Maja Nua : processos composicionais

Este trabalho descreve os processos de composição das peças: Seis Movimentos para Quinteto de Metais; As Canções do Livro do Tempo, para voz e Violão, com poemas de Carlos Nejar; Cavalo Ferido, em cinco movimentos para órgão solo; e Maja Nua, para orquestra. A estética de cada peça é oriunda de atitudes composicionais especulativas e distintas. No decorrer do texto estabelece-se uma distinção entre procedimentos técnicos que geram resultantes estéticas e a projeção estética que impulsiona as tomadas de decisões composicionais. Os processos de composição enfocados são particulares de cada peça, envolvendo rigidez estrutural e composição intuitiva. A estruturação do ritmo e outros parâmetros utilizando matrizes numéricas foram os fundamentos técnicos que orientaram a composição dos Seis Movimentos para Quinteto de Metais; As Canções do Livro do Tempo e Cavalo Ferido foram compostas por processos mais intuitivos; e, Maja Nua, que considero a composição mais importante deste portfólio, já no planejamento inicial busquei, a justaposição de momentos rigidamente estruturados a momentos compostos intuitivamente.

Simulação numérica da transferência simultânea de energia e umidade através do solo em um sistema trocador-armazenador de calor

O presente trabalho pesquisa o fenômeno da transferência simultânea de calor e umidade em solos insaturados que envolvem dutos enterrados. Estes dutos e o solo envolvente compõem o chamado sistema trocador-armazenador de calor no solo, que é muitas vezes utilizado como fonte complementar de aquecimento em estufas solares agrícolas. O funcionamento do sistema trocador-armazenador de calor é baseado na energia armazenada no solo durante os horários de máxima insolação, sendo que durante a noite parte desta energia é recuperada. Durante o dia o ar quente do meio interno da estufa solar é bombeado para dentro do feixe de tubos enterrados, que devolvem o ar mais frio na outra extremidade. Por outro lado, durante a noite o ar mais frio do meio interno da estufa é bombeado para dentro dos dutos, os quais efetuam troca térmica com o solo envolvente, que neste horário possui a temperatura mais elevada do sistema. O objetivo geral deste trabalho é resolver o problema transiente periódico e tridimensional da transferência simultânea de calor e umidade em solos não-saturados, que compõem o sistema trocador-armazenador de calor, utilizando a simulação numérica. Como objetivos secundários têm-se: o melhoramento do sistema de troca térmica, a quantificação da parcela de calor transportado pela difusão da umidade no solo e a análise dos campos de temperatura e de conteúdo de umidade, sendo que a análise dos campos de umidade permite verificar se existe formação de frentes de secagem significativas na vizinhança dos dutos durante os sucessivos períodos de aquecimento e resfriamento a que o sistema é submetido. Na resolução do problema em questão é empregado o modelo clássico de Philip e De Vries para a transferência simultânea de calor e massa em meios porosos insaturados Neste modelo, as equações de conservação de energia e massa obtidas trazem explicitamente as influências combinadas dos gradientes de temperatura e de conteúdo de umidade nos processos de transporte de calor e umidade. O sistema de equações diferenciais governantes do problema em questão é resolvido numericamente utilizando o Método dos Volumes Finitos e na discretização destas equações é usada uma integração temporal totalmente implícita. Todas as propriedades difusivas e termofísicas empregadas são consideradas variáveis com a temperatura e o conteúdo de umidade. Os dutos de seção transversal circular do sistema trocadorarmazenador de calor no solo, são modelados como dutos de seção transversal quadrada de área equivalente para que coordenadas cartesianas possam ser utilizadas nos modelos analisados. Neste trabalho são simulados quatro modelos computacionais associados ao sistema trocador-armazenador de calor no solo. Estes modelos são compostos por: um duto isolado, um duto com convecção, dois dutos isolados e dois dutos com convecção. A variação da temperatura do ar na entrada do(s) escoamento(s), assim como a temperatura do meio ambiente, para os modelos com convecção, é dada por uma senóide com uma amplitude de 14 ºC. No modelo de um duto isolado, são realizadas simulações utilizando várias combinações dos parâmetros do modelo em questão e os resultados, assim obtidos, são comparados com aqueles encontrados na literatura Visando melhorar o sistema de troca térmica dos modelos computacionais investigados, são selecionados valores e intervalos de valores recomendados para os parâmetros do modelo de um duto isolado. Para este modelo, com um diâmetro de 0,1 m, são escolhidos valores (ou intervalos de valores) recomendados: de 4 m/s para a velocidade do escoamento interno dentro do duto, de 0,25 para o conteúdo de umidade do solo, de 5 até 20 metros para o comprimento do duto e de 0,20 até 0,30 m para a distância entre centros do dutos. As simulações dos quatro modelos computacionais realizadas utilizando as várias combinações dos valores recomendados para os parâmetros destes modelos, mostrou que não há diferença significativa entre os valores de calor volumétrico armazenado no solo empregando a resolução acoplada das equações de energia e de massa e a resolução da equação da temperatura. Mesmo para os modelos de um e de dois dutos com convecção a diferença percentual encontrada foi insignificante. Finalmente, são apresentados e analisados os campos de temperatura e de conteúdo de umidade para os quatro modelos computacionais avaliados. Os perfis de temperatura e de conteúdo de umidade em diferentes horários mostraram que, durante o dia, o solo absorve calor dos escoamentos internos de ar e, uma vez que, junto à superfície dos dutos tem-se regiões de maior temperatura, há, conseqüentemente, uma migração da umidade nestas regiões. Durante a noite, ocorre o contrário, o solo fornece calor aos escoamentos dentro dos dutos, e, desta forma, as regiões próximas aos dutos apresentam níveis de conteúdo de umidade superiores ao inicial. Ainda, os perfis de conteúdo de umidade para todas as situações analisadas mostraram que, não há formação de frentes de secagem significativas nas proximidades dos dutos que compõem os quatro modelos computacionais avaliados.

Controle de temperatura em reatores de polimerização em fase gasosa

Nos reatores de polimerização em fase gasosa, o controle de temperatura em uma estreita faixa de temperatura é importantíssimo para assegurar que a temperatura na zona de reação seja mantida acima do ponto de orvalho dos reagentes, assim como abaixo do ponto de fusão do polímero. Outro ponto importante é que se a temperatura estiver em malha aberta, estes reatores estão propensos à instabilidade e ao surgimento de ciclos limites, entretanto podem ser facilmente estabilizados com um controlador de temperatura apropriado. Neste trabalho é realizado um estudo detalhado do comportamento dinâmico de um reator industrial de polimerização em leito fluidizado, com a localização de pontos de bifurcação e estabilização do sistema com controlador PID projetado via otimização no domínio da freqüência. O modelo completo do sistema foi implementado no software MATLAB® para ajustar seus parâmetros com os dados da planta industrial, realizar simulações dinâmicas e analisar as estruturas de controle. Comparações entre as simulações e os dados da planta industrial mostram que as predições do modelo proposto são satisfatórias para reproduzir o comportamento da planta industrial e as propriedades do polímero. A adição de um sistema de recirculação de gás e de um sistema de troca térmica ao modelo do reator torna possível o estudo dos comportamentos dinâmicos e a localização dos pontos de bifurcação, os quais não poderiam ser reproduzidos somente com o modelo do reator. O modelo desenvolvido foi implementado no AUTO®, um software para problemas de continuação e bifurcação em equações diferenciais ordinárias.

Crescimento urbano simulado para Santa Maria - RS

Esta pesquisa é o resultado de uma busca por representações do fenômeno urbano que incorporem sua dinâmica de crescimento e possibilitem visualizações de suas transformações internas e da influência de seus componentes neste processo. Utiliza como ferramenta um modelo computacional de simulação de crescimento baseado em autômatos celulares estendidos, que incorporam as teorias de Potencial/Centralidade em um ambiente celular. Foi escolhida como estudo de caso a cidade de Santa Maria-RS e a diversidade de elementos que compõe o sistema urbano foi sintetizada, com o auxilio de técnicas de geoprocessamento, em atributos de input do modelo de natureza urbana, natural ou institucional. Após a montagem do cenário de simulação, que representou a cidade em um grid bidimensional de células de tamanho 285x285m, foi operada a calibração do modelo para que o crescimento realizado correspondesse aos padrões existentes na cidade, utilizando como base de comparação um intervalo de crescimento entre os anos de 1986 e 2002. Calibrado o modelo, foram realizadas simulações testando possíveis cenários de crescimento futuro para um período de 30 anos, e a análise dos resultados destes processamentos possibilitou especular sobre as propriedades e tendências de crescimento da cidade de Santa Maria.

Influência de parâmetros moleculares em funções de correlação temporal na dinâmica de solvatação mecânica

No presente trabalho descrevemos nossos resultados relativos à investigação da dinâmica de solvatação mecânica por meio de simulações por dinâmica molecular, respeitando o regime da resposta linear, em sistemas-modelo de argônio líquido com um soluto monoatômico ou diatômico dissolvido. Estudamos sistematicamente a influência dos parâmetros moleculares dos solutos (tamanho, polarizabilidade) e da densidade frente a vários modelos de solvatação. Funções de Correlação Temporal da Energia de Solvatação foram calculadas com relação à correlações de n-corpos (n = 2; 3) distinguindo interações repulsivas e atrativas para ambos os sistemas líquidos. Também obtivemos segundas derivadas temporais dessas funções referindo-se à parcelas translacionais, rotacionais e roto-translacionais na solução do diatômico. Encontramos que funções de correlação temporal coletivas podem ser razoavelmente bem aproximadas por correlações binárias a densidades baixas e, a densidades altas, correlações ternárias tornam-se mais importantes produzindo um descorrelacionamento mais rápido das funções coletivas devido a efeitos de cancelamento parciais. As funções de correlação para interações repulsivas e atrativas exibem comportamentos dinâmicos independentes do modelo de solvatação devido a fatores de escalonamento linear que afetam apenas as amplitudes das dessas funções de correlação temporal. Em geral, os sistemas com grau de liberdade rotacional apresentam tempos de correlação mais curtos para a dinâmica coletiva e tempos de correlação mais longos para as funções binárias e ternárias. Finalmente, esse estudo mostra que os sistemas contendo o diatômico relaxam-se predominantemente por mecanismos translacionais binários em modelos de solvatação envolvendo alterações apenas na polarizabilidade do soluto, e por mecanismos rotacionais atrativos binários em modelos envolvendo alterações no comprimento de ligação.

Estudo do tratamento de inclusões com cálcio na fabricação do aço SAE 8620

O tratamento de modificação de óxidos (e sulfetos) com cálcio tornou-se usual na produção de aços de elevada limpeza interna. O conhecimento da composição química de inclusões, dependendo da composição do aço líquido, é requisito fundamental para garantir a lingotabilidade desses aços e propriedades mecânicas adequadas dependendo da aplicação dos mesmos. O objetivo deste trabalho foi o estudo da composição química de inclusões ao longo do processo de refino secundário, com enfoque no tratamento com cálcio. Para tanto, foram comparados dados experimentais (planta industrial) com simulações via termodinâmica computacional (software FactSage). A metodologia utilizada consistiu em: a) obtenção de dados experimentais para determinar os dados de entrada das simulações; b) utilizar os bancos de dados e a rotina de minimização da Energia de Gibbs do software FactSage, para calcular o equilíbrio entre as fases aço líquido (modelo associado) e inclusões (escória - modelo quase-químico modificado) e; c) comparar os resultados obtidos na planta industrial com os simulados via FactSage. O acompanhamento do processo de elaboração do aço na Gerdau Aços Especiais Piratini (AEP) foi fundamental para identificar eventuais desvios de processo, bem como para interpretar eventuais discrepâncias entre os resultados Na simulação de todas as provas, verificou-se que é fundamental um baixo desvio-padrão na análise dos elementos, se o objetivo é simular um padrão de elaboração de aço. Como resultado deste trabalho, verificou-se ainda que entre 10 e 14 ppm é a faixa ideal de cálcio para a formação de inclusões líquidas com teor mínimo de CaS, para os níveis de oxigênio, enxofre e alumínio do SAE 8620 na etapa final do processo de elaboração desse aço na AEP. É importante destacar que faixas mais amplas de cálcio podem ser utilizadas, dependendo do tipo de processo na aciaria e do tipo de produto requerido.

Uma análise energética da cristalização por resfriamento na indústria da cana-de-açúcar

Os mercados dos produtos oriundos da cana-de-açúcar no mundo vêm sofrendo nos últimos anos mudanças estruturais significativas. No cenário brasileiro, houve grande expansão da produção de cana-de-açúcar, impulsionados pela demanda dos carros flex –fuel, além da oportunidade de suprir o volume de açúcar que a União Europeia deixara de colocar no mercado mundial pela eliminação da subvenção aos exportadores de açúcar do bloco. As incertezas dos mercados exigem mudanças de estratégias de negócio, usinas projetadas para produção exclusiva de etanol, alteram sua estratégia para produção conjunta etanol e açúcar. Apesar dos processos comuns para produção de açúcar e etanol, não significa que essa mudança de estratégia seja fácil de ser efetivada, principalmente pelo aspecto energético. Estudos de processo de produção de açúcar mais eficientes energeticamente, com custos menores tem ganhado força na União Europeia, dentre elas a cristalização do açúcar por resfriamento. Vários cenários produtivos inclusive integrados a produção de etanol tem sido desenvolvidos ao longo dos anos. O objetivo do trabalho foi verificar por comparação de cenários, duas tecnologias de cristalização do açúcar (cozimento e resfriamento), em relação ao impacto nos excedentes de energia elétrica quando a produção de açúcar é adicionada a unidades que produzem somente etanol e energia elétrica. Por meio de simulações dos balanços térmicos dos cenários, observou-se uma restrição importante quando adotado a cristalização por cozimento, no que se refere aos volumes de excedentes de energia elétrica, e que pode ser minimizado se adotado o processo de cristalização por resfriamento, podendo assim ser uma alternativa quando se deseja mudar a estratégia do negócio, de produção exclusiva de etanol e energia elétrica para etanol, açúcar e energia elétrica.

Oportunidades de hedge no mercado de açúcar: uma análise por meio da base

O consumo mundial de açúcar vem aumentando ao longo dos anos, acompanhado de um comércio internacional cada vez maior. Por outro lado, os preços, quando analisados em um período de longo prazo apresentam uma tendência de queda, diminuindo as margens. Os agentes de mercado inseridos neste cenário precisam usar instrumentos que garantam os retornos futuros dos próximos exercícios. O hedge é uma importante ferramenta na gestão do risco de mercado, garantindo uma estabilidade dos próximos ingressos e antecipando a fixação dos preços de produtos que serão comercializados no futuro. Neste contexto o presente trabalho avalia as possibilidades de ganho com operações de hedge através da análise do comportamento da base e do seu risco nos mercados de açúcar cristal e açúcar very high polarity (VHP). Para o cálculo da base e seu risco empregaram-se as cotações dos preços futuros negociados na Intercontinental Exchange (ICE) do contrato futuro de açúcar n.11, os preços à vista mundiais do açúcar VHP também divulgados pela ICE e os preços à vista divulgados pelo Centro de Estudos Avançados em Economia Aplicada (CEPEA). Verificou-se que existe uma variação da base maior no mercado de cristal em comparação ao mercado de VHP, acumulando maiores ganhos também. Os riscos de base são similares nos dois mercados estudados. Maio foi o mês de vencimento que apresentou o maior ganho acumulado com o menor risco de base para ambos os mercados, no hedge de venda. De modo geral os dois mercados apresentam oportunidades para o hedge de venda tanto como para o de compra. Analisando-se as simulações de operações de hedge com duração de três e seis meses, observa-se que no período de entressafra, quando os estoques menores exercem maior pressão sobre os preços, o hedge de compra acumula ganhos. Comportamento oposto é observado no período de safra, que com o aumento dos estoques, o preço tende a cair e as operações de hedge de venda iniciadas nesse período acumulam ganhos.

Sorte versus habilidade, uma abordagem através de cross section da indústria de fundos de ações no Brasil

Neste trabalho testa-se inicialmente se fundos com gestão ativa apresentam alfa (excesso de retorno) em relação aos índices de referência de fundos passivos. Simulações via bootstrap visam indicar se o excesso de retorno apresentado pode ser atribuído apenas à sorte. Com esta metodologia concluiu-se que a carteira agregada de fundos de investimentos de ação com gestão ativa no Brasil não apresenta excesso de retorno em relação aos principais índices da bolsa brasileira, quando líquidos de taxas e despesas. As simulações de bootstrap sugerem que uma quantidade maior de fundos apresenta retornos ajustados ao benchmark do que o esperado pelo efeito da aleatoriedade nos resultados.

Essays in heterogeneous agent macroeconomics

This thesis is comprised of three chapters. The first article studies the determinants of the labor force participation of elderly American males and investigates the factors that may account for the changes in retirement between 1950 and 2000. We develop a life-cycle general equilibrium model with endogenous retirement that embeds Social Security legislation and Medicare. Individuals are ex ante heterogeneous with respect to their preferences for leisure and face uncertainty about labor productivity, health status and out-of-pocket medical expenses. The model is calibrated to the U.S. economy in 2000 and is able to reproduce very closely the retirement behavior of the American population. It reproduces the peaks in the distribution of Social Security applications at ages 62 and 65 and the observed facts that low earners and unhealthy individuals retire earlier. It also matches very closely the increase in retirement from 1950 to 2000. Changes in Social Security policy - which became much more generous - and the introduction of Medicare account for most of the expansion of retirement. In contrast, the isolated impact of the increase in longevity was a delaying of retirement. In the second article, I develop an overlapping generations model of criminal behavior, which extends prior research on crime by taking into account individuals' labor supply decisions and the stigma effect that affects convicted offenders, lowering their likelihood of employment. I use the model to guide a quantitative assessment of the determinants of crime and of a counterfactual experiment in which an income redistribution policy is thought as an alternative to greater law enforcement. The model economy considered in this paper is populated by heterogeneous agents who live for a realistic number of periods, have preferences over consumption and leisure, and differ in terms of their age, their skills as well as their employment shocks. In addition, savings may be precautionary and allow partial insurance against the labor income shocks. Because of the lack of full insurance, this model generates an endogenous distribution of wealth across consumers, enabling us to assess the welfare implications of the redistribution policy experiment. I calibrated the model using the US data for 1980 and then use the model to investigate the changes in criminality between 1980 and 1996. The main results that come out of this study are: 1) Law enforcement policy was the most important factor behind the fall in criminality in the period, while the increase in inequality was the most important single factor promoting crime; 2) Stigmatization is not a free-cost crime control policy; 3) Income redistribution can be a powerful alternative policy to fight crime. Finally, the third article studies the impact of HIV/AIDS on per capita income and education. It explores two channels from HIV/AIDS to income that have not been sufficiently stressed by the literature: the reduction of the incentives to study due to shorter expected longevity and the reduction of productivity of experienced workers. In the model individuals live for three periods, may get infected in the second period and with some probability die of Aids before reaching the third period of their life. Parents care for the welfare of the future generations so that they will maximize lifetime utility of their dynasty. The simulations predict that the most affected countries in Sub-Saharan Africa will be in the future, on average, thirty percent poorer than they would be without AIDS. Schooling will decline in some cases by forty percent. These figures are dramatically reduced with widespread medical treatment, as it increases the survival probability and productivity of infected individuals.

Delta hedge com custos de transação : uma análise comparativa

Dentre as premissas do modelo de Black-Scholes, amplamente utilizado para o apreçamento de opções, assume-se que é possível realizar a replicação do payoff da opção através do rebalanceamento contínuo de uma carteira contendo o ativo objeto e o ativo livre de risco, ao longo da vida da opção. Não somente o rebalanceamento em tempo contínuo não é possível, como mesmo que o fosse, em um mercado com custos de transação, rebalanceamentos da estratégia replicante com intervalos de tempo muito baixos teriam o payoff da estratégia replicante comprometido pelos altos custos totais de transação envolvidos. Este trabalho procura comparar metodologias de delta-hedge, tomando como base uma call européia vendida em um mercado com custos de transação. Para comparar as diferentes estratégias, este estudo será dividido em duas partes: na primeira, serão escolhidas três ações do mercado brasileiro, e usando simulações de Monte Carlo para cada ação, avaliamos diferentes modelos de delta-hedge a partir do erro de replicação do portfolio global e dentro de um contexto de média × variância, considerando-se custos de transação. Em um segundo momento, para o mesmo grupo de ações, testamos os resultados práticos dos modelos, usando dados de mercado.

Modelagem da dependência entre fatores de crédito e mercado para apreçamento e gerenciamento de risco em exposições de derivativos

Apesar das recentes turbulências nos mercados, a utilização de derivativos negociados fora de uma câmara de compensação tem apresentado rápido crescimento, constituindo um dos maiores componentes do mercado financeiro global. A correta inclusão da estrutura de dependência entre fatores de crédito e mercado é de suma importância no apreçamento do risco de crédito adjacente a exposições geradas por derivativos. Este é o apreçamento, envolvendo simulações de Monte Carlo, feito por uma instituição negociante para determinar a redução no valor do seu portfólio de derivativos devido a possibilidade de falência da contraparte. Este trabalho apresenta um modelo com abordagem paramétrica para lidar com a estrutura de dependência, intuitivo e de fácil implementação. Ao mesmo tempo, os números são contrastados com os resultados obtidos através de uma abordagem neutra ao risco para um portfólio replicante, sob o mesmo processo estocástico. O modelo é aplicado sobre um contrato a termo de câmbio, e diferentes cópulas e fatores de correlação são utilizados no processo estocástico.

Antecedentes da participação das empresas no financiamento político: um estudo com dados gerados por meio de dinâmica de simulação empresarial (Business game)

Abordagens teóricas dominantes no campo da estratégia empresarial (PORTER, 1980; BARNEY, 1991; PISANO e TEECE, 1997), de modo geral, não consideram explicitamente o comportamento corporativo político como um componente do amplo conjunto de elementos que compõem a estrutura dos processos de formulação e implementação estratégica. A pouca ênfase dada ao papel das firmas na seara política resulta em limitações para compreensão do ambiente competitivo e, consequentemente reduz o poder explicativo de estudos que se propõem a desvendar as razões do desempenho diferenciado das organizações. Salorio, Boddewyn e Dahan (2005) reforçam tal perspectiva ao observarem que firmas são organizações econômicas na medida em que em suas transações ponderam custos, benefícios, lucros, market share, mas também, enquanto organizações precisam definir e gerenciar fronteiras, bem como diferenciar e integrar seus membros, os stakerolders e suas operações. Esse envolvimento em um mix de comportamento político-econômico de barganha e não barganha leva à definição das firmas também como organizações políticas. Apesar de tal linha de pensamento ainda ter conotação de novidade para alguns, de reciclagem de antigas ideias para outros, ou, mesmo, parecer se pautar pela tentativa de retomar questões que sempre foram tratadas de forma lateral, Salorio, Boddewyn e Dahan (2005) enfatizam que “the political is always there”. O presente projeto teve objetivo central modelar ambiente simulado para testar antecedentes da atividade política corporativa (HILLMAN, KEIM e SCHULER, 2004), e como objetivos específicos: Modelar um simulador dos ambientes de negócio e político das empresas; aplicar o simulador para gerar dados sobre os antecedentes da participação política; testar antecedentes da participação política como alternativa estratégica em resposta ao baixo desempenho das firmas, a disponibilidade de recursos e a atividade política de concorrentes; testar a interação entre antecedentes de market e nonmarket para explicar a participação política. Com relação aos objetivos, o estudo pode ser caracterizado como explicativo, e quanto aos procedimentos técnicos adotados como de laboratório. O tipo de pesquisa adotado foi o de verificação de hipóteses causais assentada em uma abordagem metodológica quantitativa, cujos dados foram coletados por meio de 12 simulações, estruturadas no formato de um business game, com nove empresas em cada simulação, totalizando 108 unidades de análise. Configuram-se como sujeitos da pesquisa alunos do último ano dos cursos de graduação em administração e economia da Universidade Estadual de Londrina. As análises dos dados foram efetuadas utilizando-se o software STATA para desenvolvimento das regressões, sendo considerado como modelo estatístico a técnica de dados em painel com efeito fixo (WOOLDRIDGE, 2003), visto que o foco do estudo é a análise das informações (decisões/desempenho) das empresas ao longo do tempo. Os resultados indicam que: a) a ineficiência da firma afeta positivamente o investimento em financiamento eleitoral; b) o investimento em ações políticas corporativas ocorre no sentido de complementação às ações de market e não em contraposição, c) a maior propensão em investir em nonmarket está relacionada com desempenho inferior ao da concorrência; d) o aumento do investimento em nonmarket não está relacionado com a ação política mais ativa por parte da concorrência. Não foram encontradas evidências de que firmas com maiores sobras de recursos são mais ativas politicamente.

Análise de escoamentos incompressíveis utilizando simulação de grandes escalas e adaptação de malhas

No presente estudo, são apresentadas soluções numéricas de problemas de Engenharia, na área de Dinâmica dos Fluidos Computacional, envolvendo fluidos viscosos, em escoamentos incompressíveis, isotérmicos e não isotérmicos, em regime laminar e turbulento, podendo envolver transporte de massa. Os principais objetivos deste trabalho são a formulação e a aplicação de uma estratégia de adaptação automática de malhas e a inclusão de modelos de viscosidade turbulenta, integrados com um algoritmo utilizado para simular escoamentos de fluidos viscosos bi e tridimensionais, no contexto de malhas não estruturadas. O estudo é dirigido no sentido de aumentar o conhecimento a respeito das estruturas de escoamentos turbulentos e de estudar os efeitos físicos no transporte de quantidades escalares propiciando, através de técnicas de adaptação automática de malhas, a obtenção de soluções numéricas precisas a um custo computacional otimizado. As equações de conservação de massa, de balanço de quantidade de movimento e de quantidade escalar filtradas são utilizadas para simular as grandes escalas de escoamentos turbulentos e, para representar as escalas submalha, são utilizados dois modelos de viscosidade turbulenta: o modelo de Smagorinsky clássico e o modelo dinâmico. Para obter soluções numéricas com precisão, é desenvolvida e implementada uma estratégia de adaptação automática de malhas, a qual é realizada simultaneamente e interativamente com a obtenção da solução. O estudo do comportamento da solução numérica é fundamentado em indicadores de erro, com o propósito de mapear as regiões onde certos fenômenos físicos do escoamento ocorrem com maior intensidade e de aplicar nestas regiões um esquema de adaptação de malhas. A adaptação é constituída por processos de refinamento/desrefinamento e por um processo de suavização laplaciana. Os procedimentos para a implementação dos modelos de viscosidade turbulenta e a estratégia de adaptação automática de malhas são incorporados ao código computacional de elementos finitos tridimensionais, o qual utiliza elementos tetraédricos lineares. Aplicações de escoamentos de fluidos viscosos, incompressíveis, isotérmicos e não isotérmicos em regime laminar e turbulento são simuladas e os resultados são apresentados e comparados com os obtidos numérica ou experimentalmente por outros autores.

Transição à turbulência na camada de mistura estavelmente estratificada utilizando simulação numérica direta e simulação de grandes escalas

A transição à turbulência em uma camada de mistura estavelmente estratificada é de grande interesse para uma variedade de problemas geofísicos e de engenharia. Esta transição é controlada pela competição entre o cisalhamento do escoamento de base e as forças de empuxo, devido à estratificação em densidade do ambiente. Os efeitos do empuxo atuam no escoamento reduzindo a taxa de crescimento das perturbações e retardando a transição à turbulência, enquanto o cisalhamento fornece energia cinética ao escoamento. O presente trabalho investiga a natureza da transição à turbulência em uma camada de mistura temporal estavelmente estratificada através de Simulação Numérica Direta (DNS) e Simulação de Grandes Escalas (LES). O propósito da investigação é analisar o efeito da estratificação estável no desenvolvimento da instabilidade de Kelvin-Helmholtz (K-H) e na formação dos vórtices longitudinais, que se formam após a saturação dos turbilhões primários de K-H. Além deste propósito, é examinado, utilizando de DNS e LES, o desenvolvimento das instabilidades secundárias de K-H na camada baroclínica. Os testes numéricos tridimensionais são realizados com diferentes tipos de condições iniciais para a flutuação de velocidade transversal, enquanto uma condição forçada é usada para as outras duas componentes de flutuação de velocidade. Em particular, o efeito do comprimento transversal do domínio de cálculo é testado empregando diferentes comprimentos, enquanto são usadas as mesmas dimensões para a direção longitudinal e vertical. As simulações bidimensionais mostram que o aumento da estratificação inibe o processo de emparelhamento, reduz a troca de energia entre os turbilhões de K-H e o escoamento, atenua a instabilidade de K-H e diminui o fluxo vertical de massa. A instabilidade secundária do tipo K-H é identtificada na camada baroclínica para Re ¸ 500 quando há o processo de emparelhamento dos vórtices simulados. Na simulação a Re = 500, a instabilidade secundária de K-H aparece tanto para Ri = 0.07 (fraca estratificação) como para Ri = 0.167 (forte estratificação). Os resultados tridimensionais demonstram que os vórtices longitudinais são claramente formados na camada a Ri = 0. Por outro lado, nos casos estratificados os vórtices são enfraquecidos, devido ao gradiente longitudinal de densidade, que diminui a vorticidade nos turbilhões de K-H enquanto aumenta na região entre eles.