IMEF - Pós-Graduação em Modelagem Computacional
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- ItemQualidade do ensino de graduação avaliada a partir da satisfação do discente(2014) Avila, Sarah Heidtmann; Mattos, Viviane Leite Dias deO presente trabalho apresenta um modelo para avaliar a satisfação do discente para com os serviços educacionais prestados pela instituição de ensino superior na qual estuda. Para a criação deste modelo foi desenvolvido um instrumento que aproxima a área educacional aos modelos de mensuração da qualidade de empresas de prestação de serviço. Visto a grande complexidade das temáticas envolvidas, foi feita uma profunda pesquisa bibliográfica para buscar conhecimento científico com relação ao constructo satisfação e sua mensuração. Destacam-se os modelos SERVQUAL e SERVPERF por seu pioneirismo na área de prestação de serviço e pela relevância dada à qualidade percebida. A versão preliminar do instrumento foi criada com base na escala SERVPERF, nos questionários utilizados pelo INEP para avaliação de cursos in loco e em modelos propostos por Ferreria (2005) e Jonhston (1995). Esta versão passou pelo processo de validação de conteúdo envolvendo docentes e discentes, sendo posteriormente aplicado a um grupo de 107 estudantes com o objetivo de realizar a validação de constructo. Por meio da Análise Fatorial, que empregou os métodos dos componentes principais e dos eixos principais com rotação oblíqua para identificação e extração de fatores, foi possível identificar quatro dimensões que conseguem explicar 67% da variância, o que é considerado bastante satisfatório. Finalizando, o modelo desenvolvido foi aplicado em uma amostra de 45 alunos dos diferentes anos de integralização do curso de graduação em Psicologia. A análise estatística destes dados que envolveu Análise de Variância e Análise de Regressão possibilitou modelar o comportamento deste constructo ao longo do curso, sendo encontrado um modelo de qualidade razoável. Os achados, entretanto, apontaram para o fato do adiantamento no estudante no curso não interferir de forma significativa na satisfação do discente.
- ItemOtimização geométrica de cavidades resfriadoras através da aplicação da teoria construtal e inteligência computacional(2020) Gonzales, Gill Velleda; Santos, Elizaldo Domingues dos; Neto, Antônio José da SilvaEste estudo aborda a aplicação da Inteligência Computacional associada ao Design Construtal para a otimização geométrica em problemas de transferência de calor. É proposta a aplicação dos algoritmos de Recozimento Simulado e Evolução Diferencial para a otimização geométrica de cavidades resfriadoras inseridas em um meio com geração de calor constante. Os indicadores de performance, restrições e o espaço de busca das configurações geométricas a serem avaliadas no processo de otimização são definidos através do método Design Construtal. O principal objetivo do problema de interesse é a minimização da temperatura máxima adimensional através da otimização geométrica. Para geometrias simples, com poucos graus de liberdade, o método de Busca Exaustiva é empregado no processo de otimização. Porém, geometrias complexas requerem um maior esforço computacional. As cavidades investigadas neste estudo possuem até sete graus de liberdade, o que inviabiliza o emprego do método de Busca Exaustiva para uma avaliação completa da geometria. Nesses casos, são aplicadas meta-heurísticas para a otimização geométrica. Portanto, este trabalho investigou a utilização de diferentes métodos de Inteligência Computacional, bem como buscou seus melhores parâmetros quando aplicados a problemas de otimização geométrica de cavidades resfriadoras. Os resultados mostram que o método de Evolução Diferencial com uma correta configuração de parâmetros pode tornar a busca por geometrias ótimas mais eficiente, com resultados mais confiáveis e requerendo um menor esforço computacional. Outrossim, este trabalho avaliou se os métodos de otimização empregados conduziram à reprodução adequada do efeito das razões geométricas (graus de liberdade) sobre o desempenho térmico do sistema. De acordo com os resultados da avaliação geométrica da cavidade Duplo-T, considerando as meta-heurísticas avaliadas, o algoritmo de Evolução Diferencial foi o método que apresentou o melhor desempenho na correta reprodução do efeito dos graus de liberdade sobre a performance térmica do domínio. O método de Evolução Diferencial foi aplicado na avaliação geométrica de uma nova cavidade, proposta nesse trabalho, com a forma de Duplo-Y. Os resultados obtidos na avaliação geométrica da cavidade Duplo-Y apontam paro o bom desempenho da meta-heurística empregada, assim como, o conjunto de parâmetros utilizados, de forma a contribuir significativamente com a recomendação da metodologia para a investigação de geometrias complexas na pesquisa de cavidades resfriadoras.
- ItemModelo de reconstrução de imagens afetadas por variação na exposição baseado em redes neurais convolucionais(2021) Steffens, Cristiano Rafael; Botelho, Silvia Silva da Costa; Drews Junior, Paulo Lilles JorgeO trabalho apresenta um modelo de rede neural artificial para restauração de imagens danificadas por exposição inadequada, contemplando condições de sub-exposição e sobre-exposição. O problema abordado tem relevância em aplicações de visão computacional que envolvem obtenção de imagens em cenas onde a limitação do sensor ou arranjo óptico impedem que os detalhes da cena sejam adequadamente representados na imagem capturada. Em função da variabilidade de equipamentos e técnicas de fotografia disponíveis, da quantidade de circunstâncias não controladas que impactam o processo de aquisição de imagens opta-se pela modelagem baseada em redes neurais profundas. Nesta abordagem uma arquitetura de rede combinado com um procedimento de ajuste é capaz de convergir em um modelo a partir de dados pareados compostos por uma imagem com exposição inapropriada para a cena e uma imagem com a exposição adequada. A proposição desta modelagem leva em consideração os avanços recentes propiciados por redes convolucionais em problemas como segmentação semântica, transformação imagem- imagem e classificação de objetos em imagens, resultando em um modelo compacto e que pode ser incorporado como uma etapa de pré-processamento em aplicações de visão computacional. Com relação aos procedimentos técnicos, pode-se caracterizar a metodologia científica da pesquisa proposta em bibliográfica, descritiva e experimental. No que tange a avaliação dos resultados da pesquisa utilizam-se medidas de qualidade de imagem para avaliar a qualidade dos resultados produzido e métricas objetivas para avaliar o impacto desta em aplicações de visão computacional. Utiliza-se também a análise qualitativa para discutir os aspectos conceituais e explicitar o funcionamento do modelo, evidenciando o impacto das escolhas técnicas realizadas. Os resultados obtidos, tanto em termos de aprimoramento visual quanto na aplicação do modelo em problemas típicos da computação visual indicam que o modelo de rede neural convolucional proposto é capaz de melhorar imagens danificadas pela heterogeneidade de exposição, oferecendo ganho sobre métodos estado-da-técnica, tanto em conjuntos de dados simulados quanto em dados reais.
- ItemAnálise numérica de Trocadores de Calor Solo-Ar em forma de “Y” através do método Design Construtal e de um novo Indicador de Desempenho Energético (IDE) empregando modelo computacional aprimorado(2019) Rodrigues, Michel Kepes; Isoldi, Liércio André; Santos, Elizaldo Domingues dosO Trocador de Calor Solo-Ar (TCSA) é um dispositivo constituído por dutos enterrados no solo através dos quais o ar é forçado a escoar. O ar que entra no duto pode trocar calor com o solo e sai do duto com uma temperatura mais amena em relação a sua temperatura de entrada. Em períodos quentes, o ar sofre resfriamento e, em períodos frios, o mesmo sofre aquecimento. O ar, então, troca calor com o solo, que por sua vez armazena energia térmica na sua camada superficial, sendo que esta energia é originária da radiação solar incidente na superfície terrestre, que é uma energia renovável. A principal finalidade do TCSA é proporcionar uma melhoria na condição térmica no interior de edificações, visando à redução no consumo de energia elétrica de equipamentos de condicionamento de ar tradicionalmente utilizados. A presente pesquisa sustenta-se sobre três pilares: o aprimoramento do modelo computacional de TCSA; a análise de desempenho do TCSA e o estudo de caso realizado. O objetivo geral desta pesquisa é melhorar o desempenho de TCSA em forma de "Y", por meio de um modelo computacional aprimorado, considerando um novo parâmetro de desempenho específico para este tipo de dispositivo, em um estudo de caso realizado no município de Rio Grande. Os principais destaques e contribuições desta pesquisa são: o desenvolvimento do Modelo Computacional Compacto (MOC) de TCSA; a criação do Indicador de Desempenho Energético (IDE) e o estudo de caso inédito do TCSA em forma de "Y", aplicado no município de Rio Grande. A simulação numérica, a técnica de caracterização do tipo de solo, o método de obtenção do perfil de temperaturas do solo e do ar, a técnica da Busca Exaustiva e o método Design Construtal são as principais ferramentas metodológicas empregadas neste estudo. Para aplicação do método Design Construtal, dois graus de liberdade são considerados no sistema para que o mesmo possa evoluir: a razão (L2/L1) e o ângulo Â, sendo que L2 é o ramo secundário, L1 é o ramo primário (da configuração em "Y") e  é o ângulo formado entre o ramo secundário e a direção horizontal. Enquanto a razão (L2/L1) assume os valores: 0,05; 0,10; 0,25; 5,50 e 11,50, os ângulos  admitidos são: 0o, 15o, 30o, 45o, 60o e 75o. Diversas instalações de TCSA são propostas e investigadas. Os resultados mostraram que: (a) é possível estabelecer um novo modelo computacional, validado e verificado, mais acurado, mais rápido e com capacidade de aplicabilidade em diversas regiões do planeta. Esse modelo é capaz de levar em consideração as características do tipo de solo local e dados reais ou realísticos de temperaturas do solo e do ar de uma determinada região. Nesta pesquisa, é adotado um procedimento desenvolvido para solução das equações de conservação, denominada de metodologia numérica de solução desacoplada dos fenômenos fluidodinâmicos e térmicos – DFT. Um novo critério de geração de malha com base em elementos hexaédricos para análise fluidodinâmica é definido; (b) o TCSA formado por L2/L1 = 0,05 e  = 30o é considerado o dispositivo ótimo, dentre os casos analisados, isto é, aquele que conduz a maximização do IDE do TCSA. Consequentemente, esse dispositivo conduz ao melhor desempenho energético do TCSA e (c) o TCSA aplicado em uma determinada localidade do município de Rio Grande, na profundidade recomenda de 1,00 m, pode render na economia de energia elétrica mensal de até 120 kWh (aquecimento), em períodos de frio, e de 75 kWh (resfriamento), em períodos de calor.
- ItemAgente de interface persuasivo baseado em classificadores bayesianos e teoria da escolha social para o problema de cold-start em sistemas de recomendação(2021) Guimaraes, Marcus Vinicius Freire; Emmendorfer, Leonardo Ramos; Adamatti, Diana FranciscaEsta tese visa apresentar uma abordagem para solucionar o problema de Cold-Start em sistemas de recomendação de conteúdo. Este problema caracteriza-se por tentar responder o seguinte questionamento: como e o que recomendar para usuários novos em uma plataforma digital? Para isso, diversas abordagens já foram propostas na literatura, contudo, ainda sem um consenso para solucionar o problema. Entretanto, para que um sistema de recomendação seja desenvolvido, são necessários dados. Porém, estas informações não são facilmente acessíveis ou disponibilizadas por empresas. As principais tecnologias de recomendação de conteúdo são proprietárias e não encontradas em domínio público. Para contornar este cenário, esta tese apresenta uma contribuição onde um algoritmo, baseado em interações de agentes autônomos, é capaz de simular um conjunto de dados com propósito de atuação em situações de comércio eletrônico. Consequentemente, após a validação das informações geradas, um novo passo para contribuir com o estado da arte na área de sistemas persuasivos e de recomendação foi a elaboração de um agente de interface baseado em classificadores Bayesianos e Teoria da Escolha Social para processar, refinar e recomendar conteúdos personalizados. Tais processos atuarão como filtragem dos dados em duas etapas. A primeira com o uso de classificadores Bayesianos, visa a refinamento das informações em tempo real do coletivo próximo às características do usuário. Em um segundo momento, ocorre o ranqueamento de preferências individuais em busca de uma regra coletiva. Este segundo filtro será obtido com o uso da Teoria da Escolha Social através do método de contagem de Borda. Os resultados encontrados demonstram que o algoritmo gerador de dados assemelha-se a alguns bancos de dados disponibilizados para fins de pesquisa assim como o agente de interface é capaz de recomendar conteúdos personalizados de acordo com as características do usuário que estiver acessando a plataforma naquele exato momento.
- ItemModelagem do ritmo circadiano com derivadas de ordem fracionária: modelo de fase e modelo PIM(2021) Glaeser, Stefania da Silveira; Cezaro, Adriano de; Cezaro, Fabiana Travessini deNesta tese estudamos a existência de soluções analíticas sincronizadas para o modelo de osciladores acoplados em fase, proposto por Strogatz [50], para os ritmos biológicos de sono-vigília e temperatura corporal, com generalizações em duas direções. Na primeira, introduzimos as derivadas de ordem fracionaria para verificarmos a influência da memória é denominamos de Modelo de Fase Fracionário. Na segunda direção, incorporamos mais um oscilador, que representa a dor, na dinâmica do problema e denominamos este Modelo de PIM (pain influenced model). Para ambos os modelos, a boa-colocação do problema de valor inicial associado e demonstrada. Além disso, obtivemos as soluções analíticas sincronizadas, dos dois modelos propostos, sempre que a dinâmica fracionária adotada seja a mesma para todos os osciladores. No caso de dinâmicas com ordens fracionárias distintas, mostramos a existência de limitantes superiores e inferiores, para quaisquer que sejam as soluções sincronizadas dos modelos estudados, em termos das forças de acoplamento e das frequências intrínsecas do modelo. Estes resultados, em particular, implicam na derivação de relações explícitas, para as soluções sincronizadas do modelo, em termos das forças de acoplamento e das diferenças de fase dos osciladores estudados (conhecidas como restrições de Winfree). Esta caracterização permite uma simples escolha dos parâmetros para as simulações numéricas apresentadas, as quais descrevem os resultados teóricos obtidos. Tanto os resultados teóricos quanto os numéricos apresentados nesta tese são motivados pela análise de dados reais de pacientes submetidos a procedimentos cirúrgicos, disponibilizados por um grupo de pesquisa da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Ambos resultados colaboram para a conjectura de que a existência de memoria reforça a sincronização do ritmo circadiano. A sincronização, por sua vez, implica em menor perturbação de influências externas (como a dor) na ritmicidade.
- ItemSimulação numérica e design construtal aplicados à flambagem biaxial elasto-plástica de placas perfuradas(2021) Silveira, Thiago da; Isoldi, Liércio André; Santos, Elizaldo Domingues dosA engenharia estrutural está em constante evolução e a cada dia surgem novas necessidades para serem supridas. A placa fina é um dos elementos mais utilizados para a concepção de estruturas, seja ela diretamente ligada à resistência estrutural ou apenas como complemento da estrutura. Estes elementos podem ser visualizados em projetos navais, aeroespaciais, de plataformas offshore, do setor automotivo e da construção civil. As placas podem estar submetidas a carregamentos compressivos no seu plano, o que as torna propícias a incorrer em flambagem, um fenômeno de instabilidade estrutural que provoca deslocamentos para fora do plano da placa. Sabese que a flambagem elástica não determina a falha de um elemento de placa, uma vez que é possível incrementar o carregamento externo além da carga crítica até que seja atingida a tensão última da flambagem elasto-plástica. Por vezes placas finas precisam apresentar perfurações com o objetivo de alívio de peso, montagem, dentre outros. Portanto, é importante que se tenha o conhecimento de como estas estruturas são afetadas pela presença de furos. Este trabalho analisa a flambagem elastoplástica de placas finas, quadradas e retangulares, com furos elípticos centrados, sob solicitação compressiva e biaxial. Para variar as geometrias do furo foi utilizada a razão entre os volumes do furo e da placa, chamada de fração volumétrica. Ainda, a aplicação do furo foi feita com diferentes ângulos de inclinação em relação à horizontal. Neste trabalho o Design Construtal, método já bastante explorado na área de transferência de calor e massa, teve provada a sua eficácia quanto à aplicação em problemas de engenharia estrutural. Associado ao Método dos Elementos Finitos e à técnica da Busca Exaustiva, obteve-se as geometrias ótimas que conduzem aos melhores comportamentos mecânicos das placas. Três razões de aspecto da placa foram analisadas: b/a = 1; 0,5 e 0,25, onde a e b são o comprimento e a largura da placa, respectivamente. A placa retangular sem perfuração com b/a = 0,25 é superior às demais pois a placa quadrada apresentou uma deflexão 229,4% maior, para a mesma tensão última. Quanto às placas perfuradas, notou-se que para as placas quadradas o ângulo de inclinação do furo não afeta os resultados das geometrias otimizadas, pois todos os ótimos foram obtidos para o furo circular. Para as placas retangulares, b/a = 0,5; conforme o furo aumenta, a geometria ótima assume um formato alongado no eixo X, enquanto que para b/a = 0,25 as geometrias ótimas são mais alongadas na direção Y. A perfuração causa a redução da resistência mecânica da placa, tornando-se mais significativa conforme o furo aumenta, enquanto a variação geométrica do furo pode aumentar em até 175,2% o comportamento mecânico da placa.
- ItemDesenvolvimento de modelagem computacional e avaliação geométrica de chicanas em um tanque misturador aplicando o método design construtal(2021) Soares, Laísa Luiz; Galarca, Marcelo Moraes; Santos, Elizaldo Domingues dosO presente trabalho apresenta um estudo da influência geométrica de chicanas sobre o escoamento em um tanque misturador. Para isso, um dos objetivos desta pesquisa é desenvolver um modelo computacional para simular a rotação do impelidor sem a necessidade de utilizar um modelo de malha móvel, o que causaria maior esforço e tempo computacional. Assim, foi implementado um código numérico que utiliza uma fonte de quantidade de movimento para simular a rotação do impelidor no interior do tanque, sem a necessidade de representação das fronteiras físicas do mesmo. O código é executado por meio de uma ferramenta existente no ANSYS/FLUENT® v.14.5, chamada UDF- User Defined Function. Este modelo foi comparado com o modelo de malha móvel, e ambos foram verificados e validados a partir de dados encontrados na literatura. O segundo objetivo do trabalho é o de avaliação geométrica das chicanas aplicando o método Design Construtal, baseado na lei Construtal. Com a aplicação deste método, espera-se melhorar o balanceamento de todas as resistências do escoamento no sistema, variando a quantidade e a dimensão das chicanas, a fim de encontrar configurações geométricas que indiquem uma maior eficiência da mistura. Os graus de liberdade do problema são as quantidades de chicanas (Na) e a razão L/B (largura/comprimento das chicanas). Os indicadores de performance são considerados a partir da minimização do tempo de homogeneização e do desvio padrão da mistura. As equações de conservação de massa, quantidade de movimento e uma equação de transporte foram resolvidas através do método dos volumes finitos utilizando o software ANSYS/FLUENT® v.14.5, para modelar um escoamento tridimensional, turbulento e incompressível. Para a modelagem da turbulência foi utilizado � − �. O modelo de termo fonte apresentou uma significativa redução do esforço computacional em relação ao modelo de malha móvel, o que permitiu realizar a avaliação geométrica das chicanas no interior do tanque. Os resultados demonstraram que, a aplicação do Design Construtal permitiu obter recomendações teóricas importantes sobre a influência das chicanas na distribuição da espécie transportada (representando a mistura) e no tempo necessário para homogeneizar a mistura no tanque. Os resultados indicam que, considerando os dois indicadores de performance (tempo de homogeneização e desvio padrão da mistura) o caso que apresentou a melhor eficiência foi o tanque com 4 chicanas e razão L/B = 1. Por outro lado, se o número de potência for considerado no problema, existem outras recomendações. Neste caso, o tanque que apresentou a melhor eficiência foi o tanque com 8 chicanas e razão L/B = 0,25, apresentando o menor desvio padrão e a menor potência simultaneamente.
- ItemSimulação de meso e microescala dos ventos no extremo sul do Brasil(2022) Gomes, Camila e Silva; Krusche, NisiaO aumento na demanda por energia elétrica de fontes sustentáveis e o desenvolvimento da indústria eólica indicam que aerogeradores estão sendo instalados em diferentes locais. Em cada ambiente de instalação devem ser observadas certas peculiaridades, o que torna necessária uma modelagem adequada das características do vento. A fim de avaliar corretamente a produção de energia eólica em cada região, neste trabalho foi aplicado um modelo de mesoescala associado a um modelo de simulação grandes turbilhões para simular a circulação local na região da cidade do Rio Grande, na costa sul do estado do Rio Grande do Sul. Foram realizadas simulações para o período de fevereiro de 2015, com três e cinco domínios na horizontal e com 47 e 83 níveis na vertical em cada domínio horizontal. As componentes zonal, meridional e vertical do vento e a temperatura virtual foram comparadas a dados observacionais de alta frequência medidos na área de estudo. O modelo de mesoescala representa adequadamente as componentes zonal e meridional, mas a componente vertical do vento apresenta muitas diferenças em relação a observação, o que impacta na simulação dos fluxos verticais e dos diferentes parâmetros da turbulência atmosférica, como a velocidade de atrito, fluxo de calor sensível e parâmetro de estabilidade. Observa-se que a componente vertical do vento tem melhor representação na simulação de grandes turbilhões com 83 níveis verticais e quando há aumento de intensidade durante o período noturno. Quando são comparados os resultados da simulação utilizando a modelagem de grandes turbilhões com a simulação de mesoescala, encontra-se valores bem próximos e correlação acima de 90% para as componentes zonal e meridional do vento e temperatura virtual próxima de 80% para a vertical. Propõe-se que para fazer previsão de potência eólica nessa região é mais eficiente, em termos de custos computacionais, a utilização da modelagem de mesoescala com espaçamento de grade horizontal de 540 m e 83 níveis na vertical. Para a análise dos fluxos e variáveis dependentes da componente vertical do vento, é necessária a utilização da modelagem de grandes turbilhões. A perspectiva futura desta pesquisa é expandir a área de estudo para outras regiões vizinhas e comparar os dados de previsão com os dados de geração efetiva nos parques eólicos já existentes.
- ItemEstudo numérico da dispersão de poluentes na atmosfera empregando o cálculo fracionário(2022) Scotton, Jaque Willian; Goulart, Antonio Gledson de Oliveira; Suarez, Julian Moises SejjeNeste trabalho, são apresentadas simulações bidimensionais e tridimensionais da dispersão de poluentes na Camada Limite Planetária empregando a equação da advecção-difusão com derivadas fracionárias, considerando as definições de Riemann-Liouville e de Caputo, visando verificar as potencialidades dos modelos fracionários baseados em cada uma dessas definições na descrição da dispersão de contaminantes na atmosfera. Os resultados obtidos são confrontados com os dados dos experimentos de Copenhagen (condições atmosféricas instáveis), de Prairie-Grass (condições atmosféricas instáveis e estáveis) e de Hanford (condições atmosféricas estáveis) e mostram que o emprego de derivadas com ordens diferentes das utilizadas na equação da advecção-difusão clássica levam a resultados melhores tanto para os experimentos realizados sob condições estáveis quanto para os realizados sob condições instáveis.