Modelagem das interferências eletromagnéticas entre linhas de transmissão e tubulações metálicas subterrâneas e análise de impactos

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2017.Este trabalho descreve o problema de interferências eletromagnéticas entre linhas de transmissão de energia elétrica em alta tensão e tubulações metálicas, decorrentes dos fenômenos de acoplamento indutivo, condutivo e capacitivo, e os principais riscos a que dão causa, em especial os relacionados à segurança de pessoas e das instalações envolvidas. É desenvolvido um conjunto de ferramentas computacionais destinado à predição dos níveis de tensões e correntes induzidas em um circuito vítima, nos casos de aproximações entre LTs aéreas e tubulações subterrâneas, com as seguintes funcionalidades principais: 1) cálculo dos parâmetros do solo estratificado em camadas horizontais; 2) cálculo das forças eletromotrizes induzidas no metal da tubulação por acoplamento magnético; 3) cálculo das impedâncias no domínio de sequências de LTs sujeitas a interferências; e 4) cálculo das tensões de estresse produzidas pela elevação de potencial do solo (acoplamento condutivo) em um evento de falta. Os programas são validados por meio de estudos de casos e comparações com os resultados de softwares difundidos na indústria ou, nos casos possíveis, com medições diretas de potenciais CA. São estudadas as respostas em tensão de toque, passo e estresse nas tubulações interferidas, bem como são avaliados os efeitos da presença da tubulação metálica sobre os parâmetros elétricos da LT e os impactos provocados nos níveis de curto-circuito e desempenho de dispositivos de localização de faltas. É ressaltada a necessidade de se utilizar métodos computacionais precisos e realistas, zelando pela qualidade das informações coletadas em campo, em especial a resistividade elétrica do solo e o levantamento cadastral de interferências com as instalações em estudo, sob pena de se incorrer em graves erros de projeto, tais como: falhas de dimensionamento de sistemas de aterramento, mitigação, equipamentos e funções de proteção e dispositivos de localização de faltas, ocasionando exposição a riscos de eletrocussão de pessoas e danos ao patrimônio.This work describes the problem of electromagnetic interference between high voltage power lines and metallic pipelines, caused by inductive, conductive and capacitive coupling mechanisms, and the main risks to which people and facilities are exposed. A set of computational tools is developed to predict induced voltage and current levels on a victim circuit, due to interferences between overhead power lines and underground pipelines. The implementation takes into account the 1) calculation of soil stratification parameters for a horizontally layered model; 2) calculation of induced electromotive forces on the pipeline metal, caused by magnetic coupling; 3) calculation of transmission line sequence parameters under interference conditions; and 4) calculation of stress voltages produced by the ground potential rise (conductive coupling) under fault circumstances. The programs are validated through case studies and comparisons with results taken from software used in industry or, when possible, with direct measurements of AC potentials. Touch, step and stress voltages are studied, as well as the effects of the pipeline proximity on the transmission line parameters and the resulting impacts on short-circuit currents and performance of fault locating devices. This work highlights the importance of employing accurate and realistic computational methods, along with gathering consistent field data, especially soil resistivity measurements and records of geographic locations of nearby interfering structures. Not doing so may cause serious design errors, such as inadequate sizing of power grounding and mitigation systems, protection function and equipment, as well as fault location devices, exposing people and installations to risks

Paralelismo de um algoritmo genético aplicado a otimização de rotas em mineração de modo escalável

At present, the technological trend is focused on artificial intelligence and Internet of Things applied in embedded systems. With the constant improvement of processes that are being implemented as a business culture in most companies, the mine operating area in the mining sector has not been left out of the search for new technologies. Among the main focuses of improvements is the dispatch system, which operates in fleet management. The high cost of a route optimization system for a dispatch system still does not favor its deployment in all mining companies. This work seeks to optimize the execution time of a genetic algorithm developed specifically for the optimization of routes in open pit mines. The proposed genetic algorithm uses parallelization with the Island-type model and uses the OpenMP tool to perform the multi-process programming to be applied in small, medium and large-scale mining in the optimization of dispatch in mining with multiple routes. The management of the threads with the process of execution of the genetic algorithm requires specific data for execution, where in this proposal it has a scalable configuration according to the size of the mining company.Dissertação (Mestrado)Atualmente, a tendência tecnológica está voltada para inteligência artificial e Internet das Coisas aplicadas em sistemas embarcados. Com a constante melhora de processos que estão sendo implantados como cultura empresarial na maior parte das empresas, a área de operação de mina no setor de mineração, não ficou de fora da busca por novas tecnologias. Entre os principais focos de melhorias, está o sistema de despacho, que atua na gestão de frota. O alto custo de um sistema de otimização de rotas de um sistema de despacho ainda não favorece a sua implantação em todas mineradoras. Desse modo, este trabalho busca otimizar o tempo de execução de um algoritmo genético desenvolvido especificamente para a otimização de rotas em minas a céu aberto. O algoritmo genético proposto, utiliza paralelização com modelo tipo Ilha e usa a ferramenta OpenMP para realizar a programação multi-processo para ser aplicado em mineração de pequeno, médio e grande porte na otimização de despacho em mineração com múltiplas rotas. O gerenci- amento das threads com o processo de execução do algoritmo genético necessita de dados específicos para a execução, onde nessa proposta tem configuração escalável de acordo com o porte da mineradora

Otimização de locomoção bípede

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia BiomédicaAtualmente verifica-se um crescimento exponencial a nível de desenvolvimento de sistemas robóticos móveis havendo um esforço para criar sistemas com propriedades mais eficientes e adaptáveis às exigências do ambiente de trabalho. Neste contexto, têm havido uma preocupação acrescida em desenvolver melhores sistemas de locomoção quer seja locomoção por rodas quer seja por pernas (bípede, quadrúpede e hexapode). Esta dissertação foca-se na otimização da locomoção bípede a qual é uma área que tem sido alvo de grande atenção uma vez que esta é uma área da robótica que ainda necessita de progredir no sentido de conseguir finalmente uma locomoção tão eficiente como a marcha humana. Deste modo, a elaboração deste trabalho teve como objetivos principais a criação de uma estratégia de otimização que combinasse a geração de padrões de movimento através de geradores centrais de padrões (CPGs) com um algoritmo de otimização evolucionário (Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm ll). Essa estratégia implicou a determinação de objetivos que correspondem a características da locomoção bípede e que foram otimizados, sendo eles o deslocamento frontal, a altura a que o pé levanta, a força de impacto entre os pés e o chão e a posição do centro de massa. Os resultados foram obtidos a partir de simulações na plataforma Webots para o robô bípede Darwin-OP. Neste contexto, os resultados foram muito satisfatórios uma vez que o algoritmo foi capaz de gerar locomoção estável e os objetivos propostos foram otimizados. Foi feito também um estudo de sensibilidade que determinou a existência de parâmetros de CPGs que apresentam uma forte correlação positiva com as funções objetivos. Assim, os parâmetros Acompasso, frequência ω e ORoll influenciam fortemente o deslocamento e a força de impacto e o parâmetro AhPitch influencia a altura a que o pé levanta. No futuro seria pertinente aplicar o algoritmo elaborado num robô bípede real e conferir se consegue gerar uma locomoção eficiente em condições reais.Presently there is an exponential increase on the level of development of mobile robotic systems and so there is an effort to create systems with properties more efficient and adaptable to the demands of the work environment. In this context, there has been a heightened concern in developing better systems of locomotion either by wheels either by legs (bipedal, 4-legged or 6-legged). This dissertation focuses on the optimization of bipedal locomotion which is an area that has been the subject of much attention since this is an area of robotics that still needs to make progress towards finally achieving locomotion as efficient as the human gait. Thus, this work aimed to create an optimization strategy that combines the generation of movement patterns through central pattern generators (CPGs) with an evolutionary optimization algorithm (Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm II). This strategy involved the determination of objectives that correspond to characteristics of bipedal locomotion and that have been optimized, namely the frontal displacement, the ground clearance, the impact force between the foot and the ground and the position of the center of mass. The results were obtained from simulations in Webots platform for the bipedal robot Darwin-OP. The results were very satisfactory since the algorithm was able to generate stable locomotion and the proposed objectives were optimized. We also made a sensitivity analysis that determined the existence of CPGs parameters that exhibit a strong positive correlation with the objective functions. Thus, the parameters Acompasso, the frequency ω and ORoll strongly influence the impact force and displacement as well as AhPitch influences the height to which the foot rises. In the future it would be appropriate to apply the developed algorithm in a real biped robot and check if it can generate an efficient locomotion in real conditions

Algoritmo genético, ferramenta computacional em estimativas de sinais periódicos, aperiódicos e caóticos.

Engenharia é uma arte, e o estudo dos sinais é sem dúvida o entendimento de como a engenharia evolui, como descobre as razões e motivos do comportamento do mundo real. A engenharia possui um número incontável de ferramentas para esta análise e estudo de sinais, valendo-se de representações no tempo com uso de gráficos, que é a linguagem do engenheiro, nenhum problema passa sem um modelamento gráfico e levantamento de equações matemáticas, algébricas, uma integral ou derivada. Quando então as soluções começam a complicar uma nova ferramenta abre um novo mundo a Transformada de Laplace, a Transformada de Fourier. Problemas de difícil solução no domínio do tempo são tratados no domínio da frequência com simplicidade, em função também do uso da computação com sua contribuição na construção e aplicação de ferramentas, isto é, os programas permitem a aplicação de funções matemáticas, algébricas, transformadas, etc. Algumas melhorias podem ser propostas e usadas na solução de problemas, e este trabalho, cuja meta é apresentar uma ferramenta que possui um potencial muito grande no estudo de sinais e em um dos grandes problemas da engenharia que é a estimação de parâmetros que compõe um sinal, amplitude, frequência, fase, etc., os quais, se conhecidos, permitem repetir o sinal, modela-lo, estuda-lo, decompô-lo, simula-lo, etc. O Algoritmo Genético possui fácil entendimento, e sua capacidade de tratamento de multivariáveis o qualifica como uma possante ferramenta para uso na estimação de sinais periódicos, aperiódicos ou caóticos. Este estudo demonstra que o generalismo e paralelismo dos AGs permitem uma variedade de aplicações em novos produtos e novos processos, sua imunidade e robustez o qualificam como uma ferramenta de alto desempenho, com resultados precisos e baixo custo computacional

Uma proposta experimental de reconstrução 3D a partir de imagens ortogonais

Advances in the last decade in the field of computer vision have brought great benefits to virtual reality applications, with photogrammetry as a major driver. This technique became popular after the emergence of UAVs, adding improvements to areas such as civil engineering, agronomy, and geoscience, making it possible to map a specific region with aerial missions. In this context, this work presents a proposal to perform 3D reconstruction real scale scenarios overflown by a UAV. For this, an approach in C ++ was developed capable of performing this reconstruction for a set of unordered images. The Struct From Motion methodology was used to perform the calculation of the odometer of the cameras at the time of image capture. Finally, the Multi-View Stereo technique is applied to obtain a dense point cloud of scenery. As innovative methodologies, the GPS coordinates of each image are used to obtain a real scale reconstruction and an adjustment during propagation to improve performance in regions with little color variation. The results obtained were satisfactory, where the reconstruction using aerial images presented a defined result and with measures similar to those found on Google Maps, obtaining a maximum error of 1,59%.Os avanços na última década na área da visão computacional trouxeram grandes benefícios para aplicações de realidade virtual, tendo a fotogrametria como um grande impulsionador. Essa técnica se popularizou após o surgimento dos UAVs, agregando melhorias a áreas como a engenharia civil, agronomia e geociência possibilitando realizar um mapeamento de uma região específica com missões aéreas. Neste contexto, este trabalho apresenta uma proposta de realizar a reconstrução 3D em escala real de cenários sobrevoados por um UAV. Para isso, foi desenvolvida uma abordagem em C++ capaz de realizar essa reconstrução para um conjunto de imagens não ordenadas. A metodologia Struct From Motion foi utilizada para realizar o cálculo da odometria das câmeras no momento da captura da imagem. Por fim, a técnica Multi-View Stereo é aplicada para obtenção de uma nuvem densa de pontos do cenário. Como metodologias inovadoras, tem-se a utilização das coordenadas de GPS de cada imagens para obtenção de uma reconstrução em escala real e um ajuste durante a propagação para melhorar o desempenho em regiões com pouca variação de cor. Os resultados obtidos foram satisfatórios, onde a reconstrução utilizando as imagens aéreas apresentou um resultado definido e com medidas similares as encontradas no Google Maps, obtendo um erro máximo de 1,59%

Python vs Julia vs Matlab para programação paralela

As linguagens de programação Python, Julia e Matlab são muito populares na computação científica, sendo utilizadas, em todo o mundo, para resolução de problemas de elevada complexidade podendo envolver cálculo numérico, resolução de sistemas de equações, efetuar simulações e otimizações, etc. Deste modo, estas linguagens são relevantes para engenheiros, economistas e cientistas a nível mundial, pelo que a sua utilidade se estende muito para além do meio informático. O sucesso destas linguagens está ligado, entre outros fatores, à sua facilidade de aprendizagem e utilização, à qualidade (e quantidade) das bibliotecas providenciadas e à possibilidade de utilizar de forma eficiente os recursos disponíveis para resolução de problemas. Outro aspeto relevante destas linguagens é a eficiência dos mecanismos de paralelismo oferecidos. O recurso à programação paralela tem emergido cada vez mais como um fator imprescindível na programação moderna como forma de melhorar a performance dos programas criados. Perante dúvidas levantadas sobre o desempenho destas linguagens relativamente às formas de paralelismo oferecidas, surgiu a necessidade de fazer uma análise e comparação das mesmas. Deste modo, os utilizadores poderão formar opiniões fundamentadas para decidir a que linguagem recorrer. Para avaliar e comparar o desempenho de programas nas três linguagens recorremos, nesta dissertação, ao uso de benchmarks e microbenchmarks baseados no algoritmo de otimização DMS (utilizado no contexto em que o trabalho se realiza). Fazemos também uma análise dos benefícios e desvantagens de reescrever o algoritmo, inicialmente implementado em Matlab, para Python e Julia.Python, Julia, and Matlab are very popular in computer science worldwide for solving highly complex problems, including numerical calculation, resolution of equations systems, performing simulations and optimization, and so forth. These are essential languages for worldwide engineers, economists, and scientists, therefore used on vaster areas and not only computing. These three languages’ success is due, among other factors, to their programing and learning facility, the quality and quantity of libraries provided, and the possibility of efficiently using the available resources for problem-solving. Furthermore, these languages have efficient mechanisms for parallel programming. The use of parallel programming became essential in modern computation as a way of increasing programs' performances. Due to doubts raised concerning these languages’ performance regarding parallelism, the need to analyze and compare them emerged. This way, users can make reasoned decisions regarding which language to use. To evaluate and compare the programs’ performance in the three languages we use, in this dissertation, benchmarks and microbenchmarks based on the DMS optimization algorithm (in the context of this work). We also analyze the potential benefits and disadvantages of rewriting the optimization algorithm (initially implemented in Matlab) in Python and Julia

Métodos de machine learning para a otimização de cadeias de abastecimento

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia e Gestão Indústrial.As últimas décadas alteraram radicalmente a economia, as empresas passaram da venda direta para a venda online, os fornecedores locais passaram a fornecedores globais e à medida que os produtos foram ficando mais complexos as cadeias de abastecimento acompanharam o seu ritmo. Estas alterações trouxeram desafios à gestão, como gerir o efeito chicote em cadeias de abastecimento complexas, enquanto lutam com a necessidade de redução de custos. Tendo em conta o contexto anterior, a presente dissertação tem como objetivo explorar as causas do efeito chicote, e avaliar as potencialidades que as atuais técnicas de Machine Learning e de armazenamento de dados em Blockchain para mitigar o risco de quebra de inventário. Para alcançar os objetivos propostos, foi estudado o estado da arte dos temas referidos, e com base no potencial identificado foi sugerido um modelo de cadeia de abastecimento assente da partilha de informação. De forma a avaliar o potencial do modelo proposto foram executadas várias análises estratégias, e desenvolvido um simulador de forma a estudar como a alteração do fluxo de informação poderia beneficiar a cadeia de abastecimento.The last few decades have radically changed the economy, companies have moved from selling directly to online selling, from local suppliers to global suppliers, and as products have become more complex, supply chains have followed suit. These changes have brought challenges to management, such as managing the bullwhip Effect in complex supply chains, while struggling with the need to reduce costs. Considering the previous context, the present work aims to explore the causes of the bullwhip effect, and to evaluate the potential that current machine learning and data storage techniques in blockchain have to mitigate the risk of inventory breakdown. To achieve the proposed objectives, a review of the mentioned topics was considered, and based on the identified potential, a supply chain model based on information sharing was suggested. To assess the potential of the proposed model, several strategic analyzes were carried out, and a simulator was developed to study how the change in the flow of information could benefit the supply chain.N/

Implementações computacionais e aplicação no estudo de ligações químicas em metais hexacarbonil isoeletrônicos

The chemical bonds, defined as interactions between two atoms, are phenomena not easily accessible experimentally. Therefore, computational chemistry methods have been developed and applied for the analysis of these interactions in different kind of systems. The Chemical Bond Overlap Software (ChemBOS) is a computer program that uses localized molecular orbitals to do chemical bond analysis calculating overlap properties for general molecular systems. Like most of the programs in the area, ChemBOS presents high computational demand. The common strategy to decrease the processes computational time is to use parallel computation with good load balance. Besides that, to show the applicability of an methodology is an important step in its development, and to apply the methodology for a series of systems with a systematic variation of known properties is an way to test the efficiency of the model. The chosen system in this work is the hexacarbonyl series of type [M(CO)6]n, for which the retrodonation effect can be identified in experimental data. The aim of this work is to compare different parallel strategies in the numerical integration at ChemBOS, comparing the accuracy, precision and execution performance in parallel. Also, this work aims to apply the overlap model to study hexacarbonyl organometallic systems, in comparison with experimental data and QTAIM model. To do the implementation, it was applied different strategies of numerical integration at ChemBOS and performance tests based on speedups were done in function of threads numbers. At the organometallic chemical bonds study, frequency calculations, overlap properties and QTAIM analysis were done. The strategy introduced by this work, here called “malleable subspace” showed better performance regarding the parallel computation, keeping a numerical precision in a range near the Adaptive Monte Carlo. The obtained results using the overlap model to the organometallic systems reveal a high sensibility to the retrodonation effect, being sensitive to the increase of CO stability in function of the increase of the nuclear charge of the metal in a isoelectronic series. These results corroborate the trend observed for the CO stretching frequencies. Therefore, it should be noted that the overlap model provides confident results, that are coherent with the experimental data and with other theoretical tools.As ligações químicas, definidas como interações entre dois átomos, são fenômenos não facilmente acessíveis experimentalmente. Portanto, métodos de química computacional vêm sendo desenvolvidos e aplicados para a análise dessas interações nos mais variados sistemas. O Chemical Bond Overlap Software (ChemBOS) é um programa que utiliza orbitais moleculares localizados para fazer análise da ligação química calculando propriedades de recobrimento e gerando mapas de densidade eletrônica para diversos sistemas químicos. Como boa parte dos programas da área, o ChemBOS apresenta alta demanda computacional. A estratégia comumente utilizada para diminuir o tempo dos processos computacionais é a utilização de técnicas de paralelismo bem balanceadas. Mostrar a aplicabilidade de uma metodologia é uma importante etapa no seu desenvolvimento, e aplicar o método para séries de sistemas com variações sistemáticas de propriedades conhecidas é uma forma de testar a eficiência do método. O sistema de escolha nesse trabalho é o composto pelos complexos metálicos hexacarboxil [M(CO)6]n, onde o efeito de retrodoação pode ser identificado em diferentes dados experimentais. O objetivo deste trabalho é comparar diferentes estratégias de paralelismo na integração numérica do ChemBOS, acompanhando a exatidão, precisão e desempenho de execução em paralelo. Também é objetivo desse trabalho apresentar a aplicação do modelo de recobrimento no estudo das ligações químicas em moléculas da série de complexos metálicos hexacarboxil, comparando com resultados experimentais e teóricos. Para implementação, foram aplicadas diversas estratégias de integração numérica no ChemBOS e diversos testes de desempenho baseados no aumento do speedup em função do número de processadores. No estudo das ligações em sistemas organometálicos, foram utilizados cálculos de frequência, propriedades de recobrimento, sendo a análise topológica QTAIM utilizada para fins comparativos. A estratégia aqui chamada de Subespaços Moldáveis obteve melhor desempenho no que diz respeito ao paralelismo, mantendo uma precisão numérica em uma faixa próxima a do método Monte Carlo Adaptativo. Os resultados obtidos pelo ChemBOS na avaliação das ligações químicas em sistemas organometálicos revelaram alta sensibilidade ao efeito de retrodoação, acompanhando o fortalecimento da ligação CO em função do aumento do número atômico do metal na série isoeletrônica de moléculas estudadas. Esses resultados são coerentes com a tendência dos valores de frequência de estiramento CO. Indica-se que o modelo de recobrimento fornece resultados confiáveis e coerentes com dados experimentais e outros métodos de análise de ligações químicas

Otimização da gestão territorial das florestas mistas de sobreiro e pinheiro-manso: ocupação potencial e produtividade

Frente a los diferentes fenómenos ligados al cambio global se hace necesario explorar alternativas de resiliencia y sostenibilidad para los bosques mediterráneos, como lo pueden ser las masas mixtas de Pinus pinea y Quercus suber, una combinación con posibilidad de ampliar los servicios del ecosistema en comparación con la tradicional gestión forestal monoespecífica. Así pues, este trabajo consiste en la creación de modelos de distribución potencial, basados en GLM y Random Forests, para el pino piñonero y el alcornoque, lo que permitirá concretar qué áreas son aptas para este tipo de bosques gestionados. La calibración de los modelos se ha realizado en la mitad sur del país, para, una vez validados, ser aplicados al resto del país. En este sentido, los modelos se centran solamente en la parte abiótica de la distribución y constatan la gran perturbación antrópica de la ocupación actual, sobre la que se basa la modelación de la distribución potencial. Los resultados muestran que, de las variables edafoclimáticas, una de las más significativas para ambas especies es la textura del suelo, concretamente el % de arena; mientras que la temperatura máxima media y la continentalidad tienen más relevancia en los modelos del pino piñonero, siendo la precipitación la que más tiene para el alcornoque. Existe poco consenso científico sobre los determinantes de la distribución de estas dos especies, lo que hace necesario conocer mejor el impacto de las variables sobre ambas para aumentar el poder explicativo de los modelos en nuestra región.As florestas mistas de Pinheiro-manso e Sobreiro têm vindo a ganhar o interesse de gestores e proprietários florestais porque permitem aliar uma maior rentabilização da exploração florestal, através da produção mista de cortiça e pinha. Uma floresta mista será, em teoria, mais resiliente a um clima em mudança, aos desafios de uma economia global e com um papel importante na melhoria das funções do ecossistema de regulação hídrica, sequestro de carbono e manutenção da biodiversidade. O investimento na floresta comporta algumas incertezas. O sucesso das plantações está estreitamente ligado à aptidão ecológica do local, o que é determinado pelas condições climáticas, edáficas e orográficas. Porém, no território, existem também constrangimentos económicos e políticos. Reconhecer estes locais é fundamental para garantir a manutenção das espécies e a sustentabilidade na produção. Este trabalho pretende responder a este desafio e apoiar o gestor florestal numa tomada de decisão consciente e informada. Para tal criaram-se modelos probabilísticos de distribuição de espécies (Species Distribition Model - SDM, em inglês) que têm como objetivo, por um lado, permitir: i) identificar a influência de cada variável explicativa na distribuição das espécies; e, por outro, ii) estimar a aptidão do território continental de Portugal para a eventual presença das duas espécies em conjunto. Os modelos de ocupação potencial têm uma resolução de 500m e basearam-se na distribuição geográfica de a) presenças / ausências atuais da variável dependente — a existência de povoamentos de Pinheiro-manso, Sobreiro ou mistos— e b) os valores das variáveis explicativas. Aplicaram-se dois algoritmos inovadores na literatura científica (Pechi et al., 2019; Santini et al. 2021), pertencentes a duas famílias diferentes, com a finalidade de explorar as suas potencialidades: Generalized Linear Model (GLM) e Random Forests (RF). A informação geográfica utilizada para conhecer a atual distribuição de ambas as espécies, como variável dependente, provém do 6º Inventário Florestal Nacional (ICNF, 2015), enquanto que as variáveis explicativas foram extraídas de diferentes fontes: • Os indicadores climáticos — alguns deles relativos à categorização BIOCLIM — foram calculados com dados de precipitação e temperaturas média, mínima e máxima dos últimos 30 anos provenientes da base de dados interpolada IBERIA01 para o período 1971-2015 (Herrera et al., 2019). As variáveis selecionadas foram: o número de dias de geada no ano (T. mín. < 0ºC), a temperatura máxima média m ºC, a continentalidade em ºC (BIO 07) e a média das precipitações acumuladas anuais em mm (BIO 12). • As propriedades físico-químicas dos solos, foram compiladas da base de dados INFOSOLO 1966-2014 (Ramos et al., 2017). As variáveis seleccionadas foram o pH e a textura dos solos, mais concretamente a percentagem de areia. • A Carta de Ocupação de Solos 2018 (DGT) foi usada como variável de perturbação antrópica utilizando camadas booleanas de exclusão associadas a determinados usos humanos do território: construção, agricultura e pastagens. Criou-se, adicionalmente, outra camada de exclusão associada a reservatórios de água temporários e permanentes: albufeiras, rios e sapais. Os modelos foram calibrados para a área de estudo, criada a partir das NUTS III da região sul do país, e incluem as regiões do Ribatejo, Alentejo e Algarve. Posteriormente, são validados com curvas ROC (Receiver Operating Characteristics), utilizando-se o valor AUC (Area Under the Curve) para comparar o rendimento de cada algoritmo. Contudo, apesar de RF obter melhores resultados do que GLM o processo de validação —ligeiramente para o pinheiro-manso e massas mixtas e bastante para o sobreiro—, decidiu-se a aplicação dos dois algoritmos para fora da área de estudo (resto área de Portugal continental), pelo facto dos modelos de aprendizagem automática poderem estar sobre-calibrados (Jiménez-Valverde et al., 2008). No que diz respeito aos resultados estatísticos, as variáveis que mais contribuem para a modelação da ocupação de Pinus pinea foram a textura arenosa dos solos e a temperatura máxima média; enquanto que para Quercus suber, as variáveis mais significativas foram a percentagem da areia e a precipitação anual. A relação nos três primeiros casos, respetivamente para cada espécie, é positiva, mas no último caso a relação é negativa, sendo o intervalo mais estável para precipitações entre os 600 e 700 mm. No que se refere à aplicação dos modelos fora da área de estudo e no caso do pinheiro-manso, a representação cartográfica para RF sugere áreas de expansão que o modelo GLM descarta totalmente: regiões do alto Mondego e o Pinhal de Leiria. Já no caso dos modelos para o sobreiro mostram resultados muito parecidos entre si, sugerindo a idoneidade da expansão desta espécie nas regiões da Beira Alta e Trásos-Montes. Finalmente, a aplicação dos modelos criados com as ocorrências de povoamentos mistos mostra probabilidades muito baixas de ocorrência utilizando ambos os algoritmos, não sendo possível definir áreas de distribuição potencial neste caso. Consideramos que a forte influência antropogénica na distribuição atual dos povoamentos de pinheiro-manso e sobreiro constitui um forte constrangimento à distribuição potencial modelada deste tipo de floresta mista. Destaca-se também o pouco consenso científico em relação às variáveis abióticas que determinam a distribuição do Pinus pinea e de Quercus suber. Existem grandes discrepâncias nos modelos criados para estas duas espécies na atualidade, o que mostra a necessidade de continuar a trabalhar interdisciplinarmente de forma melhorar o valor explicativo dos modelos de distribuição de espécies na região mediterrânica. Só assim será possível obter resultados de modelação com a aplicação prática necessária para os diferentes agentes territoriais trabalharem com o mínimo de incerteza possível

Microssistema de aquecimento integrado num organ-on-a-chip

Dissertação de mestrado em Engenharia Eletrónica Industrial e de computadoresA tecnologia organ-on-a-chip (OOC) tem atraído um amplo interesse por parte de empresas, laboratórios clínicos e de investigação, com o objetivo de desenvolver dispositivos que possuam a habilidade de replicar modelos de órgãos/tecidos humanos e culturas de organoides/células. Este sucesso beneficiou do avanço da tecnologia dos microssistemas, também conhecidos como sistemas microelectromecânicos (MEMS). Apesar de existirem diversos modelos de OOC (coração, pulmão, fígado, entre outros), estes carecem ainda de sensores e atuadores capazes de monitorizar e controlar, a longo prazo, os parâmetros microambientais (pH, temperatura, oxigénio, entre outros) e a dinâmica da resposta dos compostos farmacêuticos, assim como outros processos biotecnológicos. O objetivo desta dissertação consistiu no desenvolvimento de um sistema de aquecimento miniaturizado, que possa ser integrado num OOC de forma a mimetizar fielmente as temperaturas ótimas para o crescimento de células, tal como simular as verificadas no corpo humano (~37°C), bem como ser utilizado em terapias de hipo (~35°C) e hipertermia (~42°C). O princípio base do sistema de aquecimento escolhido para esta aplicação foi o aquecimento resistivo através do efeito de Joule. Esta escolha deveu-se à sua simplicidade, eficácia na transmissão de calor e facilidade de integração em dispositivos microfluídicos. Com o objetivo de otimizar o sistema de aquecimento, foram simulados vários layouts e os que apresentaram melhor desempenho foram fabricados. No seu fabrico foram utilizadas técnicas de deposição de filmes finos e a geometria foi padronizada por técnicas fotolitográficas e de corrosão química. O sistema de alimentação e a eletrónica de controlo e atuação de todo o sistema foi também implementada, a qual inclui o controlo Proporcional Integral e Derivativo (PID), sensores de temperatura, interface gráfica com LCD e um teclado capacitivo integrado para controlo e apresentação da temperatura do sistema. O sistema desenvolvido foi capaz de controlar rapidamente a temperatura do fluido, fornecendo calor de uma forma uniforme por toda a área de cultura do OOC e de forma ajustável (variações mínimas de 1°C).Organ-on-a-chip (OOC) technology has attracted widespread interest from companies and clinical and research laboratories to develop devices that possess the ability to replicate human organ/tissue models and organoid/cell culture. This success has benefited from advances in microsystems technology, also known as microelectromechanical systems (MEMS). Although there are several OOC models (heart, lung, liver, among others), these still lack sensors and actuators capable of monitoring and controlling, in the long term, microenvironmental parameters (pH, temperature, oxygen, among others) and the dynamics of the response of pharmaceutical compounds, as well as many other biotechnological processes. The goal of this dissertation was to develop a miniaturized heating system that can be integrated into an OOC in order to faithfully mimic the optimal cell growth temperatures as seen in the human body (~37°C) as well as to be used in hypo (~35°C) and hyperthermia (~42°C) therapies. The basic principle of the heating system chosen for this application was resistive heating via the Joule effect. This choice was due to its simplicity, effectiveness in heat transmission, and ease of integration into microfluidic devices. In order to optimize the heating system, several layouts were simulated and the ones that presented the best performance were fabricated. Thin film deposition techniques were used in their fabrication and the geometry was standardized by photolithography and chemical corrosion techniques. The power supply system and the control and actuation electronics of the entire system were also implemented, which includes Proportional Integral and Derivative (PID) control, temperature sensors, graphical interface with LCD and an integrated capacitive keypad to control and display the system temperature. The developed system was able to quickly control the fluid temperature, delivering heat in a uniform manner throughout the OOC culture area and in an adjustable manner (minimum variations of 1°C).Este trabalho resulta do projeto NORTE-01-0145-FEDER-029394, PTDC/EMD-EMD/29394/2017, RTChip4Theranostics, financiado pelo Programa Operacional Regional do Norte (NORTE 2020), ao abrigo do Acordo de Parceria PORTUGAL 2020, através do Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional (FEDER) e da Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT), IP. E do projeto PTDC/EEI-EEE/2846/2021, financiado por fundos nacionais (OE), no âmbito do programa Projetos de Investigação Científica e Desenvolvimento Tecnológico (IC&DT) em todos os domínios científicos (PTDC), através da Fundação para a Ciência e a Tecnologia, I.P.(FCT, I.P)