Desarrollo de una interfaz visual del metabolismo de glucosa basada en modelos matemáticos compartiméntales

La diabetes es una enfermedad que ha ido en aumento en los últimos años, partiendo de esta problemática el objetivo principal de esta tesis es el de desarrollar una interfaz visual basada en modelos de metabolismo de glucosa, de manera que esta sea una herramienta que sirva de apoyo para observar el comportamiento de dicho metabolismo en un paciente sano, en un paciente con diabetes tipo I o en un paciente con diabetes tipo II, siendo que en un futuro esta se pueda modificar de forma que, con ciertos parámetros establecidos, se pueda llegar a predecir el comportamiento del metabolismo de glucosa en un paciente en específico y con ello saber cómo es que se tiene que actuar frente a las condiciones actuales para mejorar la calidad de vida de la persona en cuestión, aportando de esta manera en el desarrollo de la tecnología de generación de pacientes virtuales. El desarrollo de la interfaz se realizó en MATLAB© y permite el manejo de los tres tipos de pacientes virtuales (sano, diabetes tipo I, y diabetes tipo II) y reproduce el comportamiento dinámico de la concentración de glucosa e insulina en sangre. También permite manejar señales de entrada (dosificación de insulina prescrita por el medico) y perturbaciones (ingesta de alimentos).

Uso do R-shiny para execução de modelos matemáticos via web: estudo de caso sobre a dinâmica de propagação do HLB do citros.

RESUMO - O Huanglongbing (HLB ou Greening) é a doença mais importante e destrutiva da citricultura mundial. Presente de forma endêmica nos continentes asiático e africano há várias décadas, essa doença foi constatada no Brasil em 2004, sendo transmitida pelo psilídeo Diaphorina citri e causada por bactérias de floema Candidatus Liberibacter spp. Para auxiliar o estudo da doença, foram desenvolvidos modelos matemáticos para avaliação da propagação do HLB Citros. Este trabalho tem por objetivo a criação de um sistema para execução via web de um destes modelos, permitindo aos profissionais de diversas formações, em especial os das áreas biológicas, que são os especialistas do domínio em estudo, acesso rápido aos resultados fornecidos pelo modelo matemático, eliminando ainda a necessidade de conhecimento prévio em alguma linguagem de programação ou de métodos de resolução de equações diferenciais. O sistema foi completamente implementado em R, tendo sido o pacote deSolve usado para solução do modelo matemático e o framework web Shiny para a interface com usuário, sendo todos open source.

Formulações fortes para o problema integrado de dimensionamento e sequenciamento da produção

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Otimização multiobjetivo no planejamento agregado da produção e na cogeração de energia elétrica de usina do setor sucroenergético

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Planejamento do plantio e da colheita de cana-de-açúcar utilizando técnicas matemáticas de otimização

Pós-graduação em Agronomia (Energia na Agricultura) - FCA

Produção da enzima ciclodextrina glicosil transferase por Bacillus circulans

As ciclodextrinas (CDs) são oligossacarídeos cíclicos que solubilizam e modificam moléculas por possuir uma cavidade interna hidrofílica e região externa hidrofóbica, com uma estrutura tronco-cônica, conferindo a estes açúcares cíclicos propriedades físico-químicas para complexação de uma grande variedade de moléculas. A enzima ciclodextrina glicosiltransferase (CGTase) catalisa reações de conversão de amido em diferentes tipos de CDs, a sua produção é influenciada por vários fatores. As pesquisas dirigidas para a produção de CGTases de menor custo são importantes para viabilizar economicamente o uso das CDs em escala industrial. No presente estudo, as CDs foram produzidas a partir de diferentes fontes de carbono pelo micro-organismo Bacillus circulans ATCC 21783, estudou-se seu crescimento celular assim como sua produção enzimática, utilizando a ferramenta estatística de planejamento experimental. O micro-organismo Bacillus circulans ATCC 21783 mostrou-se ser eficiente na produção da enzima CGTase, os resultados indicaram a potencialidade do grão de sorgo como o melhor substrato para fermentação na produção de CGTase. Quanto maior o tamanho do grão de sorgo, maiores concentrações de glicose e amido estarão presentes, o que influencia diretamente a produção enzimática. Por meio do planejamento experimental foram proposto modelos matemáticos que expressam tanto a produção enzimática quanto a concentração das variáveis das concentrações da fonte de carbono, pH e a temperatura. A importância de desenvolver o modelo é demonstrar a sua aplicação bem-sucedida para determinação das condições ideais que representam o processo de alta produtividade enzimática da CGTase. A otimização das variáveis foram obtidas a partir de quatro planejamentos experimentais composto central (PCC) e seus resultados analisados pelas superfícies de resposta. Os melhores resultados do planejamento encontrados no...

Modelação do impacte produzido pelo aumento de nutrientes na produção primária do estuário do Sado

Os modelos matemáticos são ferramentas poderosas para avaliar o impacto humano em sistemas costeiros e estuarinos de estrutura complexa. Neste artigo utiliza-se um sistema de modelos para caracterizar o estado trófico do estuário do Sado e para prever a sua evolução baseada em diferentes cenários de intervenção humana. Analisa-se em pormenor o efeito do aumento de nutrientes introduzidos no estuário através do rio. Este estudo permite tirar conclusões sobre o impacte que esse aumento terá sobre o estuário. O sistema de modelação é composto por um modelo hidrodinâmico tridimensional às equações primitivas e modelos de transporte acoplados a modelos de transporte de sedimentos, modelos de qualidade da água e modelos ecológicos. O modelo hidrodinâmico encontra-se calibrado e validado para o sistema. Utilizam-se dados de campo de nutrientes e de fitoplâncton para comparação com os resultados do modelo. Analisam-se as características do sistema e efectua-se uma análise de sensibilidade do comportamento biológico do estuário face ao aumento da carga de nutrientes. As conclusões principais são: Confirmação da adequabilidade da metodologia utilizada para a simulação da situação actual do estuário; Pequena sensibilidade do estuário a aumentos moderados da carga de nutrientes; Sensibilidade moderada do estuário para elevadas cargas de nutrientes.

Projeto de um conversor eletrónico para utilização num sistema eólico de produção de energia

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica no Ramo de Automação e Electrónica Industrial

Modelagem e simulação de reatores de polimerização em leito fluidizado

O presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um modelo dinâmico genérico para reatores de polimerização em leito fluidizado com capacidade de predizer produção, condições de operação e propriedades do produto, como o índice de fluidez e densidade. Este modelo genérico é então aplicado ao caso específico da polimerização de eteno em reatores do processo UNIPOL, utilizando catalisador de óxido de cromo. De modo a obter um modelo validado, os parâmetros cinéticos são estimados utilizando experimentos realizados em uma planta piloto UNIPOL. Também é apresentado um modelo simplificado em relação ao modelo proposto inicialmente, cujo objetivo é remover as interações dos parâmetros das malhas de controle com os parâmetros cinéticos a serem estimados, aproveitando medidas de planta não utilizadas pelo outro modelo. Junto com a parte de estimação de parâmetros é apresentada a metodologia da análise de sensibilidade para o planejamento de experimentos e estimação de parâmetros.

Modelagem e simulação de um reator tubular de alta pressão para produção de PEBD

Foi realizado o estudo do efeito do tipo de nylon nas blendas PP/PP-MA/Ny. Estas blendas foram caracterizadas por calorimetria diferencial de varredura, microscopia eletrônica de varredura, propriedades mecânicas e reológicas. Na análise reológica foram realizados os testes para os nylons N6, N6,9 e N6,10. Para os nylons N6,6 e N6,12 não foi possível fazer as medidas de viscosidade. Os resultados demonstraram que para os teores de 0,34 e 0,46 g% de MA no PP, o nível de dispersão final segue o fator da reatividade dos grupos terminais amino do nylons. Assim, a ordem de aumento de dispersão para as blendas com os nylons foi de N6,9, N6 e N6,10. Este comportamento foi confirmado na análise morfológica. Para o teor de 0,81 g%, a dispersão foi afetada pelo quociente das viscosidades, obedecendo a ordem esperada para os nylons 6,10, 6,9 e 6 e suas blendas.

Modelagem da cinética de polimerização em lama de eteno

A modelagem matemática é uma ferramenta que apresenta diversas vantagens no estudo de processos industriais como, por exemplo, entender e desenvolver tecnologias, avaliar o impacto de variáveis nas propriedades do produto, estudos de redução de custos de produção e de impacto ambiental. O objetivo deste trabalho é desenvolver e validar um modelo matemático para um reator de bancada de polimerização em lama de eteno, enfatizando o desenvolvimento do modelo cinético. O modelo do reator contemplou: 1) modelo de troca térmica; 2) modelo termodinâmico; 3) modelo de transferência de massa gás-líquido e 4)modelo cinético. Para uma melhor predição do modelo foi realizada a estimação de alguns dos seus parâmetros conforme uma metodologia que compreendeu a análise de sensibilidade paramétrica e das variáveis de entrada do modelo e os efeitos de um planejamento de experimentos para a geração dos dados experimentais. A metodologia utilizada mostrou-se eficiente na avaliação do modelo quanto as suas características de predição, ajudando na identificação de possíveis falhas e evidenciando as vantagens de uma adequada metodologia experimental. Uma etapa determinante para o processo de estimação dos parâmetros é a escolha dos dados de saída a utilizar para a estimativa de determinado parâmetro. A modelagem do reator experimental mostrou-se satisfatória em todos os aspectos do processo (troca térmica, cinética, termodinâmica e transferência de massa), pois o modelo prediz com precisão as características encontradas nos experimentos. Assim, este pode ser utilizado para avaliar o mecanismo reacional envolvido de forma a aproximar-se das reais características do processo.

Modelagem da composição química do leite através de indicadores metabólicos em vacas leiteiras de alta produção

A lactação é um processo fisiológico complexo que ainda não foi compreendido na sua totalidade. Inúmeros fatores intervêm na síntese e secreção do leite, sendo os mais importantes a nutrição e o metabolismo endógeno dos nutrientes. A qualidade do leite é valorizada tanto pela sua composição química, como pelo conteúdo de células somáticas. No entanto, visando a comercialização do leite, as maiores mudanças e melhoras na qualidade podem ser atingidas através da manipulação da dieta dos animais, em especial em vacas leiteiras de alta produção. Avaliar os processos de absorção de alimentos, bem como o metabolismo catabólico e anabólico direcionado para a síntese do leite, têm sido uma grande preocupação na pesquisa de nutrição e bioquímica da produção animal. O principal objetivo da presente pesquisa foi gerar modelos matemáticos que pudessem explicar a participação de diferentes metabólitos sobre a composição química do leite. Neste intuito foram coletadas amostras de fluído ruminal, sangue, urina e leite de 140 vacas da raça Holandesa nas primeiras semanas de lactação e mantidas sob sistema semi-intensivo de produção e dieta controlada. Os animais foram selecionados de sistemas de produção no ecossistema do Planalto Médio de Rio Grande do Sul e foram amostrados em dois períodos climáticos críticos. No fluido ruminal foram avaliados o pH e o tempo de redução do azul de metileno. No sangue foram determinados os metabólitos: glicose, colesterol, β-hidroxibutirato (BHB), triglicerídeos, fructosamina, ácidos graxos não esterificados (NEFA), proteínas totais, albumina, globulina, uréia, creatinina, cálcio, fósforo e magnésio. As enzimas: aspartato amino transferase (AST), gama glutamil transferase (GGT) e creatina kinase (CK). Os hormônios: cortisol, insulina, triiodotironina (T3), tiroxina (T4), e leptina. Foi efetuado hemograma, para conhecer: hematócrito, hemoglobina, e contagem total e diferencial de células brancas. Na urina foram dosados: corpos cetônicos, pH e densidade. No leite foi determinada: proteína, gordura, lactose, sólidos totais, sólidos não gordurosos, contagem de células somáticas e uréia. Para a determinação de cada um dos metabólitos ou compostos foram usadas técnicas específicas validadas internacionalmente. Os diferentes valores obtidos constituíram os parâmetros básicos de entrada para a construção dos diversos modelos matemáticos executados para predizer a composição do leite. Mediante procedimentos de regressão linear múltipla algoritmo Stepwise, procedimentos de correlação linear simples de Pearson e procedimentos de análise computacional através de redes neurais, foram gerados diferentes modelos para identificar os parâmetros endógenos de maior relevância na predição dos diferentes componentes do leite. A parametrização das principais rotas bioquímicas, do controle endócrino, do estado de funcionamento hepático, da dinâmica ruminal e da excreção de corpos cetônicos aportou informação suficiente para predizer com diferente grau de precisão o conteúdo dos diferentes sólidos no leite. O presente trabalho é apresentado na forma de quatro artigos correspondentes aos parâmetros energéticos, de controle endócrino, modelagem matemática linear múltipla e predição através de Artificial Neural Networks (ANN).

Abordagem probabilística em um modelo de programação linear aplicado ao planejamento mineiro

Neste trabalho é discutido o impacto causado pelos parâmetros de processo com comportamento estocástico em um modelo de otimização, aplicado ao planejamento mineiro. Com base em um estudo de caso real, construiu-se um modelo matemático representando o processo produtivo associado à mineração, beneficiamento e comercialização de carvão mineral. Este modelo foi otimizado com a técnica de programação linear, sendo a solução ótima perturbada pelo comportamento estocástico de um dos principais parâmetros envolvidos no processo produtivo. A análise dos resultados permitiu avaliar o risco associado à decisão ótima, sendo com isto proposta uma metodologia para avaliação do risco operacional.

Desenvolvimento de modelos simplificados para o estudo da extrusão de polímeros

Neste trabalho, desenvolveram-se modelos matemáticos simplificados para o cálculo de duas variáveis importantes no estudo da extrusão de polímeros: vazão mássica (M&) e pressão na saída da extrusora (Psaída), em função das propriedades dos materiais e das condições de operação do equipamento. Podem-se utilizar esses modelos como ferramentas simples para a definição de critérios de ajustes que se devem fazer em uma extrusora de parafuso único para obter-se o desempenho desejado quando se alimenta o equipamento com um novo material. Para desenvolverem-se os modelos simplificados, utilizaram-se dados experimentais da extrusão de poliestireno (PS) e de polipropileno (PP), bem como resultados preditos por um programa computacional de simulação de extrusão disponível comercialmente. Mediram-se os dados experimentais de vazão mássica e de pressão na saída da extrusora em um equipamento de parafuso único de 45 mm de diâmetro. Realizaram-se esses testes, variando-se a velocidade de rotação do parafuso de 70 a 100 rpm para ambos os polímeros. No primeiro conjunto de simulações, utilizou-se o simulador Flow 2000 (Compuplast Inc.) para ajustarem-se os valores preditos de M& e de Psaída aos dados obtidos experimentalmente através da estimação dos fatores de atrito barril-polímero tanto para o PP quanto para o PS. Posteriormente, realizou-se um planejamento de experimentos, do tipo fatorial fracionado , para obter-se um segundo conjunto de simulações, considerando-se as propriedades dos materiais (reológicas e térmicas) e as condições de operação da extrusora (velocidade de rotação do parafuso e perfil de temperatura nas zonas de aquecimento da extrusora) como fatores de investigação. Com as novas simulações no Flow 2000, ajustaram-se os parâmetros dos modelos simplificados aos valores de vazão mássica e de pressão na saída da extrusora preditos no simulador. Elaboraram-se os modelos simplificados levando-se em conta as interações entre os fatores cujos efeitos consideraram-se significativos nas análises de variância (ANOVA). Obteve-se um modelo linear com 37 termos para o cálculo da vazão mássica e um modelo linear com 41 termos para o cálculo da pressão na saída da extrusora. Posteriormente, aplicou-se uma técnica de regressão multivariável para selecionar apenas os termos importantes dessas 1402IV2− XVI equações, conduzindo a um modelo linear com 10 termos para o cálculo da vazão mássica e a um modelo com 6 termos para o cálculo da pressão na saída da extrusora. Conseguiu-se boa concordância entre os dados experimentais e os valores preditos quando se aplicaram os modelos simplificados.

Extensão da função de progresso da produção a algumas indústrias brasileiras

A necessidade de maior generalização e aplicação do modelo da curva de progresso da produção às indústrias "mão-de-obra intensivas" vem sendo ressaltada há muitos anos na literatura. Até hoje, entretanto, as contribuições empíricas ao estudo da matéria emanaram, predominantemente, da indústria aeroespacial cabendo às demais umas poucas tentativas de extensão do modelo mencionado. A forma apropriada do modelo tem sido também debatida. A questão do platô na curva - término ou estancamento do progresso constitui um problema sobre o qual existe muita controvérsia e quase nenhuma pesquisa empírica. A estimação dos parâmetros da função de progresso da produção, para diferentes produtos e atividades, tem sido tentada por um escasso número de pesquisadores, desconhecendo o auto a existência de pesquisas sobre a função de progresso da produção no caso de indústrias brasileiras. Finalmente, a matéria toda carece de novas hipóteses e de melhor sistematização teórica. Ao ampliar e aprofundar as questões mencionadas, o trabalho teórico e de pesquisa, ora concluído, contribuirá, possivelmente, para esclarecer determinados aspectos da função de progresso da produção, ainda não abordados na literatura especialização.