VETOR - Revista de Ciências Exatas e Engenharias

Editorial

Gustavo Mendes Platt, Antônio Luís Schifino Valente — Wed, 28 Jun 2023 00:00:00 -0300

Comparação de Abordagens de Aprendizado de Máquina na Predição da Viscosidade para derivados de Poliacrilamida Parcialmente Hidrolisada

Wed, 28 Jun 2023 00:00:00 -0300

Poliacrilamidas parcialmente hidrolisadas (HPAM) são amplamente utilizadas para modular a viscosidade de formulações. A aplicação adequada de um modelo de viscosidade pode facilitar a idealização de novas macromoléculas e contribuir para um melhor entendimento da relação estrutura-propriedade. No presente estudo, abordagens de aprendizado de máquina, Regressão Linear Múltipla (MLR) e Floresta Aleatória (RF), foram comparadas para modelar o efeito viscosificante de derivados HPAM, com base em sua composição química e concentração em uma solução aquosa. Os dados avaliados provêm de um estudo experimental anterior, que explora uma metodologia de modificação pós-sintética de polímeros. A importância relativa das variáveis foi investigada, determinando as características com maior influência na viscosidade, incluindo variações na composição química, com destaque para os grupos mais hidrofóbicos (C7 e C12). A acurácia dos modelos foi avaliada por meio de critérios estatísticos, coeficiente de determinação (R²) e Root Mean Square Error (RMSE). A abordagem Floresta Aleatória superou a Regressão Linear Múltipla, com valores de 0,97 e 0,30 para R² e RMSE, respectivamente, em comparação com 0,83 e 0,67 para Regressão Linear Múltipla. Aplicando o modelo Floresta Aleatória, foi possível gerar um conjunto de macromoléculas hipotéticas, com potenciais efeitos viscosificantes. Esses polímeros foram idealizados com foco em composições mistas de C7 e C12, com variação estrutural máxima de 10 mol%. Adicionalmente, o mapeamento estrutural forneceu subsídios para o design de polímeros promissores através da inserção de estruturas cíclicas, como CYCLOPROP, o que pode superar a limitação de solubilidade observada na literatura.

Desenvolvimento de um Algoritmo de Decomposição Híbrido Bioinspirado Baseado em Baleias e Estratégias de Evolução Diferencial para Otimização Multiobjetivo

André O. Martins, Marcela C. C. Peito, Dênis E. C. Vargas, Elizabeth F. Wanner — Wed, 28 Jun 2023 00:00:00 -0300

Um Problema de Otimização Multiobjetivo (POM) requer a otimização de várias funções objetivo simultaneamente, geralmente conflitantes entre si. Um dos algoritmos mais eficientes para resolver POMs é o MOEA/D (Multiobjective Evolutionary Algorithm Based on Decomposition), que decompõe um POM em subproblemas de otimização monobjetivo, isto é, com uma única função objetivo a ser minimizada, e os resolve usando informações de subproblemas vizinhos. Variantes do MOEA/D com outros operadores evolutivos surgiram ao longo dos anos, melhorando sua eficiência em diversos POMs. Recentemente foi proposto o IWOA (Improved Whale Optimization Algorithm), um algoritmo de otimização bioinspirado no método de caça das baleias hibridizado com Evolução Diferencial que apresentou ótimos resultados em problemas de otimização monobjetivo. Esse trabalho propõe o algoritmo MOEA/D-IWOA, que extende o IWOA para resolver POMs associando características dos seus operadores evolutivos ao MOEA/D. Experimentos computacionais para analisar o desempenho do MOEA/D-IWOA em POMs benchmark foram realizados e os resultados comparados aos obtidos pelos algoritmos bem conhecidos da literatura, a saber, MOEA/D, Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGA-II), Third Evolution Step of Generalized Differential Evolution (GDE3), Improving the Strength Pareto Evolutionary Algorithm (SPEA2) e Indicator-Based Evolutionary Algorithm (IBEA) nos indicadores Hypervolume e Inverted Generational Distance Plus (IGD+). O MOEA/D-IWOA se mostrou competitivo, com bom perfil de desempenho, além de apresentar os melhores resultados em alguns POMs.

Ferramenta Computacional para Determinação de Forças Geradas por Ondas em Estacas

Adilson José Pereira Junior, Márcio Wrague Moura — Wed, 28 Jun 2023 00:00:00 -0300

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma ferramenta de software computacional para determinação dos esforços gerados pela passagem de ondas em estacas, com o objetivo de disseminar o conhecimento didático, ou auxiliar o processo de dimensionamento da referida estrutura, comumente encontrada em regiões portuárias. Esta ferramenta é construída através da utilização de uma linguagem computacional gratuita, de código fonte aberto e de fácil assimilação. Para tornar este software mais intuitivo, é elaborada uma interface gráfica, a fim de ilustrar os resultados obtidos. Para obter esses resultados, o presente trabalho se baseia na metodologia adotada por Mason [1], que faz uso da fórmula de Morison, comumente presente na literatura, sendo também adotada pela norma espanhola de engenharia (ROM2.0-11). Este trabalho difere da metodologia adotada por Mason no que diz respeito à determinação do comprimento de onda incidente na estaca. Aqui, um solucionador numérico é utilizado para a solução da relação de dispersão, evitando a necessidade de verificar o regime de propagação das ondas. Os resultados encontrados reforçam a importância da utilização de ferramentas computacionais no estudo ou prática de engenharia, proporcionando maior precisão e agilidade na realização de cálculos complexos.

Técnica para redução de tempo no cálculo de autovalores e autovetores aplicados a problemas de fonte fixa em transporte de nêutrons

Rafael Libotte, Hermes Alves Filho, Fernando Carvalho da Silva — Wed, 28 Jun 2023 00:00:00 -0300

Neste trabalho, uma técnica matemática para acelerar os cálculos de autovalores, originalmente proposto para o método Analytical Discrete Ordinates (ADO), é aplicado para o método de malha grossa Modified Spectral Deterministic (MSD), usado em problemas de blindagem de nêutrons (fonte-fixa) em geometria unidimensional. Esta técnica consiste no arranjo da equação de transporte de nêutrons que leva a cálculos reduzidos de autovalores, onde são calculados apenas os autovalores positivos e seus respectivos autovetores, consequentemente reduzindo o tempo de execução do método. Testes de precisão e performance são realizados em 2 problemas-modelo, onde foram reduzidos cerca de 80% do tempo de execução. Todos os códigos foram desenvolvidos usando a linguagem de programação C++.

Uma visão geral dos métodos experimentais para interações came-tucho

Leandro Ratamero — Wed, 28 Jun 2023 00:00:00 -0300

Em um motor, o trem de válvulas é responsável por aproximadamente 6% a 35% das perdas totais por atrito, variando o valor com o projeto e as condições de operação. Em situação de ciclo urbano as perdas são diferentes das apresentadas a plena carga. Mesmo uma melhoria de 1% na economia de combustível de um modelo de veículo é de grande relevância econômica e ambiental. Um dos sistemas do motor sujeito a considerável atrito é o sistema de controle e acionamento das válvulas de admissão e descarga de gases, o sistema de comando de válvulas. O sistema came-tucho é responsável por cerca de 7% das perdas de torque por atrito no motor. Os esforços de atrito e o desgaste entre o came e o tucho dependem das velocidades relativas das peças, do estado das superfícies em contato, das condições de lubrificação e temperatura e dos materiais e geometrias do came e do tucho. É necessário um projeto criterioso do sistema came-tucho, a fim de preservar a integridade das peças e a funcionalidade do sistema. Este trabalho apresenta alguns experimentos importantes realizados com sistemas came-tucho. Várias quantidades importantes são medidas e analisadas pelos experimentos relatados. Uma melhor compreensão dessas grandezas pode ser útil para os projetistas de motores, a fim de minimizar as perdas de energia ou otimizar as características mecânicas desejáveis do sistema. Foi possível concluir que os coeficientes de atrito típicos entre came e tucho variam de 0,05 a 0,15, que a força entre haste da válvula-guia da válvula representa apenas cerca de 1,5 -2%, que o atrito came-seguidor foi baixo para óleo viscoso SAE 50, comparado com outros lubrificantes, enquanto o atrito do mancal da árvore de cames foi baixo para o lubrificante SAE 5W-40 no mesmo motor, que o atrito na interface came-seguidor diminui com o aumento da rotação do motor, que um óleo mais viscoso apresenta maior espessura do filme de óleo em comparação com o óleo de baixa de viscosidade na interface came-seguidor, entre outros.

Avaliação do perfil termogravimétrico de membranas híbridas de acetato de celulose empregando abordagens de aprendizado de máquina

Wed, 28 Jun 2023 00:00:00 -0300

A análise termogravimétrica (TGA) é uma técnica de caracterização rotineiramente utilizada na ciência dos materiais. Neste caso particular, a TGA determina a variação de massa com a temperatura. A análise termogravimétrica das membranas híbridas de acetato de celulose (CA) pode fornecer resultados muito semelhantes, apesar de sua composição química diferente. O presente estudo utiliza algoritmos de aprendizado de máquina para tentar correlacionar dados de análises termogravimétricas com variações na composição química. Pontos experimentais relacionados à temperatura e massa dessas análises foram tratados de diferentes maneiras e utilizados para estimar a composição das membranas. Os algoritmos Extra-Trees Classifier, Random Forest, Decision Tree e K-Nearest Neighbors (KNN) foram aplicados a esses dados e, em seguida, avaliados usando uma matriz de confusão e de acurácia. Os algoritmos baseados em árvore de decisão mostraram habilidade superior na estimativa da composição, com diferenças menores no perfil termogravimétrico. O algoritmo Extra-Trees Classifier, em particular, destacou-se por sua habilidade em estimar a composição em todos os testes, atingindo 90% de acurácia.

Elaboração e Análise Sensorial de um Doce de Amendoim com Substituição dos Componentes Lácteos por Derivados de Soja

Wed, 28 Jun 2023 00:00:00 -0300

O processo de inovação mais adotado pelas indústrias de alimentos é o desenvolvimento de produtos, tendo como novo foco, consumidores com dietas restritivas, como os intolerantes à lactose. Com base nisso, o objetivo deste trabalho foi desenvolver um produto a base de amendoim e condensado de soja, o doce pé de moça, visando suprir um nicho de mercado não explorado pelas indústrias de doces de Santo Antônio da Patrulha/RS. Foi utilizado amendoim já torrado e descascado, açúcar cristal, condensado de soja, glicose e gordura vegetal, avaliando o efeito da adição de aroma de leite condensado. Foram realizadas análises físico-químicas, microbiológicas e sensoriais. As análises físico-químicas do produto final avaliaram o teor de lipídios (4%), proteínas (14%), umidade (7%), cinzas (1%), carboidratos (74%), sólidos solúveis (83%) e os parâmetros de cor. As análises microbiológicas (coliformes termotolerantes e Salmonella sp) comprovaram ausência de ambos os microrganismos. O grau de aceitação do doce pé de moça sem lactose utilizando escala hedônica foi superior a 80% em todos os atributos avaliados. A intenção de compra revelou que mais de 80% dos julgadores certamente ou provavelmente comprariam o produto.

Síntese de Membranas de Acetato de Celulose Híbridas e Aplicação do Método Isoconversional de Flynn-Wall-Ozawa

Wed, 28 Jun 2023 00:00:00 -0300

A síntese de materiais híbridos é uma alternativa promissora na produção de materiais com propriedades otimizadas. Neste contexto, as clássicas membranas de acetato de celulose estão sendo modificadas. Conhecer a estabilidade térmica dos materiais celulósicos é um importante fator na sua utilização, uma vez que os polímeros orgânicos possuem baixa resistência térmica, limitando sua aplicabilidade. Neste trabalho é avaliada a síntese e o estudo da cinética de degradação térmica das membranas de acetato de celulose híbridas. A síntese foi realizada utilizando o processo sol-gel, com a técnica da inversão de fases, através da reação do acetato de celulose com os precursores organometálicos: ortossilicato de tetraetila, TEOS; 3-aminopropril trietoxissilano, APTES, e o isopropóxido de titânio, TiPOT, em composição fixa. A caracterização térmica foi realizada com análise termogravimétrica em diferentes taxas de aquecimento, sob atmosfera de nitrogênio. O parâmetro cinético de decomposição térmica energia de ativação, Ea , foi estimado com o método isoconversional proposto por Flynn-Wall-Ozawa (FWO). A cinética de degradação mostra que a modificação na composição química das amostras interfere diretamente em suas propriedades térmicas. Desta forma, é possível observar que a energia de ativação encontrada para a amostra de referência, AC-Pura, na primeira e segunda batelada, foi de 233,5 e 219,05 kJ/mol, respectivamente. A modificação da composição resulta no aumento da energia de ativação, em que a amostra B0//100-30 registrou 310,31 e 226,05 kJ/mol na primeira e segunda batelada; e a amostra B100//0-30 atingiu 452,73 e 424,74 kJ/mol. O aumento da resistência térmica das amostras está associado à modificação na composição química e pode ser atribuído ao aumento do teor de TEOS, devido à formação e aumento da presença de grupos siloxanos no material.

Avaliação de maturidade da Indústria 4.0 em uma empresa fabricante de produtos eletromédicos

Wed, 28 Jun 2023 00:00:00 -0300

A partir do contexto de mudança e inovação surgido nas últimas décadas, emerge o conceito de Indústria 4.0, que apresenta-se como alternativa e solução para empresas que visam integrar seus processos e cadeias produtivas, aumentando sua participação no mercado e gerando mais ganhos ao decorrer das operações. Em vista disso, o presente trabalho tem como objetivo avaliar e mensurar o índice de maturidade de uma indústria com foco na fabricação de produtos eletromédicos perante o seu alinhamento frente à Indústria 4.0. Baseando-se em métodos de medição do índice de maturidade, a pesquisa utilizar-se-á de um checklist, de modo a estimar e avaliar o grau de inserção da organização em estudo no ambiente 4.0. Tais objetivos propostos no início do estudo foram cumpridos, indicando a pontuação final de 4,06 no índice geral de maturidade, refletindo a visão que o gestor possui sobre os processos e tecnologias utilizadas pela empresa diante do ambiente 4.0.

Identificação do Movimento Linear da Série Temporal do Volume Mensal de Transações da Criptomoeda Ethereum por meio do Modelo SARIMA

Richard de Freitas Pinto, Viviane Leite Dias Mattos, Luiz Ricardo Nakamura — Wed, 28 Jun 2023 00:00:00 -0300

Esse trabalho apresenta a modelagem do volume mensal de transações da criptmoeda Ethereum por meio da metodologia de Box-Jenkins, envolvendo as etapas: análise exploratória, identificação, estimação e validação, algumas das quais executadas com a utilização de diferentes técnicas. O modelo encontrado pela modelagem SARIMA (Modelo autoregressivo integrado de médias móveis sazonal) conseguiu descrever o comportamento linear dos dados de forma satisfatória, mas não foi suficiente para descrever o comportamento da série, composta por movimento linear e não linear, sendo melhor representada por um modelo híbrido.

Projeto de Câmara de Degradação Ultravioleta de Baixo Custo

Wed, 28 Jun 2023 00:00:00 -0300

Para o desenvolvimento de projetos de engenharia, a seleção adequada de materiais é fundamental, principalmente no que diz respeito às suas propriedades mecânicas. Em aplicações práticas, essas propriedades podem ser significativamente afetadas, devido à degradação que os materiais podem sofrer em serviço. Na exposição ao meio externo, uma degradação que pode ocorrer é aquela causada pela incidência da radiação ultravioleta (UV). Esse tipo de radiação tem energia suficiente para quebrar as cadeias dos materiais poliméricos. Assim, é importante estudar os efeitos causados pela radiação UV no comportamento desta classe de materiais. Para simular essa exposição, muitas vezes são usadas câmaras de degradação padronizadas. No entanto, esse equipamento geralmente é vendido com alto custo. Sem equipamentos que simulem a radiação ultravioleta, muitos projetos de pesquisa ficam inviáveis. Neste trabalho, pretende-se apresentar um projeto de câmara UV utilizando lâmpadas UV de baixo custo para a degradação de materiais compósitos. Além de ser mais acessível, a câmara permite uma degradação acelerada suficiente para realizar pesquisas acadêmicas experimentais sobre a degradação UV em materiais poliméricos.

Análise Estática de Vigas Isotrópicas Apoiadas em Base Elástica Winkler-Pasternak

Larissa Oliveira Santos, Fabio Carlos da Rocha, Leslie Darien Pérez Fernández — Wed, 28 Jun 2023 00:00:00 -0300

Vigas apoiadas em fundações elásticas são amplamente utilizadas em projetos de engenharia, logo analisar os deslocamentos sofridos por elas é muito importante. Por isso, o presente trabalho apresenta soluções para a deflexão de vigas isotrópicas sobre fundações elásticas do tipo Winkler-Pasternak. A formulação proposta é baseada na teoria de vigas de Euler-Bernoulli e as equações que descrevem o problema e as condições de contorno são derivadas do princípio do trabalho virtual. O método de integração direta é utilizado para desacoplar as deflexões do deslocamento axial e da torção. O sistema de equações desacopladas de deflexão em duas direções principais é transformado em um sistema de primeira ordem. A solução deste sistema de equações é obtida através do método de variação de parâmetros. Ao analisar os resultados das deflexões máximas, observa-se que com o aumento dos valores de rigidez de fundação, os deslocamentos de flexão diminuem e que o parâmetro de rigidez de Pasternak tem maior influência aos resultados que a rigidez de Winkler.