Processamento de imagem para determinação de distribuições granulométricas de gotas numa suspensão

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Inexact restoration approaches to solve mathematical program with complementarity constraints

Mathematical Program with Complementarity Constraints (MPCC) finds applica- tion in many fields. As the complementarity constraints fail the standard Linear In- dependence Constraint Qualification (LICQ) or the Mangasarian-Fromovitz constraint qualification (MFCQ), at any feasible point, the nonlinear programming theory may not be directly applied to MPCC. However, the MPCC can be reformulated as NLP problem and solved by nonlinear programming techniques. One of them, the Inexact Restoration (IR) approach, performs two independent phases in each iteration - the feasibility and the optimality phases. This work presents two versions of an IR algorithm to solve MPCC. In the feasibility phase two strategies were implemented, depending on the constraints features. One gives more importance to the complementarity constraints, while the other considers the priority of equality and inequality constraints neglecting the complementarity ones. The optimality phase uses the same approach for both algorithm versions. The algorithms were implemented in MATLAB and the test problems are from MACMPEC collection.

Desenvolvimento de programa em linguagem Matlab® para cálculo pelo método de elementos finitos

Para o projeto de qualquer estrutura existente (edifícios, pontes, veículos, máquinas, etc.) é necessário conhecer as condições de carga, geometria e comportamento de todas as suas partes, assim como respeitar as normativas em vigor nos países nos quais a estrutura será aplicada. A primeira parte de qualquer projeto nesta área passa pela fase da análise estrutural, onde são calculadas todas as interações e efeitos de cargas sobre as estruturas físicas e os seus componentes de maneira a verificar a aptidão da estrutura para o seu uso. Inicialmente parte-se de uma estrutura de geometria simplificada, pondo de parte os elementos físicos irrelevantes (elementos de fixação, revestimentos, etc.) de maneira a simplificar o cálculo de estruturas complexas e, em função dos resultados obtidos da análise estrutural, melhorar a estrutura se necessário. A análise por elementos finitos é a ferramenta principal durante esta primeira fase do projeto. E atualmente, devido às exigências do mercado, é imprescindível o suporte computorizado de maneira a agilizar esta fase do projeto. Existe para esta finalidade uma vasta gama de programas que permitem realizar tarefas que passam pelo desenho de estruturas, análise estática de cargas, análise dinâmica e vibrações, visualização do comportamento físico (deformações) em tempo real, que permitem a otimização da estrutura em análise. Porém, estes programas demostram uma certa complexidade durante a introdução dos parâmetros, levando muitas vezes a resultados errados. Assim sendo, é essencial para o projetista ter uma ferramenta fiável e simples de usar que possa ser usada para fins de projeto de estruturas e otimização. Sobre esta base nasce este projeto tese onde se elaborou um programa com interface gráfica no ambiente Matlab® para a análise de estruturas por elementos finitos, com elementos do tipo Barra e Viga, quer em 2D ou 3D. Este programa permite definir a estrutura por meio de coordenadas, introdução de forma rápida e clara, propriedades mecânicas dos elementos, condições fronteira e cargas a aplicar. Como resultados devolve ao utilizador as reações, deformações e distribuição de tensões nos elementos quer em forma tabular quer em representação gráfica sobre a estrutura em análise. Existe ainda a possibilidade de importação de dados e exportação dos resultados em ficheiros XLS e XLSX, de maneira a facilitar a gestão de informação. Foram realizados diferentes testes e análises de estruturas de forma a validar os resultados do programa e a sua integridade. Os resultados foram todos satisfatórios e convergem para os resultados de outros programas, publicados em livros, e para cálculo a mão feitos pelo autor.

Modelling real solar cell using PSCAD/MATLAB

This paper presents the development of a solar photovoltaic (PV) model based on PSCAD/EMTDC - Power System Computer Aided Design – including a mathematical model study. An additional algorithm has been implemented in MATLAB software in order to calculate several parameters required by the PSCAD developed model. All the simulation study has been performed in PSCAD/MATLAB software simulation tool. A real data base concerning irradiance, cell temperature and PV power generation was used in order to support the evaluation of the implemented PV model.

Solving a signalized traffic intersection problem with an hyperbolic penalty function

Mathematical Program with Complementarity Constraints (MPCC) finds many applications in fields such as engineering design, economic equilibrium and mathematical programming theory itself. A queueing system model resulting from a single signalized intersection regulated by pre-timed control in traffic network is considered. The model is formulated as an MPCC problem. A MATLAB implementation based on an hyperbolic penalty function is used to solve this practical problem, computing the total average waiting time of the vehicles in all queues and the green split allocation. The problem was codified in AMPL.

Severe stress urinary incontinence: pelvic floor muscle training program

International guidelines recommend a first line therapy in the treatment of female stress urinary incontinence (SUI), the pelvic floor muscle (PFM) training. This case report assesses the effects of the PFM training program in treating women with severe SUI. The urodynamic parameters allow diagnosed intrinsic sphincter deficiency and urethral hypermobility. The subjective and objective parameters were assessed at the beginning and after six-month of PFM training program. This case report confirms the efficiency of the intensive training program in severe SUI. The medical implications of the PFM training as first treatment option reflect favourable individual results and additionally contribute to the selection of the non-invasive treatment, the reduction of the incidence collateral effects, low costs and that does not prevent future treatment options.

Desenvolvimento de uma ferramenta para cálculo de estruturas em material compósito

Os desafios à engenharia moderna são cada vez maiores, pretendendo-se quase sempre obter estruturas mais leves, com propriedades mecânicas atrativas e muitas vezes com geometrias complexas. Com tais requisitos, um dos materiais que tem vindo a ter uma crescente aplicação é o material compósito. Contudo, no que toca ao cálculo estrutural destes materiais, tudo se torna mais complexo, já que são materiais que geralmente são formados por empilhamento de várias camadas de material heterogéneo, podendo estas encontrarem-se dispostas segundo diferentes orientações. Assim, a utilização de um software que permita a previsão das propriedades mecânicas de uma estrutura em material compósito através da micromecânica, a aplicação da Teoria Clássica dos Laminados e de um critério de rotura, como por exemplo o de Tsai-Hill, é fundamental para agilizar o processo de estudo da estrutura a fabricar. Para dar uma resposta a tal necessidade foi desenvolvida uma aplicação, em MATLAB® GUI, denominada CAFE – Composite Analysis For Engineers, com ambiente gráfico apelativo, que permite determinar todas as variáveis importantes no estudo de estruturas em material compósito. Esta aplicação visa suportar e agilizar a aprendizagem desta área do conhecimento, permitindo também o acesso ao código de cálculo por parte do utilizador, de modo a conhecerem-se as equações utilizadas e, eventualmente, ser alvo de futuros desenvolvimentos. O programa desenvolvido foi alvo de validação, recorrendo-se para tal, a uma comparação dos resultados obtidos entre o respetivo programa e por um outro programa de grande fiabilidade. Assim sendo, concluiu-se que o software CAFE apresenta resultados válidos, encontrando-se apto a ser utilizado.

Maximização da valorização energética em aterros sanitários recorrendo a equipamentos baseados no Ciclo Orgânico de Rankine (ORC)

Atualmente, os aterros sanitários representam uma solução para a gestão e tratamento dos resíduos sólidos urbanos. Da deposição, ocorrem duas formas de emissões ao longo do tempo, a produção de biogás e de lixiviados, que resultam sobretudo da decomposição da matéria orgânica. Um dos principais constituintes do biogás é o metano, o qual tem elevado poder calorífico. O presente trabalho aborda, a maximização da valorização energética em aterros sanitários, recorrendo a equipamentos baseados no Ciclo Orgânico de Rankine (ORC) para a produção de eletricidade. É apresentado como caso de estudo a central de valorização energética da Suldouro, em Sermonde, que produz eletricidade a partir do biogás resultante da decomposição da matéria orgânica depositada em aterro. O biogás é utilizado como combustível para os motogeradores utilizados para o seu aproveitamento energético, sendo que apenas cerca de 40% do potencial energético contido no biogás é transformado em eletricidade, registando-se perdas sobretudo nas emissões dos gases de exaustão e na água de arrefecimento dos motores. Para avaliação do potencial da recuperação energética dos gases de escape é avaliado o desempenho termodinâmico do ciclo ORC. Para tal foi desenvolvida uma ferramenta em MATLAB utilizando como modelo a configuração do ORC com recuperador de calor. O cálculo das propriedades termodinâmicas dos fluidos foi obtido através da criação de uma sub-rotina que chama o programa CoolProp. Este programa restitui propriedades como a entalpia, entropia, pressões e temperaturas em cada ponto do ciclo, permitindo assim ao utilizador otimizar o tempo na obtenção de resultados. A avaliação económica é fundamental na tomada de decisões por parte do investidor e dos financiadores do projeto. É então apresentada a análise económica e efetuada uma análise de sensibilidade, onde foram efetuadas variações nos vetores mais importantes de forma a poder avaliar-se o impacto em termos da sua rentabilidade. A ferramenta desenvolvida permite obter de forma prática, os três indicadores económicos extremamente influentes no que se refere à tomada de decisão. A utilização dos sistemas ORC e os seus benefícios não se esgotam na maximização dos aproveitamentos da valorização energética em aterros sanitários. Também a recuperação de calor para a produção de energia elétrica pode ter um impacto importante em muitos setores intensivos de energia, contribuindo significativamente para a redução do consumo e aumentando a eficiência de todo o processo de produção.

CodeSkelGen: a program skeleton generator

Existent computer programming training environments help users to learn programming by solving problems from scratch. Nevertheless, initiating the resolution of a program can be frustrating and demotivating if the student does not know where and how to start. Skeleton programming facilitates a top-down design approach, where a partially functional system with complete high level structures is available, so the student needs only to progressively complete or update the code to meet the requirements of the problem. This paper presents CodeSkelGen - a program skeleton generator. CodeSkelGen generates skeleton or buggy Java programs from a complete annotated program solution provided by the teacher. The annotations are formally described within an annotation type and processed by an annotation processor. This processor is responsible for a set of actions ranging from the creation of dummy methods to the exchange of operator types included in the source code. The generator tool will be included in a learning environment that aims to assist teachers in the creation of programming exercises and to help students in their resolution.

Distributed, Agent-Based Intelligent System for Demand Response Program Simulation in Smart Grids

A distributed, agent-based intelligent system models and simulates a smart grid using physical players and computationally simulated agents. The proposed system can assess the impact of demand response programs.

Lean and quality management integration: improvement program implementation in a service company

Lean Thinking is an important pillar in the success of any program of continuous improvement process. Its tools are useful means in the analysis, control and organization of important data for correct decision making in organizations. This project had as main objective the design of a program of quality improvement in Eurico Ferreira, S.A., based on the evaluation of customer satisfaction and the implementation of 5S. Subsequently, we have selected which business area of the company to address. After the selection, there was an initial diagnostic procedure, identifying the various points of improvement to which some tools of Lean Thinking have been applied, in particular Value Stream Mapping and 5S methodology. With the first, we were able to map the current state of the process in which all stakeholders were represented as well as the flow of materials and information throughout the process. The 5S methodology allowed to act on the wastage, identifying and implementing various process improvements.

An Exercise Program Improves Health-Related Quality of Life of Workers

Low back problems are associated with decreased quality of life. Specific exercises can improve quality of life, resulting in better professional performance and functionality. The purpose of this study was to evaluate the effect of following a 21-month exercise program on the quality of life of warehouse workers. The population included 557 male warehouse workers from a food distribution company in Oporto, Portugal. Upon application of the selection criteria, 249 workers were deemed eligible, which were randomized into two groups (125 in the intervention group and 124 in the control group). Then, subjects were asked to volunteer for the study, the sample being formed by 229 workers (112 in the intervention group and 117 in the control group). All subjects completed the SF-36 questionnaire prior to beginning the program and on the 11th and 21st months following it. The exercises were executed in the company facilities once a day for 8 min. Data were analyzed using SPSS® 17.0 for Windows®. After 11 months of following the exercise program, there was an increase in all scores for the experimental group, with statistically significant differences in the dimensions physical functioning (0.019), bodily pain (0.010), general health (0.004), and rolephysical (0.037). The results obtained at the end of the study (21 months) showed significant improvements in the dimensions physical functioning (p = 0.002), rolephysical (p = 0.007), bodily pain (p = 0.001), social functioning (p = 0.015), role-emotional (p = 0.011), and mental health (p = 0.001). In the control group all dimensions showed a decrease in mean scores. It can be concluded that the implementation of a low back specific exercise program has changed positively the quality of life of warehouse workers.

Effects of a home-based exercise program in body composition, abdominal fat and lipid profile in patients with coronary artery disease

Introduction: Coronary artery disease and aging seems to be associated with a sedentary lifestyle, contributing to increased abdominal fat and consequently metabolic complications. The exercise can break this cycle by stimulating lipolysis and the use of fatty acids. In Europe there is still a lack of cardiac rehabilitation programmes in hospitals, therefore, this study aims to demonstrate the advantages of implementing home-based exercise programmes, as well as, their effects on cardiovascular prevention. This study analyzed the effects of a home-based exercise programme, in patients with coronary artery disease (myocardial infarction for 1 year), in body composition, abdominal fat, lipid profile. Methods: An ongoing randomized controlled trial with a sample of 20 participants were randomly allocated to intervention (n = 10) and control groups (n = 10). Intervention group performed a specific exercise programme during 8 weeks, consisting of ten home based exercises taking into account flexibility, muscle endurance and strength as well as cardiovascular endurance. Skinfolds thickness were measure to calculate the percentage of total fat: Skinfolds used were suprailiac, abdominal horizontal and vertical. Body mass index calculation and blood tests for lipidic profile were performed. Results: After eight weeks the intervention group decreased significantly the percentage of total fat (p < 0.05), the suprailiac skinfold (p < 0.05), the abdominal horizontal and vertical skinfold (p < 0.05) when compared with control group. In the intervention group it was observed after 8 weeks a significant decrease in body mass index, LDL-cholesterol and triglycerides. Conclusions: Home-based exercise programme influenced body composition, abdominal fat and lipid profile. These results highlight the importance of implementing home based exercises that are easy and cheap to implement in cardiac patients, in order to promote health and reduce cardiovascular risk factors.

Factors that Influence Adherence to Exercise among Patients Attending a Cardiac Rehabilitation Program

Objective: The aim of this study was to compare the factors of adherence to physical activity in subjects attending a cardiac rehabilitation program, and subjects who have withdrawal this same program using the Transtheoretical Model of behavior change. Methods: We conducted an observational, cross sectional type study, with a sample of 33 individuals (15 currently participating in the Cardiac Rehabilitation Program and 18 who no more attended the same program), with the questionnaires being personally delivered or sent by mail. For data analysis, we used the computer program SPSS® version 16.0. The significance level was set at 0.05. Results: There were no significant differences in the states of Change, Self-efficacy, Decisional Balance and Change Processes in both groups. We obtained a high Spearman correlation between States of Change and Self-efficacy (r2 = 0.778) and the Pros (r2 = 0.764) and Againsts (r2 = -0.744) in Decisional Balance. However, there were no significant evidence to affirm that States of Change and experiential processes of change (p = 0.465) andbehavioral (p = 0.300) had a correlation. A relationship was found, in terms of proportions between physical activity incorporated or not in a Cardiac Rehabilitation Program and age (p = 0.003), occupation (p = 0.010) and the entity paying the costs of program (p = 0.027). Conclusion: It was concluded that perceived self-efficacy and Pros and Againsts of the Decisional Balance are related to adherence to physical activity. Results also point out that age, profession and the entity paying the costs of the program influences the dropout of Cardiac Rehabilitation Programs.

Simulação de Robôs Quadrúpedes Utilizando o SimMechanics

Desde sempre o Homem procurou automatizar tarefas repetitivas. Tanto na indústria como no sector doméstico ou de comércio estão constantemente a surgir novos equipamentos procurando aumentar o nível de automação de diversas tarefas. A necessidade de empresas criadoras de produtos inovadores se manterem concorrenciais obrigou à adopção de métodos de projecto e planeamento mais estruturados e eficientes que eliminem os desperdícios tanto de material como de tempo. Diversas construções em termos orçamentais e o aumento da procura de produtos de alta qualidade a baixo custo deu origem a um novo tipo de programas, os programas de simulação virtual. Tal como na indústria, também na investigação nas Instituições de Ensino Superior se procuram adoptar os métodos de trabalho mais eficientes possíveis. Uma parte dos programas de simulação robótica utilizados hoje em dia na investigação no Instituto Superior de Engenharia do Porto estão concebidos em linguagem C. Embora esta linguagem seja extremamente capaz, existem métodos mais adequados de simulação que aceleram o processo de modelação permitindo a visualização do movimento e simulação de diversas situações potencialmente criticas sem existir a necessidade de construção de um protótipo funcional do robô. Durante o último ano, este projecto permitiu construir um modelo de um robô quadrúpede num programa de simulação virtual chamado Simmechanics™. Embora haja já algum trabalho desenvolvido nesta área, constatou-se que a informação existente possuía algumas lacunas. Com o trabalho desenvolvido preparou-se esta dissertação que pretende clarificar algumas questões que surgem na modelação de um robô. Neste documento explica-se como modelar um robô de corpo flexível, modelar as pernas e as respectivas juntas da anca e do joelho assim como também se apresenta a modelação de um contacto com o solo recorrendo a um modelo descrito na literatura. Este documento foi escrito a pensar no leitor, procurando-se explicar de forma simples mas concisa os diversos passos necessários para construir um modelo virtual de um robô. O autor espera, desta forma, ajudar futuros colegas que pretendam trabalhar com o Simmechanics™ a mais facilmente se integrarem com o programa aumentando desta forma o declive da curva de aprendizagem e permitindo um maior aproveitamento desta ferramenta.