Analysis of the Van der Pol oscillator containing derivatives of fractional order

In this paper a modified version of the classical Van der Pol oscillator is proposed, introducing fractional-order time derivatives into the state-space model. The resulting fractional-order Van der Pol oscillator is analyzed in the time and frequency domains, using phase portraits, spectral analysis and bifurcation diagrams. The fractional-order dynamics is illustrated through numerical simulations of the proposed schemes using approximations to fractional-order operators. Finally, the analysis is extended to the forced Van der Pol oscillator.

Planeamento da construção repetitiva e não repetitiva – Caso de estudo comparativo

O planeamento da construção tem sido considerado como uma mera burocracia e utilizado essencialmente como uma orientação temporal do desenvolvimento da obra, que se reflete, frequentes vezes, na utilização inadequada das técnicas de planeamento. Com esta dissertação pretende-se oferecer uma nova perspectiva sobre as técnicas e softwares de planeamento e a sua melhor utilização. Contudo, focalizando-se mais nos métodos CPM e LOB, efetua-se o seu planeamento nos softwares Microsoft Project e CCS- Candy respetivamente. Inicia-se este trabalho com uma breve descrição acerca do estado da arte das metodologias e softwares de planeamento da construção. Seguidamente efetua-se a demonstração do planeamento de dois casos de estudo, sendo o primeiro caso de estudo referente ao planeamento da construção de uma ponte com recurso ao Microsoft Project. Realiza-se o cálculo dos rendimentos, dimensionamentos das equipas de trabalho e análise dos diagramas de planeamento fornecido pelo Microsoft Project. No segundo caso de estudo, demonstra-se o planeamento da estrutura de dois edifícios no software CCS - Candy. Efetua-se igualmente o cálculo dos rendimentos, dimensionamento das equipas de trabalho e análise, essencialmente, do Gráfico Espaço/Tempo (LOB). Após a realização do planeamento dos dois casos de estudo, realiza-se uma pequena comparação das duas metodologias, CPM e LOB, referenciando as vantagens e desvantagens da sua utilização no planeamento de obras, seguido de uma breve conclusão. Termina-se esta dissertação com a apresentação das conclusões gerais e das propostas para trabalhos futuros.

Plataforma web de informação automobilística

Esta dissertação enquadra-se no âmbito dos Sistemas de Informação, em concreto, no desenvolvimento de aplicações Web, como é o caso de um website. Com a utilização em larga escala dos meios tecnológicos tem-se verificado um crescimento exponencial dos mesmos, o que se traduz na facilidade com que podem ser encontradas na Internet diversos tipos de plataformas informáticas. Além disso, hoje em dia, uma grande parte das organizações possui o seu próprio sítio na Internet, onde procede à divulgação dos seus serviços e/ou produtos. Pretende-se com esta dissertação explorar estas novas tecnologias, nomeadamente, os diagramas UML - Unified Modeling Language e a concepção de bases de dados, e posteriormente desenvolver um website. Com o desenvolvimento deste website não se propõe a criação de uma nova tecnologia, mas o uso de diversas tecnologias em conjunto com recurso às ferramentas UML. Este encontra-se organizado em três fases principais: análise de requisitos, implementação e desenho das interfaces. Na análise de requisitos efectuou-se o levantamento dos objectivos propostos para o sistema e das necessidades/requisitos necessários à sua implementação, auxiliado essencialmente pelo Diagrama de Use Cases do sistema. Na fase de implementação foram elaborados os arquivos e directórios que formam a arquitectura lógica de acordo com os modelos descritos no Diagrama de Classes e no Diagrama de Entidade-Relação. Os requisitos identificados foram analisados e usados na composição das interfaces e sistema de navegação. Por fim, na fase de desenho das interfaces foram aperfeiçoadas as interfaces desenvolvidas, com base no conceito artístico e criativo do autor. Este aperfeiçoamento vai de encontro ao gosto pessoal e tem como objectivo elaborar uma interface que possa também agradar ao maior número possível de utilizadores. Este pode ser observado na maneira como se encontram distribuídas as ligações (links) entre páginas, nos títulos, nos cabeçalhos, nas cores e animações e no seu design em geral. Para o desenvolvimento do website foram utilizadas diferentes linguagens de programação, nomeadamente a HyperText Markup Language (HTML), a Page Hypertext Preprocessor (PHP) e Javascript. A HTML foi utilizada para a disposição de todo o conteúdo visível das páginas e para definição do layout das mesmas e a PHP para executar pequenos scripts que permitem interagir com as diferentes funcionalidades do site. A linguagem Javascript foi usada para definir o design das páginas e incluir alguns efeitos visuais nas mesmas. Para a construção das páginas que compõem o website foi utilizado o software Macromedia Dreamweaver, o que simplificou a sua implementação pela facilidade com que estas podem ser construídas. Para interacção com o sistema de gestão da base de dados, o MySQL, foi utilizada a aplicação phpMyAdmin, que simplifica o acesso à base de dados, permitindo definir, manipular e consultar os seus dados.

Levantamento elétrico e análise de equipamento para acabamento térmico e químico de telas para pneus

Esta dissertação surge da necessidade da empresa Continental - Indústria Têxtil do Ave S.A. – grupo Continental Mabor atualizar os esquemas elétricos de uma máquina para acabamento térmico e químico de telas para pneus. Esta máquina (Zell) é crucial no seu processo produtivo e foi ao longo dos anos sofrendo sucessivas atualizações no sentido de melhorar o seu processo de produção. Existiam já, esquemas elétricos da máquina realizados em EPLAN no entanto não foram acompanhando as sucessivas alterações sofridas pela mesma. Deste modo, torna-se assim necessário não só produzir um suporte digital desses mesmos esquemas como também proceder à sua atualização. Ao longo desta dissertação o leitor pode obter informações relativas à Zell e ao processo de análise, estudo e documentação dos seus quadros elétricos em software EPLAN Electric P8. São ainda abordadas técnicas de leitura e desenho em EPLAN e descritas algumas das funcionalidade que este permite. É abordada a base de dados criada com informações relativas à máquina tais como características dos seus motores, variadores de frequência e localização dos quadros elétricos ao longo dos pisos que a compõe. No âmbito desta dissertação foi redigido o “Manual da Máquina de Impregnar Zell” e neste relatório abordam-se os principais tópicos que o compõe. Com a atualização dos esquemas tornou-se necessário proceder à identificação de diversos componentes na máquina. Esse processo de identificação é também aqui retratado. O leitor pode por fim obter informações de como realizar um processo de troca de variadores de frequência da marca ABB de diferentes gamas tendo em consideração as ligações em causa para o fazer. Pretende-se assim que o leitor fique com uma noção geral das diferentes vertentes que foram abordadas neste trabalho realizado sob a forma de um estágio com duração de seis meses no seio desta indústria.

Reengenharia de processos na indústria farmacêutica

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia e Gestão Industrial pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Conditional probability applied to the definition of limestone geochemical facies: A new Methodological Approach

A new method, based on linear correlation and phase diagrams was successfully developed for processes like the sedimentary process, where the deposition phase can have different time duration - represented by repeated values in a series - and where the erosion can play an important rule deleting values of a series. The sampling process itself can be the cause of repeated values - large strata twice sampled - or deleted values: tiny strata fitted between two consecutive samples. What we developed was a mathematical procedure which, based upon the depth chemical composition evolution, allows the establishment of frontiers as well as the periodicity of different sedimentary environments. The basic tool isn't more than a linear correlation analysis which allow us to detect the existence of eventual evolution rules, connected with cyclical phenomena within time series (considering the space assimilated to time), with the final objective of prevision. A very interesting discovery was the phenomenon of repeated sliding windows that represent quasi-cycles of a series of quasi-periods. An accurate forecast can be obtained if we are inside a quasi-cycle (it is possible to predict the other elements of the cycle with the probability related with the number of repeated and deleted points). We deal with an innovator methodology, reason why it's efficiency is being tested in some case studies, with remarkable results that shows it's efficacy. Keywords: sedimentary environments, sequence stratigraphy, data analysis, time-series, conditional probability.

New findings on the dynamics of HIV and TB coinfection models

In this paper we study a model for HIV and TB coinfection. We consider the integer order and the fractional order versions of the model. Let α∈[0.78,1.0] be the order of the fractional derivative, then the integer order model is obtained for α=1.0. The model includes vertical transmission for HIV and treatment for both diseases. We compute the reproduction number of the integer order model and HIV and TB submodels, and the stability of the disease free equilibrium. We sketch the bifurcation diagrams of the integer order model, for variation of the average number of sexual partners per person and per unit time, and the tuberculosis transmission rate. We analyze numerical results of the fractional order model for different values of α, including α=1. The results show distinct types of transients, for variation of α. Moreover, we speculate, from observation of the numerical results, that the order of the fractional derivative may behave as a bifurcation parameter for the model. We conclude that the dynamics of the integer and the fractional order versions of the model are very rich and that together these versions may provide a better understanding of the dynamics of HIV and TB coinfection.

How Complex, Probable, and Predictable is Genetically Driven Red Queen Chaos?

Coevolution between two antagonistic species has been widely studied theoretically for both ecologically- and genetically-driven Red Queen dynamics. A typical outcome of these systems is an oscillatory behavior causing an endless series of one species adaptation and others counter-adaptation. More recently, a mathematical model combining a three-species food chain system with an adaptive dynamics approach revealed genetically driven chaotic Red Queen coevolution. In the present article, we analyze this mathematical model mainly focusing on the impact of species rates of evolution (mutation rates) in the dynamics. Firstly, we analytically proof the boundedness of the trajectories of the chaotic attractor. The complexity of the coupling between the dynamical variables is quantified using observability indices. By using symbolic dynamics theory, we quantify the complexity of genetically driven Red Queen chaos computing the topological entropy of existing one-dimensional iterated maps using Markov partitions. Co-dimensional two bifurcation diagrams are also built from the period ordering of the orbits of the maps. Then, we study the predictability of the Red Queen chaos, found in narrow regions of mutation rates. To extend the previous analyses, we also computed the likeliness of finding chaos in a given region of the parameter space varying other model parameters simultaneously. Such analyses allowed us to compute a mean predictability measure for the system in the explored region of the parameter space. We found that genetically driven Red Queen chaos, although being restricted to small regions of the analyzed parameter space, might be highly unpredictable.

From weak Allee effect to no Allee effect in Richards’ growth models

Population dynamics have been attracting interest since many years. Among the considered models, the Richards’ equations remain one of the most popular to describe biological growth processes. On the other hand, Allee effect is currently a major focus of ecological research, which occurs when positive density dependence dominates at low densities. In this chapter, we propose the dynamical study of classes of functions based on Richards’ models describing the existence or not of Allee effect. We investigate bifurcation structures in generalized Richards’ functions and we look for the conditions in the (β, r) parameter plane for the existence of a weak Allee effect region. We show that the existence of this region is related with the existence of a dovetail structure. When the Allee limit varies, the weak Allee effect region disappears when the dovetail structure also disappears. Consequently, we deduce the transition from the weak Allee effect to no Allee effect to this family of functions. To support our analysis, we present fold and flip bifurcation curves and numerical simulations of several bifurcation diagrams.

Sistema de monitorização da qualidade e consumo de energia elétrica

A racionalização do consumo de energia elétrica é um tema que assume uma importância crescente nos dias de hoje. O elevado consumo de energia, principalmente a nível comercial/industrial, tem motivado o aparecimento de questões políticas, económico-sociais e ambientais que visam a sensibilização dos consumidores para a gestão eficiente dos seus recursos. Neste sentido, as empresas e instituições têm demonstrado interesse em encontrar soluções de gestão nas suas instalações elétricas que permitam a monitorização de indicadores e a previsão de falhas cuja ocorrência acarreta elevados custos de reparação/substituição, de paragem de produção, entre outros. O estudo aqui apresentado surge no âmbito de um projeto académico, cuja finalidade se prende com a implementação de um sistema de monitorização da qualidade e consumo de energia elétrica no Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP). Baseado numa rede de dispositivos analisadores de parâmetros de energia elétrica, estes equipamentos de medição dispõem de software próprio, o GridVis, que permite o acesso remoto, através de uma rede Ethernet, aos parâmetros de energia (grandezas físicas elétricas). O sistema desenvolvido é capaz de identificar parâmetros de consumo de energia anómalos e emitir alertas, pré-programados em linguagem C++ e diagrama de blocos. Permite, por exemplo, detetar um consumo instantâneo excessivo de energia e alertar a sua ocorrência. As páginas de acesso aos parâmetros medidos por cada dispositivo são acessíveis através de uma interface gráfica desenvolvida em Adobe Flash que inclui, de uma forma simples e organizada, a informação relativa à distribuição dos dispositivos de medição. Num contexto de expansão deste projeto para outros edifícios do ISEP, a solução desenvolvida encontra-se preparada para ser adaptada em qualquer local, desde que reúna certos requisitos.

Evolution of Drug Resistance: Insight on TEM β-Lactamases Structure and Activity and β-Lactam Antibiotics

Since the discovery of the first penicillin bacterial resistance to β-lactam antibiotics has spread and evolved promoting new resistances to pathogens. The most common mechanism of resistance is the production of β-lactamases that have spread thorough nature and evolve to complex phenotypes like CMT type enzymes. New antibiotics have been introduced in clinical practice, and therefore it becomes necessary a concise summary about their molecular targets, specific use and other properties. β-lactamases are still a major medical concern and they have been extensively studied and described in the scientific literature. Several authors agree that Glu166 should be the general base and Ser70 should perform the nucleophilic attack to the carbon of the carbonyl group of the β-lactam ring. Nevertheless there still is controversy on their catalytic mechanism. TEMs evolve at incredible pace presenting more complex phenotypes due to their tolerance to mutations. These mutations lead to an increasing need of novel, stronger and more specific and stable antibiotics. The present review summarizes key structural, molecular and functional aspects of ESBL, IRT and CMT TEM β-lactamases properties and up to date diagrams of the TEM variants with defined phenotype. The activity and structural characteristics of several available TEMs in the NCBI-PDB are presented, as well as the relation of the various mutated residues and their specific properties and some previously proposed catalytic mechanisms.

Brincando com formas geométricas e cores: Um pé no Triângulo… Uma mão no Pentágono...

Neste artigo é analisada a construção do conhecimento matemático num jardim de infância do Porto, através do jogo; em particular, tratamos as formas geométricas e os diagramas de Carroll. Estes temas foram abordados, de uma forma integrada, numa atividade que também envolveu a expressão motora. Esta estratégia revelou-se uma boa forma de motivar as crianças do grupo para conteúdos complexos. Debruçamo-nos neste artigo sobre as fases de observação, planificação, ação e avaliação da atividade. Concluímos que os objetivos traçados foram ao encontro das necessidades e interesses das crianças e que a atividade contribuiu para o seu desenvolvimento integral e integrado.

Natural antioxidants extraction and their incorporation into model pharmaceutical systems

Dissertation to obtain a Master Degree in Biotechnology

An information model for lean, agile, resilient and green supply chain management

Dissertação para a obtenção de Grau de Mestre em Engenharia e Gestão Industrial

Introducing numerical analysis tools in engineering: a Scilab user case in electronics course

Software tools in education became popular since the widespread of personal computers. Engineering courses lead the way in this development and these tools became almost a standard. Engineering graduates are familiar with numerical analysis tools but also with simulators (e.g. electronic circuits), computer assisted design tools and others, depending on the degree. One of the main problems with these tools is when and how to start use them so that they can be beneficial to students and not mere substitutes for potentially difficult calculations or design. In this paper a software tool to be used by first year students in electronics/electricity courses is presented. The growing acknowledgement and acceptance of open source software lead to the choice of an open source software tool – Scilab, which is a numerical analysis tool – to develop a toolbox. The toolbox was developed to be used as standalone or integrated in an e-learning platform. The e-learning platform used was Moodle. The first approach was to assess the mathematical skills necessary to solve all the problems related to electronics and electricity courses. Analysing the existing circuit simulators software tools, it is clear that even though they are very helpful by showing the end result they are not so effective in the process of the students studying and self learning since they show results but not intermediate steps which are crucial in problems that involve derivatives or integrals. Also, they are not very effective in obtaining graphical results that could be used to elaborate reports and for an overall better comprehension of the results. The developed tool was based on the numerical analysis software Scilab and is a toolbox that gives their users the opportunity to obtain the end results of a circuit analysis but also the expressions obtained when derivative and integrals calculations, plot signals, obtain vector diagrams, etc. The toolbox runs entirely in the Moodle web platform and provides the same results as the standalone application. The students can use the toolbox through the web platform (in computers where they don't have installation privileges) or in their personal computers by installing both the Scilab software and the toolbox. This approach was designed for first year students from all engineering degrees that have electronics/electricity courses in their curricula.