Redução de ordem de modelos matemáticos lineares usando algoritmos genéticos

Nesta dissertação apresenta-se o problema de redução de ordem de modelos dinâmicos lineares, sob o ponto de vista de otimização via Algoritmos Genéticos. Uma função custo, obtida a partir da norma dos coeficientes do numerador da função de transferência do erro entre o modelo original e o reduzido, e minimizada por meio de um algoritmo genético, com consequente calculo dos parâmetros do modelo reduzido. O procedimento e aplicado em alguns exemplos que demonstram a validade da abordagem.

Aplicação de modelos matemáticos bi e tri-paramétricos na predição de isotermas de adsorção de umidade do guaraná (Paullinia cupana) em pó

Doze modelos matemáticos (seis bi-paramétricos e seis tri-paramétricos), amplamente utilizados na predição de isotermas, foram estudados, com o objetivo de predizer isotermas de adsorção de umidade do guaraná (Paullinia cupana) em pó, obtido em "sprey dryer". As isotermas de adsorção de umidade do produto à 15° C, 25° C e 35° C, foram ajustadas por análise de regressão não-linear, usando o aplicativo STATGRAPHICS 5.1. Entre os modelos testados os que apresentaram melhores resultados nos ajustes foram as equações tri-paramétricas de GAB, BET modificada e Anderson, e as equações bi-paramétricas de Handerson e Oswin.

Aplicação da RUSLE a uma pequena bacia hidrográfica da Amazônia

A Amazônia vem sofrendo severas mudanças provocadas por atividades antrópicas, dentre as quais se destaca a transformação de áreas de floresta em áreas de uso agropecuário, resultando na intensificação dos processos erosivos. A erosão, com destaque ao arraste de partículas pelo escoamento superficial, causa redução da fertilidade do solo, prejudicando a produtividade agrícola, além de impactar a qualidade e quantidade dos recursos hídricos superficiais, fato agravado pelo forte regime pluviométrico e solos naturalmente pobres da região. Nesse contexto, o conhecimento dos processos erosivos, através da utilização de modelos matemáticos para predição da perda de solo, auxilia na determinação de práticas de manejo para o uso sustentável dos recursos naturais. A presente pesquisa buscou avaliar a aplicabilidade do modelo empírico RUSLE (Revised Universal Soil Loss Equation) na região, o qual considera a interação entre a energia da chuva, as características de solo e relevo, assim como os usos e manejos praticados. A pesquisa aplicou a RUSLE no trecho superior da bacia do igarapé da Prata, com uma área aproximada de 37 km^², que fica localizada no município de Capitão Poço/PA, aproximadamente 160 km da capital Belém, na Meso Região Nordeste Paraense. A metodologia empregada constou da construção de uma base de dados georreferenciada, formada a partir de fontes públicas, que passaram por adequações para inserção no ambiente SIG, que quando combinados permitiram a geração de um mapa de perda de solo da área de estudo. A pequena bacia do igarapé da Prata apresentou valores da perda de solo que variaram entre 0,004 e 72,48 t/ha.ano, com uma média de 5,12 e desvio padrão de 6,97, onde aproximadamente 12% de sua área total apresentam riscos ambientais devido aos processos erosivos. E o percentual restante, para não sofrer riscos, depende de boas práticas conservacionistas.

Influência da temperatura nos parâmetros de modelos bi-paramétricos que predizem isotermas de adsorção de umidade do guaraná (Paullinia cupana) em pó

Oito modelos matemáticos bi-paramétricos, existentes na literatura e com larga aplicação na predição de isotermas de adsorção foram submetidos à análise. O guaraná (Paullinia cupana) em pó objeto deste estudo foi obtido em "spray dryer", a partir de um extrato hidroalcoólico. Ajustaram-se os pontos experimentais das isotermas de adsorção de umidade do produto à 15°C, 25°C e 35°C, por análise de regressão não-linear. Para estudar o efeito da temperatura nos parâmetros dos modelos utilizaram-se regressões dos tipos: linear, exponencial, logarítmica e inversa. Utilizou-se para fazer os ajustes o aplicativo STATGRAPHICS 5.1. Entre os modelos testados os que apresentam melhores resultados foram as equações de Handerson, Oswin e Mizrahi.

Comportamento higroscópico de partes aéreas de pimenta-de-macaco (Piper aduncum L.)

Isotermas de dessorção de pimenta-de-macaco foram determinadas pelo método gravimétrico estático nas temperaturas de 35, 45 e 55 ºC, com umidade relativa variando de 5,5-81%. Três modelos matemáticos foram aplicados para analisar os dados experimentais. O modelo de GAB modificado apresentou o melhor ajuste aos dados experimentais. O calor isostérico e a entropia diferencial foram determinados pela aplicação das equações de Clausius-Clapeyron e Gibbs-Helmholtz, respectivamente. O calor isostérico e a entropia da isoterma de dessorção apresentaram comportamento similar. A teoria da compensação entalpia-entropia foi aplicada às isotermas indicando que o mecanismo de dessorção de umidade das partes aéreas de pimenta-de-macaco é controlado pela entalpia.

Análise econômica da “produção invisível” nos estabelecimentos agrícolas familiares no Projeto de Assentamento Agroextrativista Praialta e Piranheira, Município de Nova Ipixuna, Pará

Este trabalho discute a importância da "produção invisível" na composição da renda total dos agricultores familiares de uma reigião de fronteira da Amazônia, como é o caso do sudeste paraense que é fortemente marcado pelos conflitos agrários. os dados utilizados neste estudo foram obtidos a partir de uma pesquisa de campo realizada junto a 78 agricultores familiares do Projeto de Assentamento Agroextrativista Praialta e Piranheira, Município de Nova Ipixuna, Pará, em 2001. O objetivo geral deste trabalho foi conhecer de que forma a "produção invisível" contribui para composição da renda familiar e da estratégia de reprodução da agricultura familiar na mesorregião do sudeste paraense. A escolha dos produtores entrevistados foi intencional, que se constitui na identificação da renda agrícola, bem como na caracterização dos sistemas de produção desenvolvidos por estes agricultores. Este procedimento permitiu a elaboração de uma tipologia dos sistemas de produção a partir de alguns indicadores socioeconômicos e agronômicos. Os resultados desta pesquisa desta pesquisa comprovam a forte participação da "produção invisível" no conjunto das atividades da agricultura familiar. Produtos com mercado definido, têm uma parte da produção retida para consumo familiar, dos produtos sem mercado voltados exclusivamente para o autoconsumo e, uma componente importante, refer-se à venda da mão-de-obra familiar, essencial na sua estratégia de sobrevivência. Uma conclusão imediata é que a produção agrícola e extrativa é muito superior àquela que vem sendo estimada ou desconhecida nas estatística oficiais. O conhecimento da participação da "produção invisível" torna-se importante no delineamento de políticas públicas, primeiro pela subestimação dos dados estatísticos oficiais, tanto pela quantidade como pela não-inclusão de diversos produtos, tanto produzidos ou coletados, pela agricultura familiar, na propriedade ou fora dela. Desta forma, pode-se verificar que os agricultores familiares do Projeto de Assentamento Agroextrativista Praialta e Piranheira possuem uma renda total equivalente a 1,48 salário mínimo/mês. É interessante destacar que a contribução da "produção invisível" na renda familiar chega a 0,28 salário mínimo/mês que representa 18,77 % total da renda invisível. A drenagem da renda não-agrícola autônoma, decorente da aposentadoria do INSS, representa 10,55 % da renda monetária dos agricultores, constituindo em importante fator de sustentabilidade das comunidades locais. Espera-se que estes resultados sejam importantes para aumentar a sustentabilidade da agricultura familiar de fronteira estimadas em mais de 600 mil unidades familiares na Amazônia, responsáveis pela maior parcela das derrubadas e queimadas crônicas.

Os fundamentos agrários do desenvolvimento da região tocantina

Os fundamentos agrários do desenvolvimento da Região Tocantina estão relacionados com a forma de ocupação do solo e como se articulam as diversas estruturas produtivas do agrário regional. A estratégia de intervenção econômica oficial na Região Tocantina privilegiou os grandes empreendimentos agroindustriais através de incentivos financeiros e monetários, gerando, acima de tudo, sérios problemas ambientais, conflitos agrários e desregionalizaçao da propriedade do capital. A base destas estruturas produtivas é a propriedade latifundiária, o trabalho assalariado de baixa qualificação e a produção homogênea. O processo de desenvolvimento caracterizado, então, pela exploração dos recursos naturais e pela monocultura, não levou em consideração outros aspectos importantes do desenvolvimento local, a formação de capital humano e social da região e consequentemente não foram capazes de melhorar as condições de vida da população. Como alternativa ao modelo concentrador e excludente, estão às estruturas camponesas, que utilizando pequenas unidades de terra, trabalho familiar, produção diversificada e capacidade de se relacionar com os recursos naturais de forma a não leva-lo ao esgotamento, atuam de forma tal que sua eficiência é determinada pela capacidade de trabalho de cada família, sua racionalidade interna define, assim, um modo de atuação, com elevada produtividade na Região Tocantina, podendo desta maneira contribuir com a geração de emprego e renda, bem como com o desenvolvimento regional.

Uso múltiplo dos recursos naturais da várzea por camponeses no Baixo Amazonas

A estratégia do uso múltiplo dos recursos naturais da várzea no Baixo Amazonas tem sofrido constante ameaça principalmente nos últimos 70 anos, devido a pressões resultantes das mudanças no mercado regional, como os cultivos comerciais, da intensificação da pesca comercial e da expansão da criação extensiva de gado e búfalo. Frente a esta problemática, a tese objetivou analisar as respostas de adaptação dos camponeses ao ambiente de várzea de acordo ao acesso ao fator de produção terra, às influências do ambiente e da paisagem, e a sua inserção ao mercado, na várzea do Baixo Amazonas, Santarém, no período de 1941 a 2002. Conhecer as respostas de adaptação das comunidades camponesas nos momentos de tensão é de extrema importância para o ecossistema da várzea, detectar alterações na estratégia do uso múltiplo dos recursos naturais. Os dados foram coletados em duas comunidades camponesas na várzea pertencentes a sub-região do Urucurituba, mesoregião do Baixo Amazonas, microregião de Santarém na região oeste do estado do Pará. As comunidades de Piracãoera de Cima e Piracãoera de Baixo foram selecionadas por possuirem uma alta restinga; estarem relativamente próximas ao centro urbano de Santarém, e produzirem culturas anuais em sistema intensivo, evidenciado em pesquisa anterior. Foram constituídos dois grupos de famílias camponesas de acordo com o acesso a terra, as Não- Arrendatárias e os Arrendatárias. A amostra composta de 57 famílias, correspondeu a 36% do total da população das duas comunidades. De acordo com este processo, a amostra foi constituída por 31 famílias Não-Arrendatários, e 26 Arrendatárias. Para aprofundar a análise procedeu-se a estratificar das famílias por sistemas de produção. Foram denominados sistemas de produção A, B e C, as quais apresentavam as seguintes características: O Sistema de Produção A prioriza a criação animal, médios e grandes animais, dentre o uso múltiplo dos recursos; o Sistema de Produção B: prioriza a agricultura, dentre o uso múltiplo. Neste sistema considera as famílias que criam, ou não, o gado bovino, e o Sistema de Produção C que prioriza a pesca, e a agricultura em menor proporção.Embasado no método participativo, as entrevistas as famílias foram realizadas com o auxílio de um questionário previamente estruturado e testado pelo IPAM/Santarém, com adaptações propostas por Costa (1995) para reconstituir historicamente a agricultura, a pesca, a criação de grandes animais, e o pomar caseiro. Após analisar as informações obtidas procedeu-se a Análise da Intensificação Agrícola, da eficiência Agrícola e a da eficiência dos sistemas de produção A, B e C nos dois grupos de camponeses concluímos que: A restrição ao fator de produção terra não condicionou a que os camponeses usassem mais intensivamente a terra. As famílias que arrendam terra não possuem sistemas agrícolas mais intensivos. A intensificação agrícola não influenciou negativamente na produtividade agrícola ao longo do tempo, não influenciou na eficiência dos sistemas de produção, nem tão pouco no uso múltiplo dos recursos. A intensificação da agricultura não influenciou o uso múltiplo dos recursos, porém, houve um redirecionamento da força de trabalho, entre a pesca e agricultura, principais atividades produtivas, para manter a unidade produtiva em funcionamento. Uma atividade libera mão-de-obra como uma forma de investimento a outra atividade. Os recursos financeiros obtidos na pesca ajudam na aquisição dos elementos de capital necessários para a atividade agrícola, e a adquirir os produtos industrializados no mercado para a família. Por outro lado, a renda proveniente da agricultura financia a pesca no verão e no inverno com a aquisição de gelo, alimentos para as viagens na pesca. Até iniciar a produção agrícola, a pesca mantém a família com a aquisição de produtos para serem consumidos, e a adquirir os elementos de capital. Em síntese, concluímos que os campesinos da várzea do Baixo Amazonas seguem a lógica do lucro, ao mesmo tempo se resguardando de fracassos por meio do uso múltiplo dos recursos através da diversificação de atividades e produtos.

Aspectos evolucionários das unidades de produção camponesas do território Manaus e entorno

Nesta tese, aborda-se os processos de mudança e diversificação dos sistemas produtivos camponeses localizados em uma parte do Território Manaus e Entorno. O objetivo da pesquisa é a compreensão dos processos de mudança econômica e tecnológica em curso nestes sistemas produtivos. A abordagem do tema é realizada através de uma estrutura analítica multidisciplinar envolvendo conceito da teoria econômica evolucionária, da teoria do desenvolvimento endógeno, da antropologia econômica e da teoria do investimento camponês. Os resultados encontrados revelam que os sistemas produtivos estudados são diversificados em relação aos territórios onde ocorrem. Essa diversificação decorre do modo como os produtores camponeses adaptam seus sistemas produtivos alterando as rotinas de trabalho que os constituem em função das injunções provenientes do ambiente institucional complexo e da dinâmica dos ecossistemas. Tais adaptações são orientadas pelas características socioculturais inerentes às famílias camponesas e motivadas pela busca da eficiência reprodutiva. Ao final, os dados da pesquisa de campo são processados através da Análise Fatorial, revelando diferenciações de trajetórias de sistemas produtivos semelhantes em territórios distintos, bem como agrupamentos que posicionam os produtores camponeses entre situações de integração ao mercado e subsistência subsidiada por benefícios sociais e previdenciários. Esses resultados evidenciam a complexidade da socioeconomia camponesa e suas diversas estratégias de inovação adaptativa.

Investigação de estratégias de controle digital para regulação de velocidade e emulação da dinâmica de turbinas hidráulicas, com implementação e testes experimentais em uma micromáquina de 10 KVA

Devido não ser comum o estudo de sistemas de potência em plantas reais como usinas hidrelétricas por causa dos riscos e custos que envolvem sua operação, dá-se preferência pela realização computacional de modelos matemáticos desse tipo de planta na resolução de problemas, desenvolvimento de novas tecnologias e formação de recursos humanos. No entanto, modelos realizados computacionalmente não proveem a experiência, visual, auditiva e tátil que um modelo físico real pode oferecer. Portanto, neste trabalho, apresenta-se a descrição e a modelagem de um sistema de geração em escala reduzida de 10kVA, que é um sistema físico real, composto por um motor CC, um gerador síncrono e transformadores, chamado também de sistema micromáquina, o qual faz parte da infraestrutura do Laboratório de Engenharia Elétrica da UFPA. Para este sistema, por intermédio deste trabalho de mestrado e do trabalho de mestrado de Moraes (2011), foram desenvolvido subsistemas eletrônicos e computacionais de acionamento, automação e controle para operá-lo de forma segura resultando em uma excelente plataforma didática para dar suporte às pesquisas em dinâmica e controle de sistemas de potência, bem como o desenvolvimento de trabalhos acadêmicos e de ensino. Nesse mesmo contexto, é apresentada uma proposta de técnica de emulação de turbina hidráulica, tendo como base o controle de potência aplicado ao motor CC do sistema micromáquina. Tal técnica foi desenvolvida principalmente com o propósito de dar suporte ao estudo e desenvolvimento de técnicas de regulação de velocidade de turbinas hidráulicas. Consequentemente, também é apresenta uma proposta de um regulador de velocidade digital para turbinas hidráulicas baseado na estrutura canônica RST de controle digital, cujos parâmetros são projetados por duas técnicas de projeto estudadas neste trabalho: o método de alocação polinomial de polos e o projeto de compensadores por atraso de fase pelo método de resposta em frequência para sistemas discretos. Logo para comprovar a eficácia das ferramentas de hardware, software e teóricas desenvolvidas neste trabalho, resultados de experimentos realizados no sistema micromáquina são apresentados e analisados.

Regra de três: prática escolar de modelagem matemática

O objetivo desta pesquisa é apontar caminhos que possam levar, mesmo que parcialmente, à compreensão do ensino da regra de três como iniciação de uma consciência critica que revele os modelos matemáticos como algo mais que matemática, como construtos dos sujeitos culturais, formados nos seios de grupos com quem compartilham atividades, e, portanto, que tais modelos matemáticos não estão livres de interesses e intenções outras não matemáticas. E ainda, Discutiu-se sobre ambigüidade com relação à aplicação da proporcionalidade no enfrentamento de problemas de regra de três. A pesquisa foi desenvolvida com um grupo de professores que participaram de um curso de formação continuada para professores das séries finais do ensino fundamental. Aqui, à luz da Educação Matemática Critica e aliada aos tipos de problemas tratados ao largo de sua história pode permitir um fazer docente da regra de três algebrizada relacionada a outros temas escolares, matemáticos e não matemáticos. Verificou-se que o caráter prático da regra de três ao longo do tempo, torna possível construir uma compreensão que revele esse fazer como um fazer algebrizado que pode promover o ensino da modelagem matemática na escola.

Avaliação das condições de secagem no rendimento e na qualidade do óleo de linhaça (Linum usitatissimum L.)

De origem asiática, a semente de linhaça (Linum usitatissimum L.) pertence à família das Lináceas e é obtida a partir do linho. A semente da linhaça é ainda a maior fonte alimentar de lignanas, compostos fotoquímicos parecidos com o estrogênio, que podem desempenhar ação anticancerígena. Rica em fibras solúveis tem aproximadamente 40% do seu peso composto por óleos ricos em Ômega 3, entre os quais se destaca o α-linolênico. A secagem é a operação unitária segundo o qual ocorre eliminação da água por evaporação ou sublimação, presente em um material, mediante a aplicação de calor com condições controladas. Visando averiguar o comportamento das sementes de linhaça durante a operação de secagem, o presente trabalho teve como objetivo principal realizar o planejamento experimental e analisar estatísticamente os resultados empregados para quantificar a influência da temperatura do ar (T), tempo de secagem (t), velocidade do ar de fluidização (Uf) e carga de sólidos (Cs), sobre a razão de umidade (Xr), rendimento em óleo (Rend.) e os parâmetros oleoquimicos. A estimativa do ponto ótimo de operação foi determinada em função das variáveis de entrada aplicando o conceito de desejabilidade global. Dentre as condições estabelecidas neste trabalho, o valor ótimo da Função Desejabilidade é quando T é deslocada próximo ao nível alto (72 oC), t para o mínimo (3 h), Uf para o ponto próximo ao central (0,83 m/s) e a Cs para o nível alto (500g), obtendo-se assim: 0,126 para Xr; 36,92 % para Rend.; 4,51 mg KOH/g para IA; 22,52 meqO2/Kg IP e 0,31% para DC. Foram obtidas as isotermas de dessorção das sementes de linhaça nas temperaturas de 40, 60 e 80°C. Os dados experimentais foram avaliados usando seis modelos matemáticos. A entalpia e a entropia diferencial de dessorção foram estimadas por meio das relações de Clausius-Clapeyron e Gibbs-Helmholtz, respectivamente. Os modelos de GAB e Peleg ajustaram adequadamente os dados experimentais. A teoria da compensação entalpia-entropia foi aplicada com sucesso às isotermas de dessorção e indica que o mecanismo de dessorção de umidade das sementes de linhaça pode ser considerado como controlado pela entalpia. A secagem das sementes de linhaça previamente umidificadas foram avaliadas em um secador de leito fixo e fluidizado, as corridas experimentais foram realizadas nas temperaturas de 40, 60 e 80°C, dentre dos cinco modelos propostos, o modelo de Midilli et al, foi o melhor modelo que melhor ajustou aos dados experimentais. Foi observado que a difusividade efetiva para as sementes de linhaça aumentou com a elevação da temperatura do ar de secagem para a secagem em leito fixo e fluidizado. A dependência da difusividade em relação à temperatura foi descrita pela equação de Arrhenius, por meio da qual se estimou para ambos os processos de secagem.

Modelamento matemático de interfaces neurológicas

O estudo do comportamento dinâmico da junção que se forma ao se unir uma fibra nervosa a um semicondutor é objeto de muitas pesquisas ultimamente em grandes centros de pesquisas. Estes estudos levam basicamente a dois modelos matemáticos de modelagem da junção: o modelo de contacto de ponta e o modelo de contacto de área. Utilizando o modelo de contacto de área, resolve-se a equação diferencial que descreve o comportamento dinâmico da junção neurônio-semicondutor, através de dois métodos analíticos. No primeiro método a solução da equação diferencial é obtida através da soma de duas equações: da solução da equação homogênea mais a da equação particular, obtendo dessa forma, o resultado que consta na literatura. Já o segundo método é o que descreve a solução usando as funções de Green, cujo resultado, embora não coincidente com o da literatura, é totalmente coincidente na região de interesse dentro da junção. A vantagem do uso da função de Green na determinação da solução de uma equação diferencial, é que, uma vez determinada essa função, a solução dessa equação diferencial é obtida de forma imediata, bastando para tal, fazer um processo de integração do produto entre a função de Green e a função de excitação ou fonte. Por último, mostra-se a completa equivalência entre os dois métodos de soluções da equação diferencial.

Ferramenta computacional para análise do potencial de bombeamento de água utilizando aerogeradores de pequeno porte acoplados a motobombas por meio de inversores de frequência

O objetivo desta dissertação é desenvolver uma ferramenta computacional para a análise do potencial de bombeamento de água com base nos valores de velocidades de vento de uma localidade, utilizando um aerogerador de pequeno porte acoplado a um conjunto motobomba convencional, por intermédio de um inversor de frequência. No trabalho são apresentados dois métodos para o cálculo da vazão. O método 1 utiliza um modelo teórico, enquanto que no método 2 o modelamento é feito a partir de dados de bombeamento obtidos em laboratório. Os dois métodos descrevem o funcionamento de um sistema de bombeamento de água envolvendo os equipamentos citados. Utilizando os modelos matemáticos descritos, foi criado um programa em linguagem Delphi®, para a obtenção dos valores de vazão e volume de água bombeada, além do número de pessoas que podem ser atendidas, com base nos dados de velocidade de vento do local, para com isso, ser possível analisar a viabilidade ou não de instalação do sistema. O funcionamento do programa é descrito através de um exemplo, que contém valores reais de velocidade de vento, e cujos resultados são analisados de forma a possibilitar seu entendimento.

Ferramenta computacional para dimensionamento e avaliação de desempenho de sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica

Esta dissertação apresenta a utilização alguns modelos matemáticos disponíveis na literatura para representar as etapas de processamento da energia em um Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede Elétrica (SFCR). Além disso, propõem-se dois modelos representativos do comportamento da potência elétrica em situações de limitação de potência do inversor e das perdas elétricas em função do carregamento. Todas as modelagens estão implementadas computacionalmente no ambiente GUIDE do MATLAB, o que permite a análise, auxilia no dimensionamento e viabiliza a simulação da operacionalidade e consequente contribuição energética de SFCRs com diferentes tamanhos relativos. No trabalho ainda é mostrada a interface da ferramenta computacional desenvolvida e a validação dos dados gerados pelo programa com dados medidos experimentalmente de SFCRs, a qual evidencia a eficácia dos modelos utilizados e a melhora na precisão. Ao final são mostradas estimativas energéticas para cinco cidades brasileiras, além de exemplos de análise dos dados gerados pela ferramenta computacional.