Simulação matemática do regime térmico de sistemas lacustres no sistema climático projectado para o século XXI

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia do Ambiente

Métodos analíticos e numéricos do tipo elementos finitos contínuos e contínuos/descontínuos para o estudo de modelos de Boussinesq melhorados para a propagação de ondas

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Matemática na área de especialização de Análise Numérica

Contribuição para o estudo de sistemas de baixo custo para tratamento de água a implementar em zonas economicamente desfavorecidas

A atual crise mundial da água está relacionada, entre outros fatores, com a sua escassez, qualidade e distribuição desigual. No caso do Brasil, apesar de existirem regiões com elevada disponibilidade hídrica, nomeadamente na região hidrográfica da Amazónia, parte da população, sobretudo a mais vulnerável em termos económicos, não tem acesso aos serviços básicos de abastecimento de água que permitam o seu fornecimento mínimo para usos diretos. Este trabalho teve como principal objetivo, a apresentação de sistemas simplificados de tratamento de água, adequados ao contexto socioeconómico das populações a abastecer. Para o efeito, foram selecionados três estudos de caso no Brasil: Rio Juruena, Lago Piratuba e Rio Nhamundá, com diferentes tipologias de qualidade de água, servindo, respetivamente, às populações de Campos de Júlio, Pracuúba e Faro. Com base no estudo efetuado, concluiu-se que o rio Juruena apresenta contaminação microbiológica, necessitando apenas da operação de desinfeção. O Lago Piratuba, além de contaminação microbiológica, apresenta valores de turvação de 57 NTU, superiores aos valores máximos permitidos pela legislação, encontrando-se hipereutrofizado, com índice de estado trófico de 192 μg Fósforo total/l, necessitando das etapas de coagulação/floculação, decantação, filtração e desinfeção. O rio Nhamundá apresenta valores de contaminação microbiológica e valores de concentração de arsénio de 0,04 mg/l, valores superiores ao limite máximo imposto pela legislação, necessitando de etapas que permitam a remoção deste elemento, assim como a etapa de desinfeção. Os sistemas de tratamento de água apresentados em cada estudo de caso teriam, não só de garantir a qualidade de água mínima para usos diretos, mas também, necessitariam de ser viáveis e sustentáveis a nível económico e social. Após a seleção e descrição dos sistemas de tratamento de água simplificados, tendo em consideração o custo unitário de cada um, a caraterização sócio-económica da população e a caraterização climática da região, foram selecionados os cenários económico-energéticos mais adequados para, posteriormente, serem propostas estratégias de simulação de um projeto piloto a desenvolver em cada comunidade. Deste modo, no caso da comunidade de Campos de Júlio, foi escolhido o cenário C4A, utilizando o agente desinfetante Waterguard®, como sendo a linha de tratamento de água mais adequada. No caso da população de Pracuúba, foi escolhido o cenário C3B, utilizando o agente coagulante Moringa Oleífera, o filtro Hydraid® e o agente desinfetante Waterguard®. Por ultimo, no caso da população de Faro, foi selecionado o cenário C4Cc, recorrendo ao filtro Kanchan® e ao produto Waterguard®.

Simulação hidrológica de cheias na Bacia do rio Cavaco em Angola

As cheias são um dos mais comuns riscos naturais para a humanidade. Existe a necessidade de identificar o perigo e o risco associado de forma a sustentar as decisões no âmbito das políticas de gestão às diferentes escalas. A severidade das cheias repentinas na bacia hidrográfica do rio Cavaco, na província de Benguela, em Angola, tem sido frequentemente nefasta tanto a nível humano e material, como para as atividades socioeconómicas no território, especialmente no Vale do Cavaco e nas zonas ribeirinhas da cidade de Benguela. Desta forma, é necessária uma avaliação integrada do regime hidrológico do rio Cavaco e a modelação das condições físicas e meteorológicas. Dada a inexistência de dados hidrométricos para trabalhar foram utilizados unicamente os dados pluviométricos históricos e a informação disponível sobre a bacia hidrográfica para para caraterizar escoamento na bacia. Com recurso à extensão para o ArcGIS HEC-GeoHMS e do modelo matemático HEC-HMS construiu-se um modelo da bacia hidrográfica que permitiu a simulação de diferentes eventos de precipitação intensa, para diferentes condições da bacia hidrográfica. Por último, a introdução de reservatórios no modelo permitiu tirar conclusões quanto aos efeitos de uma possível retenção de água a montante. A construção do modelo da bacia permitiu a caraterização empírica do nível de cheias para episódios de precipitação extrema com duração de 24 horas, tendo-se comparado posteriormente os resultados com a informação encontrada sobre cheias na bacia em estudo. No futuro, uma avaliação do risco de cheia irá permitir a adequação de medidas de prevenção e mitigação dos danos.

Modelação numérica da reflexão e do espraiamento em praias e em estruturas marítimas

As preocupações de projetistas na conceção de estruturas marítimas utilizando modelos numéricos como ferramentas de dimensionamento, prendem-se com a sua fiabilidade, tempo de processamento e precisão. Assim, a calibração e validação de modelos numéricos é essencial para os tornar ferramentas úteis para o projeto de obras marítimas. A presente dissertação tem como objetivo a calibração e validação do modelo numérico AMAZON, baseado na teoria da onda em condições de águas pouco profundas, para dois casos de estudo distintos com base em dados de ensaios realizados anteriormente. O primeiro caso consiste no estudo do espraiamento numa praia barra-fossa cujas condições de batimetria, nível da água e condições de agitação marítima inseridas no AMAZON correspondem às de ensaios em modelo físico realizados à escala 1:5 na Universidade Politécnica da Catalunha, Barcelona. Como o modelo utiliza parâmetros que devem ser calibrados, na sua aplicação e exploração realizou-se um estudo de sensibilidade a esses parâmetros. Com base nos resultados do AMAZON, utilizaram-se programas desenvolvidos em MatLab para o cálculo do espraiamento e do coeficiente de reflexão e compararam-se os resultados com os obtidos nos ensaios em modelo físico. Verificou-se que os resultados do AMAZON são bastante próximos dos valores obtidos pelos ensaios. O segundo caso consiste no estudo de uma estrutura conversora de energia das ondas do tipo coluna de água oscilante - OWC-WEC (Oscillating Water Column - Wave Energy Converter), para a qual o modelo AMAZON nunca tinha sido utilizado. Os dados introduzidos no modelo relativos ao perfil da estrutura, nível da água e condições de agitação correspondem aos dos ensaios realizados à escala 1:35 no LNEC (Laboratório Nacional de Engenharia Civil). Realizou-se um estudo de sensibilidade dos parâmetros do modelo no que respeita à elevação da superfície livre junto e no interior da câmara de água, ao fator de amplificação e ao desfasamento, e compararam-se os resultados com os obtidos nos ensaios em modelo físico. Os resultados do AMAZON constituem um incentivo para a realização e/ou análise de ensaios para diferentes profundidades, aberturas da parede vertical da câmara de água e períodos de onda incidente, que permitam calibração e validação adicionais dos parâmetros do modelo.

Os efeitos do ambiente térmico: avaliação subjetiva e numérica

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia e Gestão Industrial

Implementação de um sistema de previsão e controlo para operação otimizada de um sistema de recolha e armazenamento de água pluvial

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil

Uso seguro de opioides en pacientes de situación terminal : guía de práctica clínica

Incluye: Guía rápida -- Tabla de conversión de opioides -- Escala visual numérica (EVN

Avaliação experimental de um modelo numérico para o processo de redistribuição da água no solo

Para testar o desempenho de um modelo numérico em predizer a variação em umidade (θ) e tensão da água (|ψm|) no tempo e no espaço, foram escolhidos dados da literatura de dois materiais porosos com diferentes propriedades hidráulicas: uma areia marinha (Tottori, Japão) e um Latossolo Vermelho-Amarelo de textura média (Piracicaba, SP). Os resultados encontrados levaram às seguintes conclusões: (a) em ambos os materiais porosos estudados, o desempenho do modelo foi altamente significativo, onde os perfis de umidade transladaram-se satisfatoriamente no tempo; (b) o modelo também foi capaz de prever muito bem o comportamento da densidade de fluxo em função do tempo; (c) os maiores desvios do modelo em relação aos dados de campo foram encontrados nos tempos iniciais do processo de redistribuição da água, muito embora esses desvios tenham ocorrido em apenas 0,2% do tempo total estudado no experimento em areia marinha e 2,0% para o Latossolo; (d) o desempenho do modelo foi ligeiramente superior para a areia marinha em relação ao Latossolo, devido, provavelmente, à maior homogeneidade nas propriedades hidráulicas da areia. Este trabalho foi realizado, no segundo semestre de 1996, na Universidade Federal do Paraná.

Simulação de cenários alternativos de uso da terra em uma microbacia utilizando técnicas de modelagem e geoprocessamento

O modelo SWAT (Soil and Water Assessment Tool) foi aplicado na simulação de cenários alternativos de uso da terra na microbacia hidrográfica do Ribeirão dos Marins, em Piracicaba (SP), no biênio 1999/2000. Dois cenários foram simulados. No primeiro, o uso atual foi mantido numa faixa de mata ciliar de 30 m em toda a extensão dos cursos d'água e de 50 m ao redor das nascentes, de acordo com o Código Florestal. No segundo cenário, como as pastagens ocupavam 30,9 % da área da microbacia, nas encostas mais íngremes, com alto potencial erosivo, as áreas de pastagem foram substituídas por vegetação florestal. As simulações dos dois cenários foram comparadas com as condições do cenário atual em termos de produção de sedimentos. Os cenários geraram diferentes padrões espaciais da produção de sedimentos. Uma redução de 94,0 % na produção de sedimentos foi obtida com a substituição da pastagem por vegetação nativa (cenário 2). No cenário 1, a redução foi de 10,8 %. Esses resultados evidenciam a necessidade de tratar a paisagem em bacias hidrográficas de forma global, identificando as "áreas sensíveis ambientalmente", onde são necessárias práticas de controle dos processos erosivos e não somente práticas de proteção dispensada aos cursos d'água por meio da mata ciliar.

Calibração de modelo para a simulação de vazão e de fósforo total nas sub-bacias dos Rios Conrado e Pinheiro - Pato Branco (PR)

O desenvolvimento de modelos hidrológicos capazes de predizer o impacto de fontes difusas de poluição e do uso e ocupação do solo na qualidade das águas superficiais e subterrâneas tem auxiliado o estudo de agroecossistemas. Com esse objetivo, foi utilizado o modelo SWAT 2005 (Soil and Water Assessment Tool) para avaliar sua sensibilidade na predição da vazão e do fluxo de massa do P total. O estudo foi realizado em duas microbacias hidrográficas contíguas, dos rios Conrado e Pinheiro, afluentes do rio Pato Branco, localizadas nos municípios de Pato Branco e Mariópolis, no Estado do Paraná. Foram utilizados dados climatológicos do período 1979/2006 e dados observados de vazão e concentração de P total dos anos 2004/2005 de duas estações de monitoramento, localizadas na parte inferior do curso principal dos rios Conrado e Pinheiro. Utilizou-se a interface AvSWAT-X, com o SIG ArcView 3.3® e a extensão Spatial Analyst 2.0®, para entrada e manipulação dos dados. As médias anuais e mensais observadas de vazão e P total foram comparadas aos dados simulados. O Coeficiente de Eficiência de Nash-Sutcliffe (COE) foi utilizado para avaliar a eficiência do modelo. A modelagem foi melhorada com a associação de análise de sensibilidade, autocalibração e calibração manual, verificando-se que, com frequência de amostragem regular, o modelo SWAT 2005 realizou de forma aceitável as simulações de vazão e de exportação de P total. Já com frequência de amostragem irregular e pequeno número de dados, os procedimentos de análise de sensibilidade e de autocalibração não foram eficientes na calibração do modelo SWAT 2005 para a simulação de vazão e exportação de P total. Foram encontrados diferentes níveis de sensibilidade entre as duas estações, refletindo as desigualdades entre as Unidades de Resposta Hidrológica. A distribuição mensal simulada das exportações de P mostrou a heterogeneidade da aplicação do nutriente ao longo do ano.

Simulação computacional de um feixe de fótons de 6 MV em diferentes meios heterogêneos utilizando o código PENELOPE

OBJETIVO: Utilizar o código PENELOPE e desenvolver geometrias onde estão presentes heterogeneidades para simular o comportamento do feixe de fótons nessas condições. MATERIAIS E MÉTODOS: Foram feitas simulações do comportamento da radiação ionizante para o caso homogêneo, apenas água, e para os casos heterogêneos, com diferentes materiais. Consideraram-se geometrias cúbicas para os fantomas e geometrias em forma de paralelepípedos para as heterogeneidades com a seguinte composição: tecido simulador de osso e pulmão, seguindo recomendações da International Commission on Radiological Protection, e titânio, alumínio e prata. Definiram-se, como parâmetros de entrada: a energia e o tipo de partícula da fonte, 6 MV de fótons; a distância fonte-superfície de 100 cm; e o campo de radiação de 10x 10 cm². RESULTADOS: Obtiveram-se curvas de percentual de dose em profundidade para todos os casos. Observou-se que em materiais com densidade eletrônica alta, como a prata, a dose absorvida é maior em relação à dose absorvida no fantoma homogêneo, enquanto no tecido simulador de pulmão a dose é menor. CONCLUSÃO: Os resultados obtidos demonstram a importância de se considerar heterogeneidades nos algoritmos dos sistemas de planejamento usados no cálculo da distribuição de dose nos pacientes, evitando-se sub ou superdosagem dos tecidos próximos às heterogeneidades.

Redução de incertezas em radioterapia utilizando simulação Monte Carlo: análise espectral aplicada à correção de dose absorvida

OBJETIVO: Determinar, por simulação Monte Carlo, os espectros de feixes de cobaltoterapia em profundidade na água e fatores de correção para doses absorvidas em dosímetros termoluminescentes de fluoreto de lítio. MATERIAIS E MÉTODOS: As simulações dos espectros secundários da fonte clínica de cobalto-60 foram realizadas com o código Monte Carlo PENELOPE, em diversas profundidades na água. Medidas experimentais de dose profunda foram obtidas com dosímetros termoluminescentes e câmara de ionização em condições de referência em radioterapia. Os fatores de correção para os dosímetros termoluminescentes foram obtidos através da razão entre as absorções relativas ao espectro de baixa energia e ao espectro total. RESULTADOS: A análise espectral em profundidade revelou a existência de espectros secundários de baixa energia responsáveis por uma parcela significativa da deposição de dose. Foram observadas discrepâncias de 3,2% nas doses medidas experimentalmente com a câmara de ionização e com os dosímetros termoluminescentes. O uso dos fatores de correção nessas medidas permitiu diminuir a discrepância entre as doses absorvidas para, no máximo, 0,3%. CONCLUSÃO: Os espectros simulados permitem o cálculo de fatores de correção para as leituras de dosímetros termoluminescentes utilizados em medidas de dose profunda, contribuindo para a redução das incertezas associadas ao controle de qualidade de feixes clínicos em radioterapia.

Efeito de incêndios florestais na estrutura e composição florística de uma área de cerrado sensu stricto na fazenda Água Limpa-DF

O objetivo desta pesquisa foi avaliar o efeito do fogo na estrutura e composição florística de uma área de 10 ha de cerrado sensu stricto, localizada na fazenda Água Limpa da Universidade de Brasília. Foram realizados dois inventários, sendo o primeiro em 1999, logo após a área ter sido totalmente queimada, devido a um incêndio criminoso, e o segundo em novembro de 2002. Quatro parcelas de 0,1 ha (20 x 50 m) foram tomadas, aleatoriamente, na área queimada. Todos os indivíduos lenhosos arbóreos vivos, com Db (diâmetro tomado a 0,30 m do solo) igual ou superior a 3 cm, foram identificados botanicamente, e seus diâmetros e alturas foram registrados. Valores de densidade, dominância, freqüência e índice de valor de cobertura foram obtidos para os dois levantamentos. A avaliação da similaridade florística entre os dois inventários foi realizada para dados qualitativos (presença e ausência de espécies), a partir do índice de Sfrensen. Os resultados mostraram que houve pouca mudança na composição florística da comunidade durante o período estudado. Entre os dois inventários houve um aumento de aproximadamente 125% na densidade por hectare. A similaridade entre os dois levantamentos foi alta (índice de Sfrensen igual a 0,68). A densidade florística, obtida a partir do índice de Shannon, foi baixa (cerca de 2,5) nas duas épocas monitoradas, quando comparada com pesquisas a longo prazo no cerrado sensu stricto da FAL (cerca de 3,5). Contudo, este valor é comum em áreas de cerrado que sofreram distúrbios. No segundo inventário, realizado três anos após o fogo, surgiram 13 espécies novas na área, o que comprova a sua recuperação e recolonização.

Desempenho do enwatbal para avaliar a umidade do solo e o uso da água em um sistema agroflorestal

O objetivo deste trabalho foi avaliar o desempenho do modelo de simulação ENWATBAL para a estimativa da variação da quantidade de água do solo, em um sistema agroflorestal. Para permitir a validação do modelo, comparou-se a quantidade de água no solo medida com a estimada. O erro-padrão da estimativa indicou variações de 0,02 a 0,1 m³.m-3 na umidade volumétrica e 8,66 a 22 mm no armazenamento de água no solo. Os menores erros-padrão foram encontrados nas profundidades entre 0,3 - 0,6 m, seguidas pelas profundidades de 0,6 - 0,9 e 0,0 - 0,3 m. O índice de concordância variou de 0,51 a 0,93, sendo os maiores valores encontrados na profundidade de 0,3-0,6 m e os menores nas profundidades de 0 - 0,3 e 0,3 - 0,6 m. A eficiência do uso da água na Teca (Tectona grandis L. F.) variou de 1,70 g kg-1 a 2,43 g kg-1; na mandioca (Manihot esculenta Crantz), variou de 0,13 a 1,29 g kg-1; e no milho (Zea mays L.), de 0,53 a 0,71 g kg-1. Nos consórcios entre os cultivos anuais e as árvores, verificou-se que a Teca consumiu maior quantidade de água que a mandioca e o milho. Verificou-se, também, que a mandioca apresentou menor competição por água quando comparada com o milho, nos respectivos ciclos.