Aplicações de processos estocásticos à Biomedicina

A presente dissertação, como já indicado no próprio título, versa sobre exemplos de aplicações da teoria dos processos estocásticos a problemas oriundos de biologia e medicina. É inegável o imenso auxílio que a matemática prestou e vem prestando no desenvolvimento de conhecimentos de diversas áreas de pesquisa ao longo da história da ciência. Em particular, numa estreita relação simbiótica com a física, modelos matemáticos realizaram grandes proezas ao descrever e predizer satisfatoriamente diversos fenômenos , fazendo até mesmo com que a matemática fosse valorizada a um nível de linguagem própria da natureza, principalmente no início do século passado com as grandes revoluções da física teórica. Em grande parte inspirados por tal sucesso, muitos matemáticos têm se voltado para estudar e tentar descrever os fenômenos biológicos. A biologia matemática, que podemos dizer ser uma ciência relativamente nova, é hoje em dia um dos ramos de aplicação da matemática que mais cresce, e que tem ganho cada vez mais respeito e adeptos. Principalmente a partir da metade do último século, vários problemas de áreas biomédicas têm sido cada vez mais atacados com o auxílio sistemático da matemática. Geralmente, os pesquisadores experimentais das áreas biomédicas reportam um grande número de resultados e dados empíricos. A matemática entra para tentar fazer uma costura de tais resultados, de maneira a sintetizá-los numa teoria unificadora. Como aplicações em outras áreas, os modelos são mais elegantes quando não só podem descrever resultados já conhecidos, como também são capazes de predizer resultados futuros. Embora ainda seja uma área de garimpo e muitos modelos estão ainda num estágio de primeira aproximação, a biologia matemática já mostra importantes utilidades de aplicações reais no entendimento dos processos biológicos, e inclusive alguns prêmios Nobel já foram distribuídos a fisiologistas que utilizaram matemática nas suas pesquisas

Diseño mecánico de un equipo para la rehabilitación de la movilidad del tobillo empleando un mecanismo paralelo

En el presente trabajo se muestra el diseño mecánico de un equipo para la rehabilitación de la movilidad del tobillo empleando un mecanismo paralelo del tipo 2- UPU (R), el cual cuenta con dos grados de libertad para realizar los movimientos de flexión dorsal-plantar e inversión-eversión, y una restricción pasiva que garantiza un punto de rotación fijo. El diseño se obtuvo mediante una exhaustiva investigación del estado del arte y la aplicación de la metodología indicada en el estándar alemán VDI 2221. El rehabilitador de tobillo propuesto es accionado por dos servomotores eléctricos lineales que permiten realizar trabajos pasivos y activos en flexión dorsal-plantar e inversión-eversión. De acuerdo a la configuración establecida, cada uno de estos movimientos se encuentra limitado a 30° y 18° respectivamente, y la carga máxima sobre el tobillo limitada a 120 Nm. Las dimensiones del equipo son 440 mm de altura, 450 mm de longitud y 250 mm de ancho; lo cual satisface los requerimientos ergonómicos de una persona con estatura aproximada al de la media de la población del Perú. Como resultado de este trabajo se obtienen los planos de ensamble y fabricación del equipo para la rehabilitación de la movilidad del tobillo y los costos asociados a la fabricación de piezas, compra de componentes estandarizados, ensamble e instalación, y desarrollo de la ingeniería. El costo total del proyecto asciende a 8,770.00 USD.Tesi

Efeito da barreira t?rmica em uma palheta de a?o AISI 316 utilizada para turbina a g?s.

Programa de P?s-Gradua??o em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metal?rgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.O objetivo deste trabalho ? analisar uma palheta de turbina a g?s constitu?da de a?o inoxid?vel austen?tico (AISI 316), um sistema de resfriamento simples e um sistema de prote??o t?rmica, este formado por uma camada de zirc?nia estabilizada com ?tria e uma camada de liga??o formada de n?quel, cromo, alum?nio e ?trio. Estes sistemas s?o inclu?dos no projeto da palheta a fim de aumentar sua vida ?til e reduzir a temperatura do material base. Assim se pode aumentar a temperatura de entrada e o desempenho da turbina. Essa an?lise ? executada de duas formas, a primeira numericamente atrav?s da aplica??o da din?mica dos fluidos computacional (computational fluid dynamics ? CFD) e do m?todo dos elementos finitos na an?lise estrutural e outra experimentalmente atrav?s da constru??o de uma palheta e investiga??o do comportamento da barreira t?rmica em um forno de fluxo. Desta forma, avalia-se o comportamento do sistema em um fluxo oxidante de alta temperatura. Verifica-se tamb?m a efic?cia do revestimento no a?o inoxid?vel austen?tico, avaliando-se a temperatura interna da palheta, ou seja, a temperatura do metal. Assim, pode-se estimar a vida ?til da palheta. Igualmente, pode-se avaliar a hip?tese de que ligas menos nobres possuem uma vida ?til pr?xima das superligas utilizadas atualmente. Desta maneira, o custo na manufatura deste tipo de pe?a ser? reduzido. O estudo indica que o revestimento t?rmico e o sistema de resfriamento foram eficiente e reduziram significantemente a temperatura do substrato met?lico, redu??o da ordem de 300?C em rela??o a temperatura de entrada na turbina. Entretanto, o revestimento n?o suportou o fluxo oxidante, ocorrendo a gera??o de uma camada de ?xido no a?o inoxid?vel, assim deteriorando o revestimento.The objective of this work is to analyze a gas turbine blade made of austenitic stainless steel (AISI 316), a simple cooling system and a thermal barrier coating, this formed by a yttriastabilized zirconia layer and a bonding layer formed of nickel, chromium, aluminum and yttrium. These systems are included in the design of the blade in order to increase its useful life and reduce the temperature of the stainless steel. This can increase the turbine inlet temperature and turbine performance. This analysis is performed in two ways, the first numerically through the application of computational fluid dynamics (CFD) and finite volume method and another through an experiment with the construction of a blade and investigation of the thermal barrier behavior in an oven. In this way, the system behavior in a high temperature oxidizing flow is evaluated. The coating effectiveness on the austenitic stainless steel is also checked, the blade internal temperature, i.e. the temperature of the metal, is evaluated. Then, the blade life can be estimated. Thus, the hypothesis that less noble alloys have a useful life close to the superalloys can be evaluated. In this way, the manufacturing cost will be reduced. The study indicated that the thermal barrier coating and the cooling system were efficient and significantly reduced the temperature of the metal substrate, reducing the order of 300 ?C related to the turbine inlet temperature. However, the coating did not withstand the oxidizing flux, generating an oxide layer on the stainless steel surface, thus the coating was deteriorated

Recuperação de aromas do café solúvel pelo processo de pervaporação

Orientadora : Profª Drª Agnes de Paula ScheerOrientadora : Profª. Drª. Fernanda de CastilhosTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos. Defesa: Curitiba, 16/03/2015Inclui referênciasResumo: Durante o processo de obtenção do café solúvel ocorrem transformações e perdas aromáticas, que modificam quantitativamente e qualitativamente a fração de compostos voláteis. A pervaporação é um processo de separação por membranas que já vem sendo relatado na literatura para a recuperação de aromas de frutas e sucos de frutas, sendo uma alternativa tecnológica para a indústria de café solúvel devido a não necessidade de adição de compostos químicos e operação em temperaturas amenas. Neste contexto o objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de um processo de pervaporação para recuperação de aromas provenientes de uma solução industrial do café solúvel. Para esta finalidade foi desenvolvida uma unidade experimental do processo de pervaporação para a recuperação de aromas e um estudo sistemático do processo foi realizado. Para esta finalidade, foi utilizada uma membrana polimérica de PDMS densa. Foi utilizado um extrato aquoso da linha industrial de café solúvel, do qual foram escolhidos oito compostos com as maiores concentrações e com características positivas e negativas quanto ao odor para serem avaliados. Foram investigadas a influência da vazão, da temperatura e da pressão de permeado em regime permanente, e o comportamento do processo regime transiente. Um modelo fenomenológico em regime transiente foi desenvolvido baseado no modelo de sorção-difusão e ajustado aos dados experimentais com estimação das permeâncias dos compostos. Os resultados em regime permanente indicaram que nas vazões estudadas não houve efeito da camada limite de alimentação. Além disso, o fluxo de permeado aumentou com a temperatura e foram obtidos maiores fatores de enriquecimento em temperaturas intermediárias. Valores de permeância foram estimados por um ajuste não linear da equação de Arrhenius aos dados experimentais com resultados satisfatórios. Para o efeito da pressão, os compostos obtiveram maior seletividade em pressões intermediárias, com destaque para a 2,3-butanodiona e 2,5-dimetil pirazina. Com base neste fato, a melhor condição de operação da unidade para a recuperação dos aromas do café solúvel em regime permanente foi de 20°C, 1800 Pa e 1,5 L/min. Os resultados em regime transiente mostraram que as frações molares aumentam com a temperatura caracterizando uma seletividade governada pela difusão. Os compostos 2,3-butanodiona, furfural e 2,5-dimetil pirazina apresentaram a maior concentração na temperatura intermediária (303 K), possivelmente devido ao efeito de degradação. Para o efeito da pressão, a maior concentração dos compostos de aromas ocorreu na pressão de 1800 Pa. O modelo desenvolvido ajustou-se bem aos dados experimentais em regime transiente e apresentou uma estimativa do comportamento das frações molares da alimentação e retentado do processo de pervaporação ao longo do tempo. Palavras-chave: pervaporação, regime transiente, café solúvel, estimação de parâmetros, modelagem matemática, recuperação aromática.Abstract: During the soluble coffee processing, transformations and losses of aroma compounds may occur, which quantitatively and qualitatively change the fraction of volatile compounds. Pervaporation is a membrane separation processes that has already been reported in the literature for recovery of aroma compounds from fruits and fruit juices, and is an interesting alternative to soluble coffee industry since it does no need chemicals addition and operation at lower temperatures. In this context, the main objective of this work was the development of a pervaporation process for recovery of aroma compounds from soluble coffee. For this purpose, an experimental unit for aroma recovery was developed and a systematic study of pervaporation process was performed. A polymeric PDMS dense membrane was used. An aqueous extract from industrial line of instant coffee was used, from which eight compounds were chosen with high concentration and with positive and negative characteristics about the odor for evaluation. The influence of feed flow rate, feed temperature and permeate pressure was investigated in steady state, and the behavior of the process in unsteady state. A phenomenological model in unsteady state was developed based on the solution-diffusion model and fitted to the experimental data with estimation of compounds permeances. The results indicated that on steady state pervaporation the range of feed flow rates studied presented no effect of liquid boundary layer. Furthermore, the permeation flux increased with temperature and the highest enrichment factors were obtained at intermediate temperatures. Permeances were estimated by non-linear fit of Arrhenius equation to the experimental data with satisfactory results. For the effect of pressure, the aroma compounds had higher selectivity at intermediate pressures, especially the 2,3-butanedione and 2,5-dimethyl pyrazine. Based on this fact, the best unit operating condition for the recovery of soluble coffee aromas in steady state was 20 ° C, 1800 Pa and 1.5 L / min. The results in unsteady state showed that the mole fractions increase with temperature featuring a selectivity governed by diffusion. The compounds 2,3-butanedione, furfural and 2,5-dimethyl pyrazine achieved the highest concentration in the intermediate temperature (303 K), possibly due to the effect of molecule decomposition. For the effect of pressure, the highest concentration of aroma compounds occurred at 1800 Pa. The developed model fitted well the experimental data in unsteady state operation and predicted the behavior of the molar fractions of the feed and retentate of pervaporation process over time. Keywords: pervaporation, unsteady state, soluble coffee, parameter estimation, mathematic modeling, aroma recovery

O ensino de física moderna e contemporânea no ensino médio : o papel do professor na construção de conhecimentos

Orientadora: Profa. Dra. Ivanilda HigaDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Educação, Programa de Pós-Graduação em Educação. Defesa : Curitiba, 27/03/2014Inclui referências: p.120-127Resumo: O estudo apresentado possui características etnográficas, desenvolvido com base na observação de aulas em turmas do segundo e terceiro anos do Ensino Médio de uma escola pública estadual. Nosso objetivo consiste em compreender quais são as contribuições das práticas docentes de um professor desta escola para a construção do conhecimento sobre o ensino de Física Moderna e Contemporânea (FMC) no Ensino Médio. Presenciamos o desenvolvimento de sequências didáticas com características inovadoras em relação ao ensino tradicional de Física, que demonstraram preocupação com a articulação entre os saberes da pesquisa, as orientações curriculares e as diversas instâncias que compõe a escola. Como referencial teórico para nossas análises, utilizamos os conceitos de cultura, cultura escolar e cultura da escola de Forquin (1993), as ideias de professor como intelectual transformador de Giroux (1997) e a Transposição Didática de Chevallard (1991). Realizamos uma revisão de literatura para evidenciar os papéis atribuídos aos professores de Física do Ensino Médio nas pesquisas em Educação, tendo como foco aquelas que apresentam a elaboração de propostas ou sequências didáticas que visem a abordagem de tópicos de Física Moderna e Contemporânea e que passaram pelo crivo da sala de aula. Entretanto, nessas pesquisas, o papel do professor vem sendo pouco evidenciado. Vale ressaltar que o intuito desta dissertação não é trazer um modelo a ser seguido, mas sim discutir sobre as condições estabelecidas na escola, pelo professor em questão, que permitiram o desenvolvimento do seu projeto diferenciado. Dessa forma, interpretamos que foi possível a construção de conhecimentos escolares com características originais, que não se restringem à relação entre professor e aluno, e incluem o conhecimento científico de origem da disciplina escolar e a articulação com a ciência presente nas pesquisas da área da Educação. Palavras-chave: Construção de conhecimentos, Ensino de Física Moderna e Contemporânea, Professor como intelectual transformador, Cultura Escolar, Transposição Didática.Abstract: The present study has ethnographic characteristics, developed from the observation of lessons in classes of second and third years of High School in a public School. Our objective is to understand which the contributions of the teaching practices of a teacher of this school for the construction of knowledge about the teaching of Modern and Contemporary Physics in High School. We witness the development of didactic sequences with innovative features compared to the traditional physics teaching, which showed a concern with the relationship between knowledge of research, curriculum guidelines and the several instances that make school. As the theoretical framework for our analysis, we use the concepts of culture, school culture, and culture of the school of Forquin (1993), the teacher ideas as an intellectual transformer of Giroux (1997) and the Didactic Transposition of Chevallard (1991). We carried out a literature review to highlight the roles assigned to High School physics teachers in research in Education, focusing on those that present the elaboration of proposals or didactic sequences that aim to approach topics of Modern and Contemporary Physics and which passed through the screen of the classroom. However, in these researches, the role of the teacher has been little evidenced. It's noteworthy that the aim of this dissertation is not to bring a model to be followed, but to discuss the conditions established by the teacher in question that would allow the development of its project. This way, we understand that it was possible the construction of school knowledge with original features, which are not restricted to the relationships among teacher and student and includes the scientific knowledge of the origin of school discipline and interaction with this science presents in researches of education area. Keywords: Construction of knowledge, Modern and Contemporary Physics Teaching, Teacher as intellectual transformer, Didactic Transposition, School Culture

Diretrizes para avaliação de impacto como instrumento de gestão territorial do governo eletrônico municipal

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2014A gestão territorial é o conjunto de técnicas e procedimentos necessários ao ordenamento e controle das atividades humanas, ao funcionamento dos serviços públicos e ao monitoramento da qualidade dos sistemas naturais em um espaço terrestre com limites administrativos como, área urbana, município, estado ou país. Consiste num processo democrático e transparente, no qual o gestor público deve promover e difundir o conhecimento, fomentar o uso adequado do solo, orientar a distribuição equitativa de equipamentos e evitar a especulação imobiliária, através de eficientes instrumentos de gerenciamento. Ao encontro dessa ideia surge o governo eletrônico (e-gov), um novo modelo de gestão pública baseado nas Tecnologias da Informação e Comunicação (TIC) em prol da melhoria dos serviços oferecidos aos cidadãos, visando desburocratização e eficiência nas funções governamentais. No Brasil, o e-gov foi criado visando não apenas a prestação de serviços, mas a transformação das estruturas institucionais e a difusão do conhecimento à sociedade brasileira. Neste contexto, selecionou-se como objeto de estudo a consulta prévia de localização e funcionamento para obras ou atividades urbanas, como uma contribuição aos processos de automatização do e-gov e de melhorias na gestão territorial municipal no Brasil. Essa consulta prévia é um processo previsto em lei municipal que precede a concessão do alvará e fornece uma análise de adequação urbanística. O diagnóstico feito em 26 capitais brasileiras e Distrito Federal revelou que nas consultas prévias utilizam-se TIC de maneira fragmentada, com o isolamento dos diferentes órgãos governamentais. Um modelo conceitual de sistema ambiental foi elaborado com base no Método UML-GeoFrame, como uma ferramenta de análise espacial que serve de apoio à gestão municipal, pois permite não só a avaliação da conformidade legal, mas também os impactos através da utilização de indicadores socioambientais. Para mensuração dos pesos estipulados para cada indicador selecionados para compor a modelo foi utilizado o Método AHP (Analytic Hierarchy Process), com a matriz de julgamento determinada por um grupo de especialistas. Considera-se que os parâmetros legais e o conjunto de indicadores socioambientais, bem como a determinação dos pesos para sua mensuração, foram satisfatórios para identificar o impacto ambiental significativo decorrente da implantação de empreendimentos potencialmente degradadores do meio ambiente. A adoção de indicadores socioambientais nas consultas prévias de localização e funcionamento adensarão o volume de informações sobre a parcela imobiliária, fornecendo ao requerente um conhecimento detalhado para que exerça sua atividade com sustentabilidade ambiental e equidade social, conforme ordena a Constituição Brasileira. Como resultado final da tese foram propostas diretrizes, com base no modelo conceitual, que permitem a adaptação do sistema a diversas realidades apresentadas pelas cidades brasileiras, indiferente do porte e realidade socioeconômica. A relevância da tese centra-se na proposta de uso de indicadores socioambientais nas consultas prévias virtuais de localização e funcionamento, contribuindo para a avaliação de impactos ambientais e a formulação de novas estratégias de monitoramento e controle territorial. A evolução da gestão territorial requer novos instrumentos, entre os quais foi selecionado o governo eletrônico , pois faz com que processos sistematizados sejam capazes de criar, organizar e compartilhar conhecimentos estratégicos de forma automatizada, servindo para agilizar a gestão pública e ajudar na inclusão do cidadão como produtor de conhecimento coletivo.Abstract: The territorial management is the set of techniques and procedures required for planning and control of human activities, the functioning of public services and quality monitoring of natural systems in a terrestrial space with administrative boundaries as urban area, county, state or country. The territorial management is a democratic and transparent process, whereupon the municipal manager must promote and disseminate knowledge, promote the use of suitable soil, guide the equitable distribution of urban facilities and community and avoid speculation, using modern management tools. In line with this idea, arises the electronic government (e-gov), a new model of public management based on Information and Communication Technologies (ICT) for the improvement of the services offered to citizens, aiming at reducing bureaucracy and efficiency in government functions. In Brazil, the e-gov was created to not only provide services, but the transformation of institutional structures and the dissemination of knowledge to the Brazilian society. In this context, it is selected as a study object the prior consultation with the location and operation for urban works or activities as a contribution to the automation processes of e-government and improvements in land management in Brazil. It is a process under municipal law anticipates that the provision of the license and provides an analysis of urban adaptation. The diagnosis made in 26 Brazilian state capitals and the Federal District revealed that prior consultations using ICT in a fragmented way, with the isolation of the internal departaments. A conceptual model of environmental system was developed based on UML-GeoFrame method as a tool for spatial analysis which serves to support municipal management, as it allows the evaluation of legal compliance and impacts through the use of environmental indicators. To measure the weights of each indicator selected to compose the model, we used the AHP (Analytic Hierarchy Process), with the matrix of judgment given by a group of experts. It is considered that the legal parameters and the set of environmental indicators, and the determination of weights for its measurement were satisfactory to identify the significant environmental impacts resulting from the implementation of projects potentially degrading the environment. The use of environmental indicators in the consultations prior location and operation will increase the information on portion real estate, providing the applicant with a detailed knowledge for your activity with environmental sustainability and social equity. As a final result of the thesis proposed guidelines were based on the conceptual model, which will allow the system to adapt to different realities presented by Brazilian cities, regardless of size and socioeconomic reality. The relevance of the thesis focuses on the proposed use of environmental indicators in virtual consultations prior location and operation and may signal a way, contributing to the assessment of environmental impacts and the formulation of new strategies for monitoring and territorial control. The evolution of territorial management requires new tools for strategic planning, increased information about the territory and monitoring of urban growth, aiming to make socially just and environmentally sustainable cities. We conclude by stating that the e-Government is an important land management tool, because it makes systematized processes are able to create, organize and share strategic knowledge is useful for the decision-making for the management of public policies and for inclusion of the citizen as producer collective knowledge