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Avaliação dos parâmetros de terreno para proposta de vazão de lote unitária: estudo de caso no município de Itajubá/MG
No full textFlooding and inundations are frequent in many Brazilian municipalities, due mainly to uncontrolled urban growth and change in land use. Therefore, this study aims to evaluate the sensitivity of terrain slope and urbanization, represented by the Curve Number (CN) parameter, in runoff generation. Also, it aims to propose a discharge value to be retained by each lot in different scenarios in an allotment in the municipality of Itajubá/MG. To achieve this, hydrological modelling was performed in the allotment drainage area, which is part of the Ribeirão José Pereira basin, using the Storm Water Management Model (SWMM). At first, the physical and hydrological characteristics of the drainage area were delineated and analyzed, followed by the intense rainfall determination study. The design rainfall was obtained through precipitation disaggregation into sub-daily quantiles and temporal discretization using the Huff method, to obtain design rainfall for 5-, 10- and 25-year Return Periods. Regarding the hydrological modelling, a 10-minute duration rainfall was defined, while the runoff estimation was defined by the CN-SCS infiltration method and the hydraulic transport by the Kinetic Wave model. Initially, a scenario 0, representing pre-urbanization conditions, was simulated in SWMM, considering the original terrain slope and land use parameters. The other simulated scenarios were: scenario 1 with CN equal to 80, scenario 2 with CN equal to 85, scenario 3 with CN equal to 90 and scenario 4, with CN equal to 95, to each urbanized sub-basin. In each scenario, the average slope of urbanized sub-basins was reduced, gradually, 5% from the original slope. Therefore, each scenario was further sub-divided according to slope categories: predominantly strongly rolling (20-45%), rolling (8-20%), gently rolling (3-8%) and flat (0-3%). The discharge obtained in the pre-urbanization scenario served as the baseline to calculate the discharge by unit area to be retained by lots in the urbanized scenarios, ensuring that the discharge in the outlet does not exceed natural discharge. As a result, it was possible to develop abacuses that relate the CN parameter, slope and the discharge value to be retained in the lots for each analyzed Return Period, and the control of water discharged to natural water bodies. To the pre-urbanization scenario, the discharge in outlet calculated was 0,09m³/s, 0,15m³/s and 0,24m³/s to each Return Period analyzed. In urbanized scenarios, the outlet discharges were significantly greater, with values of 3,11m³/s, 3,20m³/s and 3,36m³/s for the maximum CN and slope values. Therefore, the discharge values to be retained by area are 0,30m³/(s.ha), 0,31m³/(s.ha) and 0,32m³/(s.ha). Finally, it was possible to conclude that the urbanization process, represented by the CN parameter, has a great sensitivity in the discharge generated in the watershed outlet, whereas terrain slope was more sensitive to CN equal to 85.Os alagamentos e as inundações são frequentes em muitos municípios brasileiros, devido principalmente ao crescimento desordenado das cidades e à mudança no uso e ocupação do solo. Diante desse contexto, o presente trabalho tem por objetivo avaliar a sensibilidade da declividade do terreno e da urbanização, representada pelo parâmetro Curve Number (CN), na geração do escoamento superficial e propor uma vazão a ser retida por área de lote para diferentes cenários em um loteamento no município de Itajubá/MG. Para isso, foi realizada a modelagem hidrológica da área de drenagem do loteamento, inserida na bacia hidrográfica do Ribeirão José Pereira, a partir do Modelo de Gestão de Drenagem Urbana SWMM (Storm Water Management Model). A princípio, procedeu-se a delimitação e a caracterização da área em relação aos seus aspectos físicos e hidrológicos, para, em seguida, elaborar-se o estudo de chuvas intensas na região. A chuva de projeto foi obtida a partir da desagregação da precipitação em quantis sub-diários e da discretização temporal pelo método de Huff, para se obter a chuva de projeto para Tempos de Retorno de 5, 10 e 25 anos. Em relação à modelagem hidrológica, foi definida a duração de 10 minutos para a chuva de projeto, enquanto a estimativa do escoamento superficial foi realizada pelo método de infiltração CN-SCS e o transporte hidráulico pelo modelo da Onda Cinemática. Inicialmente, foi simulado no SWMM o cenário 0, de pré-urbanização, considerando-se a declividade e os parâmetros do solo originais do terreno. Os demais cenários simulados foram: cenário 1 com CN 80, cenário 2 com CN 85, cenário 3 com CN 90 e cenário 4 com CN 95, para cada sub-bacia urbanizada. Em cada cenário, as declividades médias das sub-bacias urbanizadas foram diminuídas, gradativamente, em 5% a partir da declividade média original. Logo, cada cenário foi subdividido conforme o relevo, categorizados em, predominantemente forte ondulado (20-45%), ondulado (8-20%), suave ondulado (3-8%) e plano (0-3%). A vazão obtida no cenário de pré-urbanização serviu de referência para o cálculo da vazão por área a ser retida pelos lotes nos cenários urbanizados, de modo que a vazão no exutório não exceda a vazão natural. Assim, foi possível traçar ábacos que relacionam o parâmetro CN, a declividade e as vazões a serem retidas para cada tempo de retorno avaliado, os quais servem como ferramenta para balizar o processo de urbanização na área de estudo e o controle das águas dispostas nos cursos d’água naturais. Para o cenário de pré-urbanização foi encontrada uma vazão no exutório de 0,09m³/s, 0,15m³/s e 0,24m³/s para cada Tempo de Retorno avaliado. Nos cenários urbanizados, as vazões no exutório apresentaram crescimento expressivo, sendo 3,11m³/s, 3,20 m³/s e 3,36 m³/s para o máximo valor de CN e de declividade. Assim, as vazões a serem retidas por área foram de 0,30m³/(s.ha), 0,31m³/(s.ha) e 0,32m³/(s.ha). Por fim, foi possível observar que o processo de urbanização, representado pelo parâmetro CN, possui grande sensibilidade na vazão gerada no exutório da bacia hidrográfica, ao passo que a declividade se mostrou mais sensível para o valor de CN igual a 85
Equações de reação-difusão com expoentes variáveis e problema limite semilinear
No full textWe will study nonlinear reaction-diffusion problems involving the p(x)-Laplacian operator. Our
study addresses the issues of existence of solution and global attractors for the equations focusing
primarily on the stability of partial differential equations with respect to initial conditions and
variable exponents. We will examine the continuity of the flow and the upper semicontinuity of
the attractors in the family of global attractors of the reaction-diffusion equations with variable
exponents, when the exponents converge to 2 in the space of essentially bounded functions. In
this scenario, the limiting problem is semilinear, with the p(x)-Laplacian operator converging
to the Laplacian operator.Estudaremos problemas de reação-difusão não lineares envolvendo o operador p(x)-Laplaciano.Nosso estudo envolve as questões de existência de solução de atratores globais para as equações
com foco principal na questão da estabilidade das equações diferenciais parciais com respeito às
condições iniciais e aos expoentes variáveis. Estudaremos a continuidade do fluxo e a semicontinuidade
superior dos atratores da família de atratores globais das equações de reação-difusão
com expoentes variáveis quando os expoentes convergem para 2 no espaço das funções essencialmente
limitadas. Nessa situa¸c˜ao, o problema limite é semilinear, com o operador p(x)-Laplaciano
convergindo para o operador Laplaciano
Otimizacao do processo de reuso do cavaco do aco Vanadis ® 8 pela rota da metalurgia do pó, utilizando a moagem de alta energia
Full text linkTool steels produced by powder metallurgy, such as Vanadis® 8, stand out due to their excellent
mechanical properties, making them suitable for applications in cutting tools, punches, and dies.
However, the chips obtained from machining this material are sold as scrap to companies that use
remelting, an inefficient method due to non-uniform cooling, which promotes the coarse formation of
carbides and compromises the material’s microstructural properties. Therefore, the objective of this
work is to utilize a new optimization algorithm called the multi-objective algorithm of Lichtenberg
to determine the best parameters for the high-energy milling (MAE) and sintering processes, with
the aim of making the reuse of this material economically viable. The response surface methodology,
a statistical technique used to model and optimize processes, was employed to generate metamodels
with the equations. The milling parameters used were 300–400 rpm, a ball-to-weight ratio of
1:15, and a duration of 12–50 hours. To validate the model, microstructural characterization analyses,
such as SEM, XRD, and laser diffraction, were performed. The responses analyzed included particle
size, particle distribution, and mill energy consumption. The metamodel exhibited an overall error of
6.82% when compared to the confirmation experiment. The milling results showed that it is possible
to save up to 26 process hours with the optimization and obtain powders of excellent quality for subsequent
processes, such as compaction and sintering. For the sintering process, the parameters used
were 1200-1300 ◦C and 1-2 hours. The evaluated responses were apparent density, furnace energy
consumption, and microhardness. The equations derived from the metamodels showed satisfactory
fits, with adjusted R² values of 81.17% for apparent density, 91.58% for energy consumption, and
85.94% for microhardness, enabling the identification of optimized sintering temperature and time
variables. The sintering metamodel demonstrated a global error of 7.2% compared to the validation
experiment. Following heat treatment involving quenching and double tempering, the recycled samples
achieved an average hardness of 96.9% compared to the commercial material, demonstrating
good performance despite microstructural differences caused by the recycling process. In the compression
test, the recycled samples attained 66.84% of the commercial material’s elastic modulus.
The novelty of this study lies in the integration of Lichtenberg’s new multiobjective algorithm with
an innovative approach to recycling tool steels manufactured through powder metallurgy, offering
significant added value.Os aços ferramenta fabricados por metalurgia do pó, como o Vanadis ® 8, destacam-se por suas
excelentes propriedades mecânicas, sendo aplicados em ferramentas de corte, punções e matrizes.
Entretanto, os cavacos obtidos pela usinagem desse material são vendidos como sucata para empresas
que utilizam a refusão, um método ineficiente devido ao resfriamento não homogêneo, que
promove a formação grosseira de carbetos e compromete as propriedades de microestrutura do material.
Assim, este trabalho teve como objetivo utilizar um novo algoritmo de otimização chamado de
algoritmo multiobjetivo de Lichtenberg para encontrar os melhores parâmetros dos processos de moagem
de alta energia (MAE) e sinterização, a fim de reaproveitar e viabilizar um produto reciclado.
A metodologia de superfície de resposta, uma técnica estatística utilizada para modelar e otimizar
processos, foi empregada para gerar metamodelos com as equações. Os parâmetros utilizados na moagem
foram 300-400 rpm, uma relação massa-bola de 1:15 e 12-50 horas. Para validar o modelo
foram realizadas análises de caracterização microestrutural como: microscopia eletrônica de varredura
(MEV), difração de raios X (DRX) e difração a laser. As respostas analisadas foram tamanho e
distribuição das partículas e consumo de energia do moinho. O metamodelo apresentou um erro global
de 6,82% em relação à experiência de confirmação. Os resultados para moagem mostraram que é
possível economizar até 26 horas de processo com a otimização e obter pós com excelente qualidade
para processos posteriores como a compactação e sinterização. Na sinterização, foram utilizados parâmetros
de 1200-1300 ◦C e 1-2 horas. As respostas avaliadas foram densidade aparente, consumo de
energia do forno e microdureza. As equações geradas a partir dos metamodelos apresentaram ajustes
satisfatórios com R2(adj) de 81,17% para densidade aparente, 91,58% para consumo de energia e
85,94% para microdureza permitindo a identificação de variáveis de temperatura e tempo de sinterização
otimizadas. O metamodelo para sinterização apresentou um erro global de 7,2% em relação ao
experimento de validação. Após tratamento térmico de têmpera e duplo revenimento, as amostras recicladas
atingiram uma dureza média de 96,9% em comparação ao material comercial, evidenciando
bom desempenho, mesmo com diferenças microestruturais resultantes do processo de reciclagem.
No ensaio de compressão, as amostras recicladas apresentaram 66,84% do módulo de elasticidade
do material comercial. O ineditismo deste trabalho está na integração do novo algoritmo multiobjetivo
de Lichtenberg com uma abordagem inovadora de reciclagem de aços ferramenta fabricados por
metalurgia do pó com alto valor agregado
Preparo de lipossomas contendo ciprofloxacina: potencial atividade antimicrobiana e antibiofilme para tratamento de feridas
Full text linkChronic wounds represent a biological, psychological, social, and economic burden due to the prolonged treatment and need for continuous care, impacting patients' quality of life and healthcare costs. Infections delay healing and promote the formation of bacterial biofilms, which hinder the action of antibiotics. Alternatives like silver salts can be toxic, and with the emergence of resistant strains, nanotechnology-based therapies, such as liposomes, offer greater efficacy and fewer side effects due to their high biocompatibility, non-toxicity, and ability to protect the drug. In summary, this project aims to prepare liposomes encapsulated with ciprofloxacin, characterize them, and analyze their in vitro antimicrobial and anti-biofilm activity with potential application in wound treatment. The reverse-phase evaporation method was used to prepare the liposomes with a lipid ratio of 75:20:5 of dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC), distearoylphosphatidylcholine (DSPC), and distearoylphosphatidylethanolamine-(polyethylene glycol) (DSPE-PEG-2000), respectively. For characterization, tests such as drug encapsulation efficiency, particle size, cytotoxicity, Alamar blue, and fusogenicity were performed. The minimum inhibitory and bactericidal concentration studies were conducted on Gram-positive and Gram-negative bacterial strains, including Staphylococcus aureus, Staphylococcus aureus MRSA - HU25, Escherichia coli, Staphylococcus epidermidis, and Pseudomonas aeruginosa, through the evaluation using Resazurin staining technique and absorbance readings of the plates using a microplate reader. For the anti-biofilm activity study, assays were prepared using the minimum inhibitory concentrations obtained for the bacterial strains, and the techniques used were colony-forming unit counting and scanning and fluorescence microscopy analysis. The prepared liposomes showed an encapsulation efficiency of approximately 29% and an average particle size of 315 nm. The liposomes were found to be non-cytotoxic and fusogenic, while the inhibitory and bactericidal activity results were satisfactory, with efficiency superior to that of the pure drug, and the liposomes’ anti-biofilm activity was observed. These results indicate that the study's objectives were achieved, the liposomes were successfully prepared and characterized, and the inhibitory, bactericidal, and anti-biofilm activity tests were successful. The encapsulated liposomes demonstrated superior activity compared to the isolated drug, highlighting them as a promising alternative for wound treatment.Feridas crônicas representam um fardo biológico, psicológico, social e econômico devido ao longo tratamento e necessidade de cuidados contínuos, impactando a qualidade de vida dos pacientes e os custos para o sistema de saúde. Infecções retardam a cicatrização e favorecem a formação de biofilmes bacterianos, que dificultam a ação de antibióticos. Alternativas como sais de prata podem ser tóxicas, e com o surgimento de cepas resistentes, terapias nanotecnológicas, como os lipossomas, oferecem maior eficácia e menos efeitos adversos devido à alta biocompatibilidade, não toxicidade e capacidade de proteger o fármaco. Em suma, este projeto tem por objetivo preparar lipossomas encapsulados com ciprofloxacina, caracterizá-los e analisar in vitro sua atividade antimicrobiana e antibiofilme com possível aplicação no tratamento de feridas. Para tal foi utilizado o método de evaporação de fase reversa para o preparo dos lipossomas com proporção lipídica de 75:20:5 de dipalmitoilfosfatidilcolina (DPPC), diestearoilfosfatidilcolina (DSPC) e distearoilfosfatidiletanolamina-(polietilenoglicol) (DSPE-PEG-2000) respectivamente. Para caracterização foram realizados testes como taxa de encapsulação do fármaco, tamanho de partícula, citotoxicidade, Alamar blue e fusogenicidade. Os estudos de concentração mínima inibitória e bactericida foram realizados em cepas de bactérias gram-positivas e gram-negativas, Staphylococcus aureus, Staphylococcus aureus MRSA - HU25, Escherichia coli, Staphylococcus epidermidis e Pseudomonas aeruginosa, através da avaliação pela técnica de coloração com Resazurina e pela leitura de absorbância das placas em um fotômetro de microplacas. Para estudo da atividade antibiofilme foram preparados ensaios utilizando-se das concentrações mínimas inibitórias obtidas para as cepas bacterianas, e as técnicas utilizadas foram a de contagem de unidades formadoras de colônia e análise de microscopias de varredura e fluorescência. Os lipossomas preparados apresentaram uma taxa de encapsulação próxima a 29% e tamanho médio de partícula de 315 nm. Os lipossomas mostraram-se não citotóxicos e fusogênicos, enquanto os resultados para a atividade inibitória e bactericida foram satisfatórios, com eficiência superior à do fármaco puro e a atividade antibiofilme dos lipossomas foi observada. Esses resultados indicam que os objetivos do trabalho foram alcançados, os lipossomas foram preparados e caracterizados com sucesso, assim como os testes de atividades inibitória, bactericida e anti-biofilme. Onde os lipossomas encapsulados
demonstraram uma atividade superior ao fármaco isolado, destacando-se como uma alternativa promissora para o tratamento de feridas
Um estudo sobre o histórico das universidades empreendedoras e suas potencialidades no contexto brasileiro
Full text linkThis study focuses on the roles of Brazilian entrepreneurial universities in the science, technology and innovation scenario, considering the emergence of a new business market based on entrepreneurship and geared towards environmental, economic and social sustainability. The general objective is to discuss the perspectives of entrepreneurial universities in the Brazilian context, of a cultural and organizational nature, based on the accounts of actors who have made a significant contribution to the structuring of different entrepreneurial universities in the country. To this end, the study has the following specific objectives: 1) to understand how Brazilian entrepreneurial universities are characterized and to construct historical milestones based on the accounts of the experts selected; 2) to reflect on the roles of entrepreneurial universities in the innovation ecosystem, taking into account social and environmental aspects; and 3) to present the challenges facing universities and future prospects; 4) to produce a documentary on the past-present-future theme of entrepreneurial universities in the Brazilian context, based on the perceptions of experts who have helped in this construction.This is a descriptive and exploratory study, with a qualitative approach, using the oral history research method, which consists of the history of the present time, considering that it implies the perception of the past as something that continues today and whose historical process is not over. The results of this study were: a survey of the historical milestones of the role of the entrepreneurial university in Brazil, from the 1980s to the current decade, as it is a process that is constantly evolving; the identification of the roles of the UEs and their contributions to the ecosystem and society. It was found that, in the ecosystem in which they are inserted, they perform various functions, such as: solving problems and meeting society's demands, through research and practices that impact reality; contributing to the development and improvement of public policies; teaching with a solid scientific and technological base; stimulating new ventures; promoting a culture of entrepreneurship; and supporting the development of the SDG. In addition, it was identified that Brazilian universities face challenges such as the consolidation of the third mission, which is still under development, the need for a more open and interdisciplinary dialogue, and the impact of the commercialization of higher education, especially in private institutions that prioritize profit over knowledge; the proposition of a model for Brazilian entrepreneurial universities; and finally, a documentary was produced, with approximately 40 minutes on the theme 'past-present-future of entrepreneurial universities in the Brazilian context', with the aim of spreading the entrepreneurial culture across society, based on the university's performance. This study concludes that there have been many changes over the last few years. However, universities are moving faster and will still have to accelerate further to deliver solutions to society from studies and research aimed at making the world more sustainable in economic terms and, above all, in terms of practices to mitigate environmental impacts and social well-being.O presente estudo concentra-se nos papéis das universidades empreendedoras brasileiras no cenário da ciência, tecnologia e inovação, considerando o surgimento de um novo mercado de negócios fundamentado no empreendedorismo e direcionado para a sustentabilidade ambiental, econômica e social. O objetivo geral é discutir as perspectivas de universidades empreendedoras no contexto brasileiro, de cunho cultural e organizacional, a partir de relatos de atores que tiveram contribuição significativa para estruturação de diferentes universidades empreendedoras no país. Para tanto, o estudo aponta como objetivos específicos: 1) compreender como se caracterizam as universidades empreendedoras brasileiras e construir os marcos históricos a partir de relatos vivenciados pelos especialistas selecionados; 2) refletir sobre os papéis das universidades empreendedoras para o ecossistema de inovação, considerando os aspectos sociais e ambientais; e 3) apresentar os desafios das universidades e perspectivas futuras; 4) produzir um documentário sobre a temática passado-presente-futuro das universidades empreendedoras no contexto brasileiro, a partir da percepção de especialistas que ajudaram nessa construção. Trata-se de uma pesquisa descritiva e exploratória, com abordagem qualitativa, por meio do método de pesquisa de história oral, que consiste na história do tempo presente, considerando que implica a percepção do passado como algo que tem continuidade na atualidade e cujo processo histórico não está acabado. Este estudo trouxe como resultados: um levantamento dos marcos históricos do papel da universidade empreendedora no Brasil, desde a década de 1980 até a década atual, por se tratar de um processo que está em constante evolução; a identificação dos papéis das UEs e suas contribuições para o ecossistema e sociedade. Foi constatado que, no ecossistema em que estão inseridas, elas desempenham diversas funções, tais como: solucionar problemas e atender demandas da sociedade, por meio de pesquisas e práticas que impactam a realidade; contribuir para a elaboração e o aprimoramento de políticas públicas; ensinar com base científica e tecnológica sólida; estimular novos empreendimentos; promover a cultura do empreendedorismo; e apoiar o desenvolvimento dos ODS. Além disso, foi identificado que as universidades brasileiras enfrentam desafios como a consolidação da terceira missão, ainda em desenvolvimento, a necessidade de um diálogo mais aberto e interdisciplinar, e o impacto da mercantilização do ensino superior, especialmente em instituições privadas que priorizam o lucro sobre o conhecimento; a proposição de um modelo para as universidades empreendedoras brasileiras; e por fim, foi produzido um documentário, com aproximadamente 40 minutos sobre a temática ‘passado-presente-futuro das universidades empreendedoras no contexto brasileiro’, visando disseminar a cultura empreendedora de forma transversal na sociedade, a partir da atuação da universidade. Este estudo conclui que houve muitas mudanças ao longo dos últimos anos. No entanto, as universidades caminham mais rápido e ainda terão que acelerar mais para entregar à sociedade soluções advindas de estudos e pesquisas que visam tornar um mundo mais sustentável nos aspectos econômicos e, principalmente, quanto às práticas de mitigação dos impactos ambientais e para o bem-estar social
Gestão industrial de recursos hídricos: um mapeamento sustentável com base no pensamento enxuto
Full text linkClimate change has affected the availability and renewal of natural resources, and in this context, water becomes a limiting factor for sustainable development. Managing water resources in an integrated manner is essential, and industries, being major consumers of water, hold a strategic position by adopting a cleaner manufacturing model. Consequently, combining lean and green techniques proves to be an effective solution to meet sustainability parameters. A state-of-the-art review revealed that the combined use of lean techniques with green production can be synergistic in many aspects, despite having different philosophical goals. In this regard, the use of lean tools can be beneficial, especially those that map the production system. This study employed Value Stream Mapping to identify the water flow in a food industry, adapting the parameters used in the supply chain to water parameters. The results indicated that Value Stream Mapping could be adapted to identify and mitigate the impacts associated with water use in food industry processes. The future state mapping has the potential to yield positive impacts on sustainability by promoting more efficient resource use and improving the company’s operational structure. This enables the implementation of the three pillars of sustainability: economic, social, and environmental. This approach aims not only to enhance the efficiency of water resource use but also to strengthen the commitment to sustainable and responsible practices, contributing to a more conscious and sustainability-aligned operational model.As mudanças climáticas têm afetado a disponibilidade e a renovação de recursos naturais e, nesse contexto, a água se torna um fator limitante para o desenvolvimento sustentável. Gerenciar os recursos hídricos de forma integrada é essencial, e as indústrias, que são grandes consumidoras de água, ocupam um lugar estratégico ao adotar um modelo de fabricação mais limpo. Com efeito, combinar técnicas enxutas e verdes se mostra uma solução eficaz para atender aos parâmetros sustentáveis. Uma revisão do estado da arte mostrou que o emprego conjunto de técnicas enxutas com a produção verde pode ser sinérgico em muitos aspectos, mesmo com objetivos filosóficos diferentes. Para tanto, o uso de ferramentas enxutas pode ser benéfico e, em especial, as ferramentas que mapeiam o sistema produtivo. Nesse sentido, este trabalho utilizou o Mapeamento do Fluxo de Valor para identificar o fluxo de água em uma indústria de alimentos, adaptando os parâmetros usados na cadeia de suprimentos para parâmetros hídricos. Os resultados indicaram que o Mapeamento do Fluxo de Valor poderia ser adaptado para identificar e mitigar os impactos associados ao uso da água nos processos da indústria alimentícia. O mapeamento do estado futuro tem o potencial de gerar reflexos positivos na sustentabilidade, promovendo o uso mais eficiente dos recursos e aprimorando a estrutura operacional da empresa. Isso possibilita a implementação dos três pilares da sustentabilidade: econômico, social e ambiental. Este enfoque visa não apenas aprimorar a eficiência no uso dos recursos hídricos, mas também fortalecer o compromisso com práticas sustentáveis e responsáveis, contribuindo para um modelo de operação mais consciente e alinhado com os princípios de sustentabilidade
Aplicação da rede neural mapas auto-organizáveis e algoritmo genético NSGA - II à setorização de rede de distribuição de água
Full text linkWater is an essential resource for life, yet a significant portion is wasted in urban distribution networks. In Brazil, water losses reach approximately 40%, with 60% of these attributed to physical losses, such as leaks. Controlling these losses is crucial and represents a complex challenge that demands innovative solutions and advanced tools. Nevertheless, many strategies are still developed heuristically. In this context, this study proposes a method for the sectorization of water distribution networks, applied to the benchmark Balerma network. The method is structured in two phases: clustering, using self-organizing maps (SOM), and optimization, leveraging the NSGA – II genetic algorithm. In the clustering phase, the SOM identified the sectors or District Metering Areas (DMAs), achieving quantization and topographic errors of 0.0819 and 0.0700, respectively, which indicate a well-trained neural network. In the optimization phase, the placement of isolation valves and flow measurement devices led to a 4.55% reduction in the original average pressure and a 1.21% decrease in the estimated network losses. Additional simulations, considering a minimum service pressure of 10 meters, achieved a 21.60% reduction in the network's average pressure and an estimated 46.47% reduction in water losses (6.02 percentage points less than the original average losses). The proposed approach proved to be promising, combining robust computational techniques with low computational effort and offering a feasible solution for loss control in water distribution systems. Despite being applied to a naturally challenging network model, due to its topography and service characteristics, the method demonstrated significant potential for improving network performance.A água é um recurso essencial à vida, mas grande parte dela é desperdiçada nas redes de distribuição urbana. No Brasil, as perdas atingem cerca de 40%, sendo 60% deste valor atribuídos a vazamentos. O controle dessas perdas é crucial e representa um desafio complexo, que exige soluções inovadoras e ferramentas avançadas. Ainda assim, muito é desenvolvido de maneira heurística. Neste contexto, este trabalho propõe um método para a setorização de redes de distribuição de água, que foi aplicado à rede benchmark Balerma. O método foi estruturado em duas fases: agrupamento, com o uso de mapas auto-organizáveis (SOM), e otimização, utilizando o algoritmo genético NSGA – II. Na fase de agrupamento, o SOM identificou os setores ou Distritos de Medição e Controle (DMCs), apresentando erros de quantização e topográfico de 0,0819 e 0,0700, respectivamente, evidenciando um bom ajuste da rede neural. Na fase de otimização, a locação de válvulas de isolamento e dispositivos de medição resultou em uma redução de 4,55% na pressão média original e em 1,21% na estimativa de perdas da rede original. Simulações adicionais a uma pressão mínima de serviço de 10 mca, atingiram redução de 21,60% da pressão média da rede e na estimativa de 46,47% de perdas (menos 6,02 p.p. em relação às perdas médias originais). A abordagem proposta se demonstrou promissora, combinando técnicas computacionais robustas com baixo esforço computacional e oferecendo uma solução viável para o controle de perdas em sistemas de distribuição de água, mesmo tendo sido aplicada a um modelo de rede naturalmente desafiador devido a sua topografia e às suas características de serviço
Sistema de controle para prótese ativa de joelho utilizando Deep Learning embarcado
Full text linkThis work addresses the development of optimized Convolutional Neural Network (CNN)
models for knee angle prediction in embedded systems, targeting applications in lower
limb prosthetics. By leveraging low-cost Inertial Measurement Units (IMUs) and multiobjective
optimization techniques, specialized models were developed for different gait
types (short, natural, and long strides), associated with a classifier capable of real-time
gait pattern identification. The results demonstrate that specialized models significantly
outperform a combined model, achieving a root mean square error (RMSE) of 2.050◦,
an improvement of over 48% compared to the latter. Furthermore, implementation on
a Kendryte K210 microcontroller validated the feasibility of deployment on accessible
hardware while maintaining the computational efficiency required for real-time applications.
This study contributes to the advancement of assistive technologies, indicating that efficient
deep learning models can be effectively implemented on embedded systems, improving
the quality of life for individuals with lower limb amputations. This approach further
increases the affordability of advanced prosthetic solutions, making them more accessible
to individuals in economically disadvantaged regions.Este trabalho aborda o desenvolvimento de modelos de Redes Neurais Convolucionais
(CNNs) otimizados para a predição do ângulo do joelho em sistemas embarcados, visando
aplicações em próteses de membros inferiores. Utilizando Unidades de Medida Inercial
(IMUs) de baixo custo e técnicas de otimização multiobjetivo, foram desenvolvidos modelos
especializados para diferentes tipos de marcha (curta, natural e longa), associados a um
classificador capaz de identificar o padrão de marcha em tempo real. Os resultados demonstram
que os modelos especializados superam significativamente um modelo combinado,
alcançando um erro médio quadrático (RMSE) de 2, 050◦, uma melhoria de mais de 48%
com relação a este último. Além disso, a implementação em um microcontrolador Kendryte
K210 validou a viabilidade de implantação em hardware acessível, mantendo a eficiência
computacional necessária para aplicações em tempo real. Este estudo contribui para o
avanço das tecnologias assistivas, indicando que modelos eficientes de aprendizado profundo
podem ser efetivamente implementados em sistemas embarcados, melhorando a qualidade
de vida de indivíduos com amputações de membros inferiores. Essa abordagem aumenta
ainda a acessibilidade financeira de soluções protéticas avançadas, tornando-as mais viáveis
para indivíduos em regiões economicamente desfavorecidas
Extração e análise de características vibratórias para o diagnóstico de qualidade na soldagem CDFW
No full textCurrently, several welding techniques join metallic materials, with solid-state welding, such as Rotary Friction Welding (RFW), standing out. This method generates heat and plastic deformation through the rotation of parts under compression, creating a bond at temperatures below the melting point, resulting in reduced distortions and residual stresses. Among the RFW variants, Inertia Friction Welding (IFW) and Continuous Drive Friction Welding (CDFW) stand out, differing in the method of generating frictional energy. Although CDFW is a proven process, it presents challenges such as uneven heating and low material diffusion in the heat-affected zone (HAZ), affecting roughness and the coefficient of friction. Traditional RFW quality control methods use destructive testing, which does not allow for real-time testing. As an alternative, monitoring vibration signals during the process provides information about the thermal, metallurgical, and deformation phenomena occurring. Although studies have already explored the use of vibration signals for quality diagnostics, there is still no specific approach applied to quality control in CDFW. This work aims to fill this gap by using vibration signals to monitor the quality of CDFW in cylindrical A36 carbon steel parts. For this, the Design of Experiments (DOE) was adopted, with experiments based on a factorial matrix. The vibration signals, acquired by an accelerometer, were normalized and filtered, and later analyzed using the Fast Fourier Transform (FFT) and Short-Time Fourier Transform (STFT). These techniques allowed the identification of the time-frequency-energy characteristics of the signals. In addition, a method of segmentation and decomposition of raw signals was proposed using Empirical Mode Decomposition (EMD), with statistical analysis of the resulting intrinsic mode functions (IMFs). A two-factor Analysis of Variance (ANOVA) correlated the signal data with process quality parameters, such as flash symmetry, axial shortening, thermomechanically affected zone (TMAZ) width, and the average grain diameter of the TMAZ. The results confirmed that changes in process parameters significantly affect vibration signals, allowing their use to characterize weld quality. This innovative approach not only enables rapid quality verification but also contributes to automation and advanced monitoring in Industry 4.0.Atualmente, diversas técnicas de soldagem unem materiais metálicos, destacando-se as de estado sólido, como a soldagem por fricção rotativa (Rotary Friction Welding - RFW). Esse método gera calor e deformação plástica pela rotação de peças sob compressão, criando uma ligação em temperaturas inferiores ao ponto de fusão, resultando em menores distorções e tensões residuais. Entre as variantes do RFW, destacam-se o Inertia Friction Welding (IFW) e o Continuous Drive Friction Welding (CDFW), que se diferenciam pelo modo de geração de energia. Embora o CDFW seja um processo comprovado, apresenta desafios como aquecimento desigual e baixa difusão de materiais na zona afetada pelo calor (HAZ), impactando a rugosidade e o coeficiente de atrito. Os métodos tradicionais de controle de qualidade do RFW utilizam ensaios destrutivos, que não permitem testes em tempo real. Como alternativa, o monitoramento dos sinais de vibração durante o processo oferece informações sobre as deformações e fenômenos térmicos e metalúrgicos ocorridos. Apesar de estudos já terem explorado o uso de sinais de vibração para diagnóstico de qualidade, ainda não há uma abordagem específica aplicada ao controle de qualidade no CDFW. Este trabalho visa preencher essa lacuna ao utilizar sinais de vibração para monitorar a qualidade do CDFW em peças cilíndricas de aço carbono A36. Para isso, foi adotado o Design of Experiments (DOE), com experimentos baseados em uma matriz fatorial. Os sinais de vibração, adquiridos por um acelerômetro, foram normalizados e filtrados, e posteriormente analisados por meio da transformada rápida de Fourier (FFT) e da transformada de Fourier de curto prazo (STFT). Essas técnicas permitiram identificar as características tempo-frequência-energia dos sinais. Além disso, foi proposto um método de segmentação e decomposição dos sinais brutos utilizando a decomposição do modo empírico (EMD), com análise estatística das funções de modo intrínseco (IMFs) resultantes. A Análise de Variância (ANOVA) de dois fatores correlacionou os dados dos sinais com parâmetros de qualidade do processo, como simetria do flash, encurtamento axial, largura da zona termomecanicamente afetada (TMAZ) e o diâmetro médio dos grãos da TMAZ. Os resultados confirmaram que as mudanças nos parâmetros processo afetam significativamente os sinais de vibração, permitindo sua utilização para caracterizar a qualidade da solda. Essa abordagem inovadora não apenas possibilita uma verificação rápida da qualidade, mas também contribui para a automação e monitoramento avançado da Indústria 4.0
Desenvolvimento e tecnologias: perspectiva tecnológica das teses de doutorado do programa de pós-graduação em engenharia elétrica (UNIFEI)
Full text linkThe dissertation describes and analyzes the social context, the socio-technical and
educacional adequacy of the academic productions of the doctoral course of the
Graduate Program in Electrical Engineering (PPG-EEL) during the period of the
"Federal School of Engineering of Itajubá". Based on the theses defended between
1998 and 2002, the aim is to understand in which quadrants of the technological
perspective approached by Andrew Feenberg the theses of PPG-EEL fall, using the
technological environment of the Brazilian electrical engineering area for this
research. The aim is to identify the technological perspective from which these
academic productions are presented in relation to the construction of scientific
knowledge and the transformation of society. To carry out the work, a descriptiveexploratory
study was carried out, based on the analysis of physical documentary
and textual sources, which enabled a description and classification of the doctoral
theses of the PPG-EEL through the critical theory of technology. Terminologies,
educational approaches and the field of science and technology ideas developed in
the period studied were analyzed.A dissertação descreve e analisa o contexto social, a adequação sócio técnica e
educacional das produções acadêmicas do curso de doutorado do Programa de
Pós-Graduação em Engenharia Elétrica (PPG-EEL) durante o período da "Escola
Federal de Engenharia de Itajubá". A partir dos trabalhos de teses defendidos entre
os anos de 1998 e 2002, busca-se compreender em quais quadrantes da
perspectiva tecnológica abordada por Andrew Feenberg as teses do PPG-EEL da
UNIFEI se enquadram, utilizando para tal pesquisa o ambiente tecnológico da área
de engenharia elétrica brasileira. Tem como objetivo identificar em qual perspectiva
tecnológica essas produções acadêmicas se apresentam com relação à construção
de conhecimento científico e transformação da sociedade. Para o desenvolvimento
do trabalho uma pesquisa descritivo-exploratória foi realizada, baseada na análise
de fontes físicas documentais e textuais, que possibilitaram uma descrição e
classificação das teses de doutorado do PPG-EEL através da teoria crítica da
tecnologia. Analisaram-se as terminologias, as abordagens educacionais e o campo
das ideias de ciência e tecnologia desenvolvidas no período estudado