A investigação da construção de modelos no estudo de um tópico de física utilizando um ambiente de modelagem computacional qualitativo

A integração de tecnologias de informação e comunicação no contexto educacional tem sido tema de diversos congressos e simpósios ao redor do mundo e no Brasil. Neste sentido, vários estudos têm sido realizados com o objetivo de se obter metodologias que tornem efetivo o emprego das novas tecnologias no ensino. Este artigo mostra um estudo que investigou a interação entre estudantes universitários da área de ciências exatas e um ambiente de modelagem computacional qualitativo em atividades de modelagem expressiva. Os resultados obtidos mostram que os estudantes foram capazes de criar e modificar o modelo do sistema proposto a partir de suas próprias concepções.

A utilização da modelagem computacional semiquantitativa no estudo do sistema mola-massa

O artigo apresenta resultados da investigação sobre a integração de ambientes de modelagem computacional ao aprendizado exploratório de Física. Os resultados aqui apresentados são relativos ao estudo da interação e desempenho de alunos de ensino superior durante a utilização do ambiente de modelagem computacional semiquantitativo WLinkIt em uma atividade de conteúdo específico em Física: o sistema mola-massa. Os resultados mostram que os estudantes apresentaram habilidades para desenvolver um modelo sobre a situação proposta e relacionar o comportamento apresentado pelo modelo com o esperado por eles, alterar o modelo e explicar o comportamento apresentado pelas variáveis. Os resultados mostram também que as dificuldades apresentadas foram relacionadas à delimitação do sistema a ser estudado, ao entendimento da influência de uma variável sobre a outra, ao entendimento de quem é o agente causal do sistema, ao entendimento da função de uma ligação entre duas variáveis e ao entendimento dos conceitos envolvidos. Assim, o mapeamento desses aspectos é fundamental para o delineamento de pesquisas futuras no sentido de promover, na prática, a integração de Ambientes de Modelagem Computacional Semiquantitativos na sala de aula, mais especificamente para o estudo de tópicos de Física.

Uma avaliação das metodologias de desagregação da exergia física para a modelagem termoeconômica de sistemas

Talvez não seja nenhum exagero afirmar que há quase um consenso entre os praticantes da Termoeconomia de que a exergia, ao invés de só entalpia, seja a magnitude Termodinâmica mais adequada para ser combinada com o conceito de custo na modelagem termoeconômica, pois esta leva em conta aspectos da Segunda Lei da Termodinâmica e permite identificar as irreversibilidades. Porém, muitas vezes durante a modelagem termoeconômica se usa a exergia desagregada em suas parcelas (química, térmica e mecânica), ou ainda, se inclui a neguentropia que é um fluxo fictício, permitindo assim a desagregação do sistema em seus componentes (ou subsistemas) visando melhorar e detalhar a modelagem para a otimização local, diagnóstico e alocação dos resíduos e equipamentos dissipativos. Alguns autores também afirmam que a desagregação da exergia física em suas parcelas (térmica e mecânica) permite aumentar a precisão dos resultados na alocação de custos, apesar de fazer aumentar a complexidade do modelo termoeconômico e consequentemente os custos computacionais envolvidos. Recentemente alguns autores apontaram restrições e possíveis inconsistências do uso da neguentropia e deste tipo de desagregação da exergia física, propondo assim alternativas para o tratamento de resíduos e equipamentos dissipativos que permitem a desagregação dos sistemas em seus componentes. Estas alternativas consistem, basicamente, de novas propostas de desagregação da exergia física na modelagem termoeconômica. Sendo assim, este trabalho tem como objetivo avaliar as diferentes metodologias de desagregação da exergia física para a modelagem termoeconômica, tendo em conta alguns aspectos como vantagens, restrições, inconsistências, melhoria na precisão dos resultados, aumento da complexidade e do esforço computacional e o tratamento dos resíduos e equipamentos dissipativos para a total desagregação do sistema térmico. Para isso, as diferentes metodologias e níveis de desagregação da exergia física são aplicados na alocação de custos para os produtos finais (potência líquida e calor útil) em diferentes plantas de cogeração considerando como fluido de trabalho tanto o gás ideal bem como o fluido real. Plantas essas com equipamentos dissipativos (condensador ou válvula) ou resíduos (gases de exaustão da caldeira de recuperação). Porém, foi necessário que uma das plantas de cogeração não incorporasse equipamentos dissipativos e nem caldeira de recuperação com o intuito de avaliar isoladamente o efeito da desagregação da exergia física na melhoria da precisão dos resultados da alocação de custos para os produtos finais.

Modelagem da dispersão de odores em ambientes urbanos

O presente trabalho investigou o problema da modelagem da dispersão de compostos odorantes em presença de obstáculos (cúbicos e com forma complexa) sob condição de estabilidade atmosférica neutra. Foi empregada modelagem numérica baseada nas equações de transporte (CFD1) bem como em modelos algébricos baseados na pluma Gausseana (AERMOD2, CALPUFF3 e FPM4). Para a validação dos resultados dos modelos e a avaliação do seu desempenho foram empregados dados de experimentos em túnel de vento e em campo. A fim de incluir os efeitos da turbulência atmosférica na dispersão, dois diferentes modelos de sub-malha associados à Simulação das Grandes Escalas (LES5) foram investigados (Smagorinsky dinâmico e WALE6) e, para a inclusão dos efeitos de obstáculos na dispersão nos modelos Gausseanos, foi empregado o modelo PRIME7. O uso do PRIME também foi proposto para o FPM como uma inovação. De forma geral, os resultados indicam que o uso de CFD/LES é uma ferramenta útil para a investigação da dispersão e o impacto de compostos odorantes em presença de obstáculos e também para desenvolvimento dos modelos Gausseanos. Os resultados também indicam que o modelo FPM proposto, com a inclusão dos efeitos do obstáculo baseado no PRIME também é uma ferramenta muito útil em modelagem da dispersão de odores devido à sua simplicidade e fácil configuração quando comparado a modelos mais complexos como CFD e mesmo os modelos regulatórios AERMOD e CALPUFF. A grande vantagem do FPM é a possibilidade de estimar-se o fator de intermitência e a relação pico-média (P/M), parâmetros úteis para a avaliação do impacto de odores. Os resultados obtidos no presente trabalho indicam que a determinação dos parâmetros de dispersão para os segmentos de pluma, bem como os parâmetros de tempo longo nas proximidades da fonte e do obstáculo no modelo FPM pode ser melhorada e simulações CFD podem ser usadas como uma ferramenta de desenvolvimento para este propósito. Palavras chave: controle de odor, dispersão, fluidodinâmica computacional, modelagem matemática, modelagem gaussiana de pluma flutuante, simulação de grandes vórtices (LES).

Modelagem e simulação de sistema logístico de distribuição de carne de frango

O sistema logístico para distribuição de produtos acabados caracteriza-se pela integração dos serviços de comunicação, transporte e financeiros com a finalidade de atender às demandas do consumidor final. Estima-se que no estado do Espírito Santo, o consumo de carne de frango seja de 44,4 quilos per capita por ano. Para atender a esta demanda, o estado conta com matadouros-frigoríficos distribuídos pelo seu território, bem como, com a participação de outras empresas localizadas no país. Em sistemas de transportes, são característicos Problemas de Roteamento de Veículos (VRP), que precisam ser estudados, caracterizados e otimizados, normalmente, através de rotinas computacionais, que permitem avaliar maior quantidade de variáveis. O presente trabalho teve por objetivo caracterizar um VRP de um matadouro-frigorífico da região do Sul do Espírito Santo e desenvolver um aplicativo computacional que seja suporte para os gestores de logística, servindo para avaliar e propor rotas, e analisar parâmetros logísticos do processo de distribuição de produtos. No desenvolvimento do aplicativo computacional foi necessário caracterizar o sistema logístico da empresa, coletar e analisar os dados das operações logísticas, desenvolver as rotinas computacionais que representassem o sistema em estudo, verificar a confiabilidade dos resultados fornecidos pelo aplicativo, validá-lo e então, poder realizar as experimentações. O aplicativo desenvolvido permitiu reproduzir dados do sistema estudado e avaliar rotas segundo parâmetros logísticos. Pode-se concluir que o aplicativo computacional desenvolvido é útil aos gestores de logística, permitindo a avaliação das rotas praticadas e de novas configurações de rotas.

Aproximação numérica – analítica para a modelagem da conversão termoquímica de combustíveis sólidos

Um algoritmo numérico foi criado para apresentar a solução da conversão termoquímica de um combustível sólido. O mesmo foi criado de forma a ser flexível e dependente do mecanismo de reação a ser representado. Para tanto, um sistema das equações características desse tipo de problema foi resolvido através de um método iterativo unido a matemática simbólica. Em função de não linearidades nas equações e por se tratar de pequenas partículas, será aplicado o método de Newton para reduzir o sistema de equações diferenciais parciais (EDP’s) para um sistema de equações diferenciais ordinárias (EDO’s). Tal processo redução é baseado na união desse método iterativo à diferenciação numérica, pois consegue incorporar nas EDO’s resultantes funções analíticas. O modelo reduzido será solucionado numericamente usando-se a técnica do gradiente bi-conjugado (BCG). Tal modelo promete ter taxa de convergência alta, se utilizando de um número baixo de iterações, além de apresentar alta velocidade na apresentação das soluções do novo sistema linear gerado. Além disso, o algoritmo se mostra independente do tamanho da malha constituidora. Para a validação, a massa normalizada será calculada e comparada com valores experimentais de termogravimetria encontrados na literatura, , e um teste com um mecanismo simplificado de reação será realizado.

Modelagem da distribuição geográfica atual e futura de Guerlinguetus (Rodentia, Sciuridae) no Brasil

O gênero Guerlinguetus, pertencente à família Sciuridae, possui sete espécies existentes no Brasil. Essas espécies têm sido tratadas como sinônimos de Sciurus aestuans, mas foram distinguidas em um gênero próprio com base nas revisões taxonômicas mais abrangentes disponíveis até recentemente. Apesar disso, pouco há na literatura sobre a distribuição das espécies desse gênero no Brasil e nenhuma pesquisa visando o conhecimento de sua distribuição futura havia sido realizada. A modelagem de distribuição potencial de espécies tem se tornado um componente importante dos planos de conservação e uma grande quantidade de técnicas têm sido desenvolvidas com esta finalidade. Ela pode ser uma ferramenta importante para determinar o grau de ameaça principalmente em espécies ou grupos com poucas informações disponíveis sobre sua distribuição. Com isso, o objetivo do presente trabalho foi verificar a influência das possíveis mudanças climáticas na distribuição das espécies de Guerlinguetus no Brasil, através da modelagem potencial das distribuições atual e futura dessas espécies. Para isso foram utilizados dados climáticos e topográficos e o cenário pessimista de emissão de CO2 (A2) para o ano 2070, do Modelo de Circulação Geral CSIRO, com base no quarto relatório do Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas. Os modelos gerados apresentaram perda significativa de áreas consideradas ambientalmente adequadas, do modelo de distribuição atual para o modelo de distribuição futura para as espécies de Guerlinguetus, com exceção de G. aestuans. Apesar da expansão da região potencial de distribuição de G. aestuans para o ano de 2070, a média dos valores de adequabilidade ambiental diminuiu em relação ao modelo de distribuição atual. A localização dessas espécies de hábito arborícola em áreas geograficamente espalhadas dentro da Amazônia, Cerrado e Mata Atlântica é preocupante, devido a grande perda de área original desses biomas, tornando possível a hipótese de ameaça à sobrevivência das espécies devido a mudanças ambientais futuras.

Modelagem e simulação de um secador intermitente de fluxos contracorrentes para frutos do cafeeiro

Este trabalho foi realizado com o objetivo de desenvolver um modelo computacional para simular a secagem de frutos café em um secador intermitente de fluxos contracorrente, empregando a linguagem de simulação EXTEND™ e o Modelo de Thompson (THOMPSON; PEART; FOSTER, 1968). Para validação do modelo desenvolvido foram utilizados dados experimentais obtidos por Silva (1991), em que foram empregados três níveis de temperatura do ar de secagem de 60, 80 e 100 °C. O modelo desenvolvido foi validado, sendo constatados desvios absolutos de 1,8% b.u e 1,1 kg e erros relativos de 11% e 1,6% na previsão dos parâmetros teor de água final e consumo de lenha, respectivamente. O modelo validado foi empregado na condução de experimentos tipo comparação de cenários. O primeiro experimento refere a alterações do ciclo operacional em que foram alterados os tempos de movimentação e de parada do fluxo da massa de grãos. E o segundo refere à alteração da configuração do secador quanto às alturas das câmaras de secagem e descanso. O ciclo operacional com os tempos de movimentação de um minuto e de parada de dezesseis minutos, para a temperatura do ar de secagem de 100 °C, proporcionou o melhor desempenho, sendo constatado tempo secagem de 12,3 h, consumo de lenha de 109,5 kg, consumo específico de energia de 7660 kJ.kg-1 de água evaporada, e capacidade de secagem de 87,86 kg.h-1. Quanto à configuração do secador, o melhor desempenho ocorreu para altura da câmara de secagem de 2,3 m usando a temperatura do ar de secagem de 100 °C, em que foram simulados tempo de secagem de 12,0 h, consumo de lenha de 106,5 kg, consumo específico de energia, de 7433 kJ.kg-1 de água evaporada, e capacidade de secagem de 90 kg.h-1. Desse modo, na condução da secagem de frutos de café em um secador intermitente de fluxos contracorrentes é recomendado o ciclo operacional com tempos de movimentação de um minuto e o de parada de dezesseis minutos, e não empregar a câmara de descanso. Essa conclusão está fundamentada em índices de desempenho do secador. Ressalta-se que não foram simulados os impactos nos parâmetros de qualidade.

Substituição dos parâmetros do modelo de Green-Ampt-Mein-Larson para estimativa da infiltração em alguns solos do Brasil

A partir de uma análise detalhada do processo de infiltração de água no solo, foram propostas alternativas para adequação dos parâmetros de entrada do modelo de Green-Ampt-Mein-Larson (GAML), na tentativa de melhorar a eficiência da estimativa da infiltração em alguns solos brasileiros. As adequações consistiram em substituir a condutividade hidráulica do solo saturado (K0) pela taxa de infiltração estável (Tie) e o teor de água do solo saturado (qs) pelo teor de água na zona de transmissão (qw), além de estabelecer uma equação para estimativa do potencial matricial na frente de umedecimento (yf) com base nos parâmetros do modelo de curva de retenção de água de Brooks & Corey. Avaliou-se o desempenho do conjunto de adequações propostas (GAML-t) para estimativa da infiltração de água em três solos: Latossolo Vermelho-Amarelo, Latossolo Vermelho e Argissolo Vermelho. O desempenho do GAML-t foi comparado com o obtido pelo GAML aplicado em sua forma original e adequado segundo cinco diferentes formas, evidenciando-se que o primeiro obteve melhor desempenho nos três solos estudados.

Metodologia para obtenção do hidrograma de escoamento superficial em encostas e canais. Parte I: desenvolvimento e avaliação

Desenvolveu-se uma metodologia que permite obter o hidrograma de escoamento superficial e a vazão máxima para qualquer posição ao longo de uma encosta e para seções transversais de canais utilizando o modelo de ondas cinemáticas. A área da encosta é dividida num sistema matricial composto por 100 linhas e 100 colunas. Na encosta, considera-se que o escoamento ocorre na direção da declividade e que a vazão de cada pixel é a soma da vazão produzida nesse com a vazão advinda dos pixels que contribuem com o escoamento superficial para o pixel em análise. No canal, a vazão é calculada pela soma dos hidrogramas advindos das colunas do sistema reticulado. A comparação entre os valores de lâmina e vazão máxima de escoamento superficial obtidas experimentalmente e calculadas em duas condições (encosta e bacia) permitiu evidenciar que a metodologia, comparada aos métodos Racional e do Número da Curva, ofereceu boas estimativas tanto da lâmina quanto da vazão máxima de escoamento superficial.

Metodologia para obtenção do hidrograma de escoamento superficial em encostas e canais. Parte II: modelo computacional e análise de sensibilidade

Estimativas de vazão máxima de escoamento superficial são necessárias para o projeto de obras hidráulicas em bacias urbanas e rurais. A dificuldade em aplicar os procedimentos disponíveis para calcular a variação do escoamento superficial com o tempo e de seu valor máximo deve-se à inexatidão dos métodos usados para esse objetivo e à variabilidade nos resultados que podem ser obtidos por profissionais que usem o mesmo procedimento. Dessa forma, a investigação de um método que produza estimativas confiáveis da vazão máxima e do hidrograma de escoamento superficial é de grande interesse. Neste trabalho, desenvolveu-se e avaliou-se a sensibilidade de um software (HIDROGRAMA 2.1) que permite a obtenção do hidrograma de escoamento superficial, da vazão máxima e seu tempo de ocorrência, da altura e da velocidade máximas do escoamento, do volume e da lâmina de escoamento superficial em encosta e em canais. O modelo apresentou grande sensibilidade ao período de retorno, à taxa de infiltração estável e ao comprimento da encosta e do canal.

Consumidor de mídias móveis : a influência do perfil do adotante na relação entre valor percebido e intenção de compra

O presente estudo tem por objetivo avaliar se o perfil do adotante de inovações altera a relação entre o Valor Percebido e a Intenção de Compra de mídias móveis (smartphones, tablets, ultrabooks e leitores de e-books). Trata-se de uma pesquisa quantitativa que busca explorar a relação estrutural entre as variáveis por meio de Modelagem de Equações Estruturais (SEM – Strutural Equation Modeling). O modelo de pesquisa proposto foi desenvolvido tendo como base a Teoria da Difusão da Inovação (TDI), a Teoria Unificada de Aceitação e Uso de Tecnologia (UTAUT), o Modelo de Aceitação de Tecnologia (TAM), o Modelo Baseado em Valor (VAM), o Modelo de Aceitação de Tecnologia pelo Consumidor (CAT) e o Modelo de Influência Social (IS). Para coletar os dados foi utilizada a técnica snowball sampling ou amostragem em bola de neve, forma de amostragem não probabilística utilizada em pesquisas sociais. Foi feito um levantamento (survey), distribuindo-se questionário disponibilizado pela rede social Facebook, a partir dos contatos do autorsolicitando-se que os respondentes replicassem em suas páginas pessoais o link da pesquisa, ampliando a amostra. A coleta dos dados foi realizada nos meses de setembro e outubro de 2013, obtendo-se um total de 362 questionários respondidos. O estudo apresentou um efeito significativo da variável Valor Percebido na Intenção de Compra (estatística t = 4,506; nível de significância de 1%), além de sustentar a influência moderadora do Perfil do Adotante sobre essa relação (estatística t = 4,066; nível de significância de 1%), apresentando alto impacto sobre a Intenção de Compra (f 2 = 0,582) e relevância preditiva moderada (q2 = 0,290). Entre as variáveis antecedentes relacionadas à adoção de tecnologia, não apresentaram efeito significativo sobre o Valor Percebido: a Facilidade de Uso Percebida, a Complexidade Percebida e o Risco Percebido. O modelo contribuiu significativamente para explicar a influência dos fatores que impactam o Valor Percebido (R2 = 51,7%) o efeito do Valor Percebido na Intenção de Compra (R2 = 49,1%) de equipamentos eletrônicos portáteis. O suporte da presumidade influência moderadora do Perfil do Adotante sobre a relação Valor Percebido e Intenção de Compra indica que as organizações devem conhecer melhor os consumidores desse tipo de equipamento móveis, segmentando e desenvolvendo ações alinhadas com cada perfil de adotante.

Dimensionamento ótimo de pilares de concreto armado

A área da engenharia responsável pelo dimensionamento de estruturas vive em busca da solução que melhor atenderá a vários parâmetros simultâneos como estética, custo, qualidade, peso entre outros. Na prática, não se pode afirmar que o melhor projeto foi de fato executado, pois os projetos são feitos principalmente baseados na experiência do executor, sem se esgotar todas as hipóteses possíveis. É neste sentido que os processos de otimização se fazem necessários na área de dimensionamento de estruturas. É possível obter a partir de um objetivo dado, como o custo, o dimensionamento que melhor atenderá a este parâmetro. Existem alguns estudos nesta área, porém ainda é necessário mais pesquisas. Uma área que vem avançando no estudo de otimização estrutural é o dimensionamento de pilares de acordo com a ABNT NBR 6118:2014 que atenda a uma gama maior de geometrias possíveis. Deve-se também estudar o melhor método de otimização para este tipo de problema dentro dos vários existentes na atualidade. Assim o presente trabalho contempla o embasamento conceitual nos temas de dimensionamento de pilares e métodos de otimização na revisão bibliográfica indicando as referências e métodos utilizados no software de dimensionamento otimizado de pilares, programado com auxílio do software MathLab e seus pacotes, utilizando métodos determinísticos de otimização. Esta pesquisa foi realizada para obtenção do Título de Mestre em Engenharia Civil na Universidade Federal do Espírito Santo.

Estudo do processo de secagem em leito de espuma de cenoura, tomate, beterraba e morango

Em geral, produtos agrícolas são produzidos em larga escala e essa produtividade cresce proporcionalmente ao seu consumo. Entretanto, outro fator também cresce de forma proporcional, as perdas pós-colheita, o que sugere a utilização de tecnologias para aumentar a utilização desses produtos mitigando o desperdício e aumentando sua a vida de prateleira. Além disso, oferecer o produto durante o período de entressafra. No presente trabalho, foi utilizado à tecnologia de secagem em leito de espuma aplicada a cenoura, beterraba, tomate e morango, produtos amplamente produzidos e consumidos no Brasil. Neste trabalho, os quatros produtos foram submetidos à secagem em leito de espuma em secador com ar circulado em temperaturas controladas de 40, 50, 60, 70 e 80 °C. A descrição da cinética de secagem foi realizada pelo ajuste de modelos matemáticos para cada temperatura do ar de secagem. Além disso, foi proposto um modelo matemático generalizado ajustado por regressão não linear. O modelo de Page obteve o melhor ajuste sobre os dados de secagem em todos os produtos testados, com um coeficiente de determinação (R²) superior a 98% em todas as temperaturas avaliadas. Além disso, foi possível modelar a influência da temperatura do ar sobre o parâmetro k do modelo de Page através da utilização de um modelo exponencial. O coeficiente de difusão efetiva aumentou com a elevação da temperatura, apresentando valores entre 10-8e 10-7 m².s-¹ para as temperaturas de processo. A relação entre o coeficiente de difusão efetiva e a temperatura de secagem pôde ser descrita pela equação de Arrhenius.

Comparação de desempenho entre a formulação direta do Método dos Elementos de Contorno com Funções Radiais e o Método dos Elementos Finitos em problemas de Poisson e Helmholtz

O presente trabalho objetiva avaliar o desempenho do MECID (Método dos Elementos de Contorno com Interpolação Direta) para resolver o termo integral referente à inércia na Equação de Helmholtz e, deste modo, permitir a modelagem do Problema de Autovalor assim como calcular as frequências naturais, comparando-o com os resultados obtidos pelo MEF (Método dos Elementos Finitos), gerado pela Formulação Clássica de Galerkin. Em primeira instância, serão abordados alguns problemas governados pela equação de Poisson, possibilitando iniciar a comparação de desempenho entre os métodos numéricos aqui abordados. Os problemas resolvidos se aplicam em diferentes e importantes áreas da engenharia, como na transmissão de calor, no eletromagnetismo e em problemas elásticos particulares. Em termos numéricos, sabe-se das dificuldades existentes na aproximação precisa de distribuições mais complexas de cargas, fontes ou sorvedouros no interior do domínio para qualquer técnica de contorno. No entanto, este trabalho mostra que, apesar de tais dificuldades, o desempenho do Método dos Elementos de Contorno é superior, tanto no cálculo da variável básica, quanto na sua derivada. Para tanto, são resolvidos problemas bidimensionais referentes a membranas elásticas, esforços em barras devido ao peso próprio e problemas de determinação de frequências naturais em problemas acústicos em domínios fechados, dentre outros apresentados, utilizando malhas com diferentes graus de refinamento, além de elementos lineares com funções de bases radiais para o MECID e funções base de interpolação polinomial de grau (um) para o MEF. São geradas curvas de desempenho através do cálculo do erro médio percentual para cada malha, demonstrando a convergência e a precisão de cada método. Os resultados também são comparados com as soluções analíticas, quando disponíveis, para cada exemplo resolvido neste trabalho.