RESUMO
This paper proposes a bidimensional modeling framework for Wolbachia invasion, assuming imperfect maternal transmission, incomplete cytoplasmic incompatibility, and direct infection loss due to thermal stress. Our model adapts to various Wolbachia strains and retains all properties of higher-dimensional models. The conditions for the durable coexistence of Wolbachia-carrying and wild mosquitoes are expressed using the model's parameters in a compact closed form. When the Wolbachia bacterium is locally established, the size of the remanent wild population can be assessed by a direct formula derived from the model. The model was tested for four Wolbachia strains undergoing laboratory and field trials to control mosquito-borne diseases: wMel, wMelPop, wAlbB, and wAu. As all these bacterial strains affect the individual fitness of mosquito hosts differently and exhibit different levels of resistance to temperature variations, the model helped to conclude that: (1) the wMel strain spreads faster in wild mosquito populations; (2) the wMelPop exhibits lower resilience but also guarantees the smallest size of the remanent wild population; (3) the wAlbB strain performs better at higher ambient temperatures than others; (4) the wAu strain is not sustainable and cannot persist in the wild mosquito population despite its resistance to high temperatures.
Assuntos
Mosquitos Vetores , Wolbachia , Wolbachia/fisiologia , Wolbachia/patogenicidade , Animais , Mosquitos Vetores/microbiologia , Culicidae/microbiologia , Modelos Biológicos , Conceitos MatemáticosRESUMO
The fact that Brazil is the world's largest sugarcane (Saccharum spp.) producer, leads to a great concern about the cropping systems used, since the most common practice involves manual harvesting prior to straw burning. Brazilian authorities approved a law prohibiting the burning practice of crop residues prior to harvest. However mechanized harvest creates the new problem of how to deal with the residues. Many studies have proposed the use of these residues as an energy source. The major difficulty in its use is how to economically transport sugarcane harvested biomass from the farm to a processing center. The aim of this work was to develop a model to optimize plant variety selection, minimize the cost of the residual biomass transfer process, to evaluate the economics of using this material, and to address sucrose production and planting area constraints, considering distances from plot to processing center. For this 0-1 multiple objective linear programming techniques were used. The results show the viability of the model in selecting varieties, which provide increased profit from residual biomass use.
O Brasil é o maior produtor de cana-de-açúcar (Saccharum spp.) do mundo. Mas, existe uma grande preocupação com o sistema de colheita utilizado nesta cultura, pois é prática comum a colheita manual com a pré-queima do palhiço. Autoridades brasileiras têm aprovado leis proibindo a queimada nos canaviais. Entretanto, a colheita mecanizada com cana crua cria novos problemas com a permanência do resíduo no solo. Assim, muitos estudos têm sido propostos para o uso deste resíduo para geração de energia. A maior dificuldade para o uso desta biomassa está no custo de coletar e transferir o resíduo do campo para o centro de processamento. Para análise da viabilidade deste sistema há a necessidade de um estudo do balanço econômico do processo. O objetivo deste trabalho é desenvolver um modelo matemático que auxilie na escolha das variedades de cana a serem plantadas, de forma a minimizar o custo do processo de transferência da biomassa residual de colheita e avaliar economicamente o uso deste material, colocando restrições sobre a produção de sacarose e limitações da área para plantio e considerando as distâncias entre os talhões e o centro de processamento. Para isto, técnicas de programação linear multiobjetivo 0-1 foram utilizadas. Os resultados da aplicação mostram a viabilidade do uso deste modelo para auxílio na seleção de variedades, otimizando o lucro do uso da biomassa residual de colheita para geração de energia.
RESUMO
The fact that Brazil is the world's largest sugarcane (Saccharum spp.) producer, leads to a great concern about the cropping systems used, since the most common practice involves manual harvesting prior to straw burning. Brazilian authorities approved a law prohibiting the burning practice of crop residues prior to harvest. However mechanized harvest creates the new problem of how to deal with the residues. Many studies have proposed the use of these residues as an energy source. The major difficulty in its use is how to economically transport sugarcane harvested biomass from the farm to a processing center. The aim of this work was to develop a model to optimize plant variety selection, minimize the cost of the residual biomass transfer process, to evaluate the economics of using this material, and to address sucrose production and planting area constraints, considering distances from plot to processing center. For this 0-1 multiple objective linear programming techniques were used. The results show the viability of the model in selecting varieties, which provide increased profit from residual biomass use.
O Brasil é o maior produtor de cana-de-açúcar (Saccharum spp.) do mundo. Mas, existe uma grande preocupação com o sistema de colheita utilizado nesta cultura, pois é prática comum a colheita manual com a pré-queima do palhiço. Autoridades brasileiras têm aprovado leis proibindo a queimada nos canaviais. Entretanto, a colheita mecanizada com cana crua cria novos problemas com a permanência do resíduo no solo. Assim, muitos estudos têm sido propostos para o uso deste resíduo para geração de energia. A maior dificuldade para o uso desta biomassa está no custo de coletar e transferir o resíduo do campo para o centro de processamento. Para análise da viabilidade deste sistema há a necessidade de um estudo do balanço econômico do processo. O objetivo deste trabalho é desenvolver um modelo matemático que auxilie na escolha das variedades de cana a serem plantadas, de forma a minimizar o custo do processo de transferência da biomassa residual de colheita e avaliar economicamente o uso deste material, colocando restrições sobre a produção de sacarose e limitações da área para plantio e considerando as distâncias entre os talhões e o centro de processamento. Para isto, técnicas de programação linear multiobjetivo 0-1 foram utilizadas. Os resultados da aplicação mostram a viabilidade do uso deste modelo para auxílio na seleção de variedades, otimizando o lucro do uso da biomassa residual de colheita para geração de energia.
RESUMO
Anaerobic digesters have been highlighted due to the current energy crisis and its consequent search for alternative energy sources, allied to the intense process of livestock farming and agriculture modernization, which besides demanding a lot of energy, produces a great amount of crop and animal residues, most of the times generating sanitary problems. The aim of this work is to provide a mathematical tool to establish parameters for projects of construction of rural digesters, considering the response to energy demand, the suitability of the dimensions of the systems, yield factors and the guarantee of functionality. Non-linear optimization models, of easy resolution, for the three main types of rural digesters were formulated in this way. With the resolution of these models one can determine the height and the diameter that lead to a minimum volume for each type, so reducing the necessary amount of masonry and, consequently, diminishing the cost.
Os biodigestores têm sido objetos de grande destaque devido a atual crise de energia e conseqüente busca de fontes alternativas. Outro fator que coloca os biodigestores em evidência é o intenso processo de modernização da agropecuária, que além da grande demanda de energia, produz um volume de resíduos animais e de culturas, que ocasiona muitas vezes problemas de ordem sanitária. O objetivo deste trabalho é fornecer uma ferramenta matemática para determinação de parâmetros para projetos de construção de biodigestores rurais, levando-se em consideração o atendimento de necessidades energéticas, obedecendo os dimensionamentos dos sistemas, fatores de rendimento e garantindo a funcionalidade. Para isto, foram formulados modelos de otimização não lineares, de fácil resolução, para os três principais tipos de biodigestores rurais. Com a resolução destes modelos são determinados a altura e o diâmetro que levem a um volume mínimo para cada tipo, com isto reduz-se a quantidade necessária de materiais de alvenaria e consequentemente o custo do biodigestor é diminuído.
RESUMO
Anaerobic digesters have been highlighted due to the current energy crisis and its consequent search for alternative energy sources, allied to the intense process of livestock farming and agriculture modernization, which besides demanding a lot of energy, produces a great amount of crop and animal residues, most of the times generating sanitary problems. The aim of this work is to provide a mathematical tool to establish parameters for projects of construction of rural digesters, considering the response to energy demand, the suitability of the dimensions of the systems, yield factors and the guarantee of functionality. Non-linear optimization models, of easy resolution, for the three main types of rural digesters were formulated in this way. With the resolution of these models one can determine the height and the diameter that lead to a minimum volume for each type, so reducing the necessary amount of masonry and, consequently, diminishing the cost.
Os biodigestores têm sido objetos de grande destaque devido a atual crise de energia e conseqüente busca de fontes alternativas. Outro fator que coloca os biodigestores em evidência é o intenso processo de modernização da agropecuária, que além da grande demanda de energia, produz um volume de resíduos animais e de culturas, que ocasiona muitas vezes problemas de ordem sanitária. O objetivo deste trabalho é fornecer uma ferramenta matemática para determinação de parâmetros para projetos de construção de biodigestores rurais, levando-se em consideração o atendimento de necessidades energéticas, obedecendo os dimensionamentos dos sistemas, fatores de rendimento e garantindo a funcionalidade. Para isto, foram formulados modelos de otimização não lineares, de fácil resolução, para os três principais tipos de biodigestores rurais. Com a resolução destes modelos são determinados a altura e o diâmetro que levem a um volume mínimo para cada tipo, com isto reduz-se a quantidade necessária de materiais de alvenaria e consequentemente o custo do biodigestor é diminuído.