Implementação paralela de um código de elementos finitos em 2D para as Equações de Navier-Stokes para fluidos incompressíveis com transporte de escalares.

O estudo do fluxo de água e do transporte escalar em reservatórios hidrelétricos é importante para a determinação da qualidade da água durante as fases iniciais do enchimento e durante a vida útil do reservatório. Neste contexto, um código de elementos finitos paralelo 2D foi implementado para resolver as equações de Navier-Stokes para fluido incompressível acopladas a transporte escalar, utilizando o modelo de programação de troca de mensagens, a fim de realizar simulações em um ambiente de cluster de computadores. A discretização espacial é baseada no elemento MINI, que satisfaz as condições de Babuska-Brezzi (BB), que permite uma formulação mista estável. Todas as estruturas de dados distribuídos necessárias nas diferentes fases do código, como pré-processamento, solução e pós-processamento, foram implementadas usando a biblioteca PETSc. Os sistemas lineares resultantes foram resolvidos usando o método da projeção discreto com fatoração LU por blocos. Para aumentar o desempenho paralelo na solução dos sistemas lineares, foi empregado o método de condensação estática para resolver a velocidade intermediária nos vértices e no centróide do elemento MINI separadamente. Os resultados de desempenho do método de condensação estática com a abordagem da solução do sistema completo foram comparados. Os testes mostraram que o método de condensação estática apresenta melhor desempenho para grandes problemas, às custas de maior uso de memória. O desempenho de outras partes do código também são apresentados.

Aplicação de múltiplas ferramentas no estudo do transporte de sedimentos na margem interna da restinga da Marambaia (baía de Sepetiba, RJ)

Dados sedimentológicos e hidrodinâmicos foram utilizados para estudar a dinâmica sedimentar da margem interna da restinga da Marambaia (baía de Sepetiba, Rio de Janeiro, SE Brasil). Foram realizadas três campanhas amostrais para coleta de sedimentos ao longo da restinga da Marambaia e na área submersa adjacente. Adicionalmente, em dezembro de 2013, três fundeios simultâneos para aquisição de dados hidrodinâmicos foram conduzidos paralelamente à restinga, ao longo da profundidade média de 6,5 metros. As medições abrangeram dois ciclos de maré (25 horas), incluindo perfilagem com CTDs, perfilagem correntométrica e coleta de amostras de água para determinação das concentrações do material particulado em suspensão. A partir do processamento das amostras de sedimentos em laboratório, foram obtidos os parâmetros estatísticos (média, desvio-padrão e assimetria) para o detalhamento da caracterização sedimentológica da área de estudo, bem como a aplicação de um modelo de tendência direcional de transporte de sedimentos (GisedTrend). A restinga apresenta areias médias e bem selecionadas, enquanto as amostras coletadas na porção submersa, em profundidades maiores que 2 m, passam de areias finas e bem selecionadas a siltes finos e mal selecionados em maiores profundidades. Quatro casos de tendência de transporte foram explorados em um total de 14 possibilidades e os mais significativos foram analisados com o intuito de identificar áreas de acumulação e remoção de sedimentos, podendo estar associados aos processos responsáveis pelo transporte de sedimentos, tais como correntes geradas pelos ventos locais, marés e dispersão de plumas de sedimentos em suspensão. Os dados hidrodinâmicos, durante o período amostrado, permitiram observar o complexo padrão de circulação existente, especialmente na área adjacente à área central da restinga. Dentre as observações realizadas, verificou-se a ocorrência de assimetria da maré, fato já documentado em trabalhos anteriores conduzidos próximo ao principal canal de acesso à baia, com períodos de enchente mais curtos e períodos de vazante mais longos. Diferentemente do que foi reportado nestes trabalhos, os períodos de vazante foram associados às correntes de maior intensidade. As concentrações de material particulado em suspensão situaram-se, em média, entre 10 e 20 mg/L tanto em superfície como próximo ao fundo; no entanto, suas variações temporais não apresentaram qualquer relação com as fases da maré. Possíveis áreas de convergência e divergência da circulação / células de transporte de sedimentos foram identificadas e comparadas aos vetores de tendência de transporte obtidos através do modelo GisedTrend, com resultados satisfatórios.

Riscos Ambientais Associados ao Transporte de Produtos Perigosos na Área de Influência da ETA Guandu.

No Estado do Rio de Janeiro, a atividade de transporte rodoviário de produtos perigosos foi responsável por aproximadamente 40% dos atendimentos a emergências realizados pela FEEMA (hoje INEA) nos últimos anos. Dentre as diversas rotas de tráfego desses produtos, destaca-se a rodovia Presidente Dutra que percorre as imediações dos rios Paraíba do Sul e Guandu, e seus principais afluentes. A exposição a riscos ambientais da ETA Guandu é, portanto, bastante alta, pois compreende a Bacia do rio Paraíba do Sul, a montante da transposição, bem como a Bacia do rio Guandu, a montante do ponto de captação da Cedae (área de influência da ETA Guandu). Este trabalho identifica riscos de acidentes ambientais associados ao transporte terrestre de produtos perigosos em parte da área territorial de influência da ETA Guandu, buscando fornecer subsídios para a elaboração de um plano de contingência das Bacias dos rios Paraíba do sul e Guandu. A ETA Guandu, que abastece cerca de 9 milhões de habitantes da RMRJ, capta águas do rio Guandu que, por sua vez, depende principalmente das águas transpostas do rio Paraíba do Sul e do rio Piraí, situados em outra bacia hidrográfica. Além de um mapeamento de pontos de alta e média gravidade das principais rodovias e ferrovias na área de influência da ETA Guandu, a principal contribuição deste estudo foi a identificação de vários trechos de alto risco de acidentes ambientais ao longo da rodovia Presidente Dutra, em território fluminense, que podem efetivamente comprometer a qualidade das águas dos rios Paraíba do Sul e Guandu.

Estudo da implementação da política nacional de transporte de massa da Colômbia: o caso Barranquilla

Partindo do princípio de que o acesso das populações aos meios de transporte é um elemento essencial para sua participação nas dinâmicas econômicas e sociais, esta pesquisa tem por objetivo analisar a transformação da mobilidade urbana ocorrida na Colômbia nos últimos quatorze anos. O governo colombiano, a partir do ano 2000, promoveu o sistema BRT (bus rapid transit) como solução para os tradicionais problemas de mobilidade urbana do país. Essa política fundamentou-se na experiência do sistema Transmilenio de Bogotá, primeiro BRT da Colômbia e reconhecido internacionalmente como uma alternativa de qualidade e baixo custo, equiparável aos sistemas sobre trilhos. O trabalho estuda a política que propagou o modelo Transmilenio, focando-se principalmente na réplica que este teve em uma das principais cidades da Colômbia, Barranquilla. Analisam-se os principais delineamentos, os atores que têm influência na tomada de decisões sobre mobilidade urbana e seus mecanismos de ação. Tal percurso é a base para, finalmente, compreendermos a realidade hoje vivenciada pela população de Barranquilla. Destaca-se a influência do Banco Mundial como gerador de política internacional de mobilidade urbana e seu papel no financiamento dos sistemas de massa colombianos

Uma Metodologia de Estudo de Simulação Tridimensional de Escoamento Turbulento Estratificado no Reservatório de Plantas Hidrelétricas.

Uma simulação numérica que leva em conta os efeitos de estratificação e mistura escalar (como a temperatura, salinidade ou substância solúvel em água) é necessária para estudar e prever os impactos ambientais que um reservatório de usina hidrelétrica pode produzir. Este trabalho sugere uma metodologia para o estudo de escoamentos ambientais, principalmente aqueles em que o conhecimento da interação entre a estratificação e mistura pode dar noções importantes dos fenômenos que ocorrem. Por esta razão, ferramentas de simulação numérica 3D de escoamento ambiental são desenvolvidas. Um gerador de malha de tetraedros do reservatório e o modelo de turbulência algébrico baseado no número de Richardson são as principais ferramentas desenvolvidas. A principal dificuldade na geração de uma malha de tetraedros de um reservatório é a distribuição não uniforme dos pontos relacionada com a relação desproporcional entre as escalas horizontais e verticais do reservatório. Neste tipo de distribuição de pontos, o algoritmo convencional de geração de malha de tetraedros pode tornar-se instável. Por esta razão, um gerador de malha não estruturada de tetraedros é desenvolvido e a metodologia utilizada para obter elementos conformes é descrita. A geração de malha superficial de triângulos utilizando a triangulação Delaunay e a construção do tetraedros a partir da malha triangular são os principais passos para o gerador de malha. A simulação hidrodinâmica com o modelo de turbulência fornece uma ferramenta útil e computacionalmente viável para fins de engenharia. Além disso, o modelo de turbulência baseado no número de Richardson leva em conta os efeitos da interação entre turbulência e estratificação. O modelo algébrico é o mais simples entre os diversos modelos de turbulência. Mas, fornece resultados realistas com o ajuste de uma pequena quantidade de parâmetros. São incorporados os modelos de viscosidade/difusividade turbulenta para escoamento estratificado. Na aproximação das equações médias de Reynolds e transporte de escalar é utilizando o Método dos Elementos Finitos. Os termos convectivos são aproximados utilizando o método semi-Lagrangeano, e a aproximação espacial é baseada no método de Galerkin. Os resultados computacionais são comparados com os resultados disponíveis na literatura. E, finalmente, a simulação de escoamento em um braço de reservatório é apresentada.

Otimização multi-objetivo de projetos de redes de transporte dutoviário de gás natural

Dutos de transmissão são tubulações especialmente desenvolvidas para transportar produtos diversos a longas distâncias e representam a forma mais segura e econômica de transporte para grandes quantidades de fluidos. Os dutos de gás natural, denominados gasodutos, são usados para transportar o gás desde os campos de produção até os centros consumidores, onde o gás é inserido em redes de distribuição para entrega aos consumidores finais. Os gasodutos de transporte apresentam diversas características de monopólio natural, que são o principal argumento econômico para sua regulação. A regulação visa garantir que esta atividade seja explorada de maneira eficiente, refletindo em tarifas de transporte justas para os consumidores e que proporcionem o retorno adequado aos investidores, levando-se em consideração a quantidade de gás transportado. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo propor metodologias de otimização multi-objetivo de projetos de redes de gasodutos de transporte, envolvendo métodos a posteriori. O problema de otimização formulado contempla restrições associadas ao escoamento do gás e o comportamento das estações de compressão. A solução do problema fornece um conjunto de projetos ótimos de redes de transporte em função da maximização da quantidade de gás natural transportado e da minimização da tarifa associada a esse serviço. A ferramenta foi aplicada a diversos estudos de caso com configurações típicas da indústria de transporte de gás natural. Os resultados mostraram que as metodologias propostas são capazes de fornecer subsídios que permitem ao tomador de decisão do ponto de vista regulatório realizar uma análise de trade-off entre a quantidade de gás transportado e a tarifa, buscando assim atender ao interesse da sociedade em relação à exploração do serviço de transporte

A Matemática do Ensino Básico aplicada na indústria do petróleo referente às atividades de transporte e armazenamento

Esta dissertação tem como objetivo principal apresentar aos professores a matemática que é utilizada em diversas atividades da indústria do petróleo para serem apresentadas em sala de aula como aplicações práticas de diversos conceitos que são ministrados desde o ensino fundamental até o superior. Assim, possui o intuito de desenvolver no aluno a percepção da importância de se aprender matemática, criando um estímulo a mais em seus estudos. O trabalho se refere especificamente ao Terminal Aquaviário da Baía de Guanabara (TABG), pertencente à empresa de petróleo Petrobras Transporte S/A (TRANSPETRO), no qual labora o autor. São apresentados os diversos cálculos utilizados nas variadas atividades do dia a dia do TABG. Por fim, são sugeridas algumas atividades que podem ser aplicadas em sala de aula

A Insustentabilidade do transporte em automóveis

A mobilidade urbana é um problema em diversos centros urbanos e é agravada pelo número crescente de automóveis e seu uso indiscriminado. Este estudo exploratório-descritivo abordará revisões conceituais e levantamento extenso de dados sobre a função de transporte; o automóvel, quanto a sua origem e simbolismos; o contexto do Brasil e da cidade do Rio de Janeiro; a dependência dos veículos e os impactos do trânsito na sociedade, a fim de explicar a insustentabilidade desse meio de transporte, da forma como tem sido utilizado nas cidades. Dentre os principais impactos causados pela dependência do automóvel, destacam-se os relativos a saúde, com problemas que vão desde complicações no sistema respiratório e circulatório até o comprometimento da saúde mental; qualidade de vida e a relação entre tempo e custos de locomoção; segurança e todo aparato tecnológico de automóveis que protege o usuário em detrimento do público mais vulnerável, como pedestres e ciclistas; morfologia da cidade, que acaba por privilegiar um modal individual e cria novas formas urbanas que demandam mais espaços para automóveis; mudanças climáticas devido à poluição desproporcional, que influencia os padrões bioquímicos de vários ecossistemas, gerando mudanças climáticas; e prejuízos econômicos, estimados por três diferentes metodologias de estudo, que procuraram monetizar o custo dos congestionamentos. A pesquisa propõe diversas atitudes para reverter ou mitigar o uso excessivo do Transporte em Automóveis. Esta contribuição para os estudos da geografia de transportes vislumbra deixar subsídios para que se avance no debate sobre a dependência do automóvel, especialmente em grandes cidades

Condições de contorno tipo albedo para cálculos globais de reatores nucleares com o modelo de dois grupos de energia na formulação de transporte SN em geometria bidimensional cartesiana

Os eventos de fissão nuclear, resultados da interação dos nêutrons com os núcleos dos átomos do meio hospedeiro multiplicativo, não estão presentes em algumas regiões dos reatores nucleares, e.g., moderador, refletor, e meios estruturais. Nesses domínios espaciais não há geração de potência nuclear térmica e, além disso, comprometem a eficiência computacional dos cálculos globais de reatores nucleares. Propomos nesta tese uma estratégia visando a aumentar a eficiência computacional dessas simulações eliminando os cálculos numéricos explícitos no interior das regiões não-multiplicativas (baffle e refletor) em torno do núcleo ativo. Apresentamos algumas modelagens e discutimos a eficiência da aplicação dessas condições de contorno aproximadas tipo albedo para uma e duas regiões nãomultiplicativas, na formulação de ordenadas discretas (SN) para problemas de autovalor a dois grupos de energia em geometria bidimensional cartesiana. A denominação Albedo, palavra de origem latina para alvura, foi originalmente definida como a fração da luz incidente que é refletida difusamente por uma superfície. Esta denominação latina permaneceu como o termo científico usual em astronomia e, nesta tese, este conceito é estendido para reflexão de nêutrons. Estas condições de contorno tipo albedo SN não-convencional substituem aproximadamente as regiões de baffle e refletor no em torno do núcleo ativo do reator, desprezando os termos de fuga transversal no interior dessas regiões. Se o problema, em particular, não possui termos de fuga transversal, i.e., trata-se de um problema unidimensional, então as condições de contorno albedo, como propostas nesta tese, são exatas. Por eficiência computacional entende-se a análise da precisão dos resultados numéricos em comparação com o tempo de execução computacional de cada simulação de um dado problema-modelo. Resultados numéricos considerando dois problemas-modelo com de simetria são considerados para ilustrar esta análise de eficiência.