Modelagem matemática determinística do fluxo do tráfego veicular

Nesta dissertação consideramos duas abordagens para o tráfego de veículos: a macroscópica e a microscópica. O tráfego é descrito macroscopicamente por três grandezas físicas interligadas entre si, a saber, a velocidade, a densidade e o fluxo, descrevendo leis de conservação do número de veículos. Há vários modelos para o tráfego macroscópico de veículos. A maioria deles trata o tráfego de veículos como um fluido compressível, traduzindo a lei de conservação de massa para os veículos e requer uma lei de estado para o par velocidade-densidade, estabelecendo uma relação entre eles. Já o modelo descrito pela abordagem microscópica considera os veículos como partículas individuais. Consideramos os modelos da classe "car - following". Estes modelos baseiam-se no princípio de que o (n - 1)-ésimo veículo (denominado de "following-car") acelera em função do estímulo que recebe do n-ésimo veículo. Analisamos a equação de conservação do número de veículos em modelos macroscópicos para fluxo de tráfego. Posteriormente resolvemos esta equação através da linearização do modelo, estudando suas retas características e apresentamos a resolução do problema não linear em domínios limitados utilizando o método das características

Simulação numérica de dutos enterrados, submetidos à perda de apoio e elevação localizada.

Os recentes desastres ocorridos no país, como o rompimento da adutora em Campo Grande e os desastres relacionados às enchentes urbanas, mostram a necessidade de desenvolvimento de pesquisas científicas que auxiliem na compreensão e no dimensionamento das estruturas projetadas para atender a demanda da população. Os métodos analíticos e experimentais mais utilizados possuem algumas limitações de ordem teórica ou prática. Por outro lado, os métodos numéricos, capazes de simular etapas construtivas e envolver materiais com diferentes modelos constitutivos numa mesma análise, buscam atender às necessidades práticas dos projetos de geotecnia e, ao mesmo tempo, complementam os modelos analíticos e experimentais. Nesse trabalho foram realizadas comparações entre resultados obtidos em ensaios experimentais e resultados extraídos do modelo computacional, buscando aumentar a compreensão sobre a interação solo-estrutura em relação à distribuição de tensões mobilizadas e aos deslocamentos e deformações provocados. A simulação numérica foi feita com a utilização do PLAXIS/3D, software de análise geotécnica baseado no método dos elementos finitos. Os ensaios foram confeccionados na Escola de Engenharia de São Carlos/USP por Costa (2005) e envolveram dutos enterrados submetidos à perda de apoio ou elevação localizada. O estudo experimental foi realizado através de modelos físicos compostos por um maciço de areia pura, contendo um tubo repousando sobre um alçapão no centro do vão. Os modelos físicos foram equipados com instrumental capaz de medir as deflexões e as deformações específicas ao longo do duto, além das tensões totais no maciço de solo circundante e na base do equipamento.

Análise do efeito do envelhecimento e da doença pulmonar obstrutiva crônica sobre a limitação ao fluxo expiratório por meio da técnica de pressão expiratória negativa

O termo limitação ao fluxo expiratório (LFE) refere-se a uma condição na qual o fluxo expiratório máximo obtido durante um ciclo da respiração espontânea é menor que o previsto e permanece constante apesar do aumento do gradiente pressórico. A LFE pode estar presente durante o envelhecimento pulmonar fisiológico, e em afecções pulmonares obstrutivas, como na doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC). A aferição direta para determinar a LFE requer a mensuração do volume pela relação entre o fluxo e a pressão transpulmonar, porém é um método invasivo. Os testes usualmente empregados estão baseados na comparação da curva fluxo-volume expiratório máximo e corrente, porém estas técnicas requerem alto grau de colaboração do indivíduo e podem gerar alteração do tônus muscular brônquico. Estudos sugerem que a Técnica de Pressão Expiratória Negativa (NEP) pode ser aplicada para detecção da LFE, sendo um método simples, não invasivo e que não requer esforço dos voluntários. Contudo, índices quantitativos para a avaliação deste fenômeno ainda não foram definidos, assim como também não foram estudadas a LFE no processo de envelhecimento e nos diversos estágios de obstrução das vias aéreas na DPOC. Neste contexto, os objetivos deste estudo foram: (1) avaliar o comportamento da LFE durante o processo de envelhecimento e (2) estudar a LFE presente nos portadores de DPOC. Trata-se de um estudo transversal controlado com avaliação de casos prevalentes, tendo como unidade de avaliação o indivíduo. Os exames realizados incluíram medidas de espirometria e NEP. Foram selecionados indivíduos saudáveis para o grupo envelhecimento separados em três grupos: grupo jovem (GJ), n=17; grupo meia idade (GMI), n=17 e grupo idoso (GI), n=17. No grupo DPOC foram selecionados indivíduos tabagistas e com doença obstrutiva, sendo classificados de acordo com o nível de obstrução sugerido pela espirometria. Essa classificação resultou em cinco categorias: indivíduos normais ao exame espirométrico (NE, n= 18); com distúrbio ventilatório obstrutivo leve (DVOL, n=15); distúrbio ventilatório obstrutivo moderado (DVOM, n= 18); distúrbio ventilatório obstrutivo acentuado (DVOA, n= 18) e distúrbio ventilatório obstrutivo muito acentuado (DVOMA, n= 18). Todos os indivíduos realizaram os exames de NEP e posteriormente foram submetidos à espirometria. No estudo sobre envelhecimento o parâmetro LFE% foi o que melhor caracterizou a LFE, apresentando uma correlação moderada com a idade. Os parâmetros ∆EF0-50% e ∆EF25-75% apresentaram uma correlação razoável com o progredir da idade, possivelmente devido a LFE no idoso apresentar componentes relacionadas às vias aéreas superiores. No grupo DPOC a NEP caracterizou adequadamente a LFE, sendo o melhor parâmetro a LFE%. Alterações significativas também foram encontradas com os parâmetros ∆EF0-50% e ∆EF25-75%. Avaliando-se a influência da idade neste grupo, pode-se observar que a idade é um fator de contribui para a LFE, no entanto, o efeito preponderante foi a gravidade da doença. Pode-se concluir que: (1) a NEP é útil no estudo da LFE em idosos saudáveis; (2) nestes indivíduos a LFE ocorre principalmente nas vias aéreas extratorácicas; (3) que a NEP é útil na avaliação de pacientes com DPOC, e: (4) que os efeitos da DPOC se sobrepõe ao efeito do envelhecimento.

Uma Simulação computacional do passeio aleatório simples

Em 1828 foi observado um fenômeno no microscópio em que se visualizava minúsculos grãos de pólen mergulhados em um líquido em repouso que mexiam-se de forma aleatória, desenhando um movimento desordenado. A questão era compreender este movimento. Após cerca de 80 anos, Einstein (1905) desenvolveu uma formulação matemática para explicar este fenômeno, tratado por movimento Browniano, teoria cada vez mais desenvolvida em muitas das áreas do conhecimento, inclusive recentemente em modelagem computacional. Objetiva-se pontuar os pressupostos básicos inerentes ao passeio aleatório simples considerando experimentos com e sem problema de valor de contorno para melhor compreensão ao no uso de algoritmos aplicados a problemas computacionais. Foram explicitadas as ferramentas necessárias para aplicação de modelos de simulação do passeio aleatório simples nas três primeiras dimensões do espaço. O interesse foi direcionado tanto para o passeio aleatório simples como para possíveis aplicações para o problema da ruína do jogador e a disseminação de vírus em rede de computadores. Foram desenvolvidos algoritmos do passeio aleatório simples unidimensional sem e com o problema do valor de contorno na plataforma R. Similarmente, implementados para os espaços bidimensionais e tridimensionais,possibilitando futuras aplicações para o problema da disseminação de vírus em rede de computadores e como motivação ao estudo da Equação do Calor, embora necessita um maior embasamento em conceitos da Física e Probabilidade para dar continuidade a tal aplicação.

Morfologia e topografia de superfícies de aço inoxidável duplex UNS S32205, submetidas à erosão por impactos de partículas de alumina em fluxo de ar.

Os aços inoxidáveis duplex vêm sendo cada vez mais utilizados em aplicações que demandam maior resistência à corrosão que os aços inoxidáveis tradicionais. Suas aplicações em estruturas ao ar livre, ou submersas, motivam estudos sobre seu desempenho em variadas situações, como no caso de exposição ao desgaste erosivo.O presente trabalho estuda os efeitos da erosão por impacto de partículas sólidas em superfícies de amostras de um aço inoxidável duplex UNS S32205, tanto do ponto de vista morfológico quanto do topográfico. Superfícies de amostras polidas e posteriormente submetidas a ataques erosivos com partículas de alumina em fluxo de ar, foram examinadas por microscopia eletrônica de varredura, para verificação das formas de desgaste obtidas, e submetidas a ensaios de rugosidade, para determinação do perfil e avaliação da evolução do processo erosivo. Foi feito um exame mais detalhado de formatos de crateras, para comparação com mecanismos propostos em modelos descritos na literatura e com resultados de simulações pelo método dos elementos finitos. Nesse aspecto, o método utilizado mostrou-se tão eficaz quanto aos métodos tradicionais de estudos balísticos com uma só partícula, além de mais abrangente e econômico. As medidas de rugosidade superficial e as informações estatísticas derivadas sinalizaram a possibilidade de utilização dessa ferramenta para avaliar as condições de efetiva perda de massa, que caracterizam a erosão.

Modelagem e simulação da decomposição térmica do óleo mineral isolante aplicadas à classificação de defeitos em transformadores de potência

A análise de gases dissolvidos tem sido aplicada há décadas como a principal técnica de manutenção preditiva para diagnosticar defeitos incipientes em transformadores de potência, tendo em vista que a decomposição do óleo mineral isolante produz gases que permanecem dissolvidos na fase líquida. Entretanto, apesar da importância desta técnica, os métodos de diagnóstico mais conhecidos são baseados em constatações de modelos termodinâmicos e composicionais simplificados para a decomposição térmica do óleo mineral isolante, em conjunto com dados empíricos. Os resultados de simulação obtidos a partir desses modelos não reproduzem satisfatoriamente os dados empíricos. Este trabalho propõe um modelo termodinâmico flexível aprimorado para mimetizar o efeito da cinética de formação de sólidos como restrição ao equilíbrio e seleciona, entre quatro modelos composicionais, aquele que apresenta o melhor desempenho na simulação da decomposição térmica do óleo mineral isolante. Os resultados de simulação obtidos a partir do modelo proposto apresentaram uma melhor adequação a dados empíricos do que aqueles obtidos a partir dos modelos clássicos. O modelo propostofoi, ainda, aplicado ao desenvolvimento de um método de diagnóstico com base fenomenológica.Os desempenhos desta nova proposta fenomenológica e de métodos clássicos de diagnóstico por análise de gases dissolvidos foram comparados e discutidos; o método proposto alcançou desempenho superior a vários métodos usualmente empregados nessa área do conhecimento. E, ainda, um procedimento geral para a aplicação do novo método de diagnóstico é descrito

Estudo de fluxos numéricos para modelos magneto-hidrodinâmicos utilizando o código Flash

A teoria magneto-hidrodinâmicos permite a estruturação de modelos computacionais, designados modelos MHDs, que são uma extensão da dinâmica dos fluidos para lidar com fluidos eletricamente carregados, tais como os plasmas, em que se precisa considerar os efeitos de forças eletromagnéticas. Tais modelos são especialmente úteis quando o movimento exato de uma partícula não é de interesse, sendo que as equações descrevem as evoluções de quantidades macroscópicas. Várias formas de modelos MHD têm sido amplamente utilizadas na Física Espacial para descrever muitos tipos diferentes de fenômenos de plasma, tais como reconexão magnética e interações de ventos estelares com diferentes objetos celestiais. Neste trabalho, o objetivo é analisar o comportamento de diversos fluxos numéricos em uma discretização de volumes finitos de um modelo numérico de MHD usando um esquema de malha entrelaçada sem separação direcional considerando alguns casos testes. Para as simulações, utiliza-se o código Flash, desenvolvido pela Universidade de Chicago, por ser um código de amplo interesse nas simulações astrofísicas e de fenômenos no espaço próximo à Terra. A metodologia consiste na inclusão de um fluxo numérico, permitindo melhoria com respeito ao esquema HLL.

Implementação paralelizada de métodos de resolução de sistemas algébricos na simulação de reservatórios de gás

Desde a década de 1960, devido à pertinência para a indústria petrolífera, a simulação numérica de reservatórios de petróleo tornou-se uma ferramenta usual e uma intensa área de pesquisa. O principal objetivo da modelagem computacional e do uso de métodos numéricos, para a simulação de reservatórios de petróleo, é o de possibilitar um melhor gerenciamento do campo produtor, de maneira que haja uma maximização na recuperação de hidrocarbonetos. Este trabalho tem como objetivo principal paralelizar, empregando a interface de programação de aplicativo OpenMP (Open Multi-Processing), o método numérico utilizado na resolução do sistema algébrico resultante da discretização da equação que descreve o escoamento monofásico em um reservatório de gás, em termos da variável pressão. O conjunto de equações governantes é formado pela equação da continuidade, por uma expressão para o balanço da quantidade de movimento e por uma equação de estado. A Equação da Difusividade Hidráulica (EDH), para a variável pressão, é obtida a partir deste conjunto de equações fundamentais, sendo então discretizada pela utilização do Método de Diferenças Finitas, com a escolha por uma formulação implícita. Diferentes testes numéricos são realizados a fim de estudar a eficiência computacional das versões paralelizadas dos métodos iterativos de Jacobi, Gauss-Seidel, Sobre-relaxação Sucessiva, Gradientes Conjugados (CG), Gradiente Biconjugado (BiCG) e Gradiente Biconjugado Estabilizado (BiCGStab), visando a uma futura aplicação dos mesmos na simulação de reservatórios de gás. Ressalta-se que a presença de heterogeneidades na rocha reservatório e/ou às não-linearidades presentes na EDH para o escoamento de gás aumentam a necessidade de métodos eficientes do ponto de vista de custo computacional, como é o caso de estratégias usando OpenMP.

Simulação da movimentação vertical de produtos aplicados em milho, milho safrinha e soja em latossolos vermelhos e neossolos quartzarênicos de Mineiros, GO.

Este trabalho apresenta resultados obtidos por simulação de sistemas para avaliação da dinâmica de alguns princípios ativos utilizados nas culturas de soja, milho e milho safrinha, cultivados no Município de Mineiros, GO, próxima a voçoroca Chitolina. Esta é uma das áreas de recarga do aqüífero Guarani e, quando exposta à agrotóxicos, requer um acompanhamento maior quanto ao risco de contaminação da água. A avaliação foi realizada nos principais tipos de solo da área, a saber: Latossolo Vermelho Distrófico psamítico (V01) e Neossolo Quartzarenico Órtico Típico (V07). Vinte dos 22 produtos comerciais utilizados na área, correspondendo a 16 princípios ativos, foram avaliados utilizando o simulador CMLS- 94. As tendências de risco potencial de contaminação da água pela exposição aos produtos aplicados foram avaliadas para um período de 3 anos consecutivos, assim como a influência da pluviosidade na lixiviação dos produtos. As prioridades de monitoramento ?in loco? foram apresentadas.

Simulação numérica da dispersão advecção de pesticidas no solo sob efeito da temperatura.

É apresentado um modelo de dispersão-advecção de evolução unidimensional que simula a lixiviação de pesticidas em lisímetros ou colunas de solo sob efeito da temperatura média diária do perfil do solo. O modelo matemático e todo o seu conjunto de hipóteses será denominado DAPESTE. Nas simulações numéricas do modelo DAPESTE serão utilizados o método dos elementos finitos para a semi-discretização da variável espacial e o método de Eüler regressivo para a discretização da variável temporal. Serão utilizados métodos de elementos finitos apropriados para problemas de dispersão-advecção nos quais o transporte advectivo predomina sobre o transporte dispersivo. O modelo DAPESTE supõe que as difusividades do pesticida nas fases gasosa e aquosa do solo dependem da temperatura média diária do solo a qual varia periodicamente com a profundidade e com o tempo. O coeficiente de dispersão hidrodinâmico do modelo DAPESTE dependerá da temperatura do solo. O coeficiente de partição água-ar, variando com a temperatura, será determinado pela equação de Clausius-Clapeyron. A equação de van?t Ho® será usada para determinar o coeficiente de sorção do pesticida no solo como função da temperatura. Com a equação de Arrhenius será estimado o efeito da temperatura na taxa de degradação do pesticida. Estas relações de dependência entre os parâmetros do modelo e a temperatura do solo auxiliam sobremaneira na compreensão do destino de pesticidas no solo sob diferentes cenários de temperaturas médias diárias, especialmente a meia vida do pesticida e a concentração lixiviada no perfil do solo.

Simulação da dinâmica populacional do psilídeo-de-concha, Glycaspis brimblecombei (Hemiptera: Psyllidae) e identificação de estratégias para a criação laboratorial de seu parasitóide Psyllaephagus bliteus (Hymenoptera: Encertydae) .

O "psilídeo-de-concha", Glycaspis brimblecombei (Hemiptera: Psyllidae), tem causado preocupação ao setor florestal brasileiro, principalmente em áreas com Eucalyptus camaldulensis, mais susceptível ao ataque. Estratégias voltadas ao seu controle químico ainda apresentam custos elevados e problemas relacionados ao registro de produtos autorizados, o que faz do seu controle biológico pelo parasitóide Psyllaephagus bliteus (Hymenoptera: Encyrtidae) o único disponível no momento, demandando sua criação massal em laboratório para posteriores liberações no campo. Dados biológicos disponíveis na literatura até 2007 possibilitaram desenvolver um simulador computacional capaz de acompanhar a dinâmica populacional das diferentes fases de desenvolvimento da praga, facilitando a identificação de períodos mais favoráveis ao aumento da presença de hospedeiros-praga preferencial ao parasitismo (3º e 4º instares). Os primeiros resultados observados apontaram o período do 16º ao 21º dia após a infestação dos adultos do psilídeo nas gaiolas. A validação de todos os resultados demanda novos experimentos em gaiolas de criação.

Análise de sensibilidade do modelo de Caprio para simulação de evolução de resistência de pragas a toxinas BT.

2009

Simulação de seca e seus efeitos na germinação de genótipos de sorgo.

1991

Teste de fluxo de dados de programas com ponteiros e registros.

Dois modelos mais precisos de análise de fluxo de dados voltados para o teste de programas que utilizaram ponteiros e campos de registros são apresentados. Os modelos propostos são baseados em uma abordagem conservadora e foram implementados na ferramenta POKE-TOOL. A conjectura é que a análise de fluxo de dados mais precisa aumenta a eficácia do teste a um custo razoável .Para investigar essa conjectura, um estudo de caso foi realizado para avaliar a eficácia eo custo da utilização dos dois modelos no teste com duas famílias diferentes de critérios de teste baseados em análise de fluxo de dados. Os resultados obtidos indicam que a eficácia dos modelos dependem do programa e dos defeitos que ele contém. A segunda observação em especial indica que existem defeitos cuja detecção é facilitada quando os modelos propostos são utilizados. Para uma das famílias de critérios de teste, foi observado que o custo adicional causado pela análise mais precisa de fluxo de dados é razoável.

Banco de dados de experimentos agrícolas: análise e projeto.

Especificação de requisitos. Modelagem de classes. Modelo de classes de objetos. Nível geral: diagrama de classes gerais. Modelo dinâmico. modelo funcional. Diagrama de fluxo de dados (DFD). Especificação de processos. Revisão de modelos analisados. Projeto orientado objeto. Organização do sistema. Projeto de objetos. Projeto de algoritmos. Diagrama: entidade-relacionamento. Interface gráfica com o usuário.