Simulação e modelagem computacional de dados de espalhamento à baixos ângulos - enfoque em estruturas de alta simetria

Esta tese apresenta uma abordagem para a criação rápida de modelos em diferentes geometrias (complexas ou de alta simetria) com objetivo de calcular a correspondente intensidade espalhada, podendo esta ser utilizada na descrição de experimentos de es- palhamento à baixos ângulos. A modelagem pode ser realizada com mais de 100 geome- trias catalogadas em um Banco de Dados, além da possibilidade de construir estruturas a partir de posições aleatórias distribuídas na superfície de uma esfera. Em todos os casos os modelos são gerados por meio do método de elementos finitos compondo uma única geometria, ou ainda, compondo diferentes geometrias, combinadas entre si a partir de um número baixo de parâmetros. Para realizar essa tarefa foi desenvolvido um programa em Fortran, chamado de Polygen, que permite modelar geometrias convexas em diferentes formas, como sólidos, cascas, ou ainda com esferas ou estruturas do tipo DNA nas arestas, além de usar esses modelos para simular a curva de intensidade espalhada para sistemas orientados e aleatoriamente orientados. A curva de intensidade de espalhamento é calculada por meio da equação de Debye e os parâmetros que compõe cada um dos modelos, podem ser otimizados pelo ajuste contra dados experimentais, por meio de métodos de minimização baseados em simulated annealing, Levenberg-Marquardt e algorítmicos genéticos. A minimização permite ajustar os parâmetros do modelo (ou composição de modelos) como tamanho, densidade eletrônica, raio das subunidades, entre outros, contribuindo para fornecer uma nova ferramenta para modelagem e análise de dados de espalhamento. Em outra etapa desta tese, é apresentado o design de modelos atomísticos e a sua respectiva simulação por Dinâmica Molecular. A geometria de dois sistemas auto-organizado de DNA na forma de octaedro truncado, um com linkers de 7 Adeninas e outro com linkers de ATATATA, foram escolhidas para realizar a modelagem atomística e a simulação por Dinâmica Molecular. Para este sistema são apresentados os resultados de Root Mean Square Deviations (RMSD), Root Mean Square Fluctuations (RMSF), raio de giro, torção das hélices duplas de DNA além da avaliação das ligações de Hidrogênio, todos obtidos por meio da análise de uma trajetória de 50 ns.

Avaliação de conflitos de usos múltiplos de água na bacia hidrográfica do Rio Jaguari - SP, através de simulação computacional

No gerenciamento de recursos hídricos, a bacia hidrográfica é considerada a unidade natural de gestão. Suas características físicas definem um espaço onde a água converge para uma saída comum. O desenvolvimento integrado de uma bacia, bem como os possíveis conflitos ocasionados por demandas concorrentes do mesmo recurso, devem ser administrados respeitando esse conceito de unidade. No caso específico da bacia hidrográfica do Rio Jaguari, existe uma crescente preocupação relacionada aos usos múltiplos da água superficial. O rio Jaguari, importante afluente do Paraíba do Sul no estado de São Paulo, tem suas águas represadas para geração de energia elétrica e regularização de vazões. Nos últimos anos, tem-se constatado um crescente rebaixamento dos níveis operacionais da represa do Jaguari. Segundo estudos da sociedade civil organizada local, a tendência é de esgotamento do reservatório em poucos anos. Este trabalho aborda a questão do rebaixamento dos níveis de Jaguari através da aplicação do software DHI Mike Basin 2000. Trata-se de um simulador genérico para sistemas de recursos hídricos, de ampla aplicação. A bacia do Jaguari é representada em um modelo matemático e são simulados quatro cenários distintos de usos de água na bacia. Verifica-se que o problema é real e requer uma intervenção multi-institucional para ser solucionado.

Análise de conflitos de usos múltiplos da água auxiliada por simulação computacional: bacia do rio Sapucaí - Mirim/Grande

Na mesma proporção que fontes de água potável são reduzidas, a competição por elas tem aumentado, conseqüência imediata da expansão de áreas urbanas e de novas demandas agro-industriais. Os conflitos gerados por esta competição tendem a comprometer o desenvolvimento sustentável e o progresso de uma forma geral, uma vez que resultam em perda de eficácia para vultuosos investimentos públicos e privados e em prejuízos para os usuários menos estruturados. Considerando os fatos acima, o objeto deste trabalho é o estabelecimento de cenários de alocação das disponibilidades hídricas entre usuários de água da bacia do Sapucaí-Mirim/Grande, visando determinar a convivência harmoniosa das várias finalidades de uso provenientes do mesmo recurso hídrico. Tal meta poderá ser alcançada através da análise dos indicadores de desempenho - confiabilidade, vulnerabilidade e resiliência - do sistema os quais serão obtidos com o auxílio do modelo de simulação IRAS (Interactive River Aquifer Simulation).

Modelagem e simulação de reator de cultivo de microalgas tipo \"open pond\".

Mudança climática é um processo global, real e inequívoco. Para sua mitigação, a substituição de combustíveis fósseis por energias renováveis está sendo cada vez mais empregada. Devido à rápida velocidade de crescimento das microalgas, seu cultivo é visto como uma das alternativas mais promissoras para a produção de biocombustíveis. No presente trabalho, foi elaborado um modelo matemático fenomenológico que descreve o crescimento da microalga Chlorella vulgaris. Este modelo foi validado através de experimentos realizados em um reator piloto com capacidade de 1000 L tipo \"open pond\" (reator de raias) aberto ao ambiente, em condições não-axênicas. A variação de concentração devida à evaporação e/ou adição de água foi levada em conta no modelo. O modelo matemático desenvolvido, contendo dois parâmetros ajustáveis, descreve a variação da concentração de biomassa em função do tempo sob condições variáveis de luminosidade e temperatura. Os parâmetros ajustáveis são q (constante para conversão de intensidade luminosa em crescimento fotossintético, em klux-1 min-1) e Imax (limite máximo de intensidade luminosa, em klux). Previamente ao projeto do reator, foram realizados experimentos em reator de laboratório (utilizando a metodologia Taguchi) com o objetivo de determinar quais os fatores mais críticos para o crescimento da espécie de microalga selecionada e que, por isso, deveriam ser controlados com maior precisão. Além disso, foi analisada teoricamente a relevância da consideração do transporte de massa de CO2 no processo. Como este transporte é muito mais lento, a resistência controladora do processo é o crescimento fotossintético. Após a construção do reator piloto, foram realizados dois experimentos preliminares (os quais serviram para aperfeiçoar o aparato e o procedimento experimental) e três experimentos definitivos, registrando-se dados ambientais (temperatura, intensidade luminosa e pH) e de concentração ao longo do tempo. Utilizando os dados de temperatura e luminosidade em função do tempo como entrada, os parâmetros q e Imax otimizados foram ajustados às curvas de concentração versus tempo de cada experimento. Para tal foram desenvolvidos programas de integração de equações diferenciais e de otimização escritos em ambiente Scilab®. Verificou-se que, apesar da variabilidade devida às condições ambientais dos experimentos, obteve-se boa aderência dos dados simulados aos experimentais. Uma análise estatística dos parâmetros q e Imax calculados em cada experimento forneceu coeficientes de variação para estes parâmetros de 17 % e 5 %, respectivamente. Concluiu-se, portanto, que o modelo matemático desenvolvido neste trabalho pode ser empregado para prever o desempenho de um reator de raias em condições ambientais variáveis, bastando para isto o ajuste de dois parâmetros.

Mecanismos para determinação de rotas de proteção em redes MPLS-TP com topologia em malha.

As redes atuais de telecomunicações utilizam tecnologias de comutação de pacotes para integração de voz, dados, imagens e outros serviços. O tráfego nessas redes costuma ser feito por meio de tecnologias como o MPLS-TP e com regras heurísticas para a determinação dos melhores caminhos. O uso de boas regras afeta diretamente o desempenho e a segurança da operação. Este trabalho propõe o uso de simulação de baixo custo para prever o comportamento e avaliar regras de escolha de caminhos. Para isso, este trabalho avalia três métodos de seleção de caminhos de LSPs, combinados com duas heurísticas de recuperação, usados em redes MPLS-TP em malha com mecanismos de proteção em malha compartilhada. Os resultados das simulações medem o impacto dos métodos e heurísticas utilizados, demonstrando o quanto uma melhor seleção de caminhos pode contribuir para a redução do uso dos recursos da rede e do número máximo de LSPs afetados em caso de falhas na rede. Os resultados deste trabalho, bem como a técnica de análise proposta, almejam ser uma contribuição para a padronização de regras de seleção de LSPs em redes heterogêneas.

Simulação computacional de sistemas de registro de imagens mamográficas

Neste projeto foi desenvolvido um método computacional para verificação da melhor combinação tela intensificadora - filme para exames mamográficos através do estudo de suas características sensitométricas. O software, desenvolvido em ambiente Delphi para windows, apresenta na tela do microcomputador a imagem a ser obtida para cada tipo de combinação tela intensificadora - filme, utilizando imagens de \"Phantoms\" e de mamas reais. Em razão da ampla quantidade de fatores que influenciam a imagem mamográfica final, tais como magnificação, característica dos filmes e telas intensificadoras e condições da processadora, o método proposto pode proporcionar uma ampla avaliação da qualidade dos sistemas de imagem mamográfica de uma forma simples, rápida e automática, através de procedimentos de simulação computacional. A simulação investigou a influência que um determinado sistema de registro exerce sobre a qualidade da imagem, possibilitando conhecer previamente a imagem final a ser obtida com diferentes equipamentos e sistemas de registro. Dentre os sistemas investigados, três filmes (Kodak Min R 2000, Fuji UM MA-HC e Fuji ADM) e duas telas intensificadoras (Kodak Min R 2000 e Fuji AD Mammo Fine), aquele que apresentou melhores resultados, com melhor qualidade de imagens e menor exposição à paciente foi o de tela Min R 2000 com filme Min R 2000 da Kodak.

Modelagem e simulação de redes em chip sem fio.

O paradigma das redes em chip (NoCs) surgiu a fim de permitir alto grau de integração entre vários núcleos de sistemas em chip (SoCs), cuja comunicação é tradicionalmente baseada em barramentos. As NoCs são definidas como uma estrutura de switches e canais ponto a ponto que interconectam núcleos de propriedades intelectuais (IPs) de um SoC, provendo uma plataforma de comunicação entre os mesmos. As redes em chip sem fio (WiNoCs) são uma abordagem evolucionária do conceito de rede em chip (NoC), a qual possibilita a adoção dos mecanismos de roteamento das NoCs com o uso de tecnologias sem fio, propondo a otimização dos fluxos de tráfego, a redução de conectores e a atuação em conjunto com as NoCs tradicionais, reduzindo a carga nos barramentos. O uso do roteamento dinâmico dentro das redes em chip sem fio permite o desligamento seletivo de partes do hardware, o que reduz a energia consumida. Contudo, a escolha de onde empregar um link sem fio em uma NoC é uma tarefa complexa, dado que os nós são pontes de tráfego os quais não podem ser desligados sem potencialmente quebrar uma rota preestabelecida. Além de fornecer uma visão sobre as arquiteturas de NoCs e do estado da arte do paradigma emergente de WiNoC, este trabalho também propõe um método de avaliação baseado no já consolidado simulador ns-2, cujo objetivo é testar cenários híbridos de NoC e WiNoC. A partir desta abordagem é possível avaliar diferentes parâmetros das WiNoCs associados a aspectos de roteamento, aplicação e número de nós envolvidos em redes hierárquicas. Por meio da análise de tais simulações também é possível investigar qual estratégia de roteamento é mais recomendada para um determinado cenário de utilização, o que é relevante ao se escolher a disposição espacial dos nós em uma NoC. Os experimentos realizados são o estudo da dinâmica de funcionamento dos protocolos ad hoc de roteamento sem fio em uma topologia hierárquica de WiNoC, seguido da análise de tamanho da rede e dos padrões de tráfego na WiNoC.

Recursos didácticos online para el aprendizaje Redes de Computadores en el grado de Informática

En este trabajo se analiza el uso que se hace de un conjunto de recursos multimedia incluidos en un curso en línea de acceso libre y gratuito sobre Redes de Computadores. Este estudio se lleva a cabo a partir de la interacción que un grupo de estudiantes de ingenierías tienen con estos recursos durante su proceso de aprendizaje. Estos recursos educacionales se basan en una aproximación Web 2.0 y por si solos forman parte de una metodología docente fundamentada en el autoaprendizaje a distancia. Entre estos recursos destaca el uso de un blogs, OCW, videos y simulaciones. Estos recursos educativos ‘open-free’ han sido diseñados como elementos que facilitan la aplicación de una metodología de enseñanza a distancia basada en muchos casos en el auto-aprendizaje y en potenciar el aprendizaje autónomo. Además, la percepción que se tiene sobre estos recursos juega un papel relevante en la aceptación de estos por parte del estudiante. Cualquier nuevo recurso educativo que se diseñe, además de didáctico, tiene que ser atractivo y de un uso sencillo e interactivo para el estudiante. El trabajo que aquí se presenta, busca analizar la usabilidad de estos recursos por parte del estudiante para desarrollar futuras mejoras.

Virtualización de Redes de Computadores con GNS3: Evaluación de soluciones para el aprendizaje a distancia

El diseño de los recursos educativos permite a los estudiantes modificar su proceso de aprendizaje. En particular, los recursos educativos on-line descargables han sido utilizados con éxito en la educación en ingeniería en los últimos años. Por lo general, estos recursos son gratuitos y accesibles desde la web. Además, son diseñados y desarrollados por profesores y usados por sus estudiantes. Pero, rara vez se desarrollan por los estudiantes con el fin de ser utilizados por otros estudiantes. En este artículo, profesores y estudiantes trabajan juntos para implementar recursos educativos de libre distribución, que puedan ser utilizados por los estudiantes para mejorar el proceso de aprendizaje de redes de computadores en los estudios de ingeniería. En particular, se virtualizan topologías de red para modelar redes LAN (Local Area Network) y MAN (Metropolitan Area Network) con el fin de simular el comportamiento de los enlaces y nodos cuando están interconectados con diferente diseño físico y lógico. Para ello, usando el software de libre distribución GNS3, y teniendo como base la configuración de la red del laboratorio L24 de la EPS, se construye un entorno virtual que simula las posibilidades reales de este laboratorio.

Investigación en metodologías de aprendizaje para grupos ARA en la materia de arquitectura de computadores

La enseñanza en inglés es uno de los retos a los que se está enfrentando actualmente la universidad española. La Universidad de Alicante ofrece a través de los grupos de Alto Rendimiento Académico (ARA) parte de la docencia de los estudios de grado en inglés. El objetivo principal de esta red es la de consolidar y ampliar la investigación realizada en metodologías de aprendizaje para grupos ARA en la materia de arquitectura de computadores. En consecuencia, se pretende ampliar los materiales docentes en inglés en relación con la enseñanza de asignaturas relacionadas con la materia en estos grupos de alto rendimiento. Estas asignaturas son impartidas por varios miembros de la red en diferentes cursos de los Grados de Ingeniería Informática y de Ingeniería en Sonido e Imagen en Telecomunicación. Como caso práctico, se ha continuado con la investigación en la asignatura Arquitectura de Computadores del Grado de Ingeniería Informática. Para ello, se han elaborado nuevos materiales para prácticas que permiten la participación activa y el trabajo en equipo. Cada uno de los materiales propuestos está diseñado dentro del marco metodológico implementado en la asignatura, relacionado con la consecución de objetivos y competencias, y con la evaluación de la misma.

Diseño de itinerarios de aprendizaje sobre Moodle para asignaturas de redes de computadores basados en virtualización mediante software libre

El diseño de recursos educacionales y materiales didácticos vía on-line permite mejorar el aprendizaje autónomo y a distancia (o no presencial). El proceso de convergencia Europea del Espacio de Educación Superior determina que el empleo de este tipo de recursos dota al estudiante de más flexibilidad, aunque la metodología de educación dominante sea la tradicional (es decir, las clases presenciales). Los recursos educacionales on-line juegan un rol importante en este contexto. En trabajos previos se ha experimentado diseñando cursos con ayuda de un LCMS (Learning Content Management System) como el Moodle corporativo de la UA, incorporando documentos SCORM para diseñar lecciones de autoevaluación, con laboratorios virtuales y otras herramientas de simulación de diseño propio (KIVANS, applets KIVANS+EJS). En esta nueva red se pretende generar nuevos recursos didácticos basados en software libre. Ninguno de los laboratorios virtuales desarrollados hasta ahora permiten a los alumnos poner en práctica los desarrollos de las clases presenciales a distancia. Para ello, usando el software de libre distribución GNS3, y teniendo como base la configuración de la red del laboratorio L24 de la EPS, se pretende construir un entorno virtual que simule las posibilidades reales de este laboratorio.

A simulação realística como estratégica de ensino-aprendizagem em enfermagem

The study aims to examine the methodology of realistic simulation as facilitator of the teaching-learning process in nursing, and is justified by the possibility to propose conditions that envisage improvements in the training process with a view to assess the impacts attributed to new teaching strategies and learning in the formative areas of health and nursing. Descriptive study with quantitative and qualitative approach, as action research, and focus on teaching from the realistic simulation of Nursing in Primary Care in an institution of public higher education. . The research was developed in the Comprehensive Care Health discipline II, this is offered in the third year of the course in order to prepare the nursing student to the stage of Primary Health Care The study population comprised 40 subjects: 37 students and 3 teachers of that discipline. Data collection was held from February to May 2014 and was performed by using questionnaires and semi structured interviews. To do so, we followed the following sequence: identification of the use of simulation in the discipline target of intervention; consultation with professors about the possibility of implementing the survey; investigation of the syllabus of discipline, objectives, skills and abilities; preparing the plan for the execution of the intervention; preparing the checklist for skills training; construction and execution of simulation scenarios and evaluation of scenarios. Quantitative data were analyzed using simple descriptive statistics, percentage, and qualitative data through collective subject discourse. A high fidelity simulation was inserted in the curriculum of the course of the research object, based on the use of standard patient. Three cases were created and executed. In the students’ view, the simulation contributed to the synthesis of the contents worked at Integral Health Care II discipline (100%), scoring between 8 and 10 (100%) to executed scenarios. In addition, the simulation has generated a considerable percentage of high expectations for the activities of the discipline (70.27%) and is also shown as a strategy for generating student satisfaction (97.30%). Of the 97.30% that claimed to be quite satisfied with the activities proposed by the academic discipline of Integral Health Care II, 94.59% of the sample indicated the simulation as a determinant factor for the allocation of such gratification. Regarding the students' perception about the strategy of simulation, the most prominent category was the possibility of prior experience of practice (23.91%). The nervousness was one of the most cited negative aspects from the experience in simulated scenarios (50.0%). The most representative positive point (63.89%) pervades the idea of approximation with the reality of Primary Care. In addition, professors of the discipline, totaling 3, were trained in the methodology of the simulation. The study highlighted the contribution of realistic simulation in the context of teaching and learning in nursing and highlighted this strategy while mechanism to generate expectation and satisfaction among undergraduate nursing students

Estudo das forças capilar, viscosa e gravitacional através de grupos adimensionais na simulação da drenagem gravitacional assistida por gás (GAGD)

The distribution and mobilization of fluid in a porous medium depend on the capillary, gravity, and viscous forces. In oil field, the processes of enhanced oil recovery involve change and importance of these forces to increase the oil recovery factor. In the case of gas assisted gravity drainage (GAGD) process is important to understand the physical mechanisms to mobilize oil through the interaction of these forces. For this reason, several authors have developed physical models in laboratory and core floods of GAGD to study the performance of these forces through dimensionless groups. These models showed conclusive results. However, numerical simulation models have not been used for this type of study. Therefore, the objective of this work is to study the performance of capillary, viscous and gravity forces on GAGD process and its influence on the oil recovery factor through a 2D numerical simulation model. To analyze the interplay of these forces, dimensionless groups reported in the literature have been used such as Capillary Number (Nc), Bond number (Nb) and Gravity Number (Ng). This was done to determine the effectiveness of each force related to the other one. A comparison of the results obtained from the numerical simulation was also carried out with the results reported in the literature. The results showed that before breakthrough time, the lower is the injection flow rate, oil recovery is increased by capillary force, and after breakthrough time, the higher is the injection flow rate, oil recovery is increased by gravity force. A good relationship was found between the results obtained in this research with those published in the literature. The simulation results indicated that before the gas breakthrough, higher oil recoveries were obtained at lower Nc and Nb and, after the gas breakthrough, higher oil recoveries were obtained at lower Ng. The numerical models are consistent with the reported results in the literature