Estudo e otimização de uma pilha de combustível de pequena potência (10W) e sua integração em equipamento portátil

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Otimização do processo produtivo de extrusão de pisos na E06

O presente trabalho foi elaborado no âmbito da Dissertação Final de Mestrado do curso de Engenharia Mecânica – Gestão Industrial do Instituto Superior de Engenharia do Porto. Este foi realizado numa empresa da indústria de pneus, a Continental Mabor S.A.. Nos dias atuais, a indústria esta cada vez mais competitiva, os custos e os prazos da entrega são cada vez mais reduzidos e a qualidade cada vez mais exigente, assim sendo, é imprescindível uma constante melhoria do sistema produtivo. Este fato fez com que o presente trabalho tivesse como principal objetivo determinar o estado atual e delinear um plano de melhoria para um equipamento (Extrusora de pisos nº6), recentemente instalado na fábrica mas oriundo de outra fábrica do grupo, recorrendo para tal ao Lean Manufacturing e a ferramentas que lhe estão associadas. Inicialmente realizou-se uma análise e diagnóstico ao processo de extrusão de pisos na Extrusora nº6, com o intuito de avaliar todas as suas ineficiências e ainda formular um plano de melhorias para a ineficiência de maior impacto no sistema produtivo. Esta análise foi realizada em diferentes turnos e diferentes equipas de trabalho de forma a se obter uma amostra mais representativa da realidade global. Após esta análise verificou-se que as principais ineficiências eram Setup, conformidade do material, dimensões e encravamentos, entre outros. Sendo que os Setup provocam um tempo de paragem de 101 minutos por turno, escolheu-se esta perturbação como o foco do plano de melhorias a realizar posteriormente. De forma a reduzir os tempos de mudança (Setup), o autor no presente trabalho utilizou ferramentas Lean Manufacturing, principalmente o SMED. Conjuntamente com o SMED ainda foram utilizadas outras ferramentas Lean Manufacturing tais como: 5S, Gestão Visual, Problem Solving e Normalização do Método de Trabalho. Após a implementação de todas estas ferramentas obteve-se uma redução de tempos de mudança de 43% com 1 operador e 71% com 2 operadores, ou seja, reduziu-se de 40,5 minutos gastos por turno para a mudança de fieira para 23,13 min e 11,79 min respetivamente, o que corresponde a um ganho monetário anual de 63.621€ ou 105.045€, respetivamente. Com este trabalho conclui-se que a utilização de ferramentas Lean Manufacturing contribuem para a redução dos desperdícios do processo produtivo. Por isso, espera-se que este estudo seja aplicado na Extrusora nº6 e nas restantes Extrusoras de pisos existentes na fábrica, e num futuro próximo que se realize estudos semelhantes em máquinas com diferentes funções.

Otimização energética em redes óticas de próxima geração Flex-grid vs Fixed-grid

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Eletrónica e Telecomunicações

Análise de desempenho de algoritmos de otimização para extração de parâmetros em modelos semicondutores de potência

Apresenta-se nesta tese uma revisão da literatura sobre a modelação de semicondutores de potência baseada na física e posterior análise de desempenho de dois métodos estocásticos, Particle Swarm Optimizaton (PSO) e Simulated Annealing (SA), quando utilizado para identificação eficiente de parâmetros de modelos de dispositivos semicondutores de potência, baseado na física. O conhecimento dos valores destes parâmetros, para cada dispositivo, é fundamental para uma simulação precisa do comportamento dinâmico do semicondutor. Os parâmetros são extraídos passo-a-passo durante simulação transiente e desempenham um papel relevante. Uma outra abordagem interessante nesta tese relaciona-se com o facto de que nos últimos anos, os métodos de modelação para dispositivos de potência têm emergido, com alta precisão e baixo tempo de execução baseado na Equação de Difusão Ambipolar (EDA) para díodos de potência e implementação no MATLAB numa estratégia de optimização formal. A equação da EDA é resolvida numericamente sob várias condições de injeções e o modelo é desenvolvido e implementado como um subcircuito no simulador IsSpice. Larguras de camada de depleção, área total do dispositivo, nível de dopagem, entre outras, são alguns dos parâmetros extraídos do modelo. Extração de parâmetros é uma parte importante de desenvolvimento de modelo. O objectivo de extração de parâmetros e otimização é determinar tais valores de parâmetros de modelo de dispositivo que minimiza as diferenças entre um conjunto de características medidas e resultados obtidos pela simulação de modelo de dispositivo. Este processo de minimização é frequentemente chamado de ajuste de características de modelos para dados de medição. O algoritmo implementado, PSO é uma técnica de heurística de otimização promissora, eficiente e recentemente proposta por Kennedy e Eberhart, baseado no comportamento social. As técnicas propostas são encontradas para serem robustas e capazes de alcançar uma solução que é caracterizada para ser precisa e global. Comparada com algoritmo SA já realizada, o desempenho da técnica proposta tem sido testado utilizando dados experimentais para extrair parâmetros de dispositivos reais das características I-V medidas. Para validar o modelo, comparação entre resultados de modelo desenvolvido com um outro modelo já desenvolvido são apresentados.

Avaliação e Otimização do Consumo de Água no Processo e do Sistema de Tratamento de Efluentes

O elevado consumo de água associado à escassez deste recurso contribuiu para que alternativas de reutilização/reciclagem de água fossem estudadas que permitam diminuir o seu consumo e minimizar a dependência das indústrias. Monitorizar e avaliar os consumos de água, a nível industrial, é imprescindível para assegurar uma gestão sustentável dos recursos hídricos, sendo este o objetivo da presente dissertação. As alternativas encontradas na unidade industrial em estudo foram a substituição do equipamento sanitário e o aproveitamento do efluente tratado para operações de lavagem e/ou arrefecimento por contacto direto. A maioria do equipamento sanitário não é eficiente, tendo-se proposto a substituição desse sistema por um de menor consumo que permitirá uma poupança de 30 % no consumo de água, que corresponderá a 12 149,37 €/ano, sendo o retorno do investimento estimado em 3 meses. O efluente industrial na entrada da ETAR e nas diferentes etapas - tratamento primário de coagulação/floculação; tratamento secundário ou biológico em SBR; tratamento terciário de coagulação/floculação - foi caracterizado através da medição da temperatura, pH, oxigénio dissolvido e pela determinação da cor, turvação, sólidos suspensos totais (SST), azoto total, carência química de oxigénio (CQO), Carência Bioquímica de Oxigénio ao fim de 5 dias (CBO5) e razão CBO5/CQO. Esta caracterização permitiu avaliar o efluente industrial bruto que se caracteriza por um pH alcalino (8,3 ± 1,7); condutividade baixa (451 ± 200,2 μS/cm); elevada turvação (11 255 ± 8812,8 FTU); cor aparente (63 670 ± 42293,4 PtCo) e cor verdadeira (33 621 ± 19547,9 PtCo) elevadas; teores elevados de CQO (24 753 ± 11806,7 mg/L O2) SST (5 164 ± 3845,5 mg/L) e azoto total (718 mg/L) e um índice de biodegradabilidade baixo (razão CBO5/CQO de 1,4). Este estudo permitiu verificar que a eficiência global do tratamento do efluente foi 82 % na remoção da turvação, 83 % na remoção da cor aparente, 96 % na remoção da cor verdadeira, 85 % na remoção da CQO e 30 % na remoção dos SST. Quanto às eficiências de remoção associadas ao tratamento primário no que diz respeito à turvação, cor aparente, CQO e SST, apresentam valores inferiores aos referidos na literatura para o mesmo tipo de tratamento em efluentes similares. As eficiências de remoção obtidas no tratamento secundário são inferiores às do tratamento primário: turvação, cor aparente, CQO e SST, pelo que procurou-se otimizar a primeira etapa do processo de tratamento Neste estudo de otimização estudou-se a influência de cinco coagulantes – Sulfato de Alumínio, PAX XL – 10, PAX 18, cloreto de ferro e a conjugação de PAX 18 com sulfato de ferro - e seis floculantes – Superfloc A 150, Superfloc A 130, PA 1020, Ambifloc 560, Ambifloc C58 e Rifloc 54 - no tratamento físico-químico do efluente. O PAX 18 e o Ambifloc 560 UUJ foram os que apresentaram as mais elevadas eficiências de remoção (99,85 % na cor, 99,87 % na turvação, 90,12 % na CQO e 99,87 % nos SST). O custo associado a este tratamento é de 1,03 €/m3. Pela comparação com os critérios de qualidade no guia técnico ERSAR, apenas o parâmetro da CQO excede o valor, contudo o valor obtido permite diminuir os custos associados a um tratamento posterior para remoção da CQO remanescente no efluente residual tratado.

Análise e otimização de processo no departamento de manutenção de uma empresa industrial

As empresas no século XXI têm necessidade de reduzir os seus custos de manutenção para serem competitivas num mercado cada vez mais global, implementando a Manutenção Lean no setor diretamente responsável pela Manutenção e também estender a toda a organização. Este trabalho foi realizado no âmbito do estágio efetuado na empresa Lameirinho, empresa líder de Têxtil-Lar, localizada na zona de Guimarães e que possui um Departamento de Manutenção onde a fiabilidade e disponibilidade dos equipamentos é um aspeto importante bem como a sua manutenção a custos reduzidos. Assim, tendo como objetivo a melhoria do Departamento de Manutenção da empresa Lameirinho foi efetuada uma auditoria de Manutenção Lean com o intuito de determinar o estado atual, foram identificados problemas e oportunidades de melhoria bem como foram apresentadas soluções para os mesmos. Os benefícios que se obtêm com a implementação das soluções são, entre outros: melhor planeamento das intervenções de Manutenção com alocação no momento necessário dos recursos humanos e a disponibilização de peças assim como as intervenções de manutenção serem efetuadas quando a Produção menos necessita do equipamento produtivo; redução e eliminação das intervenções de Manutenção Corretiva de Emergência; redução dos custos de Manutenção na globalidade da empresa através dos benefícios obtidos e com impacto direto nos resultados económicos da empresa.

Otimização da operação de picking em armazéns

A Logística, vista como uma perspetiva integradora entre os parceiros de negócio, com objetivos comuns de proporcionar ao cliente mais-valias e aspetos diferenciadores perante os outros concorrentes, contribui em muito na manutenção das empresas na globalização atual, que se torna cada vez mais flexível. Através de uma boa gestão de processos críticos de negócio, boa localização dos materiais, sejam eles quais forem, produtos finais, matérias-primas ou produtos em vias de fabrico e através do transporte a logística cria utilidade temporal e diferenciadora. De facto, a logística poderá assumir um papel fundamental em proporcionar valor acrescentado ao disponibilizar, a tempo, os serviços que os clientes necessitam ou esperam. Enquadrando-se na temática de gestão dos armazéns, o presente projeto consistiu no estudo de operações de picking com a finalidade de otimização dos processos de picking no armazém do operador logístico AR – Serviços de Logística, localizado em Ribeirão, Vila Nova de Famalicão. O trabalho inicial passou pelo levantamento do funcionamento das operações do processo de picking na empresa e posteriormente confrontá-los com as tecnologias e procedimentos atuais no mercado. Com base nos resultados obtidos, foi possível definir e implementar métricas enquadradas nas finalidades estratégicas e operacionais do operador logístico. As soluções passaram também pela melhoria da aplicação de gestão de armazéns (WMS), reavaliação dos indicadores previamente estabelecidos e na aquisição de equipamentos para automatização das operações picking e localizações. Os registos e informações relacionadas com os módulos fulcrais são armazenados e tratados na base de dados de suporte à aplicação com contributo de melhoria contínua aos procedimentos logístico da empresa e sua relação com os stakeholders na estratégia global de negócio com o operador logístico. Finalmente, foi possível analisar os resultados obtidos em modo real em relação as estimativas calculadas e definidas na fase de implementação e desenvolvimento.

Otimização do processo de injeção de ZAMAK

A indústria automóvel necessita aumentar a produtividade de forma sistemática, com vista à redução de custos e incremento da competitividade. A otimização dos produtos e processos é uma constante. O presente trabalho foi solicitado pela empresa FicoCables, do Grupo FICOSA, tendo em vista a otimização do processo de injeção de pequenas peças injetadas em ZAMAK, que constituem o bloqueio na extremidade de cada cabo metálico inserido nos automóveis para abertura da mala, portas, travão de mão, reservatório de combustível, capô, etc. A empresa possui cerca de 52 equipamentos de injeção de ZAMAK, cuja temperatura dos bicos era mantida com base numa chama de gás. Os sucessivos problemas de controlo do sistema ditaram uma mudança estratégica no aquecimento desses bicos, passando a ser usadas resistências elétricas anelares. No entanto, esta mudança veio a apresentar problemas inesperados, os quais se vieram inclusivamente a tornar em problemas de segurança, devido ao desgaste interior prematuro dos bicos, os quais apresentaram esmo problema de rotura. Paralelamente, todos os parâmetros relacionados com este processo de fabrico estavam também estudados de forma algo incipiente, pelo que se tornou necessário compreender e dissecar todas as variáveis relacionadas com o processo e implementar sistemas que impedissem o ajuste não controlado dos parâmetros por parte dos operadores. Também os moldes foram alvo de ações de melhoria, com vista a evitar problemas na zona de contacto do bico com o molde. O processo foi analisado em pormenor, permitindo um controlo muito mais apurado do mesmo. Os resultados fizeram sentir-se de forma imediata, graças ao trabalho desenvolvido neste estudo e à abertura demonstrada pela empresa para implementar todas as soluções propostas. O resultado final traduz-se num incremento significativo da segurança para os operadores, num controlo muito mais apurado de todos os parâmetros envolvidos no processo, numa maior garantia da qualidade nos produtos injetados em ZAMAK e em ganhos financeiros significativos para a empresa.

Otimização da implementação em GPUs de um algoritmo de simulação de materiais granulares

As simulações que pretendam modelar fenómenos reais com grande precisão em tempo útil exigem enormes quantidades de recursos computacionais, sejam estes de processamento, de memória, ou comunicação. Se até há pouco tempo estas capacidades estavam confinadas a grandes supercomputadores, com o advento dos processadores multicore e GPUs manycore os recursos necessários para este tipo de problemas estão agora acessíveis a preços razoáveis não só a investigadores como aos utilizadores em geral. O presente trabalho está focado na otimização de uma aplicação que simula o comportamento dinâmico de materiais granulares secos, um problema do âmbito da Engenharia Civil, mais especificamente na área da Geotecnia, na qual estas simulações permitem por exemplo investigar a deslocação de grandes massas sólidas provocadas pelo colapso de taludes. Assim, tem havido interesse em abordar esta temática e produzir simulações representativas de situações reais, nomeadamente por parte do CGSE (Australian Research Council Centre of Excellence for Geotechnical Science and Engineering) da Universidade de Newcastle em colaboração com um membro da UNIC (Centro de Investigação em Estruturas de Construção da FCT/UNL) que tem vindo a desenvolver a sua própria linha de investigação, que se materializou na implementação, em CUDA, de um algoritmo para GPUs que possibilita simulações de sistemas com um elevado número de partículas. O trabalho apresentado consiste na otimização, assente na premissa da não alteração (ou alteração mínima) do código original, da supracitada implementação, de forma a obter melhorias significativas tanto no tempo global de execução da aplicação, como no aumento do número de partículas a simular. Ao mesmo tempo, valida-se a formulação proposta ao conseguir simulações que refletem, com grande precisão, os fenómenos físicos. Com as otimizações realizadas, conseguiu-se obter uma redução de cerca de 30% do tempo inicial cumprindo com os requisitos de correção e precisão necessários.

Evolução, a curto prazo, do perfil do estado de nutrição no transplante hepático, em adultos : contributo para otimização da abordagem clínica e nutricional

RESUMO:Contexto: A avaliação do estado de nutrição do doente com indicação para transplante hepático (TH) deve ser abrangente, considerando o amplo espetro de situações clínicas e metabólicas. As alterações metabólicas relacionadas com a doença hepática podem limitar a aplicação de métodos de avaliação nutricional, subestimando a desnutrição. Após o TH, é expectável a reversão dos distúrbios metabólicos da doença hepática, pela melhoria da função do fígado. No entanto, algumas complicações metabólicas podem surgir após o TH, relacionadas com a má-nutrição, a desnervação hepática e o uso prolongado de imunossupressão, comprometendo os resultados clínicos a longo-prazo. A medição longitudinal e confiável do metabolismo energético e dos compartimentos corporais após o TH, avaliada em conjunto com fatores influentes no estado de nutrição, pode identificar precocemente situações de risco e otimizar e individualizar estratégias clínicas e nutricionais com vantagens no prognóstico. Objetivo: Avaliar longitudinalmente, a curto prazo, o estado de nutrição após o TH em doentes com insuficiência hepática por doença crónica e identificar os fatores, para além da cirurgia, que determinam diferentes evoluções do metabolismo energético e da composição corporal. Métodos: Foi estudada uma coorte de indivíduos com indicação para TH por doença hepática crónica, admitidos consecutivamente para TH ortotópico eletivo, durante 2 anos. Foram programados 3 momentos de avaliação: na última consulta pré-TH (T0), logo que adquirida autonomia respiratória e funcional após o TH (T1) e um mês após o TH (T2). Nesses momentos, foram medidos no mesmo dia: o suprimento nutricional por recordatório das últimas 24 horas, o estado de nutrição por Avaliação Subjetiva Global (ASG), o gasto energético em repouso (GER) por calorimetria indireta, a antropometria, a composição corporal por bioimpedância elétrica tetrapolar multifrequências e a força muscular por dinamometria de preensão palmar. O índice de massa magra (IMM) e a massa celular corporal (MCC) foram usados como indicadores do músculo esquelético e a percentagem de massa gorda (%MG) e o índice de massa gorda (IMG) como indicadores de adiposidade. O GER foi comparado com o estimado pelas fórmulas de Harris-Benedict para classificação do estado metabólico em:hipermetabolismo (GER medido >120% do GER estimado), normometabolismo (GER medido entre 80 e 120% do GER estimado) e hipometabolismo (GER medido <80% do GER estimado). Foi utilizada análise multivariável: por regressão logística, para identificar variáveis associadas à possibilidade (odds ratio – OR) de pertencer a cada grupo metabólico pré-TH; por regressão linear múltipla, para identificar variáveis associadas à variação dos compartimentos corporais no período pós-TH; e por modelos de efeitos mistos generalizados, para identificar variáveis associadas à evolução do GER e dos compartimentos corporais entre o período pré- e pós-TH. Resultados: Foram incluídos 56 indivíduos com idade, média (DP), 53,7 (8,5) anos, 87,5% do sexo masculino, 23,2% com doença hepática crónica de etiologia etanólica. Após o TH, em 60,7% indivíduos foi administrado regime imunossupressor baseado no tacrolimus. Os indivíduos foram avaliados [mediana (AIQ)] 90,5 (P25: 44,2; P75: 134,5) dias antes do TH (T0), 9,0 (P25: 7,0; P75: 12,0) dias após o TH (T1) e 36,0 (P25: 31,0; P75: 43,0) dias após o TH (T2). Após o TH houve melhoria significativa do estado de nutrição, com diminuição da prevalência de desnutrição classificada pela ASG (37,5% em T0, 16,1% em T2, p<0,001). Antes do TH, 41,1% dos indivíduos eram normometabólicos, 37,5% hipometabólicos e 21,4% hipermetabólicos. A possibilidade de pertencer a cada grupo metabólico pré-TH associou-se à: idade (OR=0,899, p=0,010) e desnutrição pela ASG (OR=5,038, p=0,015) para o grupo normometabólico; e índice de massa magra (IMM, OR=1,264, p=0,049) e etiologia viral da doença hepática (OR=8,297, p=0,019) para o grupo hipermetabólico. Não se obteve modelo múltiplo para o grupo de hipometabólico pré-TH, mas foram identificadas associações univariáveis com a história de toxicodependência (OR=0,282, p=0,047) e com a sarcopénia pré- TH (OR=8,000, p=0,040). Após o TH, houve normalização significativa e progressiva do estado metabólico, indicada pelo aumento da prevalência de normometabolismo (41,1% em T0, 57,1% em T2, p=0,040). Foram identificados diferentes perfis de evolução do GER após o TH, estratificado pelo estado metabólico pré-TH: no grupo hipometabólico pré-TH, o GER (Kcal) aumentou significativa e progressivamente (1030,6 em T0; 1436,1 em T1, p=0,001; 1659,2 em T2, p<0,001); no grupo hipermetabólico pré-TH o GER diminuiu significativa e progressivamente (2097,1 em T0; 1662,5 em T1, p=0,024; 1493,0 em T2, p<0.001); no grupo normometabólico não houve variações significativas. Os perfis de evolução do GER associaram-se com: peso corporal (β=9,6, p<0,001) e suprimento energético (β=13,6, p=0,005) na amostra total; com peso corporal (β=7,1, p=0,018) e contributo energético dos lípidos (β=18,9, p=0,003) no grupo hipometabólico pré-TH; e com peso corporal (β=14,1, p<0,001) e desnutrição pela ASG (β=-171,0, p=0,007) no grupo normometabólico pré-TH.Houve redução transitória dos compartimentos corporais entre T0 e T1, mas a maioria destes recuperou para valores semelhantes aos pré-TH. As exceções foram a água extracelular, que diminuiu entre T0 e T2 (média 18,2 L e 17,8 L, p=0,042), a massa gorda (média 25,1 Kg e 21,7 Kg, p<0,001) e o IMG (média 10,6 Kg.m-2 e 9,3 Kg.m-2, p<0,001) que diminuíram entre T1 e T2. Relativamente à evolução dos indicadores de músculo esquelético e adiposidade ao longo do estudo: a evolução do IMM associou-se com força de preensão palmar (β=0,06, p<0,001), creatininémia (β=2,28, p<0,001) e número total de fármacos administrados (β=-0,21, p<0,001); a evolução da MCC associou-se com força de preensão palmar (β=0,16, p<0,001), creatininémia (β=4,17, p=0,008) e número total de fármacos administrados (β=-0,46, p<0,001); a evolução da %MG associou-se com força de preensão palmar (β=-0,11, p=0,028), história de toxicodependência (β=-5,75, p=0,024), creatininémia (β=-5,91, p=0,004) e suprimento proteico (β=-0,06, p=0,001); a evolução do IMG associou-se com história de toxicodependência (β=- 2,64, p=0,019), creatininémia (β=-2,86, p<0,001) e suprimento proteico (β=-0,02, p<0,001). A variação relativa (%Δ) desses compartimentos corporais entre T1 e T2 indicou o impacto da terapêutica imunossupressora na composição corporal: o regime baseado na ciclosporina associou-se positivamente com a %Δ do IMM (β=23,76, p<0,001) e %Δ da MCC (β=26,58, p<0,001) e negativamente com a %Δ MG (β=-25,64, p<0,001) e %Δ do IMG (β=-25,62, p<0,001), relativamente ao regime baseado no tacrolimus. Os esteróides não influenciaram a evolução do GER nem com a dos compartimentos corporais. Conclusões: O estado de nutrição, avaliado por ASG, melhorou significativamente após o TH, traduzida pela diminuição da prevalência de desnutrição. O normometabolismo pré-TH foi prevalente e associou-se à menor idade e à desnutrição pré- TH. O hipometabolismo pré-TH associou-se à história de toxicodependência e à sarcopénia pré-TH. O hipermetabolismo pré-TH associou-se ao maior IMM e à etiologia viral da doença hepática. Após o TH, houve normalização progressiva do estado metabólico. Foram identificados três perfis de evolução do GER, associando-se com: peso corporal e suprimento energético na amostra total; peso corporal e contributo energético dos lípidos no grupo hipometabólico pré- TH; e peso corporal e desnutrição pela ASG no grupo normometabólico pré-TH. Foram identificados diferentes perfis de evolução da composição corporal após TH. A evolução do músculo esquelético associou-se positivamente com a força de preensão palmar e a creatininémia e negativamente com o número total de fármacos administrados. A evolução da adiposidade (%MG e IMG) associou-se inversamente com a história de toxicodependência, a creatininémia e o suprimento proteico; adicionalmente, a %MG associou-se inversamente com a força de preensão palmar. O regime baseado na ciclosporina associou-se independentemente com diminuição da adiposidade e aumento do músculo esquelético, comparativamente ao regime baseado no tacrolimus.---------------------------ABSTRACT:Background: The assessment of nutritional status in patients undergoing liver transplantation (LTx) should be comprehensive, accounting for the wide spectrum of the clinical and metabolic conditions. The metabolic disturbances related to liver disease may limit the precision and accuracy of traditional nutritional assessment methods underestimating the undernourishment. After LTx, it is expected that many metabolic derangements improve with the recovery of liver function. However, some metabolic complications arising after LTx, related to nutritional status, hepatic denervation, and prolonged immunosuppression, may compromise the longterm outcome. A reliable longitudinal assessment of both energy metabolism and body compartments after LTx, combined with assessments of other factors potentially affecting the nutritional status, may enable a better interpretation on the relationship between the metabolic and the nutritional status. These reliable assessments may precociously identify nutritional risk conditions and optimize and customize clinical and nutritional strategies improving the prognosis. Objective: To assess longitudinally the nutritional status shortly after orthotopic LTx in patients with chronic liver disease, and identify factors, beyond surgery, determining different energy metabolism and body composition profiles.Methods: A cohort of consecutive patients who underwent LTx due to chronic liver disease was studied within a period of two years. The assessments were performed in three occasions: at the last visit before LTx (T0), after surgery as soon as respiratory and functional autonomy was established (T1), and approximately one month after surgery (T2). On each occasion all assessments were performed on the same day, and included: the dietary assessment by 24- hour dietary recall, nutritional status by the Subjective Global Assessment (SGA), the resting energy expenditure (REE) by indirect calorimetry, anthropometry, body composition by multifrequency bioelectrical impedance analysis, and muscle strength by handgrip strength. Both the lean mass index (LMI) and body cell mass (BCM) were used as surrogates of skeletal muscle, and both the percentage of fat mass (%FM) and fat mass index (FMI) of adiposity. The REE was predicted according to the Harris and Benedict equation. Hypermetabolism was defined as a measured REE more than 120% of the predicted value; normometabolism as a measured REE within 80-120% of the predicted value; and hypometabolism as a measured REE less than 80% of the predicted value. Multiple regression analysis was used: by logistic regression to identify variables associated with odds of belong each pre-LTx metabolic groups; by linear multiple regression analysis to identify variables associated with body compartments relative variations (%Δ) in the post-LTx period; and by mixed effects models to identify variables associated with the REE and body compartments profiles pre- and post-LTx. Results: Fifty six patients with a mean (SD) of 53.7 (8.5) years of age were included, 87.5% were men and 23.2% with alcoholic liver disease. After LTx 60.7% individuals were assigned to tacrolimus-based immunosuppressive regimen. The patients were assessed at a median time (inter-quartil range) of 90.5 (P25 44.2; P75 134.5) days before LTx (T0), at a median time of 9.0 (P25 7.0; P75 12.0) (T1) and 36 (P25 31.0; P75 43.0) (T2) days after LTx. After LTx the nutritional status significantly improved: the SGA-undernourishment decreased from 37.5% (T0) to 16.1% (T2) (p<0.001). Before LTx, 41.1% patients were normometabolic, 37.5% hypometabolic, and 21.4% hypermetabolic. The predictors of each pre-LTx metabolic group were: age (OR=0.899, p=0.010) and SGA-undernourishment (OR=5.038, p=0.015) for the normometabolic group; and LMI (OR=1.264, p=0.049) and viral etiology of liver disease (OR=8.297, p=0.019) for the hypermetabolic group. No multiple model was found for the pre-LTx hypometabolic group, but univariate association was found with history of drug addiction (OR=0.282, p=0.047) and pre- LTx sarcopenia (OR=8.000, p=0.040). After LTx a significant normalization of the metabolic status occurred, indicated by the increase in the prevalence of normometabolic patients (from T0: 41.1% to T2: 57.1%, p=0.040). Different REE profiles were found with REE stratified by preoperative metabolic status: in the hypometabolic group a significant progressive increase in mean REE (Kcal) was observed (T0: 1030.6; T1: 1436.1, p=0.001; T2: 1659.2, p<0.001); in the hypermetabolic group, a significant progressive decrease in mean REE (Kcal) was observed (T0: 2097.1; T1: 1662.5, p=0.024; T2: 1493.0, p<0.001); and in the normometabolic group, no significant differences were found. The REE profiles were associated with: body weight (β- estimate=9.6, p<0.001) and energy intake (β-estimate=13.6, p=0.005) in the whole sample; with body weight (β-estimate=7.1, p=0.018) and %TEV from lipids (β-estimate=18.9, p=0.003) in the hypometabolic group; and with body weight (β-estimate=14.1, p<0.001), and SGAundernourishment (β-estimate=-171, p=0.007) in the normometabolic group. A transient decrease in most body compartments occurred from T0 to T1, with subsequent catch-up to similar preoperative values. Exceptions were the extracellular water, decreasing from T0 to T2 (mean 18.2 L to 17.8 L, p=0.042), the fat mass (mean 25.1 Kg to 21.7 Kg, p<0.001) and FMI (mean 10.6 Kg.m-2 to 9.3 Kg.m-2, p<0.001), decreasing from T1 to T2. Significant predictors of skeletal muscle and adiposity profiles were found: LMI evolution was associated with handgrip strength (β-estimate=0.06, p<0.001), serum creatinine (β- estimate=2.28, p<0.001) and number of medications (β-estimate=-0.21, p<0.001); BCM evolution was associated with handgrip strength (β-estimate=0.16, p<0.001), serum creatinine (β-estimate=4.17, p<0.001) and number of medications (β-estimate=-0.46, p<0.001); the %FM evolution was associated with handgrip strength (β-estimate=-0.11, p=0.028), history of drug addiction (β-estimate=-5.75, p=0.024), serum creatinine (β-estimate=-5.91, p=0.004) and protein intake (β-estimate=-0.06, p=0.001); and FMI evolution was associated with history of drug addiction (β-estimate=-2.64, p=0.019), serum creatinine (β-estimate=-2.86, p<0.001) and protein intake (β-estimate=-0.02, p<0.001). The %Δ of the aforementioned body compartments from T1 to T2 indicated the influence of immunosuppressive agents on body composition: the cyclosporine-based regimen, compared with tacrolimus-based regimen, was positively associated with %Δ LMI (β-estimate=23.76, p<0.001) and %Δ BCM (β- estimate=26.58, p<0.001), and inversely associated with %Δ FM (β-estimate=-25.64, p<0.001) and %Δ FMI (β-estimate=-25.62, p<0.001). No significant changes in REE or body composition were observed associated with dose or duration of steroid therapy. Conclusions: The SGA-assessed nutritional status improved shortly after LTx, with significant decrease in prevalence undernourished individuals. XXI Preoperative normometabolism was prevalent and was associated with younger age and SGAundernourishment before LTx. Preoperative hypometabolism was associated with history of drug addiction and pre-LTx sarcopenia. Preoperative hypermetabolism was associated with higher LMI and viral etiology of liver disease. A significant normalization of the metabolic status was observed after LTx. The REE profiles were positively predicted by body weight and energy intake in the whole sample, by body weight and percentage of energy intake from lipids in the preoperative hypometabolic patients, and by body weight and SGA–undernourishment in the preoperative normometabolic patients. Different body composition profiles were found after LTx. Skeletal muscle profile was positively associated with handgrip strength and serum creatinine, and inversely with the number of medications. The adiposity profile was inversely associated with history of drug addiction, serum creatinine and protein intake. Additionally, the %FM evolution was inversely associated with handgrip strength. The cyclosporine-based regimen, compared with tacrolimus-based regimen, was independently associated with skeletal muscle increase and adiposity decrease.

Otimização de custos, consumos energéticos e emissões de gases com efeito de estufa na reabilitação de edifícios residenciais de baixa densidade

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil

Otimização do processo de extrusão termoplástica da mistura castanha do Brasil com farinha de mandioca

O objetivo deste trabalho foi otimizar as condições de processamento por extrusão termoplástica de misturas de torta de castanha do Brasil com farinha de mandioca, em função da aceitabilidade. Foi feito o delineamento fatorial completo 2³ para a produção dos extrudados e a avaliação dos ensaios extrusados em função das respostas de aceitação. No estudo de aceitação global aplicou-se o teste afetivo de escala hedônica com 9 pontos e no de intenção de compra o de 5 pontos. O resultado da metodologia de superfície de resposta indica que aumentos de castanha do Brasil, temperatura e umidade elevam as notas de aceitação global e intenção de compra do produto, com uma região de otimização do processamento nas seguintes condições: temperatura entre 120 a 160 °C, castanha entre 48 a 80% e umidade entre 20 a 25%. Na torta de castanha, a temperatura e a umidade da mistura muito alta ou muito baixa diminuem as notas de aceitação global e a intenção de compra. As maiores notas de aceitação global e a intenção de compra neste experimento estão nos pontos centrais e indicam a validade do modelo.

Otimização topológica de estruturas bidimensionais contínuas submetidas a restrições de flexibilidade e tensão

Neste trabalho é resolvido o problema da minimização do volume de estruturas bidimensionais contínuas submetidas a restrições sobre a flexibilidade (trabalho das forças externas) e sobre as tensões, utilizando a técnica chamada otimização topológica, que visa encontrar a melhor distribuição de material dentro de um domínio de projeto pré-estabelecido. As equações de equilíbrio são resolvidas através do método dos elementos finitos, discretizando a geometria e aproximando o campo de deslocamentos. Dessa forma, essas equações diferenciais são transformadas em um sistema de equações lineares, obtendo como resposta os deslocamentos nodais de cada elemento. A distribuição de material é discretizada como uma densidade fictícia constante por elemento finito. Esta densidade define um material isotrópico poroso de uma seqüência pré-estabelecida (SIMP). A otimização é feita através da Programação Linear Seqüencial. Para tal, a função objetivo e as restrições são sucessivamente linearizadas por expansão em Série de Taylor. A análise de sensibilidade para a restrição de flexibilidade é resolvida utilizando o cálculo da sensibilidade analítico adaptado para elementos finitos de elasticidade plana. Quando as restrições consideradas são as tensões, o problema torna-se mais complexo. Diferente da flexibilidade, que é uma restrição global, cada elemento finito deve ter sua tensão controlada. A tensão de Von Mises é o critério de falha considerado, cuja sensibilidade foi calculada de acordo com a metodologia empregada por Duysinx e Bendsøe [Duysinx e Bendsøe, 1998] Problemas como a instabilidade de tabuleiro e dependência da malha sempre aparecem na otimização topológica de estruturas contínuas. A fim de minimizar seus efeitos, um filtro de vizinhança foi implementado, restringindo a variação da densidade entre elementos adjacentes. Restrições sobre as tensões causam um problema adicional, conhecido como singularidade das tensões, fazendo com que os algoritmos não convirjam para o mínimo global. Para contornar essa situação, é empregada uma técnica matemática de perturbação visando modificar o espaço onde se encontra a solução, de forma que o mínimo global possa ser encontrado. Esse método desenvolvido por Cheng e Guo [Cheng e Guo, 1997] é conhecido por relaxação-ε e foi implementado nesse trabalho.

Otimização Topológica com Termo-elasticidade Utilizando Elementos Tri3

This work proposes a formulation for optimization of 2D-structure layouts submitted to mechanic and thermal shipments and applied an h-adaptive filter process which conduced to computational low spend and high definition structural layouts. The main goal of the formulation is to minimize the structure mass submitted to an effective state of stress of von Mises, with stability and lateral restriction variants. A criterion of global measurement was used for intents a parametric condition of stress fields. To avoid singularity problems was considerate a release on the stress restriction. On the optimization was used a material approach where the homogenized constructive equation was function of the material relative density. The intermediary density effective properties were represented for a SIMP-type artificial model. The problem was simplified by use of the method of finite elements of Galerkin using triangles with linear Lagrangian basis. On the solution of the optimization problem, was applied the augmented Lagrangian Method, that consists on minimum problem sequence solution with box-type restrictions, resolved by a 2nd orderprojection method which uses the method of the quasi-Newton without memory, during the problem process solution. This process reduces computational expends showing be more effective and solid. The results materialize more refined layouts with accurate topologic and shape of structure definitions. On the other hand formulation of mass minimization with global stress criterion provides to modeling ready structural layouts, with violation of the criterion of homogeneous distributed stress

Otimização de forma aplicando B-splines sob critério integral de tensões

This work proposes a computational methodology to solve problems of optimization in structural design. The application develops, implements and integrates methods for structural analysis, geometric modeling, design sensitivity analysis and optimization. So, the optimum design problem is particularized for plane stress case, with the objective to minimize the structural mass subject to a stress criterion. Notice that, these constraints must be evaluated at a series of discrete points, whose distribution should be dense enough in order to minimize the chance of any significant constraint violation between specified points. Therefore, the local stress constraints are transformed into a global stress measure reducing the computational cost in deriving the optimal shape design. The problem is approximated by Finite Element Method using Lagrangian triangular elements with six nodes, and use a automatic mesh generation with a mesh quality criterion of geometric element. The geometric modeling, i.e., the contour is defined by parametric curves of type B-splines, these curves hold suitable characteristics to implement the Shape Optimization Method, that uses the key points like design variables to determine the solution of minimum problem. A reliable tool for design sensitivity analysis is a prerequisite for performing interactive structural design, synthesis and optimization. General expressions for design sensitivity analysis are derived with respect to key points of B-splines. The method of design sensitivity analysis used is the adjoin approach and the analytical method. The formulation of the optimization problem applies the Augmented Lagrangian Method, which convert an optimization problem constrained problem in an unconstrained. The solution of the Augmented Lagrangian function is achieved by determining the analysis of sensitivity. Therefore, the optimization problem reduces to the solution of a sequence of problems with lateral limits constraints, which is solved by the Memoryless Quasi-Newton Method It is demonstrated by several examples that this new approach of analytical design sensitivity analysis of integrated shape design optimization with a global stress criterion purpose is computationally efficient