando se será possível definir um conjunto de parâmetros para a construção da cidade insular tropical. Elabora um modelo suportado em elementos paramétricos que, quando aplicados à cidade insular, possibilita o seu desenvolvimento, numa base de desenvolvimento e sustentabilidade. O modelo de planeamento das cidades beneficia do conhecimento e identificação de parâmetros determinantes para o seu desenvolvimento futuro e sustentável. Quando conjugado com a realidade social, económica e ambiental, tal saber auxilia ao processo de desenvolvimento e, quando necessário, às acções de regeneração da cidade, dado estas dependerem de inúmeros interesses e relações. O recurso a soluções consideradas como bem-sucedidas noutras regiões nem sempre é significado de poderem ser adoptadas noutros contextos mais fragilizados: assegurar a integração da população no processo do planeamento para que esta se sinta identificada e não obrigada a aceitar um contexto que lhe pode ser completamente adverso. A funcionalidade, a estética, harmonia e identidade devem ser, também, elementos definidores de uma solução adoptada para o contexto insular. A construção de um conjunto de parâmetros para a determinação do modelo de planeamento e a sua aplicabilidade, conduz a proposta de nova forma de desenvolvimento urbano estruturado em contexto adaptado à realidade insular e no quadro de Desenvolvimento Sustentável. A investigação desenvolvida permite concluir que a utilização do modelo paramétrico pode contribuir para a melhoria da qualidade de vida na cidade insular, presente e futura.

Aplicação da retroanálise na identificação da parcela devida à fluência do concreto da perda de protensão de vigas pré-moldadas de pontes

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Identificação de forças de excitação em sistemas rotativos utilizando funções ortogonais

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Algoritmo modificado de PSO matricial aplicado a identificação de sistemas com análise de convergência

Recentemente diversas técnicas de computação evolucionárias têm sido utilizadas em áreas como estimação de parâmetros de processos dinâmicos lineares e não lineares ou até sujeitos a incertezas. Isso motiva a utilização de algoritmos como o otimizador por nuvem de partículas (PSO) nas referidas áreas do conhecimento. Porém, pouco se sabe sobre a convergência desse algoritmo e, principalmente, as análises e estudos realizados têm se concentrado em resultados experimentais. Por isso, é objetivo deste trabalho propor uma nova estrutura para o PSO que permita analisar melhor a convergência do algoritmo de forma analítica. Para isso, o PSO é reestruturado para assumir uma forma matricial e reformulado como um sistema linear por partes. As partes serão analisadas de forma separada e será proposta a inserção de um fator de esquecimento que garante que a parte mais significativa deste sistema possua autovalores dentro do círculo de raio unitário. Também será realizada a análise da convergência do algoritmo como um todo, utilizando um critério de convergência quase certa, aplicável a sistemas chaveados. Na sequência, serão realizados testes experimentais de maneira a verificar o comportamento dos autovalores após a inserção do fator de esquecimento. Posteriormente, os algoritmos de identificação de parâmetros tradicionais serão combinados com o PSO matricial, de maneira a tornar os resultados da identificação tão bons ou melhores que a identificação apenas com o PSO ou, apenas com os algoritmos tradicionais. Os resultados mostram a convergência das partículas em uma região delimitada e que as funções obtidas após a combinação do algoritmo PSO matricial com os algoritmos convencionais, apresentam maior generalização para o sistema apresentado. As conclusões a que se chega é que a hibridização, apesar de limitar a busca por uma partícula mais apta do PSO, permite um desempenho mínimo para o algoritmo e ainda possibilita melhorar o resultado obtido com os algoritmos tradicionais, permitindo a representação do sistema aproximado em quantidades maiores de frequências.

Modelagem da Dinâmica do Sistema de Controle de Lastro de uma Plataforma Semisubmersível.

É descrita a modelagem, para controle, da dinâmica de uma plataforma semisubmersível com seis graus de liberdade. O modelo inclui os efeitos dos tanques de lastro como forças e momentos, assim como a dinâmica da plataforma. Os parâmetros do sistema foram obtidos das características da plataforma e de resultados experimentais obtidos com uma plataforma semisubmersível de dimensões reduzidas. O desenvolvimento de uma metodologia e de um software capazes de determinar o volume submerso e o centro de empuxo de uma estrutura com geometria complexa foram pontos determinantes nessa Dissertação, tendo em vista a complexidade do processo e as importâncias desses parâmetros para o desenvolvimento do modelo. A linearização do modelo permitiu a elaboração de uma estratégia de controle capaz de estabilizar a plataforma mesmo em condições iniciais distantes do equilíbrio. As equações que descrevem o movimento da plataforma nos graus de liberdade vertical, jogo e arfagem foram desenvolvidas. A realocação dos polos e um observador de estado foram utilizados com o objetivo de melhorar o controle do sistema.

Efeito do treinamento físico intenso e da dose única de polifenóis sobre indicadores cardiometabólicos em militares fisicamente condicionados

O exercício físico pode promover o desequilíbrio oxidativo e na secreção e ação das adipocinas, leptina e adiponectina, que desempenham papel fundamental no desenvolvimento de doenças cardiometabólicas, incluindo a síndrome metabólica, disfunção endotelial, desordens inflamatórias e vasculares. Militares são submetidos a exercícios físicos intensos e podem apresentar maior risco de doenças cardiovasculares. A identificação de parâmetros capazes de detectar o risco cardiovascular precoce em grupos muito ativos fisicamente é complexa. A razão leptina/adiponectina (L/A) e a concentração de LDL eletronegativa (LDL (-)) vem sendo considerados bons indicadores de risco cardiovascular precoce porém não há estudos que investiguem a utilidade destes marcadores em militares. Os polifenóis, presentes na uva (Vitis vinífera), apresentam efeitos cardioprotetores como inibição da oxidação das lipoproteínas e controle glicêmico. Na presente tese objetivou-se identificar o risco cardiovascular em jovens militares altamente treinados, utilizando diferentes parâmetros, incluindo a razão L/A e investigar a influência do exercício militar e do uso de dose única de Vitis vinifera sobre parâmetros cardiometabólicos de militares fisicamente treinados. O primeiro estudo contou com a participação de 54 militares d gênero masculino, condicionados fisicamente, após descanso de 24h. No segundo estudo, participaram 54 militares do gênero masculino distribuídos aleatoriamente, de forma duplo-cego, para receber única dose contendo 200 mg de extrato seco de Vitis vinifera (GS, n = 27) ou 200 mg de placebo (amido) (GP, n = 27). Considerados em conjunto, os resultados sugerem que militares treinados poderiam ser classificados como limítrofes quanto ao risco cardiovascular, quando somente o perfil lipídico é empregado como marcador. As medidas de CC e CC/E são parâmetros de fácil obtenção e podem ser empregados na identificação do potencial risco cardiovascular, enquanto outros estudos não confirmam a eficácia da razão L/A para este fim. A comparação das concentrações plasmáticas de adiponectina e leptina apresentou diferença significativa apenas intragrupo para ambos os grupos. As concentrações plasmáticas das adipocinas foram influenciadas pelo treinamento. Os indicadores de homeostase glicêmica, glicemia de jejum e insulina plasmática, foram semelhantes entre os grupos, não sendo sendo influenciada pelo treinamento ou suplementação. A suplementação de polifenóis reduziu as concentrações de LDL(-) do GS em relação ao GP em T24h e T48h (p<0,05). Estes achados sugerem que o treinamento físico afeta a secreção das adipocinas independentemente do uso da Vitis vinífera. Entretanto, a dose única de polifenóis pode reduzir o risco cardiometabólico proveniente da oxidação da LDL (-)

Macroinvertebrate traits as biomonitoring tools in agricultural scenarios

Os ecossistemas de água doce – responsáveis por funções ambientais importantes e pelo fornecimento de bens e serviços insubstituíveis – têm vindo a ser severamente afectados por perturbações antropogénicas. A conversão de floresta em terreno agrícola afecta os sistemas aquáticos através de uma série de mecanismos: sedimentação; excesso de nutrientes; contaminação; alterações hidrológicas; e remoção de vegetação ripícola. As comunidades de macroinvertebrados de água doce – devido à sua diversidade, ubiquidade e sensibilidade às perturbações ambientais – revelam-se como particularmente adequadas para estudos de avaliação da integridade ecológica destes sistemas expostos simultaneamente a múltiplos factores de impacto. O uso sistemático de respostas biológicas para avaliação de mudanças ambientais – ou biomonitorização – pode ser levado a cabo através de diversas metodologias, que, de uma forma geral, não consideram aspectos funcionais das comunidades biológicas e têm aplicabilidade geograficamente restrita. A biomonitorização através de atributos biológicos (características que reflectem a adaptação das espécies ao seu meio ambiente) revela-se como uma ferramenta promissora na resolução dos problemas referidos, apresentando vantagens adicionais: relações causa-efeito directas; melhoria na diferenciação de impactos; e integração da variabilidade natural. O presente estudo apresenta uma revisão critica do estado-da-arte actual na área do uso de atributos biológicos em biomonitorização. Até à data de publicação, não estava disponível nenhum outro trabalho com a base conceptual do uso de atributos de macroinvertebrados enquanto descritores de comunidades e para efeitos de biomonitorização e gestão de sistemas de água doce. Descrevem-se as teorias ecológicas de suporte destas metodologias (conceitos de habitat-molde e de filtros paisagísticos) e os estudos que aplicaram estas teorias em cenários reais, tendo-se chamado a atenção para questões técnicas e possíveis soluções. As necessidades futuras nesta área englobam: o desenvolvimento de uma só ferramenta de biomonitorização de aplicação alargada; uma maior compreensão da variabilidade natural nas comunidades biológicas; diminuição dos efeitos de soluções de compromisso biológico e sindromas; realização de estudos autoecológicos adicionais; e detecção de impactos específicos em cenários de impacto complexos. Um dos objectivos deste estudo foi contribuir para a melhoria das técnicas de biomonitorização através de atributos, focalizando em comunidades de macroinvertebrados ribeirinhas em diferentes regiões biogeográficas (as bacias hidrográficas dos rios: Little e Salmon em New Brunswick, Canadá; Anllóns na Galiza, Espanha; Reventazón em Cartago, Costa Rica). Em cada região, foram estudados gradientes de uso agrícola de solo, incluindo desde bacias hidrográficas quase exclusivamente cobertas por floresta até bacias sob a influência maioritária de actividades agrícolas intensivas. Em cada gradiente de uso de solo, a caracterização da comunidade biológica (por amostragem de macroinvertebrados em troços de rápidos) foi acompanhada pela caracterização do habitat circundante (incluindo propriedades da bacia hidrográfica, análise química das águas e outras propriedades à escala local). A comunidade de macroinvertebrados foi caracterizada através de informação taxonómica, métricas estruturais, índices de diversidade, métricas de tolerância, índices bióticos e através da compilação de atributos biológicos e fisiológicos gerais, de história de vida e de resistência a perturbações. Análises estatísticas univariadas e multivariadas foram usadas para evidenciar os gradientes biológicos e físico-químicos, confirmar a sua co-variação, testar a significância da discriminação de níveis de impacto e estabelecer comparações inter-regionais. A estrutura de comunidades revelou os complexos gradientes de impacto, que por sua vez co-variaram significativamente com os gradientes de uso de solo. Os gradientes de impacto relacionaram-se sobretudo com entrada de nutrientes e sedimentação. Os gradientes biológicos definidos pelas medidas estruturais seleccionadas co-variaram com os gradientes de impacto estudados, muito embora apenas algumas variáveis estruturais tenham individualmente discriminado as categorias de uso de solo definidas a priori. Não foi detectada consistência nas respostas das medidas estruturais entre regiões biogeográficas, tendo-se confirmadado que as interpretações puramente taxonómicas de impactos são difíceis de extrapolar entre regiões. Os gradientes biológicos definidos através dos atributos seleccionados também co-variaram com os gradientes de perturbação, tendo sido possível obter uma melhor discriminação de categorias de uso de solo. Nas diferentes regiões, a discriminação de locais mais impactados foi feita com base num conjunto similar de atributos, que inclui tamanho, voltinismo, técnicas reproductivas, microhabitat, preferências de corrente e substrato, hábitos alimentares e formas de resistência. Este conjunto poderá vir a ser usado para avaliar de forma predictiva os efeitos das modificações severas de uso de solo impostas pela actividade agrícola. Quando analisadas simultaneamente através dos atributos, as comunidades das três regiões permitiram uma moderada mas significativa discriminação de níveis de impacto. Estas análises corroboram as evidências de que as mudanças nas comunidades de macroinvertebrados aquáticos em locais sob a influência de agricultura intensiva podem seguir uma trajectória convergente no espaço multidimensional, independentemente de factores geográficos. Foram fornecidas pistas para a identificação de parâmetros específicos que deverão ser tidos em conta no planeamento de novos programas de biomonitorização com comunidades de macroinvertebrados bentónicos, para aplicação numa gestão fluvial verdadeiramente ecológica, nestas e noutras regiões. Foram ainda sugeridas possíveis linhas futuras de investigação.