Análise numérica do problema de difusão anômala unidimensional

A presente dissertação tem como objetivo analisar o comportamento da solução numérica da equação de difusão anômala com distribuição de fluxo bimodal, no regime estacionário, através de dois métodos numéricos. Foram desenvolvidos modelos utilizando o Método de Elementos Finitos e o Método de Volumes Finitos para a solução numérica desta equação. No modelo do Método de Elementos Finitos utilizou-se polinômios cúbicos de Hermite como funções de interpolação. No modelo de Volumes Finitos foi utilizada uma discretização de ordem superior para a avaliação das derivadas da equação em estudo. Em ambos os métodos, os modelos desenvolvidos consideram a utilização de diferentes tipos de condições de contorno para a solução do problema. Foram analisadas as influências de parâmetros da equação, das condições de contorno e do refinamento da malha na solução numérica. Os resultados apresentam a análise de erros da solução numérica através da comparação desta com a solução analítica.

Mapeamento das regiões radiantes em placas retangulares vibrantes via método dos elementos de contorno com velocidade média e intensidade útil

Em engenharia, a modelagem computacional desempenha um papel importante na concepção de produtos e no desenvolvimento de técnicas de atenuação de ruído. Nesse contexto, esta tese investiga a intensidade acústica gerada pela radiação sonora de superfícies vibrantes. De modo específico, a pesquisa enfoca a identificação das regiões de uma fonte sonora que contribuem efetivamente para potência sonora radiada para o campo afastado, quando a frequência de excitação ocorre abaixo da frequência crítica de coincidência. São descritas as fundamentações teóricas de duas diferentes abordagens. A primeira delas, denominada intensidade supersônica (analítica) é calculada via transformadas de Fourier para fontes sonoras com geometrias separáveis. A segunda, denominada intensidade útil (numérica) é calculada através do método dos elementos de contorno clássico para fontes com geometrias arbitrárias. Em ambas, a identificação das regiões é feita pela filtragem das ondas não propagantes (evanescentes). O trabalho está centrado em duas propostas, a saber. A primeira delas, é a apresentação implementação e análise de uma nova técnica numérica para o cálculo da grandeza intensidade útil. Essa técnica constitui uma variante do método dos elementos de contorno (MEC), tendo como base o fato de as aproximações para as variáveis acústicas pressão e velocidade normal serem tomadas como constantes em cada elemento. E também no modo peculiar de obter a velocidade constante através da média de um certo número de velocidades interiores a cada elemento. Por esse motivo, a técnica recebe o nome de método de elemento de contorno com velocidade média (AVBEMAverage Velocity Boundary Element Method). A segunda, é a obtenção da solução forma fechada do campo de velocidade normal para placas retangulares com oito diferentes combinações de condições contorno clássicas. Então, a intensidade supersônica é estimada e comparada à intensidade acústica. Nos ensaios numéricos, a comparação da intensidade útil obtida via MEC clássico e via AVBEM é mostrada para ilustrar a eficiência computacional da técnica aqui proposta, que traz como benefício adicional o fato de poder ser utilizada uma malha menos refinada para as simulações e, consequentemente, economia significativa de recursos computacionais.

Modelagem da Dinâmica do Sistema de Controle de Lastro de uma Plataforma Semisubmersível.

É descrita a modelagem, para controle, da dinâmica de uma plataforma semisubmersível com seis graus de liberdade. O modelo inclui os efeitos dos tanques de lastro como forças e momentos, assim como a dinâmica da plataforma. Os parâmetros do sistema foram obtidos das características da plataforma e de resultados experimentais obtidos com uma plataforma semisubmersível de dimensões reduzidas. O desenvolvimento de uma metodologia e de um software capazes de determinar o volume submerso e o centro de empuxo de uma estrutura com geometria complexa foram pontos determinantes nessa Dissertação, tendo em vista a complexidade do processo e as importâncias desses parâmetros para o desenvolvimento do modelo. A linearização do modelo permitiu a elaboração de uma estratégia de controle capaz de estabilizar a plataforma mesmo em condições iniciais distantes do equilíbrio. As equações que descrevem o movimento da plataforma nos graus de liberdade vertical, jogo e arfagem foram desenvolvidas. A realocação dos polos e um observador de estado foram utilizados com o objetivo de melhorar o controle do sistema.

Avaliação de imagens através de Similaridade Estrutural e do conceito de Mínima Diferença de Cor Perceptível.

A avaliação objetiva da qualidade de imagens é de especial importância em diversas aplicações, por exemplo na compressão de imagens, onde pode ser utilizada para regular a taxa que deve ser empregada para que haja a máxima compressão (permitindo perda de dados) sem comprometer a qualidade final; outro exemplo é na inserção de marcas dágua, isto é, introdução de informações descritivas utilizadas para atestar a autenticidade de uma imagem, que devem ser invisíveis para o observador. O SSIM (Structural SIMilarity) é uma métrica de avaliação objetiva da qualidade de imagens de referência completa projetada para imagens em tons de cinza. Esta dissertação investiga sua aplicação na avaliação de imagens coloridas. Para tanto, inicialmente é feito um estudo do SSIM utilizando quatro diferentes espaços de cores RGB, YCbCr, Lαβ e CIELAB. O SSIM é primeiramente calculado nos canais individuais desses espaços de cores. Em seguida, com inspiração no trabalho desenvolvido em (1) são testadas formas de se combinar os valores SSIM obtidos para cada canal em um valor único os chamados SSIM Compostos. Finalmente, a fim de buscar melhores correlações entre SSIM e avaliação subjetiva, propomos a utilização da mínima diferença de cor perceptível, calculada utilizando o espaço de cores CIELAB, conjuntamente com o SSIM. Para os testes são utilizados três bancos de dados de imagens coloridas, LIVE, IVC e TID, a fim de se conferir consistência aos resultados. A avaliação dos resultados é feita utilizando as métricas empregadas pelo VQEG (Video Quality Experts Group) para a avaliação da qualidade de vídeos, com uma adaptação. As conclusões do trabalho sugerem que os melhores resultados para avaliação da qualidade de imagens coloridas usando o SSIM são obtidas usando os canais de luminância dos espaços de cores YCbCr, Lαβ e especialmente o CIELAB. Também se concluiu que a utilização da mínima diferença de cor perceptível contribui para o melhoramento dos resultados da avaliação objetiva.

Modelagem automática de sistemas fuzzy utilizando otimização por enxame de partículas.

Esta dissertaçãoo investiga a utilização de Particle Swarm Optimization (PSO) para a obtenção automática de sistemas fuzzy do tipo Mamdani, tendo como insumo apenas as definições das variáveis do problema, seus domínios e a função objetivo. Neste trabalho utilizam-se algumas técnicas conhecidas na tentativa de minimizar a obtenção de sistemas fuzzy que não sejam coerentes. As principais técnicas usadas são o método de Wang e Mendell, chamado de WM, para auxiliar na obtenção de regras, e os conceitos de clusterização para obtenção das funções de pertinência. Na função de avaliação proposta, considera-se não somente a acurácia do sistema fuzzy, através da medida do erro, mas também a sua interpretabilidade, através da medida da compacidade, que consiste da quantidade de regras e funções membro, da distinguibilidade, que permite evitar que as funções membro não se confundam, e da completude, que permite avaliar que as funções membro abranjam o máximo do domínio. O propósito deste trabalho consiste no desenvolvimento de um algoritmo baseado em PSO, cuja função de avaliação congregue todos esses objetivos. Com parâmetros bem definidos, o algoritmo pode ser utilizado em diversos tipos de problemas sem qualquer alteração, tornando totalmente automática a obtenção de sistemas fuzzy. Com este intuito, o algoritmo proposto é testado utilizando alguns problemas pré-selecionados, que foram classificados em dois grupos, com base no tipo de função: contínua ou discreta. Nos testes com funções contínuas, são utilizados sistemas tridimensionais, com duas variáveis de entrada e uma de saída, enquanto nos testes com funções discretas são utilizados problemas de classificação, sendo um com quatro variáveis e outro com seis variáveis de entrada. Os resultados gerados pelo algoritmo proposto são comparados com aqueles obtidos em outros trabalhos.

Simulação do processo de transferência de calor não linear condução-radiação por meio de um esquema linear em diferenças finitas.

Neste trabalho o processo não linear de transmissão de calor condução-radiação é abordado num contexto bidimensional plano e simulado com o uso de um esquema linear em diferenças finitas. O problema original é tratado como o limite de uma sequencia de problemas lineares, do tipo condução-convecção. Este limite, cuja existência é comprovada, é facilmente obtido a partir de procedimentos básicos, accessíveis a qualquer estudante de engenharia, permitindo assim o emprego de hipóteses mais realistas, já que não se tem o limitante matemático para a abordagem numérica de uma equação diferencial parcial elíptica. Neste trabalho foi resolvido o problema de condução de calor em regime permanente em uma placa com condições de contorno convectivas e radioativas utilizando-se o software MatLab, vale ressaltar, que a mesma metodologia é aplicável para geometrias mais complexas.

Simulação numérica da cavitação em turbomáquinas usando uma formulação Euler-Lagrange.

Turbomáquinas são máquinas operacionais que transferem energia mecânica entre um rotor e um fluido. Estas máquinas têm muitas aplicações industriais. Um dos componentes de uma turbomáquina responsável pela transferência da energia, ou receber a rotação do eixo e transformar em energia de fluido em caso de bomba ou transferir a energia do fluido para o eixo em caso de uma turbina, é o impelidor ou rotor. O fenómeno da cavitação envolve escoamento bifásico: o líquido a ser bombeado e as bolhas de vapor que são formadas durante o processo de bombeamento. O processo de formação dessas bolhas é complexo, mas ocorre principalmente devido a presença de regiões de pressões muito baixas. O colapso dessas bolhas pode muitas vezes levar a deterioração do material, dependendo da intensidade ou da velocidade de colapso das bolhas. O principal objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento hidrodinâmico do escoamento nos canais do impelidor de uma turbomáquina do tipo radial usando recursos de fluidodinâmica computacional (CFD). Uma abordagem Euler-Lagrange acoplada com o modelo da equação de Langevin foi empregada para estimar a trajetória das bolhas. Resultados das simulações mostram as particularidades de um escoamento líquido-bolha de vapor passando em um canal de geometria curva, fornecendo assim informações que podem nos ajudar na prevenção da cavitação nessas máquinas.

Influência da Velocidade, do Espaçamento e do Número de Veículos sobre a Resposta Dinâmica de Pontes Rodoviárias de Concreto Armado.

Nesta dissertação são avaliados os efeitos dinâmicos provenientes da travessia de comboios de veículos sobre o tabuleiro irregular de obras de arte rodoviárias de concreto armado. O modelo matemático empregado para simular o comportamento do sistema veículo-ponte considera a participação da massa e da rigidez das viaturas na definição das freqüências do sistema e, conseqüentemente, a força de interação entre os veículos e a ponte é afetada pela flexibilidade desta. A ponte é modelada a partir do emprego de elementos finitos de barra unidimensionais e discretizado com massas concentradas e flexibilidade distribuída. O modelo de veículo empregado baseia-se no veículo TB-12 preconizado pela norma brasileira NBR 7188. Este veículo é simulado por sistemas de massas, molas e amortecedores sendo descrito por graus de liberdade à translação e rotação no plano. As irregularidades da pista são definidas por um modelo não-determinístico com base na densidade espectral do pavimento. O carregamento sobre a ponte é constituído por sucessões de veículos deslocando-se com velocidade constante sobre a obra. Devido à própria natureza das irregularidades da pista e do comboio de veículos, atenção especial é concentrada na fase permanente da resposta do sistema. São estudadas as respostas de dois modelos estruturais existentes, com base em tabuleiros isostáticos, em concreto armado, com e sem balanços, em seção do tipo T e duplo T, respectivamente, em termos de deslocamentos e esforços nas seções onde ocorrem os efeitos máximos. As conclusões do trabalho versam sobre a influência da velocidade, espaçamento e do número de veículos, referentes a situações distintas de carregamento, no que tange a resposta dinâmica das pontes rodoviárias de concreto armado. A magnitude dos efeitos dinâmicos associados à interação dos veículos com o pavimento irregular também é investigada.

Dimensionamento e análise numérica de pisos industriais de concreto.

Os pisos industriais devem atender aos critérios de segurança, funcionalidade e durabilidade das estruturas de concreto. A fim de analisar o desempenho de placas de concreto apoiadas sobre base elástica quando submetidas a ações diretas e indiretas, foram elaborados diversos modelos analíticos e empíricos. Com o avanço tecnológico e o advento de softwares desenvolvidos através de processos numéricos como o método dos elementos finitos (MEF), a aplicação desses modelos foi facilitada. Este trabalho aborda os métodos de cálculo existentes e utilizados na execução dos projetos estruturais de pisos industriais de concreto.

O Ministério Público e o plano diretor: propostas de acompanhamento sob a perspectiva da democracia participativa

Neste trabalho procurou-se defender um papel democrático para o Ministério Público no acompanhamento do plano diretor, tendo como orientação a teoria da democracia participativa. Em primeiro lugar, foi pesquisada a história do uso do plano diretor no Brasil, considerada bastante problemática. A inclusão do plano diretor na Constituição de 1988, que lhe atribuiu o importante papel de delimitar a função social da propriedade urbana, impulsionou a pesquisa a buscar uma função democrática para ele, afastando-o de sua história simbólica. Nesse sentido, a democracia participativa mostra-se fundamental no estabelecimento de um novo perfil para o plano diretor. Por outro lado, o Ministério Público também ganhou importância após a Constituição de 1988, incumbindo-lhe, entre outras funções, a defesa do regime democrático o que inclui também a democracia participativa. É necessário, porém, fixar a legitimidade democrática da instituição para além dos dispositivos da Constituição. Uma das possibilidades é tentar aplicar-lhe os argumentos que procuram justificar democraticamente a jurisdição constitucional. Da mesma forma, esta legitimidade pode ser encontrada com o envolvimento das demandas da sociedade na atuação do Ministério Público. Finalmente, o trabalho escolheu as audiências públicas para avaliação dos mecanismos de participação e da atuação do Ministério Público no reforço da democracia participativa. A pesquisa encerra-se com um estudo de caso emblemático (o Plano de Preservação do Conjunto Urbanístico de Brasília PPCUB), em que foram investigados a participação popular e o papel do Ministério Público local.

Difração de raios X por policristais: uma ferramenta para caracterização e determinação estrutural do protótipo a fármaco LASSBio-1755

Novos protótipos de fármacos estão constantemente a ser sintetizados e muitas estruturas cristalinas de outros ainda são desconhecidas. Tão importante quanto o planejamento e síntese de novos fármacos é a sua caracterização estrutural, uma vez que a sua estrutura (conformação) pode estar diretamente relacionada com a ação terapêutica. O uso da difração de raios X tem sido muito importante na determinação estrutural dos novos compostos sintetizados. Neste trabalho foi feita a determinação da estrutura de LASSBio-1755 com os dados de difração de raios X por policristais. Este composto foi sintetizado no Laboratório de Avaliação e Síntese de Substâncias Bioativas (LASSBio) da Universidade Federal do Rio de Janeiro. O composto LASSBio-1755 pertence a uma nova série de compostos cicloalquil-N-acilidrazônicos planejados para o desenvolvimento de protótipos com atividades antinociceptiva e anti-inflamatórios. Este composto cristalizou-se num sistema triclínico com grupo espacial (P ), com parâmetros de cela unitária a = 4,86647(9) Å, b = 9,3108(2) Å, c = 11,3402(2) Å, α = 106,649(1), β = 101,958(1), γ = 82,629(2) e V = 480,30(2) Å3. A estrutura cristalina de LASSBio-1755 consiste em duas fórmulas unitárias por cela unitária (Z = 2), acomodando uma molécula na unidade assimétrica (Z' = 1). O Método de Rietveld foi utilizado para refinar a estrutura cristalina e o indicador de qualidade do ajuste, bem como os fatores R foram, respectivamente: χ2 = 1,131, RBragg = 0,856%, Rwp =4,174% e o Rexp= 3,692%. As técnicas de calorimetria exploratória diferencial, termogravimetria e espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier também foram utilizadas para análise do composto LASSBio-1755 e os seus resultados corroboraram com os obtidos através da técnica de difração de raios X por policristais.

Efeito do reforço estrutural em cimentos de ionômero de vidro com fibras de vidro em restaurações classe II de molares decíduos: estudo in vitro

Os objetivos deste estudo foram medir o efeito do reforço estrutural com a adição de fibras de vidro, na resistência ao teste de tração diametral e no selamento marginal de restaurações classe II com cimento de ionômero de vidro em molares decíduos. Fibras de vidro foram incorporadas ao pó do cimento de ionômero de vidro (CIV) na concentração de 40%. As fibras usadas foram do tipo E com comprimentos que variavam de 50m a 210m. A propriedade mecânica foi verificada através do teste de tração diametral, após 15 minutos, 24 horas e 15 dias de estocagem em água. Corpos de prova foram preparados com as dimensões de 4x8 mm para cada intervalo de tempo de acordo com as normas do fabricante e padrões internacionais. Para o teste de microinfiltração foram usados segundos molares decíduos hígidos, onde foram preparadas cavidades classe II padronizadas em dois grupos: a) controle com CIV Ketac Molar Easymix (3M/ESPE); e b) teste Ketac Molar Easymix (3M/ESPE); reforçado com fibras. Estes dentes foram restaurados e deixados em água por 24h e, a seguir, imersos em solução de nitrato de prata a 50% pelo mesmo período. Para que houvesse a precipitação de sais de prata os dentes foram colocados em solução reveladora de radiografias por 15 minutos. Para analisar a microinfiltração os espécimes foram seccionados na direção mesio-distal obtendo duas amostras de observação para cada cavidade restaurada. Os resultados do teste mecânico foram analisados através dos testes de variância ANOVA e de múltiplas variáveis de Tukey. Os resultados da microinfiltração foram analisados através do teste de MANN-WHITNEY. Com a metodologia empregada foi possível concluir que houve aumento dos valores de tração diametral no CIV com a adição de fibras de vidro. Para os intervalos de 24 horas e 15 dias, o CIV reforçado com fibras apresentou valores de tração diametral superiores àqueles do CIV não reforçado, havendo diferença significativa estatística (p<0,05) para os intervalos testados. No teste de microinfiltração os grupos mostraram valores semelhantes de infiltração marginal. A adição das fibras de vidro tipo E aumentou a resistência à tração diametral do CIV testado em relação ao grupo controle e as fibras de vidro não alteraram a adesão do cimento reforçado.

Modelagem Fuzzy para previsão de uma série temporal de energia elétrica.

Esta dissertação testa e compara dois tipos de modelagem para previsão de uma mesma série temporal. Foi observada uma série temporal de distribuição de energia elétrica e, como estudo de caso, optou-se pela região metropolitana do Estado da Bahia. Foram testadas as combinações de três variáveis exógenas em cada modelo: a quantidade de clientes ligados na rede de distribuição de energia elétrica, a temperatura ambiente e a precipitação de chuvas. O modelo linear de previsão de séries temporais utilizado foi um SARIMAX. A modelagem de inteligência computacional utilizada para a previsão da série temporal foi um sistema de Inferência Fuzzy. Na busca de um melhor desempenho, foram feitos testes de quais variáveis exógenas melhor influenciam no comportamento da energia distribuída em cada modelo. Segundo a avaliação dos testes, o sistema Fuzzy de previsão foi o que obteve o menor erro. Porém dentre os menores erros, os resultados dos testes também indicaram diferentes variáveis exógenas para cada modelo de previsão.

Estudo das áreas verdes da Marinha do Brasil localizadas no Estado do Rio de Janeiro: subsídios para um plano de gestão.

O objetivo deste trabalho é propor uma metodologia para avaliação da situação das áreas verdes da Marinha do Brasil (MB) a ser utilizada nos futuros planos de gestão destas áreas. O procedimento metodológico consistiu na aplicação de um questionário para todas as organizações navais no Brasil no total de 55 áreas distribuídas por todo o território. Para o estudo foram selecionadas 14 áreas da MB localizadas no estado do Rio de Janeiro. A pesquisa, documental e exploratória, foi aplicada ao estudo de caso na Base de Hidrografia da Marinha em Niterói (BHMN) e a Ilha de Cabo Frio (ICBFR). As respostas ao questionário resultaram na construção de matriz com a proposição de indicadores ambientais para subsidiar um plano de gestão das áreas verdes. Dois métodos foram empregados para classificar e avaliar os indicadores propostos: o método do Carbono Social (MCS) e o método Pressão-Estado-Resposta (PER). O MCS foi modificado para desenvolver um diagnóstico inicial das áreas e posterior monitoramento do plano de gestão implantado. O método PER foi utilizado para classificar e avaliar os indicadores visando o detalhamento do plano de gestão e a proposição de recomendações para implantação do plano. O estudo permitiu concluir que a metodologia utilizada pode ser aplicada às propriedades sob administração naval da MB e também a outras regiões. Espera-se que os resultados desse trabalho possam contribuir para a melhoria da gestão dessas áreas, algumas delas já impactadas por ações antrópicas em seus entornos. Tais áreas, em muitos casos, são únicas e importantes para a manutenção da biodiversidade remanescente do Bioma Mata Atlântica.

O Plano de Metas e seus possíveis efeitos no trabalho docente na rede estadual de ensino do Rio de Janeiro

O tema desta pesquisa é o Plano de Metas e seus possíveis efeitos no trabalho docente, com domínio de interesse no estado do Rio de Janeiro, Brasil. O estudo também procura apresentar um breve e recente histórico das políticas de educação do Estado, no que tange ao período de transição do Programa Nova Escola para a implantação do Plano de Metas, procurando contextualizar o momento da implantação do Plano. Como desdobramento deste tema, buscase de um lado, analisar as características, estratégias e desdobramentos do Plano. De outro lado, como o profissional docente se relaciona com estas mudanças e quais alterações elas promovem no seu trabalho. A pesquisa tem como marco principal as reformas que adequam o estado burocrático ao modelo gerencial e as reformas educacionais brasileiras iniciadas na década de 1990 e seus impactos nas políticas estaduais fluminenses, apontando como ambas interferiram nas condições de trabalho dos professores no período de 1990 a 2013, sendo que o foco do estudo é o período de 2011 a 2013, momento da implementação do Plano de Metas. As análises tiveram por base a realização de pesquisa qualitativa, constituída por análise documental e procedimentos complementares, tendose por referencial teórico central o autor italiano Antônio Gramsci. Seus estudos foram de grande valia para analisarmos o Plano de Metas como um programa de ação que a todo tempo combina coerção e persuasão, com vistas ao controle do trabalho docente e ao fortalecimento da hegemonia do projeto político governamental. Por meio de entrevistas semiestruturadas, como recurso complementar, foram obtidas informações relevantes a respeito da avaliação dos professores em relação ao Plano, às experiências vinculadas a sua implementação, bem como a respeito dos impactos do Plano no seu trabalho.