Análise de ecossistemas aquáticos através do método input-output : estudo de caso lagoa Itapeva (sistema lagunar costeiro do Rio Grande do Sul)

A enorme complexidade dos sistemas ecológicos tem sido uma grande barreira para a compreensão e o gerenciamento da problemática ambiental. Neste sentido a modelagem matemática é uma valiosa ferramenta, devido a sua capacidade de organizar as informações disponíveis sobre estes sistemas e de fazer previsões a seu respeito para diferentes condições. Desta forma a análise de sistemas naturais vem sendo abordada de diferentes maneiras, sendo que nas últimas décadas a teoria de ecossistemas expandiu-se e ramos específicos, que permitem seguir e predizer a evolução de ecossistemas, foram formulados. Um destes enfoques, conhecido como análise do fluxo de insumo-produto, pode ser utilizado para explicar o funcionamento e estrutura dos subsistemas de um ecossistema através da descrição dos fluxos de matéria ou energia. A análise do fluxo de insumo-produto pode ser representada através de dois modelos: o modelo determinístico ou o modelo estocástico, tendo sua origem em estudos de caso com o objetivo de analisar a econômica norte-americana, sendo uma extensão prática da teoria clássica de interdependência geral. Este trabalho faz uma abordagem sintética da evolução desta análise, avaliando dados teóricos e principalmente dados referentes à Lagoa Itapeva. A análise de input-output (determinística e estocástica) com o propósito de obter informações no que diz respeito aos fluxos (matéria e energia), é bastante simples; sendo que os modelos determinísticos se prestam melhor para traçar um panorama global e para obter projeções para as variáveis já os modelos estocásticos são mais complexos, mas provêem uma descrição mais acurada. Na Lagoa Itapeva os processos determinísticos demonstraram um baixo índice de ciclagem do carbono entre os três compartimentos em estudo e o fluxo preferencial na normalização corresponde ao compartimento dos produtores primários, isto decorre de não existir loop nos compartimentos em estudo e também não existir fluxos em dois sentidos. Em relação à avaliação estocástica foram observadas uma baixa relação no sentido espacial superfície-meio-fundo da lagoa, e uma boa distribuição espacial norte-centro-sul. Quanto à distribuição temporal, foi constatada uma baixa concordância entre os dados analisados e os dados reais quanto das análises realizadas em intervalos de tempo pequeno (horas) e uma boa concordância nas medidas feitas quando o intervalo foi significativo (meses). Também em relação à Lagoa Itapeva, foi verificado nas análises estocásticas, utilizando-se operadores espaciais, que como a dinâmica biológica nem sempre é linear, os organismos não podem acompanhar imediatamente e perfeitamente as mudanças do ambiente, resultando em tempos de residência de matéria significativamente baixo. Além da análise dos fluxos ligados a este ecossistema lagunar, foram desenvolvidas técnicas de correção e adaptação de dados referentes à amostragem ocorrida na Lagoa durante um ano de campanha. Assim, propõe-se uma nova perspectiva no uso desta metodologia de forma simples e de fácil manipulação matemática.

Caracterização físico-química e avaliação dos perfis de liberação in vitro de micropartículas revestidas com nanocápsulas poliméricas

Micropartículas nanorrevestidas foram preparadas através da secagem por aspersão empregando-se suspensões de nanocápsulas poliméricas como material de revestimento. Uma matriz 2³ foi empregada, e os fatores analisados foram o método de preparação de nanocápsulas (nanoprecipitação e emulsificação-difusão), o polímero [poli(ε-caprolactona) e Eudragit® RS100] e a forma de inclusão da indometacina nas micropartículas (nanocápsulas ou núcleo). Duas formulações adicionais foram preparadas associando a indometacina ao dióxido de silício em etapa única, empregando nanocápsulas obtidas através do método de nanoprecipitação com a poli(ε-caprolactona) e com o Eudragit® RS100. As suspensões de nanocápsulas foram caracterizadas através da medida do pH, do tamanho médio de partícula, do potencial zeta e da eficiência de encapsulação. As micropartículas nanorrevestidas foram caracterizadas quanto ao tamanho de partícula, a taxa de associação, ao rendimento, a área superficial e ao volume de poros. A análise morfológica foi realizada através da microscopia eletrônica de varredura e da microscopia óptica. Também foram determinados o tamanho médio de partícula e o potencial zeta dos pós ressuspendidos. Os perfis de dissolução foram avaliados em tampão fosfato pH 6,8 através da eficiência de dissolução, dos fatores de similaridade e de diferença, da modelagem matemática e do modelo da Lei da Potência. O conjunto dos resultados permitiu selecionar as formulações preparadas com Eudragit® RS100 como sendo as mais promissoras, porque apresentaram maior controle da liberação do fármaco. Em relação à técnica de preparação das nanocápsulas foi selecionada a nanoprecipitação, pois possibilitou a redução de tensoativos, o que torna o processo de secagem mais eficiente. Além disso, a estratégia de associação do fármaco em uma etapa demonstrou perfis de liberação mais controlados para as micropartículas nanorrevestidas. A modelagem matemática empregando a Lei da Potência permitiu a proposição de um modelo de dissolução, a desaglomeração do sistema nanorrevestido microparticulado.

Micropartículas de p(hbhv) e de blendas de p(hbhv):pcl contendo dexametasona ou acetato de dexametasona como modelos de fármacos : caracterização físico-química e perfis de liberação in vitro

Tendo em vista o controle da porosidade da matriz polimérica de micropartículas constituídas por blendas de poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) [P(HBHV)] e de poli- ε-caprolactona (PCL), o presente trabalho objetivou verificar a possibilidade de controle da liberação de fármacos associados a esses sistemas. Foram preparadas micropartículas constituídas de blendas de P(HBHV):PCL nas proporções de 100:0, 90:10 e 80:20 (m/m) pelo método de emulsificação/evaporação de solvente, variandose o volume de fase orgânica. Os modelos de fármacos utilizados foram a dexametasona e o acetato de dexametasona. As micropartículas obtidas apresentaram rendimento e eficiência de encapsulação satisfatória, entretanto, através de análises por microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura foi evidenciada a ocorrência de cristais de fármaco não encapsulado. Os diâmetros de partícula permaneceram em torno de 100 a 200 μm e variaram em função do volume de fase orgânica. A área superficial foi afetada pelo percentual de PCL na blenda e pela presença de cristais do fármaco nas formulações. A análise térmica das amostras demonstrou que o processo de obtenção alterou a estrutura cristalina do P(HBHV) e que a encapsulação dos fármacos levou à variação da sua temperatura de transição vítrea e cristalinidade. Os perfis de dissolução da dexametasona a partir das micropartículas apresentaram ajustes adequados ao modelo monoexponencial e foram semelhantes aos perfis apresentados pelo fármaco não encapsulado. Nas formulações contendo acetato de dexametasona houve liberação sustentada do fármaco por até 250 horas quando associado aos sistemas e a modelagem matemática indicou ajuste dos perfis ao modelo biexponencial. Evidenciou-se um aumento nos valores das constantes de liberação dos fármacos conforme o acréscimo do conteúdo de PCL na blenda.

Predição da viscosidade de emulsões para petróleos leves brasileiros

A formação de emulsão de água-em-óleo gera um significativo incremento na viscosidade, o que afeta diretamente a produção do poço, pois aumenta a perda de carga ao longo da linha de produção, dificultando o escoamento e diminuindo a produção de óleo. A presença e natureza da emulsão, e seu impacto na reologia do petróleo, podem determinar a viabilidade econômica e técnica dos processos envolvidos. A medida que a fração de água aumenta e a temperatura é reduzida, o comportamento das emulsões se torna cada vez mais não-Newtoniano. A decorrência disso, é que a temperatura e a taxa de cisalhamento passam a ter maior impacto na variação da viscosidade das emulsões. Nesse estudo são propostos novos métodos que levam em conta essas variáveis. Os dados reológicos experimentais de 15 petróleos leves foram utilizados para avaliar o desempenho dos modelos existentes na literatura e compará-los com os novos métodos propostos nesse estudo.

Estudo da permeação em membranas quitosana

This study proposes to do a study on the mathematical modeling of permeation of films based on chitosan. To conduct the study were obtained membranes with various compositions: a virtually pure membrane-based chitosan; one of chitosan associated with poly (ethylene oxide (PEO). The membranes of pure chitosan were treated with plasma in atmospheres of oxygen, argon and methane. The various types of films were characterized as to its permeation regarding sufamerazina sodium. In the process of mathematical modeling were compared the standard method of obtaining the coefficient of permeation recital straight down the slope of the plot obtained by extinction / time with a the integration process of numerical permeability rate will be calculated from the spectroscopy UV

Síntese de pigmento cerâmico ferrita de cobalto utilizando planejamento experimental

Synthetic inorganic pigments are the most widely used in ceramic applications because they have excellent chemical and thermal stability and also, in general, a lower toxicity to man and to the environment. In the present work, the ceramic black pigment CoFe2O4 was synthesized by the polymerization Complex method (MPC) in order to form a material with good chemical homogeneity. Aiming to optimize the process of getting the pigment through the MPC was used a fractional factorial design 2(5-2), with resolution III. The factors studied in mathematical models were: citric acid concentration, the pyrolysis time, temperature, time and rate of calcination. The response surfaces using the software statistica 7.0. The powders were characterized by thermal analysis (TG/DSC), x-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and spectroscopy in the UV-visible. Based on the results, there was the formation of phase cobalt ferrite (CoFe2O4) with spinel structure. The color of the pigments obtained showed dark shades, from black to gray. The model chosen was appropriate since proved to be adjusted and predictive. Planning also showed that all factors were significant, with a confidence level of 95%

Modelo Estocástico para bloqueio de poros e redução de permeabilidade

Modeling transport of particulate suspensions in porous media is essential for understanding various processes of industrial and scientific interest. During these processes, particles are retained due to mechanisms like size exclusion (straining), adsorption, sedimentation and diffusion. In this thesis, a mathematical model is proposed and analytical solutions are obtained. The obtained analytic solutions for the proposed model, which takes pore and particle size distributions into account, were applied to predict the particle retention, pore blocking and permeability reduction during dead-end microfiltration in membranes. Various scenarios, considering different particle and pore size distributions were studied. The obtained results showed that pore blocking and permeability reduction are highly influenced by the initial pore and particle size distributions. This feature was observed even when different initial pore and particle size distributions with the same average pore size and injected particle size were considered. Finally, a mathematical model for predicting equivalent permeability in porous media during particle retention (and pore blocking) is proposed and the obtained solutions were applied to study permeability decline in different scenarios

Mapeamento das formas do relevo para estimativa de custos de fertilização em cana-de-açúcar

A modelagem matemática associada ao conhecimento da variabilidade dos atributos do solo e mapeamento das formas do relevo pode auxiliar no manejo da fertilidade do solo em usinas sucroalcooleiras. O presente trabalho teve como objetivo avaliar o uso da geoestatística e da modelagem matemática na estimativa de custos de fertilização, em diferentes formas do relevo. em uma área de 200 ha, foram identificadas duas formas de relevo, uma côncava e outra convexa, sendo os solos coletados nos pontos de cruzamento de uma malha, com intervalos regulares de 50 m, perfazendo um total de 623 pontos. As amostras foram submetidas a análises químicas, e, posteriormente, os dados foram avaliados por meio da estatística descritiva, geoestatística e modelagem matemática. Os resultados mostraram que, quando as formas do relevo são incorporadas às análises geoestatística e de modelagem matemática, ocorre aumento na eficiência de aplicação do calcário, fósforo e potássio no solo.

Mineralização potencial e líquida de nitrogênio em solos

Os métodos de incubação de solo fornecem subsídios técnicos para a avaliação da mineralização e disponibilidade de N. Nesse sentido, os objetivos deste trabalho foram avaliar a mineralização potencial e líquida do N orgânico em solos e relacioná-la à disponibilidade de N para plantas. Amostras de 22 solos coletadas na camada arável (0 a 20 cm) foram submetidas à incubação em condições aeróbias a 35 °C, por 30 semanas, e anaeróbias a 40 °C, por sete dias, e utilizadas em experimento, em casa de vegetação, em que o milho foi a planta-teste. Durante a incubação por 30 semanas, houve aumento do N mineralizado na segunda semana, seguido de diminuição e estabilização a partir da quarta semana. Este comportamento resultou em ajuste do N mineralizado (Nm) ao modelo exponencial de decrescimento e do N mineralizado acumulado (Nmac) ao modelo exponencial de crescimento, a partir do qual foi possível calcular o N potencialmente mineralizável (N0). As quantidades de N0 refletiram a mineralização e a disponibilidade de N em longo prazo. Contudo, o Nmac apresentou maior grau de correlação com o N disponível medido pelas plantas (concentração de N e N acumulado na parte aérea) do que o N0, e valores altos de correlação foram obtidos já após duas semanas de incubação, o que indica que a modelagem matemática pode ser dispensada e o período de incubação pode ser encurtado. O N total do solo foi melhor índice da mineralização potencial e líquida de N orgânico do que a matéria orgânica do solo, principalmente em longo prazo. O método de incubação anaeróbia de curta duração pode ser utilizado para cálculo da estimativa do N0, e a subtração do N-NH4+ inicial não contribuiu para melhorar a estimativa da mineralização e da disponibilidade de N por meio deste método, o que o torna ainda mais simples e viável.

Problemas e modelos que contribuíram com o desenvolvimento do cálculo diferencial e integral: dos gregos à Newton

This article refers to a research which tries to historically (re)construct the conceptual development of the Integral and Differential calculus, taking into account its constructing model feature, since the Greeks to Newton. These models were created by the problems that have been proposed by the history and were being modified by the time the new problems were put and the mathematics known advanced. In this perspective, I also show how a number of nature philosophers and mathematicians got involved by this process. Starting with the speculations over scientific and philosophical natures done by the ancient Greeks, it culminates with Newton s work in the 17th century. Moreover, I present and analyze the problems proposed (open questions), models generated (questions answered) as well as the religious, political, economic and social conditions involved. This work is divided into 6 chapters plus the final considerations. Chapter 1 shows how the research came about, given my motivation and experience. I outline the ways I have gone trough to refine the main question and present the subject of and the objectives of the research, ending the chapter showing the theoretical bases by which the research was carried out, naming such bases as Investigation Theoretical Fields (ITF). Chapter 2 presents each one of the theoretical bases, which was introduced in the chapter 1 s end. In this discuss, I try to connect the ITF to the research. The Chapter 3 discusses the methodological choices done considering the theoretical fields considered. So, the Chapters 4, 5 and 6 present the main corpus of the research, i.e., they reconstruct the calculus history under a perspective of model building (questions answered) from the problems given (open questions), analyzing since the ancient Greeks contribution (Chapter 4), pos- Greek, especially, the Romans contribution, Hindus, Arabian, and the contribution on the Medium Age (Chapter 5). I relate the European reborn and the contribution of the philosophers and scientists until culminate with the Newton s work (Chapter 6). In the final considerations, it finally gives an account on my impressions about the development of the research as well as the results reached here. By the end, I plan out a propose of curse of Differential and Integral Calculus, having by basis the last three chapters of the article

As geometrias urbana e isoperimétrica: uma alternativa de uso em sala de aula

The main goal of the present study is to propose a methodological approach to the teaching of Geometry and, in particular, to the construction of the concepts of circle (circumference) and ellipse by 7th and 8th grade students. In order to aid the students in the construction of these concepts, we developed a module based on mathematical modeling, and both Urban Geometry (Taxicab Geometry) and Isoperimetric Geometry. Our analysis was based on Jean Piaget's Equilibrium Theory. Emphasizing the use of intuition based on accumulated past experiences, the students were encouraged to come up with a hypothesis, try it out, discuss it with their peers, and derive conclusions. Although the graphs of circles and ellipses assume different shapes in Urban and Isoperimetric Geometry than they do in the standard Euclidian Geometry, their definitions are identical regardless of the metric used. Thus, by comparing the graphs produced in the different metrics, the students were able to consolidate their understanding of these concepts. The intervention took place in a series of small group activities. At the end of the study, the 53 seventh grade and the 55 eighth grade students had a better understanding of the concepts of circle and ellipse

Metaheurísticas evolutivas para o problema de roteamento de unidades móveis de pistoneio

This paper presents metaheuristic strategies based on the framework of evolutionary algorithms (Genetic and Memetic) with the addition of Technical Vocabulary Building for solving the Problem of Optimizing the Use of Multiple Mobile Units Recovery of Oil (MRO units). Because it is an NP-hard problem, a mathematical model is formulated for the problem, allowing the construction of test instances that are used to validate the evolutionary metaheuristics developed

Estudo de estratégias de otimização para poços de petróleo com elevação por bombeio de cavidades progressivas

The progressing cavity pump artificial lift system, PCP, is a main lift system used in oil production industry. As this artificial lift application grows the knowledge of it s dynamics behavior, the application of automatic control and the developing of equipment selection design specialist systems are more useful. This work presents tools for dynamic analysis, control technics and a specialist system for selecting lift equipments for this artificial lift technology. The PCP artificial lift system consists of a progressing cavity pump installed downhole in the production tubing edge. The pump consists of two parts, a stator and a rotor, and is set in motion by the rotation of the rotor transmitted through a rod string installed in the tubing. The surface equipment generates and transmits the rotation to the rod string. First, is presented the developing of a complete mathematical dynamic model of PCP system. This model is simplified for use in several conditions, including steady state for sizing PCP equipments, like pump, rod string and drive head. This model is used to implement a computer simulator able to help in system analysis and to operates as a well with a controller and allows testing and developing of control algorithms. The next developing applies control technics to PCP system to optimize pumping velocity to achieve productivity and durability of downhole components. The mathematical model is linearized to apply conventional control technics including observability and controllability of the system and develop design rules for PI controller. Stability conditions are stated for operation point of the system. A fuzzy rule-based control system are developed from a PI controller using a inference machine based on Mandami operators. The fuzzy logic is applied to develop a specialist system that selects PCP equipments too. The developed technics to simulate and the linearized model was used in an actual well where a control system is installed. This control system consists of a pump intake pressure sensor, an industrial controller and a variable speed drive. The PI control was applied and fuzzy controller was applied to optimize simulated and actual well operation and the results was compared. The simulated and actual open loop response was compared to validate simulation. A case study was accomplished to validate equipment selection specialist system