Urban microclimate and thermal comfort modelling: strategies for urban renovation

The urban microclimate plays an important role in building energy consumption and thermal comfort in outdoor spaces. Nowadays, cities need to increase energy efficiency, reduce pollutant emissions and mitigate the evident lack of sustainability. In light of this, attention has focused on the bioclimatic concepts use in the urban development. However, the speculative unsustainability of the growth model highlights the need to redirect the construction sector towards urban renovation using a bioclimatic approach. The public space plays a key role in improving the quality of today’s cities, especially in terms of providing places for citizens to meet and socialize in adequate thermal conditions. Thermal comfort affects perception of the environment, so microclimate conditions can be decisive for the success or failure of outdoor urban spaces and the activities held in them. For these reasons, the main focus of this work is on the definition of bioclimatic strategies for existing urban spaces, based on morpho-typological components, urban microclimate conditions and comfort requirements for all kinds of citizens. Two case studies were selected in Madrid, in a social housing neighbourhood constructed in the 1970s based on Rational Architecture style. Several renovation scenarios were performed using a computer simulation process based in ENVI-met and diverse microclimate conditions were compared. In addition, thermal comfort evaluation was carried out using the Universal Thermal Climate Index (UTCI) in order to investigate the relationship between microclimate conditions and thermal comfort perception. This paper introduces the microclimate computer simulation process as a valuable support for decision-making for neighbourhood renovation projects in order to provide new and better solutions according to the thermal quality of public spaces and reducing energy consumption by creating and selecting better microclimate areas.

Fluid-solid interaction in arteries incorporating the autoregulation concept in boundary conditions

In pre-surgery decisions in hospital emergency cases, fast and reliable results of the solid and fluid mechanics problems are of great interest to clinicians. In the current investigation, an iterative process based on a pressure-type boundary condition is proposed in order to reduce the computational costs of blood flow simulations in arteries, without losing control of the important clinical parameters. The incorporation of cardiovascular autoregulation, together with the well-known impedance boundary condition, forms the basis of the proposed methodology. With autoregulation, the instabilities associated with conventional pressure-type or impedance boundary conditions are avoided without an excessive increase in computational costs. The general behaviour of pulsatile blood flow in arteries, which is important from the clinical point of view, is well reproduced through this new methodology. In addition, the interaction between the blood and the arterial walls occurs via a modified weak coupling, which makes the simulation more stable and computationally efficient. Based on in vitro experiments, the hyperelastic behaviour of the wall is characterised and modelled. The applications and benefits of the proposed pressure-type boundary condition are shown in a model of an idealised aortic arch with and without an ascending aorta dissection, which is a common cardiovascular disorder.

Evolution of the folding ability of proteins through functional selection

An evolutionary process is simulated with a simple spin-glass-like model of proteins to examine the origin of folding ability. At each generation, sequences are randomly mutated and subjected to a simulation of the folding process based on the model. According to the frequency of local configurations at the active sites, sequences are selected and passed to the next generation. After a few hundred generations, a sequence capable of folding globally into a native conformation emerges. Moreover, the selected sequence has a distinct energy minimum and an anisotropic funnel on the energy surface, which are the imperative features for fast folding of proteins. The proposed model reveals that the functional selection on the local configurations leads a sequence to fold globally into a conformation at a faster rate.

Deciphering a neural code for vision

Deciphering the information that eyes, ears, and other sensory organs transmit to the brain is important for understanding the neural basis of behavior. Recordings from single sensory nerve cells have yielded useful insights, but single neurons generally do not mediate behavior; networks of neurons do. Monitoring the activity of all cells in a neural network of a behaving animal, however, is not yet possible. Taking an alternative approach, we used a realistic cell-based model to compute the ensemble of neural activity generated by one sensory organ, the lateral eye of the horseshoe crab, Limulus polyphemus. We studied how the neural network of this eye encodes natural scenes by presenting to the model movies recorded with a video camera mounted above the eye of an animal that was exploring its underwater habitat. Model predictions were confirmed by simultaneously recording responses from single optic nerve fibers of the same animal. We report here that the eye transmits to the brain robust “neural images” of objects having the size, contrast, and motion of potential mates. The neural code for such objects is not found in ambiguous messages of individual optic nerve fibers but rather in patterns of coherent activity that extend over small ensembles of nerve fibers and are bound together by stimulus motion. Integrative properties of neurons in the first synaptic layer of the brain appear well suited to detecting the patterns of coherent activity. Neural coding by this relatively simple eye helps explain how horseshoe crabs find mates and may lead to a better understanding of how more complex sensory organs process information.

Desenvolvimento de um modelo baseado em agentes para investigar a conformação e evolução de padrões populacionais de atividade física no lazer em adultos

Introdução: Grande parte das ações para promover a atividade física no lazer em populações tem apresentado tamanhos de efeito pequenos ou inexistentes, ou resultados inconsistentes. Abordar o problema a partir da perspectiva sistêmica pode ser uma das formas de superar esse descompasso. Objetivo: Desenvolver um modelo baseado em agentes para investigar a conformação e evolução de padrões populacionais de atividade física no lazer em adultos a partir da interação entre atributos psicológicos dos indivíduos e atributos dos ambientes físico construído e social em que vivem. Métodos: O processo de modelagem foi composto por três etapas: elaboração de um mapa conceitual, com base em revisão da literatura e consulta com especialistas; criação e verificação do algoritmo do modelo; e parametrização e análise de consistência e sensibilidade. Os resultados da revisão da literatura foram consolidados e relatados de acordo com os domínios da busca (aspectos psicológicos, ambiente social e ambiente físico construído). Os resultados quantitativos da consulta com os especialistas foram descritos por meio de frequências e o conteúdo das respostas questões abertas foi analisado e compilado pelo autor desta tese. O algoritmo do modelo foi criado no software NetLogo, versão 5.2.1., seguindo-se um protocolo de verificação para garantir que o algoritmo fosse implementado acuradamente. Nas análises de consistência e sensibilidade, utilizaram-se o Teste A de Vargha-Delaney, coeficiente de correlação de postos parcial, boxplots e gráficos de linha e de dispersão. Resultados: Definiram-se como elementos do mapa conceitual a intenção da pessoa, o comportamento de pessoas próximas e da comunidade, e a percepção da qualidade, do acesso e das atividades disponíveis nos locais em que atividade física no lazer pode ser praticada. O modelo representa uma comunidade hipotética contendo dois tipos de agentes: pessoas e locais em que atividade física no lazer pode ser praticada. As pessoas interagem entre si e com o ambiente construído, gerando tendências temporais populacionais de prática de atividade física no lazer e de intenção. As análises de sensibilidade indicaram que as tendências temporais de atividade física no lazer e de intenção são altamente sensíveis à influência do comportamento atual da pessoa sobre a sua intenção futura, ao tamanho do raio de percepção da pessoa e à proporção de locais em que a atividade física no lazer pode ser praticada. Considerações finais: O mapa conceitual e o modelo baseado em agentes se mostraram adequados para investigar a conformação e evolução de padrões populacionais de atividade física no lazer em adultos. A influência do comportamento da pessoa sobre a sua intenção, o tamanho do raio de percepção da pessoa e a proporção de locais em que a atividade física no lazer pode ser praticada são importantes determinantes da conformação e evolução dos padrões populacionais de atividade física no lazer entre adultos no modelo.

Saúde mental: concepções e práticas profissionais de um campo em tensão

A Reforma Psiquiátrica, atual política de saúde mental, redireciona os recursos da assistência psiquiátrica para o modelo de base comunitária, substituindo o modelo asilar. A abordagem proposta pela Reforma Psiquiátrica procura conjugar o esforço teórico e prático para a construção da Rede de Atenção Psicossocial. O presente trabalho objetivou desvelar concepções e práticas de trabalhadores da saúde mental, construídas na práxis de suas trajetórias profissionais e contextos de vida, em relação à incorporação do modelo de atenção psicossocial ou manutenção de princípios asilares, caracterizadores da tradicional prática profissional em saúde mental. Objetivou também identificar pontos de tensão, que caracterizam interesses de diferentes naturezas, como obstáculos e desafios à implementação da Reforma Psiquiátrica. A pesquisa, de natureza qualitativa, contou com 10 entrevistas de profissionais atuando na área, baseada na técnica de depoimento oral e em roteiro do tipo temático, sendo 3 enfermeiros, 3 psicólogos, 3 psiquiatras e 1 terapeuta ocupacional. Os relatos dos profissionais foram organizados em categorias gerais e específicas tendo em vista a interpretação das narrativas à luz da literatura especializada. Através dos discursos dos profissionais do campo da saúde mental é possível observar que um tensionamento ideológico marca fortemente o espaço da saúde. Alguns profissionais relataram a busca por construir práticas em equipe interdisciplinar, pautadas pelo modelo psicossocial; porém, referem à resistência de outros profissionais da equipe. Praticamente todos os profissionais apresentam discursos de humanização no campo da saúde mental, mas alguns não enunciam visões críticas aos modelos asilares. Alguns trabalhadores revelam a crença na possibilidade de coexistência integrada entre o Modo Asilar e Modo Psicossocial. Para estes trabalhadores de CAPS, é desejável a permanência dos hospitais psiquiátricos e é possível a humanização dos mesmos. Essa questão indica, ao que parece, que as práticas em saúde mental ainda operam sobre premissas epistemológicas diferenciando sujeitos que podem ou não circular no meio social. A existência dos hospitais psiquiátricos, considerados como instituições totais, é problematizada e questionada pela Luta Antimanicomial, indica a permanência da lógica asilar que respalda a continuidade dos hospitais, exclusivamente psiquiátricos, entre os serviços de atendimento, com o apoio de parte dos profissionais da rede de saúde mental. Concordantes com a possibilidade de coexistência do modelo asilar e modelo psicossocial, estes profissionais permitem-nos demonstrar que mesmo uma visão clínica pretensamente humanizadora, que defenda em seu discurso um tratamento digno, pode operar no modelo teórico-metodológico positivista e não está necessariamente vinculada a uma postura política de sujeitos de direitos e de cidadania. Os profissionais que apresentaram em suas narrativas a não concordância com a permanência dos hospitais psiquiátricos, defendem que as transformações sejam clínicas e políticas nos saberes e nas práticas em Saúde Mental. Estes trabalhadores já fizeram ou fazem parte de movimentos sociais, apontados como lugares de reflexão crítica sobre ideias instituídas contribuindo, ao que parece, para o processo de desnaturalização de concepções construídas culturalmente e orientadoras de práticas profissionais. Diante de tais constatações podemos indagar e refletir se a desinstitucionalização, concreta e simbólica, encontra-se no horizonte de uma política pública de atenção em Saúde Mental que realmente tenha como projeto a sua real implementação e se a permanência dos hospitais psiquiátricos e das comunidades terapêuticas estaria descaracterizando as propostas iniciais da construção da Atenção Psicossocial, considerando os interesses privados e a manutenção da lógica asilar, contrários aos princípios do SUS.

Cristalização assistida por destilação por membranas aplicada ao reuso de água: comparação com outros métodos de reuso, análise do processo e projeto hierárquico de processo.

No presente trabalho foram avaliados processos alternativos de dessalinização visando a recuperação e reuso da água contida em salmouras concentradas, sendo o processo de cristalização assistida por destilação por membranas (MDC) investigado com profundidade. Foi desenvolvido um modelo diferencial para o processo de destilação por membranas por contato direto (DCMD), contemplando métodos termodinâmicos rigorosos para sistemas aquosos de eletrólitos fortes, bem como mecanismos de transferência de calor e massa e efeitos de polarização de temperatura e concentração característicos deste processo de separação. Com base em simulações realizadas a partir do modelo matemático assim desenvolvido, foram investigados os principais parâmetros que influenciam o projeto de um módulo de membranas para DCMD. O modelo foi posteriormente estendido com equações de balanço de massa e energia adicionais para incluir a operação de cristalização e desta forma representar o processo de MDC. De posse dos resultados das simulações e do modelo estendido, foi desenvolvido um método hierárquico para o projeto de processos de MDC, com o objetivo de conferir características de rastreabilidade e repetibilidade a esta atividade. Ainda a partir do modelo MDC foram discutidos aspectos importantes em MDC como a possibilidade de nucleação e crescimento de cristais sobre a superfície das membranas, bem como o comportamento do processo com sais com diferentes características de solubilidade e largura da zona metaestável. Verificou-se que para sais cuja solubilidade varia muito pouco com a temperatura e que possuem zona metaestável com pequena largura, caso do NaCl, a operação com resfriamento no cristalizador não é viável pois aumenta excessivamente o consumo energético do processo, sendo nesses casos preferível a operação \"isotérmica\" - sem resfriamento no cristalizador - e o convívio com a possibilidade de nucleação no interior do módulo. No extremo oposto, observou-se que para sais com grande variabilidade da solubilidade com a temperatura, um pequeno resfriamento no cristalizador é suficiente para garantir condições de subsaturação no interior do módulo, sem grande ônus energético para o processo. No caso de sais com pequena variabilidade da solubilidade com a temperatura, mas com largura da zona metaestável elevada, existe certo ônus energético para a operação com resfriamento do cristalizador, porém não tão acentuado como no caso de sais com zona metaestável estreita. Foi proposto um fluxograma alternativo para o processo de MDC, onde foi introduzido um circuito de pré-concentração da alimentação antes do circuito de cristalização, para o caso de alimentação com soluções muito diluídas. Este esquema proporcionou um aumento do fluxo permeado global do processo e consequentemente uma redução na área total de membrana requerida. Verificou-se que através do processo com préconcentração da alimentação de 5% até 10% em massa - no caso de dessalinização de uma solução de NaCl - foi possível reduzir-se a área total da membrana em 27,1% e o consumo energético específico do processo em 10,6%, quando comparado ao processo sem pré-concentração. Foram desenvolvidas ferramentas úteis para o projeto de processos de dessalinização por MDC em escala industrial.

Modelagem matemática do processo industrial de coqueamento retardado.

A unidade de coqueamento retardado é um processo térmico de conversão, utilizado pelas refinarias, para converter cargas residuais em produtos de baixo peso molecular e com alto valor agregado (gases, nafta e gasóleo) e coque verde de petróleo. Um pequeno aumento no rendimento líquido da unidade de coqueamento retardado proporciona benefícios económicos consideráveis, especialmente no destilado líquido. A concorrência no mercado, as restrições sobre as especificações do produto e gargalos operacionais exigem um melhor planejamento da produção. Portanto, o desenvolvimento de novas estratégias e modelos matemáticos, focados em melhores condições de operação do processo industrial e formulações de produtos, é essencial para alcançar melhores rendimentos e um acompanhamento mais preciso da qualidade do produto. Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de modelo matemático do conjunto forno-reator do processo de coqueamento, a partir de informações obtidas em uma planta industrial. O modelo proposto é baseado na caracterização da carga e dos produtos em pseudocomponentes, modelos cinéticos de grupos e condições de equilíbrio liquido-vapor. Além disso, são discutidos os principais desafios para o desenvolver o modelo matemático do forno e do reator, bem como a caracterização rigorosa do resíduo de vácuo e dos produtos para determinar os parâmetros que afetam a morfologia do coque e a zona de reação no interior do reator de coque.

Reengenharia de sistemas na recuperação e modernização de produtos: proposta de um modelo baseado em risco.

Produtos com um tempo considerável de utilização podem ser objeto de um processo de manutenção mais amplo e profundo, que visa prolongar a sua vida útil. O termo recuperação é aplicado a este tipo de manutenção, que visa à substituição de peças defeituosas, desgastadas, e/ou com a vida útil encerrada. O surgimento de novos paradigmas e de um novo conjunto de doutrinas operacionais pode mudar as expectativas e necessidades das partes interessadas de modo que o produto pode ser proposto para uma modernização. Assim, o produto pode ser reengenheirado durante a sua recuperação. Para realizar um projeto de recuperação e modernização, propõe-se uma abordagem em seis passos centrada numa decisão baseada no risco para classificar os componentes de acordo com a ação a ser realizada. A análise do produto é desenvolvida com base em técnicas de desmontagem e uma análise da fase operacional é realizada para as tomadas de decisões. Deste modo, um componente pode sofrer manutenção, ser modernizado, ser excluído, ser inserido ou permanecer fora do escopo dos trabalhos. O processo da gestão baseada em risco também inclui duas fases de monitoramento de risco continuado: durante a produção e na fase de operação. As decisões podem ser revistas pelo uso da análise bayesiana. Um estudo de caso é proposto para ilustrar o modelo num programa de recuperação e modernização de veículos blindados realizada numa unidade do Exército Brasileiro. A aplicação da metodologia permitiu a seleção de uma alternativa de modernização, considerando riscos e benefícios. O desdobramento das análises no projeto detalhado permitiu a definição final do escopo de recuperação e modernização, observando efeitos de propagação de alterações de engenharia. A principal contribuição deste trabalho é a formalização de um estudo da recuperação e modernização como projeto específico, descrevendo suas características de uma forma a permitir a aplicação de um modelo baseado em risco.

Field-based models for low speed switched reluctance machine designs

Trabalho apresentado na Conferência CPE-POWERENG 2016, 29 junho a 01 de julho 2016, Bydgoszcz, Polónia

Gray's model of personality and aggregate level factor analysis

Previous research shows that correlations tend to increase in magnitude when individuals are aggregated across groups. This suggests that uncorrelated constellations of personality variables (such as the primary scales of Extraversion and Neuroticism) may display much higher correlations in aggregate factor analysis. We hypothesize and report that individual level factor analysis can be explained in terms of Giant Three (or Big Five) descriptions of personality, whereas aggregate level factor analysis can be explained in terms of Gray's physiological based model. Although alternative interpretations exist, aggregate level factor analysis may correctly identify the basis of an individual's personality as a result of better reliability of measures due to aggregation. We discuss the implications of this form of analysis in terms of construct validity, personality theory, and its applicability in general. Copyright (C) 2003 John Wiley Sons, Ltd.

Robust multivariable control of complex biological processes

This paper addresses advanced control of a biological nutrient removal (BNR) activated sludge process. Based on a previously validated distributed parameter model of the BNR activated sludge process, we present robust multivariable controller designs for the process, involving loop shaping of plant model, robust stability and performance analyses. Results from three design case studies showed that a multivariable controller with stability margins of 0.163, 0.492 and 1.062 measured by the normalised coprime factor, multiplicative and additive uncertainties respectively give the best results for meeting performance robustness specifications. The controller robustly stabilises effluent nutrients in the presence of uncertainties with the behaviour of phosphorus accumulating organisms as well as to effectively attenuate major disturbances introduced as step changes. This study also shows that, performance of the multivariable robust controller is superior to multi-loops SISO PI controllers for regulating the BNR activated sludge process in terms of robust stability and performance and controlling the process using inlet feed flowrate is infeasible. (C) 2003 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Modelling the population dynamics of the Queensland fruit fly, Bactrocera (Dacus) tryoni: a cohort-based approach incorporating the effects of weather

Queensland fruit fly, Bactrocera (Dacus) tryoni (QFF) is arguably the most costly horticultural insect pest in Australia. Despite this, no model is available to describe its population dynamics and aid in its management. This paper describes a cohort-based model of the population dynamics of the Queensland fruit fly. The model is primarily driven by weather variables, and so can be used at any location where appropriate meteorological data are available. In the model, the life cycle is divided into a number of discreet stages to allow physiological processes to be defined as accurately as possible. Eggs develop and hatch into larvae, which develop into pupae, which emerge as either teneral females or males. Both females and males can enter reproductive and over-wintering life stages, and there is a trapped male life stage to allow model predictions to be compared with trap catch data. All development rates are temperature-dependent. Daily mortality rates are temperature-dependent, but may also be influenced by moisture, density of larvae in fruit, fruit suitability, and age. Eggs, larvae and pupae all have constant establishment mortalities, causing a defined proportion of individuals to die upon entering that life stage. Transfer from one immature stage to the next is based on physiological age. In the adult life stages, transfer between stages may require additional and/or alternative functions. Maximum fecundity is 1400 eggs per female per day, and maximum daily oviposition rate is 80 eggs/female per day. The actual number of eggs laid by a female on any given day is restricted by temperature, density of larva in fruit, suitability of fruit for oviposition, and female activity. Activity of reproductive females and males, which affects reproduction and trapping, decreases with rainfall. Trapping of reproductive males is determined by activity, temperature and the proportion of males in the active population. Limitations of the model are discussed. Despite these, the model provides a useful agreement with trap catch data, and allows key areas for future research to be identified. These critical gaps in the current state of knowledge exist despite over 50 years of research on this key pest. By explicitly attempting to model the population dynamics of this pest we have clearly identified the research areas that must be addressed before progress can be made in developing the model into an operational tool for the management of Queensland fruit fly. (C) 2003 Published by Elsevier B.V.

A carbon activation model with application to longan seed char gasification

In this paper a new structural model is presented to describe the evolution of porosity of char during the gasification process. The model assumes the char structure to be composed of bundles of parallel graphite layers, and the reactivities of each layer with the gasification agent are assumed to be different to represent the different degree of heterogeneity of each layer (i.e. each layer will react with the gasification agent at a different rate). It is this difference in the reactivity that allows micropores to be created during the course of gasification. This simple structural model enables the evolution of pore volume, pore geometrical surface area and the pore size distribution to be described with respect to the extent of char burn-off. The model is tested against the experimental data of gasification of longan seed-derived char with carbon dioxide and it is found that the agreement between the model and the data is reasonably satisfactory, especially the evolution of surface area and pore volume with burn-off.

Subgeometric rates of convergence for a class of continuous-time Markov process

Let (Phi(t))(t is an element of R+) be a Harris ergodic continuous-time Markov process on a general state space, with invariant probability measure pi. We investigate the rates of convergence of the transition function P-t(x, (.)) to pi; specifically, we find conditions under which r(t) vertical bar vertical bar P-t (x, (.)) - pi vertical bar vertical bar -> 0 as t -> infinity, for suitable subgeometric rate functions r(t), where vertical bar vertical bar - vertical bar vertical bar denotes the usual total variation norm for a signed measure. We derive sufficient conditions for the convergence to hold, in terms of the existence of suitable points on which the first hitting time moments are bounded. In particular, for stochastically ordered Markov processes, explicit bounds on subgeometric rates of convergence are obtained. These results are illustrated in several examples.