866 resultados para Porosidade Modelos matemáticos
Resumo:
Nesta tese realizada a modelagem do comportamento hidrulico dos principais rios que compem a bacia hidrogrfica do Rio Bengalas, localizada no municpio de Nova Friburgo-RJ, a qual abrange a rea mais urbanizada da referida cidade. Para a realizao das simulaes foi utilizado o Sistema de Modelagem de guas MOHID, ferramenta MOHID Land. J para a calibrao do modelo foram adotados alguns mtodos de otimizao, mais precisamente, os algoritmos de Luus- Jaakola (LJ) e Coliso de Partculas (PCA), acoplados ao referido sistema, com o intuito de determinar os principais parmetros necessrios modelagem de corpos hdricos, bem como suas bacias hidrogrficas. Foram utilizados dados topogrficos do IBGE disponibilizados pela prefeitura aps a elaborao do Plano de guas Pluviais da regio de interesse. Com o modelo devidamente calibrado por meio de dados experimentais, foi realizada a validao do mesmo atravs da simulao de inundaes nesta regio. Apesar de tcnicas de otimizao acopladas plataforma MOHID terem sido utilizadas pela primeira vez em um rio de montanha, os resultados apresentaram-se importantes e qualitativamente satisfatrios do ponto de vista de auxlio tomada de decises, tendo como base a preveno de danos causados pelas elevaes da lmina dgua que ocorrem frequentemente em Nova Friburgo, como por exemplo, a recente tragdia de janeiro de 2011 ocorrida na Regio Serrana do Estado do Rio de Janeiro.
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A presente dissertao tem como objetivo analisar o comportamento da soluo numrica da equao de difuso anmala com distribuio de fluxo bimodal, no regime estacionrio, atravs de dois mtodos numricos. Foram desenvolvidos modelos utilizando o Mtodo de Elementos Finitos e o Mtodo de Volumes Finitos para a soluo numrica desta equao. No modelo do Mtodo de Elementos Finitos utilizou-se polinmios cbicos de Hermite como funes de interpolao. No modelo de Volumes Finitos foi utilizada uma discretizao de ordem superior para a avaliao das derivadas da equao em estudo. Em ambos os mtodos, os modelos desenvolvidos consideram a utilizao de diferentes tipos de condies de contorno para a soluo do problema. Foram analisadas as influncias de parmetros da equao, das condies de contorno e do refinamento da malha na soluo numrica. Os resultados apresentam a anlise de erros da soluo numrica atravs da comparao desta com a soluo analtica.
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Em engenharia, a modelagem computacional desempenha um papel importante na concepo de produtos e no desenvolvimento de tcnicas de atenuao de rudo. Nesse contexto, esta tese investiga a intensidade acstica gerada pela radiao sonora de superfcies vibrantes. De modo especfico, a pesquisa enfoca a identificao das regies de uma fonte sonora que contribuem efetivamente para potncia sonora radiada para o campo afastado, quando a frequncia de excitao ocorre abaixo da frequncia crtica de coincidncia. So descritas as fundamentaes tericas de duas diferentes abordagens. A primeira delas, denominada intensidade supersnica (analtica) calculada via transformadas de Fourier para fontes sonoras com geometrias separveis. A segunda, denominada intensidade til (numrica) calculada atravs do mtodo dos elementos de contorno clssico para fontes com geometrias arbitrrias. Em ambas, a identificao das regies feita pela filtragem das ondas no propagantes (evanescentes). O trabalho est centrado em duas propostas, a saber. A primeira delas, a apresentao implementao e anlise de uma nova tcnica numrica para o clculo da grandeza intensidade til. Essa tcnica constitui uma variante do mtodo dos elementos de contorno (MEC), tendo como base o fato de as aproximaes para as variveis acsticas presso e velocidade normal serem tomadas como constantes em cada elemento. E tambm no modo peculiar de obter a velocidade constante atravs da mdia de um certo nmero de velocidades interiores a cada elemento. Por esse motivo, a tcnica recebe o nome de mtodo de elemento de contorno com velocidade mdia (AVBEMAverage Velocity Boundary Element Method). A segunda, a obteno da soluo forma fechada do campo de velocidade normal para placas retangulares com oito diferentes combinaes de condies contorno clssicas. Ento, a intensidade supersnica estimada e comparada intensidade acstica. Nos ensaios numricos, a comparao da intensidade til obtida via MEC clssico e via AVBEM mostrada para ilustrar a eficincia computacional da tcnica aqui proposta, que traz como benefcio adicional o fato de poder ser utilizada uma malha menos refinada para as simulaes e, consequentemente, economia significativa de recursos computacionais.
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Sinais diversos esto presentes em nosso cotidiano, assim como nas medidas realizadas nas atividades de cincia e tecnologia. Dentre estes sinais, tem grande importncia tecnolgica aqueles associados corroso de estruturas metlicas. Assim, esta tese prope o estudo de um esquema local de transformada de Fourier janelada, com a janela variando em funo da curtose, aplicada a sinais de rudo eletroqumico. A curtose foi avaliada nos domnios do tempo e da frequncia e processada pelo programa desenvolvido para esse fim. O esquema foi aplicado a sinais de rudo eletroqumico dos aos UNS S31600, UNS G10200 e UNS S32750 imersos em trs solues: FeCl3 0,1 mol=L (cloreto frrico), H2SO4 5%(cido sulfrico) e NaOH 0,1%(hidrxido de sdio). Para os aos inoxidveis, estas solues promovem corroso localizada, uniforme e passivao, respectivamente. Visando testar o desempenho do esquema de Fourier desenvolvido, testes foram realizados utilizando-se inicialmente sinais sintticos e em seguida sinais de rudo eletroqumico. Notou-se que os sinais tm caractersticas de no-estacionaridade e a maior parte da energia est presente em baixa frequncia. Os intervalos de tempo e de frequncia onde se concentra a maior parte da energia do sinal foram correlacionados. Para os picos mximos dos sinais de potencial e corrente obtidos de amperimetria de resistncia nula, a correlao entre eles foi baixa, independente da forma de corroso presente. Conclui-se que o mtodo se adaptou bastante bem s caractersticas locais do sinal eletroqumico permitindo o monitoramento dos espectros tempo-frequncia. O fato de ser sensvel s caractersticas locais do sinal permite analisar aspectos dos sinais que do modo clssico no podem ser diretamente processados. O mtodo da transformada de Fourier janelada varivel (Variable Short-Time Fourier Transform - VSTFT) adaptou-se muito bem no monitoramento dos sinais originados de potencial de circuito aberto e amperimetria de resistncia nula.
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O crescimento da populao e dos ncleos urbanos durante o sculo XX, sobretudo nos pases em desenvolvimento, contribuiu para o aumento das reas impermeveis das bacias hidrogrficas, com impactos importantes nos sistemas de drenagem urbana e na ocorrncia de enchentes associadas. As enchentes trazem prejuzos materiais, na sade e sociais. Recentemente, tm sido propostas prticas conservacionistas e medidas compensatrias, que buscam contribuir para o controle das enchentes urbanas, atravs do retardo do pico e amortecimento dos hidrogramas. Modelos matemáticos hidrolgicos-hidrulicos permitem a simulao da adoo destas medidas de controle, demonstrando e otimizando sua localizao. Esta dissertao apresenta os resultados da aplicao do modelo hidrolgico Storm Water Management Model (SWMM) bacia hidrogrfica de estudo e representativa do rio Morto localizada em rea peri-urbana em Jacarepagu na cidade do Rio de Janeiro, com rea de 9,41 km. O processamento do modelo SWMM foi realizado com o apoio da interface Storm and Sanitary Analysis (SSA), integrada ao sistema AutoCAD Civil 3D. Alm da verificao da adequabilidade do modelo representao dos sistemas hidrolgico e hidrulico na bacia, foram desenvolvidos estudos para dois cenrios como medidas de controle de enchentes: cenrio 1, envolvendo implantao de um reservatrio de deteno e, cenrio 2, considerando a implantao de reservatrios de guas pluviais nos lotes. Os hidrogramas resultantes foram comparados ao hidrograma resultante da simulao nas condies atuais. Alm disso, foram avaliados os custos associados a cada um dos cenrios usando o sistema de oramento da Empresa Rio guas da PCRJ. Nas simulaes foram adotadas a base cartogrfica, e os dados climatolgicos e hidrolgicos previamente observados no contexto do projeto HIDROCIDADES, Rede de Pesquisa BRUM/FINEP, na qual este estudo se insere. Foram representados os processos de gerao e propagao do escoamento superficial e de base. Durante o processo de calibrao, realizou-se a anlise de sensibilidade dos parmetros, resultando como parmetros mais sensveis os relativos s reas impermeveis, especialmente o percentual de rea impermevel da bacia (Ai). A calibrao foi realizada atravs do ajuste manual de sete parmetros do escoamento superficial e cinco do escoamento de base para trs eventos. Foram obtidos coeficientes de determinao entre 0,52 e 0,64, e a diferena entre os volumes escoados e observados entre 0,60% e 4,96%. Para a validao do modelo foi adotado um evento pluviomtrico excepcional observado na cidade em abril de 2010, que poca causou enchentes e grandes transtornos na cidade. Neste caso, o coeficiente de determinao foi igual a 0,78 e a diferena entre volumes foi de 15%. As principais distores entre hidrogramas observados e simulados foram verificados para as vazes mximas. Em ambos os cenrios as enchentes foram controladas. A partir destes estudos, pde-se concluir que o melhor custo-benefcio foi o cenrio 2. Para este cenrio, foi observado maiores amortecimento e retardo da vazo de pico do hidrograma, igual a 21,51% da vazo simulada para as condies atuais da bacia. Os custos de implantao orados para os reservatrios de lote ficaram 52% a menos do que o do reservatrio de deteno.
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O desenvolvimento de software livre de Jacobiana para a resoluo de problemas formulados por equaes diferenciais parciais no-lineares de interesse crescente para simular processos prticos de engenharia. Este trabalho utiliza o chamado algoritmo espectral livre de derivada para equaes no-lineares na simulao de fluxos em meios porosos. O modelo aqui considerado aquele empregado para descrever o deslocamento do fluido compressvel miscvel em meios porosos com fontes e sumidouros, onde a densidade da mistura de fluidos varia exponencialmente com a presso. O algoritmo espectral utilizado um mtodo moderno para a soluo de sistemas no-lineares de grande porte, o que no resolve sistemas lineares, nem usa qualquer informao explcita associados com a matriz Jacobiana, sendo uma abordagem livre de Jacobiana. Problemas bidimensionais so apresentados, juntamente com os resultados numricos comparando o algoritmo espectral com um mtodo de Newton inexato livre de Jacobiana. Os resultados deste trabalho mostram que este algoritmo espectral moderno um mtodo confivel e eficiente para a simulao de escoamentos compressveis em meios porosos.
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Azeotropia um fenmeno termodinmico onde um lquido em ebulio produz um vapor com composio idntica. Esta situao um desafio para a Engenharia de Separao, j que os processos de destilao exploram as diferenas entre as volatilidades relativas e, portanto, um azetropo pode ser uma barreira para a separao. Em misturas binrias, o clculo da azeotropia caracterizado por um sistema no-linear do tipo 2 2. Um interessante e raro caso o denominado azeotropia dupla, que pode ser verificado quando este sistema no-linear tem duas solues, correspondendo a dois azetropos distintos. Diferentes mtodos tem sido utilizados na resoluo de problemas desta natureza, como mtodos estocsticos de otimizao e as tcnicas intervalares (do tipo Newton intervalar/bisseo generalizada). Nesta tese apresentamos a formulao do problema de azeotropia dupla e uma nova e robusta abordagem para a resoluo dos sistemas no-lineares do tipo 2 2, que a inverso de funes do plano no plano (MALTA; SALDANHA; TOMEI, 1996). No mtodo proposto, as solues so obtidas atravs de um conjunto de aes: obteno de curvas crticas e de pr-imagens de pontos arbritrios, inverso da funo e por fim, as solues esperadas para o problema de azeotropia. Esta metodologia foi desenvolvida para resolver sistemas no-lineares do tipo 2 2, tendo como objetivo dar uma viso global da funo que modela o fenmeno em questo, alm, claro, de gerar as solues esperadas. Sero apresentados resultados numricos para o clculo dos azetropos no sistema benzeno + hexafluorobenzeno a baixas presses por este mtodo de inverso. Como ferramentas auxiliares, sero tambm apresentados aspectos numricos usando aproximaes clssicas, tais como mtodos de Newton com tcnicas de globalizao e o algortmo de otimizao no-linear C-GRASP, para efeito de comparao.
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Nesta dissertao consideramos duas abordagens para o trfego de veculos: a macroscpica e a microscpica. O trfego descrito macroscopicamente por trs grandezas fsicas interligadas entre si, a saber, a velocidade, a densidade e o fluxo, descrevendo leis de conservao do nmero de veculos. H vrios modelos para o trfego macroscpico de veculos. A maioria deles trata o trfego de veculos como um fluido compressvel, traduzindo a lei de conservao de massa para os veculos e requer uma lei de estado para o par velocidade-densidade, estabelecendo uma relao entre eles. J o modelo descrito pela abordagem microscpica considera os veculos como partculas individuais. Consideramos os modelos da classe "car - following". Estes modelos baseiam-se no princpio de que o (n - 1)-simo veculo (denominado de "following-car") acelera em funo do estmulo que recebe do n-simo veculo. Analisamos a equao de conservao do nmero de veculos em modelos macroscpicos para fluxo de trfego. Posteriormente resolvemos esta equao atravs da linearizao do modelo, estudando suas retas caractersticas e apresentamos a resoluo do problema no linear em domnios limitados utilizando o mtodo das caractersticas
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Um dos problemas mais relevantes em organizaes de grande porte a escolha de locais para instalao de plantas industriais, centros de distribuio ou mesmo pontos comerciais. Esse problema logstico uma deciso estratgica que pode causar um impacto significativo no custo total do produto comercializado. Existem na literatura diversos trabalhos que abordam esse problema. Assim, o objetivo desse trabalho analisar o problema da localizao de instalaes proposto por diferentes autores e definir um modelo que seja o mais adequado possvel ao mercado de distribuio de combustveis no Brasil. Para isso, foi realizada uma anlise do fluxo de refino e distribuio praticado neste segmento e da formao do respectivo custo de transporte. Foram consideradas restries como capacidade de estoque, gama de produtos ofertados e nveis da hierarquia de distribuio. A partir dessa anlise, foi definido um modelo matemtico aplicado reduo dos custos de frete considerando-se a carga tributria. O modelo matemtico foi implementado, em linguagem C, e permite simular o problema. Foram aplicadas tcnicas de computao paralela visando reduzir o tempo de execuo do algoritmo. Os resultados obtidos com o modelo Single Uncapacited Facility Location Problem (SUFLP) simulado nas duas verses do programa, sequencial e paralela, demonstram ganhos de at 5% em economia de custos e reduo do tempo de execuo em mais de 50%.
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Neste trabalho foi utilizado um mtodo matemtico para classificar registros de potencial e corrente de ensaios de corroso na tcnica de amperimetria de resistncia nula (ZRA). Foi aplicado o mtodo estatstico de mltiplas variveis simples chamado Anlise dos Componentes Principais (PCA), cujo objetivo principal foi identificar padres nestes dados de rudo eletroqumico. Foram testados o ao carbono UNS G10200, os aos inoxidveis austentico UNS S31600 e o superduplex UNS S32750 em meios de cido sulfrico (5% H2SO4), cloreto frrico (0,1 mol/L FeCl3) e hidrxido de sdio (0,1% NaOH). Os ensaios foram replicados com oito repeties para se ter reprodutibilidade e conhecimento dos aspectos estatsticos envolvidos. Os resultados mostraram que a anlise de componentes principais pode ser utilizada como uma ferramenta para analisar sinais de rudo eletroqumico, identificando os clusters dos comportamentos potencial-tempo, corrente-tempo e acessoriamente identificar os outliersdos registros temporais.
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Este trabalho objetiva a construo de estruturas robustas e computacionalmente eficientes para a soluo do problema de deposio de parafinas do ponto de vista do equilbrio slido-lquido. So avaliados diversos modelos termodinmicos para a fase lquida: equao de estado de Peng-Robinson e os modelos de coeficiente de atividade de Soluo Ideal, Wilson, UNIQUAC e UNIFAC. A fase slida caracterizada pelo modelo Multislido. A previso de formao de fase slida inicialmente prevista por um teste de estabilidade termodinmica. Posteriormente, o sistema de equaes no lineares que caracteriza o equilbrio termodinmico e as equaes de balano material resolvido por trs abordagens numricas: mtodo de Newton multivarivel, mtodo de Broyden e mtodo Newton-Armijo. Diversos experimentos numricos foram conduzidos de modo a avaliar os tempos de computao e a robustez frente a diversos cenrios de estimativas iniciais dos mtodos numricos para os diferentes modelos e diferentes misturas. Os resultados indicam para a possibilidade de construo de arcabouos computacionais eficientes e robustos, que podem ser empregados acoplados a simuladores de escoamento em dutos, por exemplo.
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Esta tese apresentada uma proposta de desenvolvimento de uma ferramenta computacional para metrologia com microtomografia computadorizada que possa ser implantada em sistemas de microtomgrafos convencionais. O estudo concentra-se nas diferentes tcnicas de deteco de borda utilizadas em processamento de imagens digitais.Para compreender a viabilidade do desenvolvimento da ferramenta optou-se por utilizar o Matlab 2010a. A ferramenta computacional proposta capaz de medir objetos circulares e retangulares. As medidas podem ser horizontais ou circulares, podendo ser realizada vrias medidas de uma mesma imagem, uma medida de vrias imagens ou vrias medidas de vrias imagens. As tcnicas processamento de imagens digitais implementadas so a limiarizao global com escolha do threshold manualmente baseado no histograma da imagem ou automaticamente pelo mtodo de Otsu, os filtros de passa-alta no domnio do espao Sobel, Prewitt, Roberts, LoG e Canny e medida entre os picos mais externos da 1 e 2 derivada da imagem. Os resultados foram validados atravs de comparao com os resultados de teste realizados pelo Laboratrio de Ensaios Mecnicos e Metrologia (LEMec) do Intstituto Politcnico do Rio de Janeiro (IPRJ), Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ), Nova Friburdo- RJ e pelo Servio Nacional da Indstria Nova Friburgo (SENAI/NF). Os resultados obtidos pela ferramenta computacional foram equivalentes aos obtidos com os instrumentos de medio utilizados, demonstrando viabilidade de utilizao da ferramenta computacional a metrologia.
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No presente trabalho foram desenvolvidos modelos de classificao aplicados minerao de dados climticos para a previso de eventos extremos de precipitao com uma hora de antecedncia. Mais especificamente, foram utilizados dados observacionais registrados pela estao meteorolgica de superfcie localizada no Instituto Politcnico da Universidade do Estado do Rio de Janeiro em Nova Friburgo RJ, durante o perodo de 2008 a 2012. A partir desses dados foi aplicado o processo de Descoberta de Conhecimento em Banco de Dados (KDD Knowledge Discovery in Databases), composto das etapas de preparao, minerao e ps processamento dos dados. Com base no uso de algoritmos de Redes Neurais Artificiais e rvores de Deciso para a extrao de padres que indicassem um acmulo de precipitao maior que 10 mm na hora posterior medio das variveis climticas, pde-se notar que a utilizao da observao meteorolgica de micro escala para previses de curto prazo suscetvel a altas taxas de alarmes falsos (falsos positivos). Para contornar este problema, foram utilizados dados histricos de previses realizadas pelo Modelo Eta com resoluo de 15 km, disponibilizados pelo Centro de Previso de Tempo e Estudos Climticos do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais CPTEC/INPE. De posse desses dados, foi possvel calcular os ndices de instabilidade relacionados formao de situao convectiva severa na regio de Nova Friburgo e ento armazen-los de maneira estruturada em um banco de dados, realizando a unio entre os registros de micro e meso escala. Os resultados demonstraram que a unio entre as bases de dados foi de extrema importncia para a reduo dos ndices de falsos positivos, sendo essa uma importante contribuio aos estudos meteorolgicos realizados em estaes meteorolgicas de superfcie. Por fim, o modelo com maior preciso foi utilizado para o desenvolvimento de um sistema de alertas em tempo real, que verifica, para a regio estudada, a possibilidade de chuva maior que 10 mm na prxima hora.
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Modelos de evoluo populacional so h muito tempo assunto de grande relevncia, principalmente quando a populao de estudo composta por vetores de doenas. Tal importncia se deve ao fato de existirem milhares de doenas que so propagadas por espcies especficas e conhecer como tais populaes se comportam vital quando pretende-se criar polticas pblicas para controlar a sua proliferao. Este trabalho descreve um problema de evoluo populacional difusivo com armadilhas locais e tempo de reproduo atrasado, o problema direto descreve a densidade de uma populao uma vez conhecidos os parmetros do modelo onde sua soluo obtida por meio da tcnica de transformada integral generalizada, uma tcnica numrico-analtica. Porm a soluo do problema direto, por si s, no permite a simulao computacional de uma populao em uma aplicao prtica, uma vez que os parmetros do modelo variam de populao para populao e precisam, portanto, ter seus valores conhecidos. Com o objetivo de possibilitar esta caracterizao, o presente trabalho prope a formulao e soluo do problema inverso, estimando os parmetros do modelo a partir de dados da populao utilizando para tal tarefa dois mtodos Bayesianos.
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Vrios processos, como soro, fotlise, hidrlise, oxidao-reduo, degradao biolgica, deriva, volatilizao, lixiviao, carreamento superficial, determinam o comportamento e destino de um agrotxico no ambiente. Como resultado da modelagem, modelos matemáticos so representaes desses processos e podem ser apresentados como ferramentas computacionais (simuladores). Modelos de simulao do comportamento e destino ambiental de agrotxicos podem ser mais efetivos quando acompanhados da visualizao e da anlise espacial proporcionada pela tecnologia de um sistema de informao geogrfica ? SIG. As bases cientficas e os avanos tecnolgicos na modelagem ambiental de agrotxicos so aqui sucintamente apresentados.
