Visualização em tempo real de dados volumétricos dinâmicos usando hardware gráfico

Dados volumétricos temporais são usados na representação de fenômenos físicos em várias aplicações de visualização científica, pois tais fenômenos são complexos, alteram-se com o tempo e não possuem uma forma de representação definida. Uma solução é usar amostragens sobre um espaço de forma geométrica simples que contém o fenômeno (um cubo, por exemplo), discretizado ao longo de uma grade em células de mesmo formato e usualmente chamado de volume de amostragem. Este volume de amostragem representa um instante da representação do fenômeno e, para representar dados temporais, simplesmente enumera-se tantos volumes quanto forem as diferentes instâncias de tempo. Esta abordagem faz com que a representação seja extremamente custosa, necessitando de técnicas de representação de dados para comprimir e descomprimir os mesmos. Este trabalho apresenta uma nova abordagem para compressão de volumes de dados temporais que permite a visualização em tempo real destes dados usando hardware gráfico. O método de compressão usa uma representação hierárquica dos vários volumes de dados dentro da memória do hardware gráfico, referenciados pelo hardware como texturas 3D. O método de compressão tem melhor desempenho para dados volumétricos esparsos e com alto grau de coerência (espacial e temporal). A descompressão destes dados é feita por programas especiais que são executados no próprio hardware gráfico. Um estudo de caso usando o método de compressão/descompressão proposto é apresentado com dados provenientes do Projeto MAPEM (Monitoramento Ambiental em Atividades de Perfuração Exploratória Marítima). O objetivo do projeto é propor uma metodologia para o monitoramento dos efeitos das descargas de materiais no ecossistema marinho durante a perfuração de um poço de petróleo. Para estimar certos descarregamentos de fluidos, o projeto usa um simulador CFD que permite mostrar tais descarregamentos, gerando grades planares e uniformes 2D ou 3D em qualquer instante de tempo durante a simulação.

Contaminação do meio físico por hidrocarbonetos e metais na área da Refinaria Alberto Pasqualini, Canoas, RS

O presente estudo resulta de convênio entre a Fundação de Apoio da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (FAURGS) e a Refinaria Alberto Pasqualini (REFAP S.A.), tendo como objetivo o diagnóstico das contaminações por metais e hidrocarbonetos dos solos e águas subterrâneas na área e seus domínios. Os poços tubulares profundos existentes ao redor da refinaria registram 559 unidades distribuídas num raio de 2.000 metros, que têm uso residencial dominante (81,5%) e, em menor escala, comercial (6,5%), industrial (2,6%) e público (0,9%). A caracterização geológica revelou grande variação lateral e vertical, marcada pela ocorrência de sedimentos quaternários síltico-argilosos e arenosos finos com lentes de argilas orgânicas plásticas, tendo espessura de até 14 metros cobrindo rochas sedimentares da Formação Sanga do Cabral. Esta última composta principalmente por arenitos finos a muito finos, siltitos e argilitos avermelhados. Uma parcela significativa da área encontra-se capeada por aterros de terraplenagem com espessuras entre 0,5 e 4 metros. Os estudos hidrogeológicos da área registram a existência de um aqüífero freático livre, constituído pelo material de aterro e camadas sedimentares superficiais, e outro semi-confinado, representado por níveis arenosos descontínuos intercalados no pacote dominantemente síltico-argiloso de sedimentos quaternários. Os sedimentitos da Formação Sanga do Cabral fazem parte do aqüífero semiconfinado. O diagnóstico da contaminação de solos por hidrocarbonetos e metais contou com a análise química de 94 amostras coletadas em 48 sondagens manuais em diferentes profundidades. Os resultados apontaram a virtual ausência de vanádio e baixos níveis de contaminação por cromo, mercúrio, cádmio, cobre, chumbo e Hidrocarbonetos Totais de Petróleo (TPH). A grande quantidade de amostras permitiu a realização de uma avaliação geoestatística para determinação dos teores naturais do terreno e das concentrações oriundas de contaminações. Os solos presentes no entorno da bacia de aeração e da área de descarte de borras e caliças apresentaram as maiores concentrações de metais e, mesmo que inexpressivas, de TPH. A avaliação da qualidade das águas subterrâneas do aqüífero semiconfinado foi realizada através da instalação de 10 poços de monitoramento com profundidades da ordem de 20 metros e coleta de amostras para análises químicas. Também foram coletadas amostras do aqüífero freático em 9 poços de monitoramento rasos com profundidades da ordem de 5 metros, já existentes na ocasião. Os resultados obtidos para as águas do aqüífero semi-confinado retratam uma boa situação ambiental deste, com teores de metais inexistentes na grande maioria dos poços e concentrações abaixo dos limites de intervenção apenas em alguns. Hidrocarbonetos de petróleo (TPH) foram registrados em apenas um poço, em quantidade inexpressiva. Os poços rasos revelam um cenário menos favorável no aqüífero freático, apontando contaminação pouco significativa por hidrocarbonetos de petróleo em apenas 4 locais.

Comportamento dos contaminantes nos solos e águas subterrâneas em depósito de resíduos do refino de petróleo - Borreiro - Na Refinaria Alberto Pasqualini, RS

Resíduos do refino de petróleo dispostos no meio ambiente representam fontes de contaminação por metais pesados e hidrocarbonetos para solos, subsolos, águas superficiais e subterrâneas. O presente estudo foi realizado na área designada Borreiro da Refinaria Alberto Pasqualini, RS – REFAP, onde nas décadas de ‘70 e ‘80 foram depositados resíduos do refino de petróleo (borra) intercalados com camadas de aterros em volume total da ordem de 100.500 m3. O uso da área cessou há cerca de 20 anos, estando os materiais, desde então sujeitos aos mecanismos de atenuação natural. É objetivo do trabalho avaliar a situação da área, relacionando e descrevendo as interações dos sedimentos e das águas subterrâneas com os contaminantes. Para caracterização geológica e hidrogeológica da área foram realizadas 35 sondagens e construídos 6 poços de monitoramento com profundidades de 5 a 7 metros. Visando avaliar a contaminação do meio ambiente pela disposição de borra, foram amostrados os materiais do depósito, bem como os sedimentos cenozóicos que constituem a base do depósito, formada dominantemente por areia fina siltico-argilosa. Também foram coletadas, amostras de águas subterrâneas do aqüífero freático que juntamente com os sedimentos foram analisadas por Espectrofotometria de Absorção Atômica e por Cromatografia Gasosa. Para caracterização da distribuição espacial e análise da mobilidade dos componentes da borra, foram construídos mapas de isoteores e perfis verticais das sondagens, comparando textura dominante e profundidade de cada amostra com seu conteúdo de contaminante. Foram realizados testes de lixiviação e de solubilização para avaliar a relação dos contaminantes com os materiais, permitindo classificar as amostras de acordo com a NBR-10.004, determinando, assim as zonas mais impactadas da área. A caracterização geológica e hidrogeológica serviu de base de dados para a apresentação da dispersão dos contaminantes no depósito, nos sedimentos cenozóicos e no aqüífero freático. Foi definida a dispersão dos contaminantes orgânicos nas fases, livre, adsorvida, residual, gasosa e dissolvida bem como a distribuição dos metais na superfície, no subsolo e nas águas subterrâneas.

Avaliação das alterações ambientais causadas por perfuração exploratória em talude continental a partir de dados geoquímicos - Bacia de Campos, Brasil.

As atividades de exploração e produção de petróleo e gás no Brasil têm se tornado mais intensas ao longo desta última década, apresentando uma tendência de avanço em direção a ambientes de maior profundidade, onde se localizam grande parte das reservas de óleo já comprovadas. Os processos de exploração e produção de petróleo e gás apresentam muitas etapas com considerável potencial gerador de impactos ao meio ambiente, entre elas, a perfuração de poços exploratórios marítimos, objeto do presente estudo. Este estudo originou-se do Projeto MAPEM – Monitoramento Ambiental em Atividades de Perfuração Exploratória Marítima (Águas Profundas), do qual foram utilizados os dados analisados nesta dissertação. O monitoramento foi realizado visando avaliar os efeitos da perfuração do poço Eagle, localizado em talude continental, região norte da Bacia de Campos, Brasil, próximo ao limite entre os estados do Rio de Janeiro e Espírito Santo, a 902 metros de profundidade. Foram coletadas amostras de sedimentos superficiais na região de entorno da atividade, em 48 estações de monitoramento e 6 estações de controle, durante os cruzeiros oceanográficos realizados um mês antes, um mês após e um ano após a perfuração. As análises dos sedimentos geraram informações sobre sua composição granulométrica, mineralógica (argilominerais e carbonato de cálcio) e química (hidrocarbonetos e metais), e foram comparadas em sua variação espacial (área de monitoramento/estações de controle) e temporal (3 cruzeiros oceanográficos). A variação temporal foi abordada de três maneiras distintas, onde o Cruzeiro I representou o background da área, a variação do Cruzeiro I para o II representou o impacto sobre a área de monitoramento e na variação do Cruzeiro II para o III, buscou-se evidências de recuperação da área monitorada com tendência de retorno às suas características iniciais O background da área definiu os níveis médios de todas variáveis analisadas, identificando, além de teores naturais para alguns dos componentes dos sedimentos, sinais de contaminação de origem antrópica, principalmente de As, Pb e hidrocarbonetos petrogênicos (n-alcanos) e pirogênicos (aromáticos). Na perfuração do poço Eagle foi utilizado fluido de base aquosa (FBA) e fluido de base sintética (FBS), dos quais se buscou identificar as áreas de influência e as alterações causadas nos sedimentos. Identificou-se a ocorrência de um fluxo gravitacional de massa, no período entre o Cruzeiro I e a perfuração, restrito ao cânion submarino que cruza a área de monitoramento, do qual também foi avaliada a influência sobre a composição dos sedimentos. A influência do FBA (indicada pelos teores de bário) estendeu-se por uma grande área, apresentando maiores concentrações nas estações próximas do poço. A área de influência do FBS (indicada pelos n-alcanos entre C14 e C22) apresentou distribuição mais restrita, em duas manchas, uma a norte e outra a oeste do poço. Além dos n-alcanos, foi identificado aumento dos teores de bário, UCM (mistura complexa não resolvida), fluoreno e acenaftaleno. O fluxo gravitacional de massa causou elevações na proporção de areia das estações do cânion submarino e redução do carbono orgânico. Efetivamente pode se concluir que a atividade de perfuração exerceu influência significativa nas propriedades químicas dos sedimentos, contudo, de improvável efeito tóxico sobre a biota. Pode-se concluir também que ocorreu recuperação da área, após o período de um ano, por redução das concentrações médias de algumas variáveis e sinais de reposição de n-alcanos naturais, porém não foi possível a identificação de degradação do material sintético utilizado no FBS.

Desenvolvimento de métodos analíticos para determinação de níquel e vanádio em petróleo por espectrometria de absorção atômica em forno de grafite

Neste trabalho foram investigados diferentes métodos de preparação de amostra para a determinação de níquel e vanádio em óleo cru usando a espectrometria de absorção atômica com forno de grafite (GF AAS). Investigou-se o uso de xileno como diluente, o qual foi inadequado devido à baixa estabilidade de níquel nas soluções e resultando na contaminação do equipamento. As soluções diluídas em isobutilmetilcetona apresentaram melhor estabilidade, mas não houve reprodutibilidade das medidas com os padrões orgânicos de níquel. Melhores resultados foram obtidos com emulsões óleo-em-água, usando Triton X-100 como surfactante. Também foi estudado o uso de padrões aquosos (inorgânicos) para o preparo das emulsões. Após o estabelecimento de curvas de pirólise para padrão e amostra de óleo cru, observou-se diferença no comportamento térmico do níquel na matriz de óleo cru. Foi então realizada uma investigação usando um espectrômetro de absorção atômica com fonte contínua de alta resolução (HR-CS AAS), equipamento com elevada capacidade de correção de fundo, e constatou-se que cerca de 50 % do analito é perdido em temperaturas abaixo de 400 ºC, enquanto que o restante é termicamente estável até pelo menos 1200 ºC. A fim de resolver o problema de perda de níquel volátil, foi investigado o uso de paládio como modificador químico. Através de curvas de pirólise com e sem paládio, observou-se que a mesma perda também ocorreu para o vanádio. Após a otimização da melhor quantidade de paládio, verificou-se que foi necessária uma quantidade de 20 µg de paládio para estabilização de níquel e vanádio. A determinação de níquel e vanádio total em amostras de óleo cru foi realizada usando-se paládio como modificador químico. A especiação destes elementos foi possível através da determinação das espécies estáveis, provavelmente compostos salinos não porfirínicos de níquel e vanádio, sem a adição de paládio, e a fração de compostos voláteis (provavelmente porfirinas de níquel e vanádio) foi calculada por diferença. Estabeleceram-se as figuras de mérito obtendo-se valores de massa característica de 19 e 33 pg e limite de detecção de 43 e 113 pg para níquel e vanádio, respectivamente. Esses resultados são compatíveis com dados reportados na literatura. A exatidão deste procedimento foi verificada pela análise dos materiais de referência certificados de metais traço em óleo residual (SRM 1634c) para níquel e vanádio e o petróleo (RM 8505) somente para vanádio e também por comparação com os resultados obtidos por HR-CS AAS para várias amostras de óleo cru. A aplicação do teste estatístico t-student aos resultados de níquel e vanádio total obtidos por GF AAS e HR-CS AAS mostrou que os mesmos não são significativamente diferentes a um nível de 95% de confiança.

Estudo dos ácidos naftênicos do gasóleo pesado derivado do petróleo Marlim

Pouco se conhece sobre a estrutura dos ácidos naftênicos presentes no petróleo brasileiro e derivados. Existem alguns trabalhos realizados com a fração ácida, dos óleos crus, direcionados à aplicação geológica, visto que os ácidos hopanóicos, constituintes dessa fração, podem ser indicadores de migração e maturação. Entretanto, além do interesse geológico, a fração ácida, também está relacionada à corrosão nos equipamentos de refino desses óleos, motivando pesquisas para separar e identificar os ácidos responsáveis pelo problema corrosivo nas refinarias. Os ácidos naftênicos (AN) representam um teor muito pequeno, tanto nos óleos crus, quanto nos derivados, dos quais são constituintes. A concentração bastante baixa destes ácidos, em matrizes com composição ampla e variada, dificulta sua extração. Portanto, as etapas de separação, concentração e purificação da amostra, além da análise, demandam tempo e trabalho extensivos. Os objetivos deste trabalho de pesquisa podem ser resumidos em, otimizar o método de extração e análise, para os ácidos presentes no gasóleo pesado (GOP) e verificar seu efeito corrosivo. Neste trabalho, utilizou-se extração líquido-líquido (ELL), cromatografia líquida preparativa com sílica, cromatografia de troca iônica com as resinas A-21e A-27 e extração em fase sólida (SPE) com dessorção em banho de ultra-som (US), aplicada no extrato da ELL, para extrair a fração ácida do (GOP) do petróleo Marlim (Campos, Rio de Janeiro, Brasil). A análise foi realizada, através de cromatografia em fase gasosa com detector de espectrometria de massas e ionização por impacto de elétrons, após uma etapa de derivatização com metanol/BF3 ou com N-metil-N-(terc-butildimetilsilil)trifluoracetamida. Os resultados apresentados indicam a presença de ácidos carboxílicos, pertencentes a famílias de compostos alicíclicos e cíclicos, com até quatro anéis na molécula. Também foi verificado o efeito corrosivo da amostra de GOP sobre amostras de aço ASTM 1010, associado à presença de ácidos naftênicos nesta amostra.

Proteção passiva de estruturas e sistemas elétricos contra incêndio aplicada a uma unidade de refino de petróleo

Nesta dissertação visa-se estudar e propor alternativas de solução para a proteção de estruturas e sistemas elétricos contra fogo numa unidade de craqueamento catalítico de uma refinaria de petróleo, por meio de proteção passiva. A proteção passiva tem por finalidade garantir a integridade das estruturas sujeitas a incêndio, durante um determinado período de tempo, para possibilitar, no caso da refinaria, a realização de procedimentos de parada da unidade de forma segura e controlar o incêndio a fim de diminuir a possibilidade de propagação do fogo para outras áreas. Com base em técnicas de análise de riscos fez-se a identificação de zonas potencialmente sujeitas a cenários de acidente envolvendo jato de fogo e/ou incêndio em poça. A delimitação das áreas onde haveria necessidade de proteção passiva foi realizada com base em modelos para jatos de fogo e incêndio em poça já estabelecidos na literatura. O dimensionamento da proteção passiva de estruturas e sistemas elétricos com o uso de diversos materiais usados comercialmente para este fim foi estimado com base em equações empíricas desenvolvidas por Jeanes, 1980, Stanzak, 1973 e PABCO, 1984, e, para alguns casos particulares foi feita uma verificação por solução numérica da equação da condução do calor em meio sólido.Assim, foram determinados quais os materiais mais adequados em cada caso de aplicação e qual a espessura em que deve ser aplicado para que a temperatura no elemento estrutural ou no sistema elétrico não atinja a sua determinada temperatura crítica em um período de tempo pré-determinado. Para os casos de elementos estruturais como colunas de sustentação da unidade de seção cilíndrica, o principal material para proteção passiva é a argamassa projetada e para perfil I, é o emprego de placas de gesso. Já para o caso de sistemas elétricos, podem ser utilizadas tanto tintas intumescentes quanto as mantas reforçadas com fibras minerais, esta escolha depende da geometria do sistema em que será empregado. Da comparação entre estes dois métodos pode-se concluir que o dimensionamento da proteção passiva fazendo o uso das correlações empíricas é menos conservativo que para o caso do uso da equação da difusão do calor resolvida por método numérico. Porém, os resultados diferem dentro de um limite considerado aceitável (em torno de 15%) levando-se em consideração os erros embutidos em cada método de cálculo. É importante mencionar que as correlações empíricas são de mais simples aplicação por possuir apenas operações matemáticas básicas. Usando as correlações empíricas para os perfis cilíndricos de aço (diâmetro de 0,1524 m e espessura de parede de 0,0254 m), a espessura de revestimento estimada com o uso das correlações empíricas necessária para garantir que a temperatura na interface entre os dois materiais não atinja 550°C em duas horas seria de 13,5 mm para argamassa projetada, 19,7 mm para vermiculita com silicato de sódio e 34,5 mm para recobrimento com concreto com proteção do tipo contorno. Fazendo o mesmo cálculo pelo método numérico proposto, os resultados foram de 15,53 mm para argamassa projetada, 22,06 mm para vermiculita com silicato de sódio e 38,98 mm para recobrimento com concreto com proteção do tipo contorno. Fazendo o mesmo cálculo pelo método numérico proposto, os resultados foram de 15,53 mm para argamassa projetada, 22,06 mm para vermiculita com silicato de sódio e 38,98 mm para recobrimento com concreto com proteção do tipo contorno. Cabe ressaltar que com a realização desta dissertação busca-se uma integração entre o mestrado acadêmico e o meio empresarial com o desenvolvimento de trabalhos de natureza acadêmica que tenham aplicação direta na prática. Espera-se assim permitir que Universidade dê retorno à sociedade que a mantém e propiciar que setores da sociedade possam usufruir da capacidade disponível na academia.