Desenvolvimento de um programa de simulação computacional de sistemas de aquecimento solar para água

Esta Tese apresenta uma análise do comportamento térmico de um sistema de aquecimento solar operando por termossifão. Neste tipo de sistema o fluido no coletor solar é circulado por convecção natural, que acontece devido à diferença de massa específica da água ao longo circuito. Nestes sistemas a vazão mássica varia ao longo do dia e do ano, dependendo, dentre outros fatores, da irradiância solar absorvida, do perfil de temperaturas da água no sistema, da geometria, do volume e do perfil de demanda de água quente. Para uma avaliação detalhada do comportamento térmico de aquecedores solares operando por termossifão foram realizados ensaios experimentais e cálculos teóricos. Os resultados dos experimentos concordaram com aqueles apresentados na literatura e sua análise fundamentou o desenvolvimento do aplicativo TermoSim, um programa de simulação computacional do comportamento térmico de sistemas de aquecimento de água com energia solar. O tratamento matemático adotado no TermoSim compreende a modelagem dos coletores solares de acordo com a teoria de Hottel-Bliss-Whillier. O reservatório térmico é modelado com estratificação térmica, convecção e condução entre as camadas. A vazão mássica é obtida a partir do balanço da quantidade de movimento no circuito. Os modelos matemáticos empregados na construção do aplicativo TermoSim foram validados através do confronto dos resultados simulados com medidas experimentais. Foi demonstrado que a utilização destes modelos é adequada e permite reproduzir com precisão o comportamento térmico dos coletores solares e do reservatório térmico. Além do programa TermoSim, foi também desenvolvido o programa TermoDim, que é uma ferramenta para o dimensionamento de sistemas de aquecimento solar, que requer apenas o conhecimento dos parâmetros geométricos do sistema, dados meteorológicos em média mensal e informação a respeito do volume de demanda. O TermoDim é apropriado para estimar o desempenho de aquecedores solares operando por termossifão com tanques verticais e horizontais. O método de dimensionamento do TermoDim é baseado na correlação para a eficiência média mensal obtida neste trabalho a partir de um grande número de simulações.

O uso de modelos compartimentais do tipo hospedeiro-macroparasita na dinâmica de doenças infecciosas causadas por helmintos diretamente transmitidos

Neste trabalho, nos propomos a estudar o desenvolvimento teórico de alguns modelos matemáticos básicos de doenças infecciosas causadas por macroparasitas, bem como as dificuldades neles envolvidas. Os modelos de transmissão, que descrevemos, referem-se ao grupo de parasitas com transmissão direta: os helmintos. O comportamento reprodutivo peculiar do helminto dentro do hospedeiro definitivo, no intuito de produzir estágios que serão infectivos para outros hospedeiros, faz com que a epidemiologia de infecções por helmintos seja fundamentalmente diferente de todos os outros agentes infecciosos. Uma característica importante nestes modelos é a forma sob a qual supõe-se que os parasitas estejam distribuídos nos seus hospedeiros. O tamanho da carga de parasitas (intensidade da infecção) em um hospedeiro é o determinante central da dinâmica de transmissão de helmintos, bem como da morbidade causada por estes parasitas. Estudamos a dinâmica de parasitas helmintos de ciclo de vida direto para parasitas monóicos (hermafroditas) e também para parasitas dióicos (machos-fêmeas) poligâmicos, levando em consideração uma função acasalamento apropriada, sempre distribuídos de forma binomial negativa. Através de abordagens analítica e numérica, apresentamos a análise de estabilidade dos pontos de equilíbrio do sistema. Cálculos de prevalências, bem como de efeitos da aplicação de agentes quimioterápicos e da vacinação, no controle da transmissão e da morbidade de parasitas helmintos de ciclo de vida direto, também são apresentados neste trabalho.

Why economics should be a modest and reasonable science

Unlike the methodological sciences such as mathematics and decision theory, which use the hypothetical-deductive method and may be fully expressed in complex mathematical models because their only truth criterion is logical consistency, the substantive sciences have as their truth criterion the correspondence to reality, adopt an empirical-deductive method, and are supposed to generalize from and often unreliable regularities and tendencies. Given this assumption, it is very difficult for economists to predict economic behavior, particularly major financial crises.

Essays on Spatial Econometrics

Esta dissertação concentra-se nos processos estocásticos espaciais definidos em um reticulado, os chamados modelos do tipo Cliff & Ord. Minha contribuição nesta tese consiste em utilizar aproximações de Edgeworth e saddlepoint para investigar as propriedades em amostras finitas do teste para detectar a presença de dependência espacial em modelos SAR (autoregressivo espacial), e propor uma nova classe de modelos econométricos espaciais na qual os parâmetros que afetam a estrutura da média são distintos dos parâmetros presentes na estrutura da variância do processo. Isto permite uma interpretação mais clara dos parâmetros do modelo, além de generalizar uma proposta de taxonomia feita por Anselin (2003). Eu proponho um estimador para os parâmetros do modelo e derivo a distribuição assintótica do estimador. O modelo sugerido na dissertação fornece uma interpretação interessante ao modelo SARAR, bastante comum na literatura. A investigação das propriedades em amostras finitas dos testes expande com relação a literatura permitindo que a matriz de vizinhança do processo espacial seja uma função não-linear do parâmetro de dependência espacial. A utilização de aproximações ao invés de simulações (mais comum na literatura), permite uma maneira fácil de comparar as propriedades dos testes com diferentes matrizes de vizinhança e corrigir o tamanho ao comparar a potência dos testes. Eu obtenho teste invariante ótimo que é também localmente uniformemente mais potente (LUMPI). Construo o envelope de potência para o teste LUMPI e mostro que ele é virtualmente UMP, pois a potência do teste está muito próxima ao envelope (considerando as estruturas espaciais definidas na dissertação). Eu sugiro um procedimento prático para construir um teste que tem boa potência em uma gama de situações onde talvez o teste LUMPI não tenha boas propriedades. Eu concluo que a potência do teste aumenta com o tamanho da amostra e com o parâmetro de dependência espacial (o que está de acordo com a literatura). Entretanto, disputo a visão consensual que a potência do teste diminui a medida que a matriz de vizinhança fica mais densa. Isto reflete um erro de medida comum na literatura, pois a distância estatística entre a hipótese nula e a alternativa varia muito com a estrutura da matriz. Fazendo a correção, concluo que a potência do teste aumenta com a distância da alternativa à nula, como esperado.

Combinação social e construção de equipes: um estudo sobre os fatores relevantes para o processo de composição de equipes na educação executiva brasileira

A composição de equipes é um tema recorrente em diferentes áreas do conhecimento. O interesse pela definição das etapas e variáveis relevantes desse processo, considerado complexo, é manifestado por pesquisadores, profissionais e desenvolvedores de Sistemas de Informação (SI). Todavia, enquanto linhas teóricas, oriundas dos estudos organizacionais, buscam a consolidação de modelos matemáticos que reflitam a relação entre variáveis de composição de equipes e o seu desempenho, teorias emergentes, como a de Combinação Social, acrescentam novos elementos à discussão. Adicionalmente, variáveis específicas de cada contexto, que no caso dessa pesquisa é a educação executiva brasileira, também são mencionadas como tendo relevância para estruturação de grupos. Dado o interesse e a variedade de vertentes teóricas que abordam esse fenômeno, essa pesquisa foi proposta para descrever como ocorre a construção de equipes docentes e identificar as variáveis consideradas relevantes neste processo. Um modelo teórico inicial foi desenvolvido e aplicado. Dada a característica da questão de pesquisa, foi utilizada uma abordagem metodológica exploratório-descritiva, baseada em estudos de casos múltiplos, realizados em quatro instituições de ensino superior brasileiras, que oferecem cursos de educação executiva. A coleta e a análise de dados foi norteada pelos métodos propostos por Huberman e Miles (1983) e Yin (2010), compreendendo a utilização de um protocolo de estudo de caso, bem como o uso de tabelas e quadros, padronizados à luz do modelo teórico inicial. Os resultados desse trabalho indicam, majoritariamente, que: as teorias de Combinação Social e as teorias de Educação adicionam elementos que são relevantes ao entendimento do processo de composição de equipes; há variáveis não estruturadas que deixam de ser consideradas em documentos utilizados na avaliação e seleção de profissionais para equipes docentes; e há variáveis de composição que só são consideradas após o fim do primeiro ciclo de atividades das equipes. Com base nos achados empíricos, a aplicação do modelo teórico foi ajustada e apresentada. As contribuições adicionais, as reflexões, as limitações e as propostas de estudos futuros são apresentadas no capítulo de conclusões.

Integrated valorization of Anona Cherimola Mill. seeds

Agricultural and agro-industrial residues are often considered both an environmental and an economical problem. Therefore, a paradigm shift is needed, assuming residues as biorefinery feedstocks. In this work cherimoya (Annona cherimola Mill.) seeds, which are lipid-rich (ca. 30%) and have a significant lignocellulosic fraction, were used as an example of a residue without any current valorization. Firstly, the lipid fraction was obtained by solvent extraction. Extraction yield varied from 13% to 28%, according to the extraction method and time, and solvent purity. This oil was converted into biodiesel (by base-catalyzed transesterification), yielding 76 g FAME/100 g oil. The obtained biodiesel is likely to be incorporated in the commercial chain, according to the EN14214 standard. The remaining lignocellulosic fraction was subjected to two alternative fractionation processes for the selective recovery of hemicellulose, aiming different products. Empirical mathematical models were developed for both processes, aiming future scale-up. Autohydrolysis rendered essentially oligosaccharides (10 gL-1) with properties indicating potential food/feed/pharmacological applications. The remaining solid was enzymatically saccharified, reaching a saccharification yield of 83%. The hydrolyzate obtained by dilute acid hydrolysis contained mostly monosaccharides, mainly xylose (26 gL-1), glucose (10 gL-1) and arabinose (3 gL-1), and had low content of microbial growth inhibitors. This hydrolyzate has proven to be appropriate to be used as culture media for exopolisaccharide production, using bacteria or microbial consortia. The maximum conversion of monosaccharides into xanthan gum was 0.87 g/g and kefiran maximum productivity was 0.07 g.(Lh)-1. This work shows the technical feasibility of using cherimoya seeds, and materials as such, as potential feedstocks, opening new perspectives for upgrading them in the biorefinery framework.

Previsão do índice bovespa por meio de redes neurais artificiais: uma análise comparada aos métodos tradicionais de séries de tempo

Forecast is the basis for making strategic, tactical and operational business decisions. In financial economics, several techniques have been used to predict the behavior of assets over the past decades.Thus, there are several methods to assist in the task of time series forecasting, however, conventional modeling techniques such as statistical models and those based on theoretical mathematical models have produced unsatisfactory predictions, increasing the number of studies in more advanced methods of prediction. Among these, the Artificial Neural Networks (ANN) are a relatively new and promising method for predicting business that shows a technique that has caused much interest in the financial environment and has been used successfully in a wide variety of financial modeling systems applications, in many cases proving its superiority over the statistical models ARIMA-GARCH. In this context, this study aimed to examine whether the ANNs are a more appropriate method for predicting the behavior of Indices in Capital Markets than the traditional methods of time series analysis. For this purpose we developed an quantitative study, from financial economic indices, and developed two models of RNA-type feedfoward supervised learning, whose structures consisted of 20 data in the input layer, 90 neurons in one hidden layer and one given as the output layer (Ibovespa). These models used backpropagation, an input activation function based on the tangent sigmoid and a linear output function. Since the aim of analyzing the adherence of the Method of Artificial Neural Networks to carry out predictions of the Ibovespa, we chose to perform this analysis by comparing results between this and Time Series Predictive Model GARCH, developing a GARCH model (1.1).Once applied both methods (ANN and GARCH) we conducted the results' analysis by comparing the results of the forecast with the historical data and by studying the forecast errors by the MSE, RMSE, MAE, Standard Deviation, the Theil's U and forecasting encompassing tests. It was found that the models developed by means of ANNs had lower MSE, RMSE and MAE than the GARCH (1,1) model and Theil U test indicated that the three models have smaller errors than those of a naïve forecast. Although the ANN based on returns have lower precision indicator values than those of ANN based on prices, the forecast encompassing test rejected the hypothesis that this model is better than that, indicating that the ANN models have a similar level of accuracy . It was concluded that for the data series studied the ANN models show a more appropriate Ibovespa forecasting than the traditional models of time series, represented by the GARCH model

Síntese de pigmento cerâmico ferrita de cobalto utilizando planejamento experimental

Synthetic inorganic pigments are the most widely used in ceramic applications because they have excellent chemical and thermal stability and also, in general, a lower toxicity to man and to the environment. In the present work, the ceramic black pigment CoFe2O4 was synthesized by the polymerization Complex method (MPC) in order to form a material with good chemical homogeneity. Aiming to optimize the process of getting the pigment through the MPC was used a fractional factorial design 2(5-2), with resolution III. The factors studied in mathematical models were: citric acid concentration, the pyrolysis time, temperature, time and rate of calcination. The response surfaces using the software statistica 7.0. The powders were characterized by thermal analysis (TG/DSC), x-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and spectroscopy in the UV-visible. Based on the results, there was the formation of phase cobalt ferrite (CoFe2O4) with spinel structure. The color of the pigments obtained showed dark shades, from black to gray. The model chosen was appropriate since proved to be adjusted and predictive. Planning also showed that all factors were significant, with a confidence level of 95%

Análise comparativa entre simuladores de linha de fluxo e diferenças finitas para um reservatório de petróleo submetido a injeção de água

Water injection is the most widely used method for supplementary recovery in many oil fields due to various reasons, like the fact that water is an effective displacing agent of low viscosity oils, the water injection projects are relatively simple to establish and the water availability at a relatively low cost. For design of water injection projects is necessary to do reservoir studies in order to define the various parameters needed to increase the effectiveness of the method. For this kind of study can be used several mathematical models classified into two general categories: analytical or numerical. The present work aims to do a comparative analysis between the results presented by flow lines simulator and conventional finite differences simulator; both types of simulators are based on numerical methods designed to model light oil reservoirs subjected to water injection. Therefore, it was defined two reservoir models: the first one was a heterogeneous model whose petrophysical properties vary along the reservoir and the other one was created using average petrophysical properties obtained from the first model. Comparisons were done considering that the results of these two models were always in the same operational conditions. Then some rock and fluid parameters have been changed in both models and again the results were compared. From the factorial design, that was done to study the sensitivity analysis of reservoir parameters, a few cases were chosen to study the role of water injection rate and the vertical position of wells perforations in production forecast. It was observed that the results from the two simulators are quite similar in most of the cases; differences were found only in those cases where there was an increase in gas solubility ratio of the model. Thus, it was concluded that in flow simulation of reservoirs analogous of those now studied, mainly when the gas solubility ratio is low, the conventional finite differences simulator may be replaced by flow lines simulator the production forecast is compatible but the computational processing time is lower.

Modelos matemáticos para estimativa do consumo máximo de oxigênio pela ventilometria de esforço em indivíduos saudáveis

The relation between metabolic demand and maximal oxygen consumption during exercise have been investigated in different areas of knowledge. In the health field, the determination of maximal oxygen consumption (VO2max) is considered a method to classify the level of physical fitness or the risk of cardiocirculatory diseases. The accuracy to obtain data provides a better evaluation of functional responses and allows a reduction in the error margin at the moment of risk classification, as well as, at the moment of determination of aerobic exercise work load. In Brasil, the use of respirometry associated to ergometric test became an opition in the cardiorespiratory evaluation. This equipment allows predictions concerning the oxyredutase process, making it possible to identify physiological responses to physical effort as the respiratory threshold. This thesis focused in the development of mathematical models developed by multiple regression validated by the stepwise method, aiming to predict the VO2max based on respiratory responses to physical effort. The sample was composed of a ramdom sample of 181 healthy individuals, men and women, that were randomized to two groups: regression group and cross validation group (GV). The voluntiars were submitted to a incremental treadmill test; objetiving to determinate of the second respiratory threshold (LVII) and the Peak VO2max. Using the método forward addition method 11 models of VO2max prediction in trendmill were developded. No significative differences were found between the VO2max meansured and the predicted by models when they were compared using ANOVA One-Way and the Post Hoc test of Turkey. We concluded that the developed mathematical models allow a prediction of the VO2max of healthy young individuals based on the LVII

Fragmentos do pensamento dialético na história da construção das ciências da natureza

Este trabalho tem por objetivo identificar uma possível inclinação das ciências naturais em direção ao materialismo dialético. Para tanto, procura-se apresentar a história da dialética a partir da discussão racionalismo/empirismo moderno e seus desdobramentos até as tendências dialéticos contemporâneas. Os autores discutidos são Kant, Hegel, Marx, Engels, Lenin, Horkheimer, Marcuse, Habermas, Bachelard e suas escolas epistemológicas, completadas por Althusser, Lefebvre e Kedrov. Ao lado desses autores discutem-se outros, das duas últimas décadas, procurando extrair-lhes o olhar dialético, oculto em seus discursos acerca da ciência do fim do século. Também se procura encontrar na mecânica quântica, nos fractais, na lógica para-consistente, nos modelos matemáticos e na biologia antideterminista, argumentos para existência de uma forma de abordagem dialética da natureza. Por último, procura-se refletir acerca dos motivos da resistência ao método dialético apresentado pela maioria dos cientistas ocidentais e, sua possível superação.

Efeitos ambientais e genéticos sobre escores visuais e ganho de peso à desmama de animais formadores da raça Brangus

Estudaram-se os efeitos da idade da vaca ao parto e da idade do animal à desmama, bem como os efeitos genéticos aditivo direto e materno e da heterozigose individual, sobre os escores visuais de conformação, precocidade e musculatura e ganho de peso do nascimento à desmama, de animais formadores da raça Brangus. Foram analisados 53.683, 45.136, 52.937 e 56.471 dados de conformação, precocidade e musculatura à desmama e ganho de peso do nascimento à desmama, respectivamente, de animais nascidos entre 1986 e 2002, provenientes do arquivo zootécnico da empresa Gensys Consultores Associados S/C Ltda. Os efeitos de ambiente e genéticos sobre as características em estudo foram analisados pelo método de quadrados mínimos usando modelos matemáticos que incluíram grupo de contemporâneos como variável classificatória e a idade da vaca ao parto, a idade do animal à desmama e os efeitos aditivo direto e materno e da heterozigose individual como co-variáveis. Todos os efeitos incluídos nos modelos afetaram significativamente as características avaliadas, com exceção do efeito da idade da vaca ao parto sobre o ganho de peso do nascimento à desmama e do efeito aditivo materno sobre todas as características estudadas. Os efeitos ambientais e genéticos revelaram-se importantes fontes de variação para as características estudadas e devem, pois, ser considerados na distinção e comparação dos animais para seleção.

Growth analysis of sweet pepper cultivated in coconut fiber in a greenhouse

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Um sistema para estimação da vazão de gás de poços produzindo por Plunger Lift para vaso separador de teste em plataformas de petróleo

This work intends to analyze the behavior of the gas flow of plunger lift wells producing to well testing separators in offshore production platforms to aim a technical procedure to estimate the gas flow during the slug production period. The motivation for this work appeared from the expectation of some wells equipped with plunger lift method by PETROBRAS in Ubarana sea field located at Rio Grande do Norte State coast where the produced fluids measurement is made in well testing separators at the platform. The oil artificial lift method called plunger lift is used when the available energy of the reservoir is not high enough to overcome all the necessary load losses to lift the oil from the bottom of the well to the surface continuously. This method consists, basically, in one free piston acting as a mechanical interface between the formation gas and the produced liquids, greatly increasing the well s lifting efficiency. A pneumatic control valve is mounted at the flow line to control the cycles. When this valve opens, the plunger starts to move from the bottom to the surface of the well lifting all the oil and gas that are above it until to reach the well test separator where the fluids are measured. The well test separator is used to measure all the volumes produced by the well during a certain period of time called production test. In most cases, the separators are designed to measure stabilized flow, in other words, reasonably constant flow by the use of level and pressure electronic controllers (PLC) and by assumption of a steady pressure inside the separator. With plunger lift wells the liquid and gas flow at the surface are cyclical and unstable what causes the appearance of slugs inside the separator, mainly in the gas phase, because introduce significant errors in the measurement system (e.g.: overrange error). The flow gas analysis proposed in this work is based on two mathematical models used together: i) a plunger lift well model proposed by Baruzzi [1] with later modifications made by Bolonhini [2] to built a plunger lift simulator; ii) a two-phase separator model (gas + liquid) based from a three-phase separator model (gas + oil + water) proposed by Nunes [3]. Based on the models above and with field data collected from the well test separator of PUB-02 platform (Ubarana sea field) it was possible to demonstrate that the output gas flow of the separator can be estimate, with a reasonable precision, from the control signal of the Pressure Control Valve (PCV). Several models of the System Identification Toolbox from MATLAB® were analyzed to evaluate which one better fit to the data collected from the field. For validation of the models, it was used the AIC criterion, as well as a variant of the cross validation criterion. The ARX model performance was the best one to fit to the data and, this way, we decided to evaluate a recursive algorithm (RARX) also with real time data. The results were quite promising that indicating the viability to estimate the output gas flow rate from a plunger lift well producing to a well test separator, with the built-in information of the control signal to the PCV

Comparison of methodologies for degree-day estimation using numerical methods

O desenvolvimento de projetos relacionados ao desempenho de diversas culturas tem recebido aperfeiçoamento cada vez maior, incorporado a modelos matemáticos sendo indispensável à utilização de equações cada vez mais consistentes que possibilitem previsão e maior aproximação do comportamento real, diminuindo o erro na obtenção das estimativas. Entre as operações unitárias que demandam maior estudo estão aquelas relacionadas com o crescimento da cultura, caracterizadas pela temperatura ideal para o acréscimo de matéria seca. Pelo amplo uso dos métodos matemáticos na representação, análise e obtenção de estimativas de graus-dia, juntamente com a grande importância que a cultura da cana-de-açúcar tem para a economia brasileira, foi realizada uma avaliação dos modelos matemáticos comumente usados e dos métodos numéricos de integração na estimativa da disponibilidade de graus-dia para essa cultura, na região de Botucatu, Estado de São Paulo. Os modelos de integração, com discretização de 6 em 6 h, apresentaram resultados satisfatórios na estimativa de graus-dia. As metodologias tradicionais apresentaram desempenhos satisfatórios quanto à estimativa de grausdia com base na curva de temperatura horária para cada dia e para os agrupamentos de três, sete, 15 e 30 dias. Pelo método numérico de integração, a região de Botucatu, Estado de São Paulo, apresentou disponibilidade térmica anual média de 1.070,6 GD para a cultura da cana-de-açúcar.