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.

Aplicações do formalismo de Keldysh ao transporte e ao bombeamento de calor em nanoestruturas

Num regime balísstico e a baixas temperaturas, a fórmula de Landauer dá uma boa descrição do transporte de calor para nano-junções conectadas a dois fios acoplados a banhos térmicos a temperaturas diferentes. Partindo de um modelo microscópico e utilizando o método de funções de Green fora do equilíbrio, é possível obter uma expressão para a condutância térmica na nano-junção equivalente a fórmula de Landauer. Esta depende dos valores das constantes de acoplamento entre os modos de fônons da região central e dos fios, além do gradiente térmico. A expressão para a condutância térmica é muito semelhante aquela obtida para a condutância elétrica. Neste trabalho nós apresentamos o método para o cálculo de grandezas relacionadas ao transporte térmico em um regime onde não há um gradiente de temperatura entre os reservatórios mas o sistema sofre uma perturbação dependente do tempo. Ou seja, com uma escolha conveniente da parametrização temporal dos termos de acoplamento entre a nano-junção e os fios é possível produzir uma corrente de calor na ausência de diferença de temperaturas entre os banhos térmicos aos quais os fios estão conectados. Esse fenômeno caracteriza o bombeamento de calor. Desenvolvemos uma teoria de transporte dependente do tempo para descrever o bombeamento. A teoria é geral, dependendo da densidade de fônons, da intensidade e dependência temporal do acoplamento. Aplicamos o formalismo em um modelo simples demonstrando que, em princípio, é possível bombear calor através de uma cadeia linear de átomos sem gradiente térmico.

Impacto do aterro controlado Morro do Céu na atmosfera

O principal objetivo deste estudo é estimar o alcance dos poluentes emitidos pelo Aterro Controlado do Morro do Céu (ACMC), localizado em Niterói e as possíveis áreas afetadas. Utilizou-se um modelo matemático para o estudo do transporte e difusão dos poluentes que fornece a concentração nas vizinhanças, a partir dos dados de emissões, meteorológicos e topográficos. Foram analisados e tratados os dados meteorológicos e a topografia da região de alcance da pluma. As amostras foram coletadas por uma bomba de ar a uma vazão de 500 mL min-1 por um período de 10 min, em dois dias e horários diferentes. A câmara de fluxo empregada foi de 30 L e de PVC, no formato cilíndrico, cuja boca foi emborcada no solo por 5 cm e a amostragem realizada por uma válvula posicionada no fundo. Foram empregados como meios de amostragem cartuchos de carvão ativo de leito duplo e as análises químicas foram realizadas por cromatografia de fase gasosa com detecção por ionização na chama. Os resultados encontrados indicam que o ACMC pode conter quantidade significativa de vários compostos químicos, principalmente compostos orgânicos voláteis, impactando a vegetação, prejudicando a saúde e a qualidade de vida da população do seu entorno. Foram obtidos valores de compostos orgânicos voláteis acima de 400 g m-3 a menos que 500 m do ACMC. Considerando que o ACMC não será desativado em um tempo próximo, creches, escolas e postos de saúde devem ser deslocados para uma área onde o impacto dos poluentes atmosféricos seja menor, contribuindo para a melhoria da qualidade de vida da população

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.

Análise multielementar em folhas de Nerium oleander L. usando fluorescência de raios X por dispersão em energia

Desde o início do século XX, a poluição do ar nos grandes centros piorou em consequência processo de industrialização e urbanização, juntamente com o rápido crescimento populacional e do transporte motorizado. Algumas espécies de plantas absorvem os poluentes atmosféricos pelas suas folhas e então, fixa-os em sua matriz, tornando-se assim um biomonitor de poluição nessa área. Assim, a análise foliar dessas espécies de vegetal pode ser usado como monitoramento ambiental. Uma das plantas que tem a habilidade de reter certos elementos químicos do ambiente e pode ser usada como biomonitor é a Nerium oleander L.. Neste estudo utilizou-se folhas de Nerium oleander L. para avaliar os níveis de poluição ambiental em uma sub-região da Região Metropolitana do Rio de Janeiro através da Fluorescência de Raios X (EDXRF). O sistema de EDXRF foi desenvolvido no próprio laboratório e consiste de um sistema portátil de XRF formado por um mini tubo raio X de baixa potência (anodo de Ag e operação em 20 kV/50 μA) e um detector de SiPIN. As amostras de Nerium oleander L. foram coletadas de plantas adultas. As amostras foram coletadas durante as quatros estações do ano (verão, outono, inverno e primavera). Todas as folhas foram coletadas a uma distância superior de 1,5 m em relação ao solo. As amostras foram acondicionadas em sacos plásticos e depois da chegada ao laboratório foram colocados sob refrigeração a 5 C. No laboratório, as amostras foram limpas com um pincel com cerdas macias para retirar a poeira. Depois disso, as amostras foram colocadas na estufa a 60 C por 48 h. Em seguida, as amostras foram pulverizadas (44 μm). Depois desse processo, alíquotas de 500 mg de massa foram prensadas a uma pressão de 2.32×108 por cerca de 15 minutos, afim de se obter pastilhas finas com diâmetro de 2,54 cm e densidade superficial de 100 mg/cm2. Foi possível detectar a concentração de 13 elementos: S, Cl, K, Ca, Mn, Fe, Cu, Zn, Br, Rb, Sr, Ba e Pb. A partir da concentração de cada elemento foram obtidos os mapas de distribuição elementar da área de estudo para cada estação. A análise da correlação de Pearson mostrou que existe uma correlação significativa entre os elementos Fe, Zn, Ba e Pb, entre os elementos Ca e Sr e entre os elementos Cl, K, Rb. A análise do PCA (Análise por Componentes Principais) mostrou que existem dois fatores principais da emissão de poluição ambiental: emissão por ressuspensão do solo (Cl, K, Ca, Mn, Rb e Sr) e emissões veiculares e industriais (Fe, Zn, Ba e Pb). O estudo da poluição ambiental através da técnica de EDXRF utilizando folhas de Nerium oleander L. como biomonitor se mostrou uma técnica de baixo custo e eficiência substancial na determinação da concentração elementar dos poluentes atmosféricos.

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 do Controle das Emissões de poluentes em Caldeira Aquatubular de alta pressão com Queimadores Convencionais, Abordagem da Eficiência Versus Custo do Dano.

As emissões atmosféricas têm sido consideradas por especialistas, poder público, iniciativa privada e organizações ambientalistas, um dos maiores impactos ambientais que o planeta vem enfrentando. Neste contexto estão tanto as fontes estacionárias quanto as fontes móveis. Ao mesmo tempo em que se lançam na atmosfera milhões de toneladas de poluentes a cada ano através da indústria, o homem procura soluções alternativas através de fontes de energia limpa. Adicionalmente, procura-se ao diminuir as emissões das fontes fixas exercer melhor controle e tratamento. Apresenta-se nesse trabalho, a possibilidade da implementação de ações que visem minimizar o impacto causado pelas caldeiras geradoras de energia, em especial as que operam com queimadores convencionais. Experimentou-se um procedimento capaz de ser utilizado de imediato pelas indústrias, antes mesmo de se implementar inovações tecnológicas, que demandam tempo e recursos. Desta forma, pode-se reduzir, de maneira imediata, o volume de poluentes lançados diariamente na atmosfera, em especial o monóxido de carbono, CO, os óxidos de nitrogênio, NOx, e o material particulado, MP. Objetivou-se atingir um nível de emissões capaz de minimizar o custo do dano, sem perder a eficiência da combustão. Apresenta-se ainda a base metodológica de um modelo, utilizando-se a lógica difusa, como forma de se obter um controle e confiabilidade na gestão das emissões.

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

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.