Simulação com o código GEANT4 de medida de espessura de revestimento metálico em metal por XRF

Nesta dissertação são apresentados resultados de simulações Monte Carlo de fluorescência de raios X (XRF), utilizando o programa GEANT4, para medidas de espessura de revestimento metálico (Ni e Zn) em base metálica (Fe). As simulações foram feitas para dois tamanhos de espessura para cada metal de revestimento, (5μm e 10μm), com passos de 0,1 μm e 0,001 μm e com 106 histórias. No cálculo da espessura do revestimento foram feitas as aproximações de feixe de raios X monoenegético, com a análise da transmissão apenas da energia do K-alfa e para uma geometria compatível com um sistema real de medição (ARTAX-200). Os resultados mostraram a eficiência da metodologia de simulação e do cálculo da espessura do revestimento, o que permitirá futuros cálculos, inclusive para multirevestimentos metálicos em base metálica.

Mapeamento sísmico de intrusões ígneas na bacia do Amazonas e suas implicações para um modelo não-convencional de geração de hidrocarbonetos

A maioria das bacias paleozóicas brasileiras apresenta matéria orgânica termicamente pouco evoluída nos intervalos correspondentes ao Devoniano. O modelo mais adequado para se entender a geração, migração e acumulação de HC estaria relacionado às fases de intrusão de diabásio. No caso da Bacia do Amazonas, embora tenha havido condições de soterramento suficientes para a geração de hidrocarbonetos, não se deve descartar o modelo não convencional de geração como uma das formas possíveis de dar origem as acumulações comerciais de óleo e gás. Acredita-se que o intervalo mais apropriado para a geração de hidrocarbonetos (HC) inclua apenas as rochas depositadas no intervalo Frasniano, embora as rochas associadas ao intervalo Llandoveriano, também, devam ser observadas com atenção. Com o intuito de compreender melhor o papel da atividade magmática na evolução da Bacia do Amazonas, foi realizado o mapeamento sísmico de soleiras de diabásio e análise de dados geoquímicos de pirólise Rock-Eval e COT. Assim, foi possível avaliar a geração/migração de hidrocarbonetos e a variação dos parâmetros geotérmicos na Bacia do Amazonas, causados pela intrusão das soleiras de diabásio. A análise sismoestratigráfica baseou-se na interpretação de 20 linhas sísmicas 2D pós-stack, na qual foram reconhecidos e mapeados horizontes sísmicos (topos de formações e corpos ígneos intrusivos), utilizando dados de poços e dados da literatura para correlação. As intrusões de soleiras estão presentes nas sucessões de folhelhos/siltitos e anidritas das formações Andirá e Nova Olinda, respectivamente. Observou-se que as soleiras de diabásio podem estar intimamente relacionadas a diques sistematicamente orientados, tendo estes diques a função de alimentadores das soleiras. Extensas soleiras planares com segmentos transgressivos ocorrem nos níveis estratigráficos mais rasos da Bacia do Amazonas, e em maiores volumes nas formações Andirá e Nova Olinda. Em algumas regiões as soleiras desenvolvem morfologias marcantes em forma de pires. Esses corpos possuem espessuras que podem chegar a 500m. Comumente, a geometria em lençol denotada pelo paralelismo dos refletores está presente em toda extensão do mapeamento da bacia. Também foram observadas estruturas em domo. O efeito térmico imposto pelas intrusões dos corpos ígneos, diques e soleiras foi de grande importância, pois sem ele não haveria calor para a transformação da matéria orgânica. Através da análise de pirólise Rock-Eval e teor de carbono orgânico, foi possível avaliar e correlacionar os parâmetros como S2 (potencial de geração), IH (índice de hidrogênio), S1 (hidrocarbonetos livres) e Tmax (evolução térmica) com a profundidade. Foram utilizados dados de 04 poços na qual dois deles foram compilados a partir de artigos e teses publicados. As rochas potencialmente geradoras de petróleo são aquelas que apresentam COT igual ou superior a 1%. Dos quatro poços analisados, dois deles apresentam COT > 1% para a Formação Barreirinhas, mostrando que as rochas sedimentares são potencialmente geradoras de HC. Altos valores Tmax podem ser justificados pelo efeito térmico causado por intrusões de diabásio. Os resultados de índice de hidrogênio (IH) apresentaram valores abaixo de 200mgHC/g COT, indicando o potencial gerador desta bacia para gás.

Métodos espectronodais para cálculos de transporte de partículas neutras com fonte fixa na formulação de ordenadas discretas e multigrupo de energia

Um método espectronodal é desenvolvido para problemas de transporte de partículas neutras de fonte fixa, multigrupo de energia em geometria cartesiana na formulação de ordenadas discretas (SN). Para geometria unidimensional o método espectronodal multigrupo denomina-se método spectral Greens function (SGF) com o esquema de inversão nodal (NBI) que converge solução numérica para problemas SN multigrupo em geometria unidimensional, que são completamente livre de erros de truncamento espacial para ordem L de anisotropia de espalhamento desde que L < N. Para geometria X; Y o método espectronodal multigrupo baseia-se em integrações transversais das equações SN no interior dos nodos de discretização espacial, separadamente nas direções coordenadas x e y. Já que os termos de fuga transversal são aproximados por constantes, o método nodal resultante denomina-se SGF-constant nodal (SGF-CN), que é aplicado a problemas SN multigrupo de fonte fixa em geometria X; Y com espalhamento isotrópico. Resultados numéricos são apresentados para ilustrar a eficiência dos códigos SGF e SGF-CN e a precisão das soluções numéricas convergidas em cálculos de malha grossa.

Inversão gravimétrica 3D e interpretação integrada dos métodos CSAMT, gravimétrico e magnetométrico no estudo do kimberlito Régis, MG, Brasil

Os diamantes são minerais raros e de alto valor econômico. Estes minerais se formam em condições mantélicas, numa profundidade aproximada de 150 a 200 km e ascendem à superfície englobada em magmas alcalinos e carbonatíticos, nos kimberlitos e lamproitos (depósitos primários). No presente trabalho objetivou-se o estudo da geometria do Kimberlito Régis, o qual pertence à província alcalina do Brasil Meridional, localizado no estado de Minas Gerais, na cidade de Carmo do Paranaíba. Para este estudo foi realizada uma inversão gravimétrica 3D e uma modelagem utilizando dados de gravimetria e os resultados dos estudos de magnetometria (Menezes e La Terra, 2011) e CSAMT (La Terra e Menezes, 2012). As anomalias Bouguer e magnética foram então modeladas a partir de um resultado CSAMT, apresentando como resultado um conduto vulcânico com cerca de 2800 metros de profundidade e 200 metros de largura. Já o resultado da inversão mapeou um corpo com forma de cone invertido, apresentando contrastes de densidade negativos. A metodologia de integração de métodos geofísicos mostrou-se eficiente para estudos exploratórios de kimberlitos, apresentando rapidez e baixo custo quando comparados com os métodos tradicionais.

Análise numérica de escorregamento em encostas

O perfeito entendimento de deslizamentos de terra tem sido objeto de grande interesse na engenharia geotécnica há muitos anos. Encostas naturais representam um desafio constante para os engenheiros, mais do que os taludes artificiais. Não é incomum que os escorregamentos causam perdas de vidas humanas e também danos materiais. As informações obtidas a partir de retro-análise de casos históricos, têm servido como uma ferramenta valiosa para a compreensão da estabilidade de taludes. Vale a pena notar que o primeiro método de cálculo de estabilidade de taludes, usando divisão de fatia, foi desenvolvido após um acidente na Noruega. Métodos de estabilidade por Equilíbrio Limite, desenvolvidos no século passado são atualmente utilizados na prática da engenharia. Apesar de suas deficiências, eles provaram ser confiáveis na determinação do Fator de Segurança. A geometria 2D e a abordagem completa da condição saturada são provavelmente as questões mais relevantes dos métodos atuais. A condição do solo não saturado está geralmente presente em taludes naturais e os métodos ignoram a influência da sucção do solo sobre a estabilidade do talude. O desenvolvimento de computadores no meio do século passado, tornaram os cálculos Equilíbrio Limite fáceis de serem executados. Por outro lado, eles não podem explicar a natureza do problema ou prever o comportamento do solo antes da ruptura. A década de 1960 marcou o início do desenvolvimento de programas de computador baseados em métodos numéricos que, entre outros, destaca-se, em geotecnia, a aplicação dos métodos de Elementos Finitos (FEM). Este método é ideal para muitos fins, uma vez que permite a simulação da sequência de construção e também a incorporação de diferentes modelos constitutivos. Este trabalho mostra a influência da sucção sobre a estabilidade de encostas naturais. Uma retroanálise de um escorregamento no Morro dos Cabritos, no Rio de Janeiro, foi feita através de um programa de análise de tensão (Plaxis 2D). Os resultados foram comparados com o FS obtido por programa de Equilíbrio Limite (Slide v5). O efeito de sucção do solo foi incorporada nas análises, através de sua influência sobre os parâmetros de resistência do solo e por diferentes possibilidades de infiltração de água na encosta. Este caso histórico foi estudado anteriormente por Gerscovich (1994), que na época, fez analise de fluxo e estabilidade utilizando um abordagem de Equilíbrio Limite 3D. Os resultados mostraram boa concordância entre a análise de Elementos Finitos e a simulação de Equilíbrio Limite, sem a presença de nível de água. Os resultados confirmaram que foi necessário haver pressões positivas para explicar a ruptura do talude.

Modelagem do comportamento estrutural de sistemas treliçados espaciais para escoramentos de estruturas de aço, concreto e mistas (aço-concreto).

A utilização de treliças para o escoramento de elementos estruturais de concreto armado e aço é considerada uma solução eficaz para o atual sistema de construção de engenharia civil. Uma mudança de atitude no processo de construção, associado com a redução dos custos causou um aumento considerável na utilização de treliças tridimensionais em aço com maior capacidade de carga. Infelizmente, o desenho destes sistemas estruturais baseia-se em cálculos muito simplificados relacionadas com vigas de uma dimensão, com propriedades de inércia constantes. Tal modelagem, muito simplificada, não pode representar adequadamente a resposta real dos modelos estruturais e pode levar a inviabilidade econômica ou mesmo inseguro desenho estrutural. Por outro lado, estas estruturas treliçadas estão relacionadas com modelos de geometria complexa e são desenhados para suportar níveis de cargas muito elevadas. Portanto, este trabalho de investigação propôs modelos de elementos finitos que representam o caráter tridimensional real do sistema de escoramento, avaliando o comportamento estático e dinâmico estrutural com mais confiabilidade e segurança. O modelo computacional proposto, desenvolvido para o sistema estrutural não linear de análise estática e dinâmica, aprovou as habituais técnicas de refinamento de malha presentes em simulações do método de elementos finitos, com base no programa ANSYS [1]. O presente estudo analisou os resultados de análises linear-elástica e não linear geométrica para ações de serviço, físicos e geométricos para as ações finais. Os resultados do presente estudo foram obtidas, com base na análise linear-elástica e não linearidade geométrica e física, e comparados com os fornecidos pela metodologia simplificada tradicional de cálculo e com os limites recomendadas por normas de concepção.

Solução analítica da equação unidimensional de transporte de nêutrons monoenergéticos com espalhamento linearmente anisotrópico e aproximação sintética de difusão

Nesta dissertação, são apresentados os seguintes modelos matemáticos de transporte de nêutrons: a equação linearizada de Boltzmann e a equação da difusão de nêutrons monoenergéticos em meios não-multiplicativos. Com o objetivo de determinar o período fluxo escalar de nêutrons, é descrito um método espectronodal que gera soluções numéricas para o problema de difusão em geometria planar de fonte fixa, que são livres de erros de truncamento espacial, e que conjugado com uma técnica de reconstrução espacial intranodal gera o perfil detalhado da solução. A fim de obter o valor aproximado do fluxo angular de nêutrons em um determinado ponto do domínio e em uma determinada direção de migração, descreve-se também um método de reconstrução angular baseado na solução analítica da equação unidimensional de transporte de nêutrons monoenergéticos com espalhamento linearmente anisotrópico com aproximação sintética de difusão nos termos de fonte por espalhamento. O código computacional desenvolvido nesta dissertação foi implementado na plataforma livre Scilab, e para ilustrar a eficiência do código criado,resultados numéricos obtidos para três problemas-modelos são apresentados

Método numérico de Matriz Resposta acoplado a um esquema de reconstrução espacial analítica para cálculos unidimensionais de transporte de nêutrons na formulação de ordenadas discretas multigrupo de energia com fonte fixa

Um método de Matriz Resposta (MR) é descrito para gerar soluções numéricas livres de erros de truncamento espacial para problemas multigrupo de transporte de nêutrons com fonte fixa e em geometria unidimensional na formulação de ordenadas discretas (SN). Portanto, o método multigrupo MR com esquema iterativo de inversão nodal parcial (NBI) converge valores numéricos para os fluxos angulares nas fronteiras das regiões que coincidem com os valores da solução analítica das equações multigrupo SN, afora os erros de arredondamento da aritmética finita computacional. É também desenvolvido um esquema numérico de reconstrução espacial, que fornece a saída para os fluxos escalares de nêutrons em cada grupo de energia em um intervalo qualquer do domínio definido pelo usuário, com um passo de avanço também escolhido pelo usuário. Resultados numéricos são apresentados para ilustrar a precisão do presente método em cálculos de malha grossa.

Determinação de uma fonte de contaminantes no estuário do Rio Macaé através da técnica de problemas inversos

Um grande desafio da atualidade é a preservação dos recursos hídricos, bem como o correto manejo dos mesmos, frente à expansão das cidades e às atividades humanas. A qualidade de um corpo hídrico é usualmente avaliada através da análise de parâmetros biológicos, físicos e químicos. O comportamento de tais parâmetros pode convenientemente ser simulado através de modelos matemáticos e computacionais, que surgem assim como uma ferramenta bastante útil, por sua capacidade de geração de cenários que possam embasar, por exemplo, tomadas de decisão. Nesta tese são discutidas técnicas de estimação da localização e intensidade de uma fonte de contaminante conservativo, hipoteticamente lançado na região predominantemente fluvial de um estuário. O lançamento aqui considerado se dá de forma pontual e contínua e a região enfocada compreendeu o estuário do Rio Macaé, localizado na costa norte do Rio de Janeiro. O trabalho compreende a solução de um problema direto, que consiste no transporte bidimensional (integrado na vertical) desse contaminante hipotético, bem como a aplicação de técnicas de problemas inversos. Para a solução do transporte do contaminante, aqui modelada pela versão 2D horizontal da equação de advecção-difusão, foram utilizados como métodos de discretização o Método de Elementos Finitos e o Método de Diferenças Finitas. Para o problema hidrodinâmico foram utilizados dados de uma solução já desenvolvida para estuário do Rio Macaé. Analisada a malha de acordo com o método de discretização, foram definidas a geometria do estuário e os parâmetros hidrodinâmicos e de transporte. Para a estimação dos parâmetros propostos foi utilizada a técnica de problemas inversos, com o uso dos métodos Luus-Jaakola, Algoritmo de Colisão de Partículas e Otimização por Colônia de Formigas para a estimação da localização e do método Seção Áurea para a estimação do parâmetro de intensidade da fonte. Para a definição de uma fonte, com o objetivo de propor um cenário experimental idealizado e de coleta de dados de amostragem, foi realizada a análise de sensibilidade quanto aos parâmetros a serem estimados. Como os dados de amostragem de concentração foram sintéticos, o problema inverso foi resolvido utilizando-os com e sem ruído, esse introduzido de forma artificial e aleatória. Sem o uso de ruído, os três métodos mostraram-se igualmente eficientes, com uma estimação precisa em 95% das execuções. Já com o uso de dados de amostragem com ruídos de 5%, o método Luus-Jaakola mostrou-se mais eficiente em esforço e custo computacional, embora todos tenham estimado precisamente a fonte em 80% das execuções. Considerando os resultados alcançados neste trabalho tem-se que é possível estimar uma fonte de constituintes, quanto à sua localização e intensidade, através da técnica de problemas inversos. Além disso, os métodos aplicados mostraram-se eficientes na estimação de tais parâmetros, com estimações precisas para a maioria de suas execuções. Sendo assim, o estudo do comportamento de contaminantes, e principalmente da identificação de fontes externas, torna-se uma importante ferramenta para a gestão dos recursos hídricos, possibilitando, inclusive, a identificação de possíveis responsáveis por passivos ambientais.

Análise espectral das equações de transporte de nêutrons na formulação de ordenadas discretas em meios multiplicativos

É presentada nesta dissertação uma análise espectral das equações de transporte de nêutrons, independente do tempo, em geometria unidimensional e bidimensional, na formulação de ordenadas discretas (SN), utilizando o modelo de uma velocidade e multigrupo, considerando meios onde ocorrem o fenômeno da fissão nuclear. Esta análise espectral constitui-se na resolução de problemas de autovalores e respectivos autovetores, e reproduz a expressão para a solução geral analítica local das equações SN (para geometria unidimensional) ou das equações nodais integradas transversalmente (geometria retangular bidimensional) dentro de cada região homogeneizada do domínio espacial. Com a solução geral local determinada, métodos numéricos, tais como os métodos de matriz de resposta SN, podem ser derivados. Os resultados numéricos são gerados por programas de computadores implementados em MatLab, versão 2012, a fim de verificar a natureza dos autovalores e autovetores correspondentes no espaço real ou complexo.

Avaliação dafitotoxidez de 18 espécies ocorrentes na restinga de Massambaba, Rio de Janeiro

A Área de Proteção Ambiental de Massambaba concentra diversas formações vegetais com uma grande riqueza florística e endemismos. Infelizmente esta área está sujeita à ação antrópica tanto que alguns fragmentos se encontram degradados. Para recuperar ecologicamente esta vegetação é importante compreender os mecanismos de sucessão ecológica. Como se sabe pouco sobre interações entre plantas de restinga, e menos ainda sob o prisma da alelopatia (efeito negativo que uma planta exerce em outras, ao liberar metabólitos secundários para o seu entorno),objetivou-se a realização de ensaios biológicos com espécies nativas. Inicialmente determinamos as melhores condições de extração de metabólitos, e por fim realizamos bioensaios com 18 espécies (Allagoptera aenaria, Andira legalis, Byrsonima sericea, Clusia fluminensis, Couepia ovalifolia, Erythroxylum ovalifolium, Eugenia copacabanensis, Eugenia selloi, Garcinia brasiliensis, Guapira opposita, Maytenus obtusifolia, Myrsine parvifolia, Neomitranthes obscura, Ocotea notata, Pouteria caimito, Renvoizea trinii, Tocoyena bullata e Vitex megapotamica). A aplicação dos extratos foi sobrea germinação e ocrescimento inicial de sementes de alface. Para isso, folhas destas espécies foram coletadas sazonalmente na formação arbustiva aberta não inundável (fácies alta) na restinga de Massambaba para o preparo de extratos aquosos. Os extratos foram obtidos a através da secagem das folhas à60C para posterior maceração, aquecimento, diluição e filtração, obtendo-se as concentrações de 5 e 10% de concentração (peso/volume). Os parâmetros para avaliar a fitotoxidez foram:a porcentagem ea velocidade de germinação e o comprimento da raiz após sete dias de crescimento em placas de Petri umedecidas com os extratos. Além desses três parâmetros, foi utilizado o índice de efeito global, que transforma as três variáveis em um índice único e uma analise de agrupamento (distância euclidiana, método de Ward) para classificá-las em espécies de fraca, média ou alta fitotoxidez de acordo com o valor do índice. A inibição do crescimento foi observada em todas as espécies, e verificou-se diferenças sazonais significativas, com destaque no inverno. Isso sugere que as diferenças os entre níveis de fitotoxidez estejam correlacionada são ambiente e à genética. Se a ação inibitória das espécies com maior efeito alelopático for comprovada, novas estratégias podem ser elaboradas para a reintrodução em projetos de conservação ambiental

Modelagem da Dinâmica do Sistema de Controle de Lastro de uma Plataforma Semisubmersível.

É descrita a modelagem, para controle, da dinâmica de uma plataforma semisubmersível com seis graus de liberdade. O modelo inclui os efeitos dos tanques de lastro como forças e momentos, assim como a dinâmica da plataforma. Os parâmetros do sistema foram obtidos das características da plataforma e de resultados experimentais obtidos com uma plataforma semisubmersível de dimensões reduzidas. O desenvolvimento de uma metodologia e de um software capazes de determinar o volume submerso e o centro de empuxo de uma estrutura com geometria complexa foram pontos determinantes nessa Dissertação, tendo em vista a complexidade do processo e as importâncias desses parâmetros para o desenvolvimento do modelo. A linearização do modelo permitiu a elaboração de uma estratégia de controle capaz de estabilizar a plataforma mesmo em condições iniciais distantes do equilíbrio. As equações que descrevem o movimento da plataforma nos graus de liberdade vertical, jogo e arfagem foram desenvolvidas. A realocação dos polos e um observador de estado foram utilizados com o objetivo de melhorar o controle do sistema.

Uso de espinores na investigação do limite de Karlhede para ondas pp

Neste trabalho foi feito um estudo do limite de Karlhede para ondas pp. Para este fim, uma revisão rigorosa de Geometria Diferencial foi apresentada numa abordagem independente de sistemas de coordenadas. Além da abordagem usual, a curvatura de uma variedade riemanniana foi reescrita usando os formalismos de referenciais, formas diferenciais e espinores do grupo de Lorentz. O problema de equivalência para geometrias riemannianas foi formulado e as peculiaridades de sua aplicação é a Relatividade Geral são delineadas. O limite teórico de Karlhede para espaços-tempo de vácuo de tipo Petrov N foi apresentado. Esse limite é estudado na prática usando técnicas espinores e as condições para sua existência são resolvidas sem a introdução de sistemas de coordenadas.

Simulação numérica da cavitação em turbomáquinas usando uma formulação Euler-Lagrange.

Turbomáquinas são máquinas operacionais que transferem energia mecânica entre um rotor e um fluido. Estas máquinas têm muitas aplicações industriais. Um dos componentes de uma turbomáquina responsável pela transferência da energia, ou receber a rotação do eixo e transformar em energia de fluido em caso de bomba ou transferir a energia do fluido para o eixo em caso de uma turbina, é o impelidor ou rotor. O fenómeno da cavitação envolve escoamento bifásico: o líquido a ser bombeado e as bolhas de vapor que são formadas durante o processo de bombeamento. O processo de formação dessas bolhas é complexo, mas ocorre principalmente devido a presença de regiões de pressões muito baixas. O colapso dessas bolhas pode muitas vezes levar a deterioração do material, dependendo da intensidade ou da velocidade de colapso das bolhas. O principal objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento hidrodinâmico do escoamento nos canais do impelidor de uma turbomáquina do tipo radial usando recursos de fluidodinâmica computacional (CFD). Uma abordagem Euler-Lagrange acoplada com o modelo da equação de Langevin foi empregada para estimar a trajetória das bolhas. Resultados das simulações mostram as particularidades de um escoamento líquido-bolha de vapor passando em um canal de geometria curva, fornecendo assim informações que podem nos ajudar na prevenção da cavitação nessas máquinas.

Redes neurais artificiais aplicadas à determinação do tamanho ótimo da malha para o cálculo da intensidade útil

Neste trabalho é apresentado um estudo para a determinação do tamanho ótimo da malha de elementos, utilizando redes neurais artificiais, para o cálculo da intensidade útil. A ideia principal é treinar as redes de modo a possibilitar a aprendizagem e o reconhecimento do melhor tamanho para diversas áreas superficiais em fontes sonoras com geometria plana. A vantagem de se utilizar redes neurais artificiais deve-se ao fato de apresentarem um único tamanho para a obtenção da intensidade útil, consequentemente, uma redução significativa de tempo computacional quando comparado com o tempo de cálculo de uma malha bem refinada. Ensaios numéricos com placas planas - geometria separável que permite uma solução analítica - são utilizados para se realizar comparações. É apresentado um estudo comparativo entre o tempo computacional gasto para a obtenção da intensidade útil e o mesmo com a malha otimizada via redes neurais artificiais. Também é apresentada uma comparação do nível de potência sonora mediante solução numérica, a fim de validar os resultados apresentados pelas redes neurais.