Aplicação de técnicas de otimização no gerenciamento da deposição em redes de trocadores de calor

Deposição é um fenômeno indesejável que ocorre na superfície dos trocadores de calor ao longo de sua operação, ocasionando redução na efetividade térmica e aumento da resistência ao escoamento nestes equipamentos. Estes efeitos trazem grandes consequências econômicas e ambientais, devido ao aumento dos custos operacionais (energia adicional é requerida), aumento dos custos de projeto (demanda por equipamentos de maior área de troca térmica), limitações hidráulicas (que pode levar a uma diminuição da carga processada) e aumento das emissões (aumento da queima de combustíveis fósseis para suprir a energia adicional requerida). Neste contexto, o presente trabalho tem por objetivo fornecer ferramentas computacionais robustas que apliquem técnicas de otimização para o gerenciamento da deposição em redes de trocadores de calor, visando minimizar os seus efeitos negativos. Estas ferramentas foram desenvolvidas utilizando programação matemática no ambiente computacional GAMS, e três abordagens distintas para a resolução do problema da deposição foram pesquisadas. Uma delas consiste na identificação do conjunto ótimo de trocadores de calor a serem limpos durante uma parada para manutenção da planta, visando restaurar a carga térmica nesses equipamentos através da remoção dos depósitos existentes. Já as duas outras abordagens consistem em otimizar a distribuição das vazões das correntes ao longo de ramais paralelos, uma de forma estacionária e a outra de forma dinâmica, visando maximizar a recuperação de energia ao longo da rede. O desempenho destas três abordagens é ilustrado através de um conjunto de exemplos de redes de trocadores de calor, onde os ganhos reais obtidos com estas ferramentas de otimização desenvolvidas são demonstrados

Avaliação de modelos de permeabilidade em meios porosos não consolidados

As simulações computacionais tem sido amplamente empregadas no estudo do escoamento darciano e não-darciano em meios porosos consolidados e não-consolidados. Neste trabalho, através de uma nova formulação para a equação de Forchheimer, foram identificadas duas novas propriedades denominados fator de comportamento do fluido, que atua paralelamente a permeabilidade, e permeabilidade equivalente global, resultado da relação anterior. Este comportamento foi estudado e validado através da implementação de um aparato experimental e um código computacional baseado no modelo de regressão-linear que, além disso, demonstrou que o escoamento, ainda que em regime não darciano, comporta-se linearmente como a equação de Darcy, ainda que o coeficiente angular desta diminuiu de acordo com a faixa do número de Reynolds atingida, sendo esta dependente do tipo de leito empregado. Ainda neste trabalho, foi implementado o método de otimização R2W para estimar os parâmetros da equação de Kozeny-Carman a partir de dados experimentais obtidos por Dias et al, a fim de simular o escoamento darciano em meios porosos. Por fim, foi alcançada excelente concordância entre os dados simulados pelo método R2W / equação de Kozeny-Carman e os dados reais.

Experimentos numéricos para deposição de parafinas com modelo Multisólido

Este trabalho objetiva a construção de estruturas robustas e computacionalmente eficientes para a solução do problema de deposição de parafinas do ponto de vista do equilíbrio sólido-líquido. São avaliados diversos modelos termodinâmicos para a fase líquida: equação de estado de Peng-Robinson e os modelos de coeficiente de atividade de Solução Ideal, Wilson, UNIQUAC e UNIFAC. A fase sólida é caracterizada pelo modelo Multisólido. A previsão de formação de fase sólida é inicialmente prevista por um teste de estabilidade termodinâmica. Posteriormente, o sistema de equações não lineares que caracteriza o equilíbrio termodinâmico e as equações de balanço material é resolvido por três abordagens numéricas: método de Newton multivariável, método de Broyden e método Newton-Armijo. Diversos experimentos numéricos foram conduzidos de modo a avaliar os tempos de computação e a robustez frente a diversos cenários de estimativas iniciais dos métodos numéricos para os diferentes modelos e diferentes misturas. Os resultados indicam para a possibilidade de construção de arcabouços computacionais eficientes e robustos, que podem ser empregados acoplados a simuladores de escoamento em dutos, por exemplo.

Estudo de porosidade por processamento de imagens aplicada a patologias do concreto

A reação álcali-agregado - RAA é uma patologia de ação lenta que tem sido observada em construções de concreto capaz de comprometer suas estruturas. Sabe-se que a reação álcali-agregado é um fenômeno bastante complexo em virtude da grande variedade de rochas na natureza que são empregadas como agregados no preparo do concreto, podendo cada mineral utilizado afetar de forma distinta a reação ocorrida. Em função dos tipos de estrutura, das suas condições de exposição e dos materiais empregados, a RAA não se comporta sempre da mesma forma, em virtude disto a pesquisa constante neste tema é necessária para o meio técnico e a sociedade. Pesquisas laboratoriais, empíricas e experimentais tem sido rotina em muitos dos estudos da RAA dada ainda à carência de certas definições mais precisas a respeito dos métodos de ensaio, mas também em função da necessidade do melhor conhecimento dos materiais de uso em concretos como os agregados, cimentos, adições, aditivos entre outros e do comportamento da estrutura. Embora técnicas de prevenção possam reduzir significativamente a incidência da RAA, muitas estruturas foram construídas antes que tais medidas fossem conhecidas, havendo no Brasil vários casos de estruturas afetadas, sendo custosos os reparos dessas estruturas. Em estudos recentes sobre o tamanho das partículas de álcali-agregado e sua distribuição foi concluído que o tamanho do agregado está relacionado com o potencial danoso da RAA. Existem ainda indícios de que o tamanho e a distribuição dos poros do concreto também sejam capazes de influenciar o potencial reativo do concreto. Neste trabalho desenvolvemos um Sistema de Visão Artificial (SVA) que, com o uso de técnicas de Processamento de Imagens, é capaz de identificar em imagens de concreto, agregado e poros que atendam em sua forma, às especificações do usuário, possibilitando o cálculo da porosidade e produzindo imagens segmentadas à partir das quais será possível extrair dados relativos à geometria desses elementos. Serão feitas duas abordagens para a obtenção das imagens, uma por Escâner Comercial, que possui vantagens relacionadas à facilidade de aquisição do equipamento, e outra por micro tomógrafo. Uma vez obtidas informações sobre as amostras de concreto, estas podem ser utilizadas para pesquisar a RAA, comparar estruturas de risco com estruturas antigas de forma a melhorar a previsão de risco de ocorrência, bem como serem aplicadas a outras no estudo de outras patologias do concreto menos comuns no nosso país, como o efeito gelo/degelo.

Inflação em sistemas com fluidos de radiação com viscosidade e dissipação e análise de estabilidade

Este trabalho apresenta um estudo da estabilidade das equações da inflação morna com um fluido de radiação viscoso. A viscosidade do fluido é proveniente do constante decaimento de partículas neste, devido à dissipação do campo escalar da inflação, o ínflaton.Esta viscosidade, que pode ser volumar ou laminar, é tratada em termos de teorias termodinâmicas fora do equilíbrio. Este estudo se limita às equações de fundo da inflação morna, de modo que somente a viscosidade volumar tem um efeito significativo, sendo a viscosidade laminar importante somente no contexto de perturbações cosmológicas. A descrição da viscosidade em termos de uma termodinâmica fora do equilíbrio, porém, não pode ser realizada univocamente, pois a única informação que temos sobre processos irreversíveis é a segunda lei da termodinâmica. Portanto, parte-se em busca de teorias que estejam de acordo com esta lei e que, por argumentos plausíveis, sejam capazes de descrever o comportamento dos fluxos dissipativos próximo ao equilíbrio. O objetivo deste trabalho é estudar a estabilidade da inflação morna viscosa para teorias causais e não causais para o fluido de radiação com viscosidade, de forma que se possa observar o impacto da viscosidade no regime inflacionário e a relevância de se passar a considerar a causalidade. Para o fluido de radiação, as teorias consideradas são a teoria não causal de Eckart e as teorias causais de Israel-Stewart e de Denicol et al (hidrodinâmica dissipativa causal não linear). Obtém-se que as teorias causais, como era de se esperar, além de serem, por definição, consistentes no tocante à finitude da velocidade de propagação dos fluxos dissipativos, tornam o sistema dinâmico estável para valores de viscosidade mais distantes do equilíbrio. Observa-se também, nitidamente, que a teoria de Denicol et al é a mais robusta nesse sentido. Este trabalho, portanto, visa dar continuidade ao estudo dos efeitos não-isentrópicos na inflação, já que, além da dissipação do ínflaton na inflação morna, o impacto da viscosidade tem despertado bastante interesse.

Análise dos problemas direto e inverso em um modelo de evolução populacional através de transformações integrais e inferência bayesiana

Modelos de evolução populacional são há muito tempo assunto de grande relevância, principalmente quando a população de estudo é composta por vetores de doenças. Tal importância se deve ao fato de existirem milhares de doenças que são propagadas por espécies específicas e conhecer como tais populações se comportam é vital quando pretende-se criar políticas públicas para controlar a sua proliferação. Este trabalho descreve um problema de evolução populacional difusivo com armadilhas locais e tempo de reprodução atrasado, o problema direto descreve a densidade de uma população uma vez conhecidos os parâmetros do modelo onde sua solução é obtida por meio da técnica de transformada integral generalizada, uma técnica numérico-analítica. Porém a solução do problema direto, por si só, não permite a simulação computacional de uma população em uma aplicação prática, uma vez que os parâmetros do modelo variam de população para população e precisam, portanto, ter seus valores conhecidos. Com o objetivo de possibilitar esta caracterização, o presente trabalho propõe a formulação e solução do problema inverso, estimando os parâmetros do modelo a partir de dados da população utilizando para tal tarefa dois métodos Bayesianos.

Análise numérica do efeito de sobrecargas assimétricas em estacas: estudo de pontes nas obras do Arco Metropolitano.

O presente trabalho aborda o efeito de sobrecargas assimétricas em estacas, através do estudo de caso de encontros da Ponte do Rio Capivari nas obras do Arco Metropolitano. Neste caso específico as estacas foram construídas previamente a execução de aterros em terra armada e para minimizar o efeito de Tschebotarioff o solo foi reforçado com colunas de brita. Com embasamento na revisão bibliográfica apresentada foi realizada a análise pelo Método dos Elementos Finitos. Esta análise, realizada pelo programa computacional Plaxis, teve como foco principal a obtenção dos deslocamentos e momentos fletores nas estacas para os dois casos analisados: sem colunas de brita e com solo homogêneo equivalente (com colunas de brita). Foi possível verificar a influência da introdução das colunas de brita na redução dos momentos fletores e deslocamentos horizontais nas estacas dos encontros. Realizou-se ainda uma simulação em que as estacas seriam construídas após a realização dos aterros em terra armada onde pode-se constatar que o efeito de sobrecargas assimétricas seria mitigado. Foi efetuada também a comparação entre os deslocamentos provenientes de dados coletados da instrumentação de campo (inclinômetros) e os obtidos pelas análises numéricas, estando os mesmos compatíveis entre si, demonstrando que a metodologia adotada para simulação das colunas de brita no Método dos Elementos finitos foi adequada.

Condições de contorno tipo albedo para cálculos globais de reatores nucleares com o modelo de dois grupos de energia na formulação de transporte SN em geometria bidimensional cartesiana

Os eventos de fissão nuclear, resultados da interação dos nêutrons com os núcleos dos átomos do meio hospedeiro multiplicativo, não estão presentes em algumas regiões dos reatores nucleares, e.g., moderador, refletor, e meios estruturais. Nesses domínios espaciais não há geração de potência nuclear térmica e, além disso, comprometem a eficiência computacional dos cálculos globais de reatores nucleares. Propomos nesta tese uma estratégia visando a aumentar a eficiência computacional dessas simulações eliminando os cálculos numéricos explícitos no interior das regiões não-multiplicativas (baffle e refletor) em torno do núcleo ativo. Apresentamos algumas modelagens e discutimos a eficiência da aplicação dessas condições de contorno aproximadas tipo albedo para uma e duas regiões nãomultiplicativas, na formulação de ordenadas discretas (SN) para problemas de autovalor a dois grupos de energia em geometria bidimensional cartesiana. A denominação Albedo, palavra de origem latina para alvura, foi originalmente definida como a fração da luz incidente que é refletida difusamente por uma superfície. Esta denominação latina permaneceu como o termo científico usual em astronomia e, nesta tese, este conceito é estendido para reflexão de nêutrons. Estas condições de contorno tipo albedo SN não-convencional substituem aproximadamente as regiões de baffle e refletor no em torno do núcleo ativo do reator, desprezando os termos de fuga transversal no interior dessas regiões. Se o problema, em particular, não possui termos de fuga transversal, i.e., trata-se de um problema unidimensional, então as condições de contorno albedo, como propostas nesta tese, são exatas. Por eficiência computacional entende-se a análise da precisão dos resultados numéricos em comparação com o tempo de execução computacional de cada simulação de um dado problema-modelo. Resultados numéricos considerando dois problemas-modelo com de simetria são considerados para ilustrar esta análise de eficiência.

Implementação paralelizada de métodos de resolução de sistemas algébricos na simulação de reservatórios de gás

Desde a década de 1960, devido à pertinência para a indústria petrolífera, a simulação numérica de reservatórios de petróleo tornou-se uma ferramenta usual e uma intensa área de pesquisa. O principal objetivo da modelagem computacional e do uso de métodos numéricos, para a simulação de reservatórios de petróleo, é o de possibilitar um melhor gerenciamento do campo produtor, de maneira que haja uma maximização na recuperação de hidrocarbonetos. Este trabalho tem como objetivo principal paralelizar, empregando a interface de programação de aplicativo OpenMP (Open Multi-Processing), o método numérico utilizado na resolução do sistema algébrico resultante da discretização da equação que descreve o escoamento monofásico em um reservatório de gás, em termos da variável pressão. O conjunto de equações governantes é formado pela equação da continuidade, por uma expressão para o balanço da quantidade de movimento e por uma equação de estado. A Equação da Difusividade Hidráulica (EDH), para a variável pressão, é obtida a partir deste conjunto de equações fundamentais, sendo então discretizada pela utilização do Método de Diferenças Finitas, com a escolha por uma formulação implícita. Diferentes testes numéricos são realizados a fim de estudar a eficiência computacional das versões paralelizadas dos métodos iterativos de Jacobi, Gauss-Seidel, Sobre-relaxação Sucessiva, Gradientes Conjugados (CG), Gradiente Biconjugado (BiCG) e Gradiente Biconjugado Estabilizado (BiCGStab), visando a uma futura aplicação dos mesmos na simulação de reservatórios de gás. Ressalta-se que a presença de heterogeneidades na rocha reservatório e/ou às não-linearidades presentes na EDH para o escoamento de gás aumentam a necessidade de métodos eficientes do ponto de vista de custo computacional, como é o caso de estratégias usando OpenMP.

Estimativa de fontes externas uniformes de nêutrons em regiões combustíveis para uma distribuição prescrita de potência

Projetos de reatores nucleares foram classificados em quatro gerações (Gen) pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos da América (DOE), quando o DOE introduziu o conceito de reatores de geração IV (Gen IV). Reatores Gen IV são um conjunto de projetos de reator nuclear, em sua maioria teóricos, atualmente sendo pesquisados. Entre os projetos Gen IV, incluem-se os projetos dos ADS (Accelerator Driven Systems), que são sistemas subcríticos estabilizados por fontes externas estacionárias de nêutrons. Estas fontes externas de nêutrons são normalmente geradas a partir da colisão de prótons com alta energia contra os núcleos de metais pesados presentes no núcleo do reator, fenômeno que é conhecido na literatura como spallation, e os prótons são acelerados num acelerador de partículas que é alimentado com parte da energia gerada pelo reator. A criticalidade de um sistema mantido por reações de fissão em cadeia depende do balanço entre a produção de nêutrons por fissão e a remoção por fuga pelos contornos e absorção de nêutrons. Um sistema está subcrítico quando a remoção por fuga e absorção ultrapassa a produção por fissão e, portanto, tende ao desligamento. Entretanto, qualquer sistema subcrítico pode ser estabilizado pela inclusão de fontes estacionárias de nêutrons em seu interior. O objetivo central deste trabalho é determinar as intensidades dessas fontes uniformes e isotrópicas de nêutrons, que se deve inserir em todas as regiões combustíveis do sistema, para que o mesmo estabilize-se gerando uma distribuição prescrita de potência elétrica. Diante do exposto, foi desenvolvido neste trabalho um aplicativo computacional em linguagem Java que estima as intensidades dessas fontes estacionárias de nêutrons, que devem ser inseridas em cada região combustível para que estabilizem o sistema subcrítico com uma dada distribuição de potência definida pelo usuário. Para atingir este objetivo, o modelo matemático adotado foi a equação unidimensional de transporte de nêutrons monoenergéticos na formulação de ordenadas discretas (SN) e o convencional método de malha fina diamond difference (DD) foi utilizado para resolver numericamente os problemas SN físicos e adjuntos. Resultados numéricos para dois problemas-modelos típicos são apresentados para ilustrar a acurácia e eficiência da metodologia proposta.

Software AGROSCRE: apoio à avaliação de tendências de transporte de princípios ativos de agrotóxicos.

AGROSCRE é um programa computacional elaborado em linguagem Quick Basic 4.5, para facilitar a avaliação de princípios ativos de agrotóxicos pelos métodos de GOSS, pelo índice de GUS e por critérios da EPA ? Environmental Protection Agency . O método de GOSS indica o potencial de transporte de princípio ativo associado a sedimento ou dissolvido em água e o método de GUS o potencial de lixiviação dos princípios ativos (p.a.). Os critérios da EPA também avaliam essas tendências de transporte. Para a avaliação de um mesmo princípio ativo pelos 3 modelos são necessárias as seguintes informações dos p.a.: constante de adsorção ao carbono orgânico (Koc), meia vida no solo (t½ solo) , meia vida em água (t½ água), solubilidade em água e constante de Henry (H); sendo que os dados mínimos para rodar pelo menos um dos modelos são Koc e t½ solo. O programa roda em arquivo executável em qualquer computador tipo PC, em ambiente amigável ao usuário.

Simulação da dinâmica populacional do psilídeo-de-concha, Glycaspis brimblecombei (Hemiptera: Psyllidae) e identificação de estratégias para a criação laboratorial de seu parasitóide Psyllaephagus bliteus (Hymenoptera: Encertydae) .

O "psilídeo-de-concha", Glycaspis brimblecombei (Hemiptera: Psyllidae), tem causado preocupação ao setor florestal brasileiro, principalmente em áreas com Eucalyptus camaldulensis, mais susceptível ao ataque. Estratégias voltadas ao seu controle químico ainda apresentam custos elevados e problemas relacionados ao registro de produtos autorizados, o que faz do seu controle biológico pelo parasitóide Psyllaephagus bliteus (Hymenoptera: Encyrtidae) o único disponível no momento, demandando sua criação massal em laboratório para posteriores liberações no campo. Dados biológicos disponíveis na literatura até 2007 possibilitaram desenvolver um simulador computacional capaz de acompanhar a dinâmica populacional das diferentes fases de desenvolvimento da praga, facilitando a identificação de períodos mais favoráveis ao aumento da presença de hospedeiros-praga preferencial ao parasitismo (3º e 4º instares). Os primeiros resultados observados apontaram o período do 16º ao 21º dia após a infestação dos adultos do psilídeo nas gaiolas. A validação de todos os resultados demanda novos experimentos em gaiolas de criação.

Movimento vertical do herbicida hexazinone em latossolo vermelho distrófico do córrego Espraiado, Ribeirão Preto, SP, cultivado com cana-de-açúcar - simulações considerando dados local e default.

Este trabalho utilizou técnica de simulação computacional para analisar a movimentação vertical do herbicida hexazinone, considerando dados médios default de literatura e dados calculados para suas meia-vida no solo (t½) e coeficiente de adsorção ao carbono orgânico do solo (Koc) em Latossolo Vermelho Distrófico (LVd) do Córrego do Espraiado, Ribeirão Preto-SP. Informações sobre o solo avaliado, climáticas e os dados da cultura de cana-deaçúcar foram utilizadas no simulador CMLS-94. O cenário base de simulação considerou um período de um ano e quatro meses, apresentando data de corte da cultura no mês de agosto e a aplicação de hexazinone, um mês após o corte, na dose de 0,40 kg ha-1, a qual é encontrada em produto comercial utilizado no local. As seguintes profundidades e quantidades finais foram obtidas ao final do período simulado: a) cenário com dado ?default?: 1,89 m e 0,12 kg ha-1; b) cenário com dado local calculado: 2,78 m e 0,18 kg ha-1. Observou-se uma maior movimentação do produto para o cenário simulado com dados locais, principalmente a partir do 63o dia após a aplicação do produto, embora as concentrações tenham se mantido próximas, em ambos cenários. As profundidades alcançadas não comprometem o lençol em sua zona saturada (40m).

Resumos...

Análise proteômica de raízes de feijão (Phaseolus vulgaris) inoculadas com Rhizobium tropici. Teste para comprovar a eficiência do método de extração e determinação de ácido fítico em sementes de soja utilizado na Embrapa Soja. Auditoria de comunicação: avaliando os veículos de comunicação interna da Embrapa Soja. Utilização da técnica de espectrofotometria do infravermelho próximo (NIR) para análise discriminante dos ácidos graxos oléico e linoléico de genótipos de girassol. Análise da disponibilidade hídrica para a cultura da soja nas safras 2004/05 e 2009/10 em Londrina, PR . Calibração de psicrômetros para avaliações de potencial hídrico foliar. Avaliação de ácidos graxos da soja: grão inteiro, casca, cotilédones e hipocótilo. Variabilidade temporal da produtividade da soja após conversão do preparo convencional para o sistema plantio direto. COMUT na biblioteca da Embrapa Soja. EM DIA: Boletim interno compartilhando informações. Sistema Web para estimativas de perdas por seca na cultura da soja. Portais Web desenvolvidos no laboratório de Bioinformática da Embrapa Soja. Validação de um método para detecção e quantificação de soja cultivance® tolerante a herbicidas imidazolinonas por PCR . Índice de vegetação por diferença normalizada (NDVI) de cultivares de soja sob três níveis de disponibilidade hídrica no solo. Avaliação do fluxo de seiva em cultivares de soja em três níveis de disponibilidade hídrica no solo. A importância do controle de qualidade dos inoculantes. Comportamento exploratório de ninfas recém eclodidas de Edessa meditabunda (F.) (Heteroptera: Pentatomidae) sobre a superfície dos córions. Produção de brotos de soja da cultivar BRS 216. Teste de aceitabilidade de brotos de soja da cultivar BRS 216. Análise de lignina com diferentes massas de tegumento de soja utilizando método gravimétrico. Desenvolvimento e caracterização físico-química de biscoitos com farinha de soja orgânica de cultivares especiais para a alimentação humana. Análise sensorial de biscoitos com farinha de soja orgânica de cultivares especiais para a alimentação humana. Avaliação de genótipos de soja de diferentes grupos de maturação e resistência aos percevejos. Métodos químicos para extração de boro no solo. Abordagem computacional para a identificação de elementos cis-regulatórios no genoma da soja. Quebra de dormência em sementes de girassol silvestre utilizando ácido giberélico. Teor relativo de água em cultivares de soja sob três níveis de disponibilidade hídrica no solo. Soybean gene express: plataforma para análise de expressão diferencial em bibliotecas subtrativas de CDNA. Biologia e exigências térmicas do ácaro vermelho Tetranychus gigas. Características biológicas de Telenomus remus em diferentes hospedeiros após serem criados em de ovos de Anticarsia gemmatalis e Spodoptera frugiperda por uma geração. Enfoque sobre o plano de saúde dos empregados da Embrapa no contexto do pacote de benefícios sociais oferecidos pela empresa. Dinâmica populacional do ácaro verde Mononychellus planki em cultivares de soja. Envelhecimento, trabalho e tempo livre: elaborando projetos de vida. Teor de isoflavonas em vinte cultivares de soja semeadas em Londrina e Ponta Grossa. Utilização de Pseudomonas fluorescens no controle biológico de Macrophomina phaseolina. Algoritmo computacional para determinar o perfil mínimo de marcadores moleculares que discriminam um conjunto de cultivares. Qualidade física do solo em um sistema de integração lavoura-pecuária com diferentes pressões de pastejo. Diversidade de estirpes do gênero Burkholderia em solos do cerrado brasileiro baseado no sequenciamento do gene ribossomal 16S. Estudo da diversidade genética de isolados de Corynespora cassiicola (Berk. & M.A. Curtis) C.T. Wei.

Cálculo analítico de parâmetros estruturais de proteínas usando a teoria Alpha Shapes.

2007