Estabilidade de métodos num��ricos LCR para a simulação de escoamento

P��s-gradua����o em Matematica Aplicada e Computacional - FCT

Simulação tridimensional adaptativa da separa����o das fases de uma mistura bif��sica usando a equa����o de Cahn-Hilliard

Simulamos a separa����o dos componentes de uma mistura bif��sica com a equa����o de Cahn-Hilliard. Esta equa����o cont��m intrincados termos n��o lineares e derivadas de alta ordem. Al��m disso, a delgada regi��o de transi����o entre os componentes da mistura requer muita resolu����o. Assim, determinar a solu����o num��rica da equa����o de Cahn-Hilliard n��o �� uma tarefa f��cil, principalmente em tr��s dimens��es. Conseguimos a resolu����o exigida no tempo usando uma discretiza����o semi-impl��cita de segunda ordem. No espa��o, obtemos a precis��o requerida utilizando malhas refinadas localmente com a estrat��gia AMR. Essas malhas se adaptam dinamicamente para recobrir a regi��o de transi����o. O sistema linear proveniente da discretiza����o �� solucionado por interm��dio de t��cnicas multin��vel-multigrid.

Modelagem e simulação do escoamento imisc��vel em meios porosos fractais descritos pela equa����o de Kozeny-Carman Generalizada

O presente trabalho trata do escoamento bif��sico em meios porosos heterog��neos de natureza fractal, onde os fluidos s��o considerados imisc��veis. Os meios porosos s��o modelados pela equa����o de Kozeny-Carman Generalizada (KCG), a qual relaciona a porosidade com a permeabilidade do meio atrav��s de uma nova lei de pot��ncia. Esta equa����o proposta por n��s �� capaz de generalizar diferentes modelos existentes na literatura e, portanto, �� de uso mais geral. O simulador num��rico desenvolvido aqui emprega métodos de diferen��as finitas. A evolu����o temporal �� baseada em um esquema de separa����o de operadores que segue a estrat��gia cl��ssica chamada de IMPES. Assim, o campo de press��o �� calculado implicitamente, enquanto que a equa����o da satura����o da fase molhante �� resolvida explicitamente em cada n��vel de tempo. O m��todo de otimiza����o denominado de DFSANE �� utilizado para resolver a equa����o da press��o. Enfatizamos que o DFSANE nunca foi usado antes no contexto de simulação de reservat��rios. Portanto, o seu uso aqui �� sem precedentes. Para minimizar difus��es num��ricas, a equa����o da satura����o �� discretizada por um esquema do tipo "upwind", comumente empregado em simuladores num��ricos para a recupera����o de petr��leo, o qual �� resolvido explicitamente pelo m��todo Runge-Kutta de quarta ordem. Os resultados das simula����es s��o bastante satisfat��rios. De fato, tais resultados mostram que o modelo KCG �� capaz de gerar meios porosos heterog��neos, cujas caracter��sticas permitem a captura de fen��menos f��sicos que, geralmente, s��o de dif��cil acesso para muitos simuladores em diferen��as finitas cl��ssicas, como o chamado fen��meno de dedilhamento, que ocorre quando a raz��o de mobilidade (entre as fases fluidas) assume valores adversos. Em todas as simula����es apresentadas aqui, consideramos que o problema imisc��vel �� bidimensional, sendo, portanto, o meio poroso caracterizado por campos de permeabilidade e de porosidade definidos em regi��es Euclideanas. No entanto, a teoria abordada neste trabalho n��o imp��e restri����es para sua aplica����o aos problemas tridimensionais.

Implementa����o paralelizada de métodos de resolu����o de sistemas alg��bricos na simulação de reservat��rios de g��s

Desde a d��cada de 1960, devido �� pertin��ncia para a ind��stria petrol��fera, a simulação num��rica de reservat��rios de petr��leo tornou-se uma ferramenta usual e uma intensa ��rea de pesquisa. O principal objetivo da modelagem computacional e do uso de métodos num��ricos, para a simulação de reservat��rios de petr��leo, �� o de possibilitar um melhor gerenciamento do campo produtor, de maneira que haja uma maximiza����o na recupera����o de hidrocarbonetos. Este trabalho tem como objetivo principal paralelizar, empregando a interface de programa����o de aplicativo OpenMP (Open Multi-Processing), o m��todo num��rico utilizado na resolu����o do sistema alg��brico resultante da discretiza����o da equa����o que descreve o escoamento monof��sico em um reservat��rio de g��s, em termos da vari��vel press��o. O conjunto de equa����es governantes �� formado pela equa����o da continuidade, por uma express��o para o balan��o da quantidade de movimento e por uma equa����o de estado. A Equa����o da Difusividade Hidr��ulica (EDH), para a vari��vel press��o, �� obtida a partir deste conjunto de equa����es fundamentais, sendo ent��o discretizada pela utiliza����o do M��todo de Diferen��as Finitas, com a escolha por uma formula����o impl��cita. Diferentes testes num��ricos s��o realizados a fim de estudar a efici��ncia computacional das vers��es paralelizadas dos métodos iterativos de Jacobi, Gauss-Seidel, Sobre-relaxa����o Sucessiva, Gradientes Conjugados (CG), Gradiente Biconjugado (BiCG) e Gradiente Biconjugado Estabilizado (BiCGStab), visando a uma futura aplica����o dos mesmos na simulação de reservat��rios de g��s. Ressalta-se que a presen��a de heterogeneidades na rocha reservat��rio e/ou ��s n��o-linearidades presentes na EDH para o escoamento de g��s aumentam a necessidade de métodos eficientes do ponto de vista de custo computacional, como �� o caso de estrat��gias usando OpenMP.

Simulação num��rica da dispers��o advec����o de pesticidas no solo sob efeito da temperatura.

�� apresentado um modelo de dispers��o-advec����o de evolu����o unidimensional que simula a lixivia����o de pesticidas em lis��metros ou colunas de solo sob efeito da temperatura m��dia di��ria do perfil do solo. O modelo matem��tico e todo o seu conjunto de hip��teses ser�� denominado DAPESTE. Nas simula����es num��ricas do modelo DAPESTE ser��o utilizados o m��todo dos elementos finitos para a semi-discretiza����o da vari��vel espacial e o m��todo de E��ler regressivo para a discretiza����o da vari��vel temporal. Ser��o utilizados métodos de elementos finitos apropriados para problemas de dispers��o-advec����o nos quais o transporte advectivo predomina sobre o transporte dispersivo. O modelo DAPESTE sup��e que as difusividades do pesticida nas fases gasosa e aquosa do solo dependem da temperatura m��dia di��ria do solo a qual varia periodicamente com a profundidade e com o tempo. O coeficiente de dispers��o hidrodin��mico do modelo DAPESTE depender�� da temperatura do solo. O coeficiente de parti����o ��gua-ar, variando com a temperatura, ser�� determinado pela equa����o de Clausius-Clapeyron. A equa����o de van?t Ho�� ser�� usada para determinar o coeficiente de sor����o do pesticida no solo como fun����o da temperatura. Com a equa����o de Arrhenius ser�� estimado o efeito da temperatura na taxa de degrada����o do pesticida. Estas rela����es de depend��ncia entre os par��metros do modelo e a temperatura do solo auxiliam sobremaneira na compreens��o do destino de pesticidas no solo sob diferentes cen��rios de temperaturas m��dias di��rias, especialmente a meia vida do pesticida e a concentra����o lixiviada no perfil do solo.

Métodos robustos em geoestat��stica

O objectivo principal da presente tese consiste no desenvolvimento de estimadores robustos do variograma com boas propriedades de efici��ncia. O variograma �� um instrumento fundamental em Geoestat��stica, pois modela a estrutura de depend��ncia do processo em estudo e influencia decisivamente a predi����o de novas observa����es. Os métodos tradicionais de estima����o do variograma n��o s��o robustos, ou seja, s��o sens��veis a pequenos desvios das hip��teses do modelo. Essa quest��o �� importante, pois as propriedades que motivam a aplica����o de tais métodos, podem n��o ser v��lidas nas vizinhan��as do modelo assumido. O presente trabalho come��a por conter uma revis��o dos principais conceitos em Geoestat��stica e da estima����o tradicional do variograma. De seguida, resumem-se algumas no����es fundamentais sobre robustez estat��stica. No seguimento, apresenta-se um novo m��todo de estima����o do variograma que se designou por estimador de m��ltiplos variogramas. O m��todo consiste em quatro etapas, nas quais prevalecem, alternadamente, os crit��rios de robustez ou de efici��ncia. A partir da amostra inicial, s��o calculadas, de forma robusta, algumas estimativas pontuais do variograma; com base nessas estimativas pontuais, s��o estimados os par��metros do modelo pelo m��todo dos m��nimos quadrados; as duas fases anteriores s��o repetidas, criando um conjunto de m��ltiplas estimativas da fun����o variograma; por fim, a estimativa final do variograma �� definida pela mediana das estimativas obtidas anteriormente. Assim, �� poss��vel obter um estimador que tem boas propriedades de robustez e boa efici��ncia em processos Gaussianos. A investiga����o desenvolvida revelou que, quando se usam estimativas discretas na primeira fase da estima����o do variograma, existem situa����es onde a identificabilidade dos par��metros n��o est�� assegurada. Para os modelos de variograma mais comuns, foi poss��vel estabelecer condi����es, pouco restritivas, que garantem a unicidade de solu����o na estima����o do variograma. A estima����o do variograma sup��e sempre a estacionaridade da m��dia do processo. Como �� importante que existam procedimentos objectivos para avaliar tal condi����o, neste trabalho sugere-se um teste para validar essa hip��tese. A estat��stica do teste �� um estimador-MM, cuja distribui����o �� desconhecida nas condi����es de depend��ncia assumidas. Tendo em vista a sua aproxima����o, apresenta-se uma vers��o do m��todo bootstrap adequada ao estudo de observa����es dependentes de processos espaciais. Finalmente, o estimador de m��ltiplos variogramas �� avaliado em termos da sua aplica����o pr��tica. O trabalho cont��m um estudo de simulação que confirma as propriedades estabelecidas. Em todos os casos analisados, o estimador de m��ltiplos variogramas produziu melhores resultados do que as alternativas usuais, tanto para a distribui����o assumida, como para distribui����es contaminadas.

Geoqu��mica de superf��cie na ��rea envolvente da mineraliza����o do Salgadinho: contribui����o para o estudo das fases - suporte do Cu Pb e Zn e para a optimiza����o dos métodos de prospec����o geoqu��mica

Resumo indispon��vel

Aplica����o de métodos estoc��sticos na gest��o de custos de constru����o de condutas de saneamento

O trabalho apresentado centra-se na determina����o dos custos de constru����o de condutas de pequenos e m��dios di��metros em Polietileno de Alta Densidade (PEAD) para saneamento b��sico, tendo como base a metodologia descrita no livro Custos de Constru����o e Explora����o ��� Volume 9 da s��rie Gest��o de Sistemas de Saneamento B��sico, de Lencastre et al. (1994). Esta metodologia descrita no livro j�� referenciado, nos procedimentos de gest��o de obra, e para tal foram estimados custos unit��rios de diversos conjuntos de trabalhos. Conforme Lencastre et al (1994), ���esses conjuntos s��o referentes a movimentos de terras, tubagens, acess��rios e respetivos ��rg��os de manobra, pavimenta����es e estaleiro, estando englobado na parte do estaleiro trabalhos acess��rios correspondentes �� obra.��� Os custos foram obtidos analisando v��rios or��amentos de obras de saneamento, resultantes de concursos p��blicos de empreitadas recentemente realizados. Com vista a tornar a utiliza����o desta metodologia numa ferramenta eficaz, foram organizadas folhas de c��lculo que possibilitam obter estimativas realistas dos custos de execu����o de determinada obra em fases anteriores ao desenvolvimento do projeto, designadamente numa fase de prepara����o do plano diretor de um sistema ou numa fase de elabora����o de estudos de viabilidade econ��mico-financeiros, isto ��, mesmo antes de existir qualquer pr��-dimensionamento dos elementos do sistema. Outra t��cnica implementada para avaliar os dados de entrada foi a ���An��lise Robusta de Dados���, Pestana (1992). Esta metodologia permitiu analisar os dados mais detalhadamente antes de se formularem hip��teses para desenvolverem a an��lise de risco. A ideia principal �� o exame bastante flex��vel dos dados, frequentemente antes mesmo de os comparar a um modelo probabil��stico. Assim, e para um largo conjunto de dados, esta t��cnica possibilitou analisar a disparidade dos valores encontrados para os diversos trabalhos referenciados anteriormente. Com os dados recolhidos, e ap��s o seu tratamento, passou-se �� aplica����o de uma metodologia de An��lise de Risco, atrav��s da Simulação de Monte Carlo. Esta an��lise de risco �� feita com recurso a uma ferramenta inform��tica da Palisade, o @Risk, dispon��vel no Departamento de Engenharia Civil. Esta t��cnica de an��lise quantitativa de risco permite traduzir a incerteza dos dados de entrada, representada atrav��s de distribui����es probabil��sticas que o software disponibiliza. Assim, para por em pr��tica esta metodologia, recorreu-se ��s folhas de c��lculo que foram realizadas seguindo a abordagem proposta em Lencastre et al (1994). A elabora����o e a an��lise dessas estimativas poder��o conduzir �� tomada de decis��es sobre a viabilidade da ou das obras a realizar, nomeadamente no que diz respeito aos aspetos econ��micos, permitindo uma an��lise de decis��o fundamentada quanto �� realiza����o dos investimentos.

Métodos multigrid paralelos em malhas n��o estruturadas aplicados �� simulação de problemas de din��mica de fluidos computacional e transfer��ncia de calor

Fen��menos naturais, tecnol��gicos e industriais podem, em geral, ser modelados de modo acurado atrav��s de equa����es diferenciais parciais, definidas sobre dom��nios cont��nuos que necessitam ser discretizados para serem resolvidos. Dependendo do esquema de discretiza����o utilizado, pode-se gerar sistemas de equa����es lineares. Esses sistemas s��o, de modo geral, esparsos e de grande porte, onde as inc��gnitas podem ser da ordem de milhares, ou at�� mesmo de milh��es. Levando em considera����o essas caracter��sticas, o emprego de métodos iterativos �� o mais apropriado para a resolu����o dos sistemas gerados, devido principalmente a sua potencialidade quanto �� otimiza����o de armazenamento e efici��ncia computacional. Uma forma de incrementar o desempenho dos métodos iterativos �� empregar uma t��cnica multigrid. Multigrid s��o uma classe de métodos que resolvem eficientemente um grande conjunto de equa����es alg��bricas atrav��s da acelera����o da converg��ncia de métodos iterativos. Considerando que a resolu����o de sistemas de equa����es de problemas real��sticos pode requerer grande capacidade de processamento e de armazenamento, torna-se imprescind��vel o uso de ambientes computacionais de alto desempenho. Uma das abordagens encontradas na literatura t��cnica para a resolu����o de sistemas de equa����es em paralelo �� aquela que emprega métodos de decomposi����o de dom��nio (MDDs). Os MDDs s��o baseados no particionamento do dom��nio computacional em subdom��nios, de modo que a solu����o global do problema �� obtida pela combina����o apropriada das solu����es obtidas em cada um dos subdom��nios Assim, neste trabalho s��o disponibilizados diferentes métodos de resolu����o paralela baseado em decomposi����o de dom��nio, utilizando t��cnicas multigrid para a acelera����o da solu����o de sistemas de equa����es lineares. Para cada m��todo, s��o apresentados dois estudos de caso visando a valida����o das implementa����es. Os estudos de caso abordados s��o o problema da difus��o de calor e o modelo de hidrodin��mica do modelo UnHIDRA. Os métodos implementados mostraram-se altamente paraleliz��veis, apresentando bons ganhos de desempenho. Os métodos multigrid mostraram-se eficiente na acelera����o dos métodos iterativos, j�� que métodos que utilizaram esta t��cnica apresentaram desempenho superior aos métodos que n��o utilizaram nenhum m��todo de acelera����o.

Aumento da efici��ncia dos métodos seg��enciais de simulação condicional

O algoritmo de simulação seq��encial estoc��stica mais amplamente utilizado �� o de simulação seq��encial Gaussiana (ssG). Teoricamente, os métodos estoc��sticos reproduzem t��o bem o espa��o de incerteza da VA Z(u) quanto maior for o n��mero L de realiza����es executadas. Entretanto, ��s vezes, L precisa ser t��o alto que o uso dessa t��cnica pode se tornar proibitivo. Essa Tese apresenta uma estrat��gia mais eficiente a ser adotada. O algoritmo de simulação seq��encial Gaussiana foi alterado para se obter um aumento em sua efici��ncia. A substitui����o do m��todo de Monte Carlo pela t��cnica de Latin Hypercube Sampling (LHS), fez com que a caracteriza����o do espa��o de incerteza da VA Z(u), para uma dada precis��o, fosse alcan��ado mais rapidamente. A t��cnica proposta tamb��m garante que todo o modelo de incerteza te��rico seja amostrado, sobretudo em seus trechos extremos.

An��lise de métodos para aplica����o de ventila����o natural em projetos de edifica����es em Natal-RN

Natural ventilation is an efficient bioclimatic strategy, one that provides thermal comfort, healthful and cooling to the edification. However, the disregard for quality environment, the uncertainties involved in the phenomenon and the popularization of artificial climate systems are held as an excuse for those who neglect the benefits of passive cooling. The unfamiliarity with the concept may be lessened if ventilation is observed in every step of the project, especially in the initial phase in which decisions bear a great impact in the construction process. The tools available in order to quantify the impact of projected decisions consist basically of the renovation rate calculations or computer simulations of fluids, commonly dubbed CFD, which stands for Computational Fluid Dynamics , both somewhat apart from the project s execution and unable to adapt for use in parametric studies. Thus, we chose to verify, through computer simulation, the representativeness of the results with a method of simplified air reconditioning rate calculation, as well as making it more compatible with the questions relevant to the first phases of the project s process. The case object consists of a model resulting from the recommendations of the C��digo de Obras de Natal/ RN, customized according to the NBR 15220. The study has shown the complexity in aggregating a CFD tool to the process and the need for a method capable of generating data at the compatible rate to the flow of ideas and are discarded during the project s development. At the end of our study, we discuss the necessary concessions for the realization of simulations, the applicability and the limitations of both the tools used and the method adopted, as well as the representativeness of the results obtained

Modelagem e simulação de um separador bif��sico com invers��o de fases induzida

The present work has the main goal to study the modeling and simulation of a biphasic separator with induced phase inversion, the MDIF, with the utilization of the finite differences method for the resolution of the partial differencial equations which describe the transport of contaminant s mass fraction inside the equipment s settling chamber. With this aim, was developed the deterministic differential model AMADDA, wich was admensionalizated and then semidiscretizated with the method of lines. The integration of the resultant system of ordinary differential equations was realized by means of a modified algorithm of the Adam-Bashfort- Moulton method, and the sthocastic optimization routine of Basin-Hopping was used in the model s parameter estimation procedure . With the aim to establish a comparative referential for the results obtained with the model AMADDA, were used experimental data presented in previous works of the MDIF s research group. The experimental data and those obtained with the model was assessed regarding its normality by means of the Shapiro-Wilk s test, and validated against the experimental results with the Student s t test and the Kruskal-Wallis s test, depending on the result. The results showed satisfactory performance of the model AMADDA in the evaluation of the MDIF s separation efficiency, being possible to determinate that at 1% significance level the calculated results are equivalent to those determinated experimentally in the reference works

Aspectos epidemiol��gicos, cl��nicos e avalia����o dos métodos diagn��sticos nas fases de evolu����o da brucelose em ovinos inoculados experimentalmente com Brucella ovis

Coordena����o de Aperfei��oamento de Pessoal de N��vel Superior (CAPES)

Simulação computacional e s��ntese de pol��mero molecularmente impresso para extra����o em fase s��lida (MISPE) de ciprofloxacina em urina

P��s-gradua����o em Qu��mica - IQ