Modelagem matemática da qualidade da água em grandes bacias : sistema Taquari-Antas - RS

Os impactos sobre o meio ambiente, associados ao desenvolvimento de atividades pelo homem em uma bacia hidrográfica, estão fortemente inter-relacionados e têm, a cada dia, se tornado mais evidentes. Esta idéia motiva a concepção de uma gestão integrada dos recursos naturais em várias partes do mundo, inclusive em países em desenvolvimento como o Brasil. Modelos matemáticos de qualidade de água podem ser ferramentas úteis para a tomada de decisão no apoio à gestão de bacias hidrográficas. O planejamento e gestão dos recursos hídricos em um país de grande porte como o Brasil envolve, geralmente, bacias extensas, com um vasto conjunto de elementos naturais e antrópicos. Um modelo de qualidade de água deve permitir a representação da variabilidade espacial da região e, desta forma, a consideração de fontes difusas juntamente com fontes pontuais de poluição. O presente estudo analisou o impacto do desenvolvimento sobre a qualidade da água em uma bacia de grande extensão (bacia do rio Taquari-Antas, RS, com 26.500 km2), considerando a alternativa de aproveitamento hidrelétrico definida no inventário da bacia. Utilizou-se um modelo distribuído de simulação hidrológica e de qualidade de água aplicável principalmente a grandes bacias ( > 1.000 km2), o IPH-MGBq. Este modelo, desenvolvido no IPH, foi ajustado aos dados diários observados de vazão, no seu módulo de quantidade, e de concentração de OD, DBO, nitrogênio e fósforo totais e coliformes fecais, obtidos de coletas trimestrais, no módulo de qualidade. O modelo permite a análise temporal das condições hidrológicas e de qualidade da água de toda a bacia, discretizada por células, com trechos de rios e reservatórios. O modelo apresentou bom desempenho quanto à quantidade (vazões) e quanto aos perfis de concentração dos parâmetros de qualidade de água ao longo do Taquari- Antas, principalmente em termos de valores médios. Foi realizada uma análise de incertezas de alguns parâmetros e variáveis de entrada do modelo com relação à inerente incerteza existente na definição destes elementos. Esta metodologia demonstrou ser uma alternativa adequada à aplicação de modelos distribuídos de qualidade de água em bacias sem dados, sendo que os erros cometidos pelo modelo, em relação aos valores de concentração observados, foram aceitáveis para uma confiança de 95%. A simulação de alguns cenários de desenvolvimento na bacia do Taquari-Antas evidenciou a importância da avaliação conjunta de todos os elementos da bacia (fontes pontuais e difusas de poluição e da implantação de reservatórios) sobre a qualidade de suas águas. O IPH-MGBq mostrou ser uma ferramenta útil para a simulação de cenários de desenvolvimento em grandes bacias como base para a tomada de decisão na gestão dos recursos hídricos.

Simulação de modelagem qualitativa para avaliação preliminar da qualidade da água na Bacia do Ribeirão das Perdizes em Campos do Jordão/SP, como subsídio ao enquadramento

The purpose of this research was to present the principles for the implementation of a future water body classification program at the UGRHI-1 (Management Unit of Water Resources-1/São Paulo, Brazil) using qualitative and quantitative water modeling. Our study area was in Campos do Jordão, a city in the state of São Paulo, specifically in the Perdizes river watershed, which is included in the UGRHI-1. The water quality assessment used a modeling mehtodology that can support a future study for the classification of water bodies in the region. The behavior of DO and BOD parameters was assessed in the water quality scenarios, considering the variations of flows, loads, reductions in withdrawals and different efficiencies in sewage treatment. The model used was QUAL2E developed by USEPA (United States Environmental Protection Agency) that received a new graphic interface named QUAL2R model. The reference flows Q7,10, Q95% and Qm used were obtained through the DAEE (Department of Water and Electric Energy) hydrologic regionalization method. It was noted that of the 9 proposed scenarios, only scenario 6 that was predicted in the flow regime Qm with the existence of a treatment system capable of removing 93% of the BOD, in the Perdizes River remained 67.5% of the time in class 2. Scenario 8 predicted a 50% reduction in In scenario 8 a reduction of 50% in the flow captured in CA-04, associated with the efficiency of 93% of BOD removal keeping the river in class 2. In scenario 9 the minimum required efficiency in sewage treatment in the flow regime Q95% for keeping the river in class 2 was also calculated and the value of 94.7% was obtained.

Modelação matemática da qualidade da água em sistemas albufeira-rio

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia do Ambiente, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

O Tratamento de questões ambientais através da modelagem matemática: um trabalho com alunos do ensino fundamental e médio

Pós-graduação em Educação Matemática - IGCE

Modelagem matemática e determinação das propriedades termodinâmicas do café (Coffea arabica L.) durante o processo de secagem

A secagem de produtos agrícolas é largamente utilizada no mundo para o controle e a manutenção da qualidade dos produtos agrícolas. O objetivo do presente trabalho foi modelar o processo de secagem e obter os parâmetros termodinâmicos de frutos de café (Coffea Arabica L.), cultivar Catuaí Amarelo, para três diferentes condições de temperatura e umidade relativa (35 ºC e 32,1%; 45 ºC e 15,7%; e 55 ºC e 10,2%). Foram utilizados frutos de café colhidos manualmente com teor inicial de água de 1,25 (b.s.) e submetidos à secagem até atingirem o teor médio de 0,13 (b.s). Seis modelos matemáticos usualmente utilizados para a representação do processo de secagem de produtos agrícolas foram ajustados aos dados experimentais. A segunda lei de Fick foi utilizada para obter os coeficientes de difusão dos frutos de café por meio da cinética da secagem. A energia de ativação para a secagem dos frutos de café, bem como a entropia, entalpia e energia livre de Gibbs, foram obtidas. O modelo de Midili modificado foi o que melhor representou o fenômeno de secagem de frutos de café. Os valores do coeficiente de difusão obtidos foram 2,99 x 10-11, 2,39 x 10-11 e 5,98 x 10-11 m² s-1 para as temperaturas de 35, 45 e 55 ºC, respectivamente. A entalpia diminuiu com o aumento da temperatura do ar de secagem, bem como a entropia. A energia livre de Gibbs aumentou com o aumento da temperatura.

Simulação de modelagem quali-quantitativa para avaliação preliminar da qualidade da água na bacia do Ribeirão das Perdizes em Campos do Jordão/SP como subsídio ao enquadramento

Pós-graduação em Engenharia Civil e Ambiental - FEB

Avaliação espaço-temporal da qualidade da água e simulação de autodepuração na bacia hidrográfica do córrego São Simão, SP

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Modelagem matemática e simulação computacional de derrames de óleo em corpos d'água: um estudo de caso na região do Porto de Santos

The objective of this work is to accomplish studies of mathematical modeling and computational simulation of oil spills in water bodies. For this reason, a case study in the region of the Port of Santos was developed using the softwares SisBAHIA and ADIOS2 for the simulation of different hypothetical scenarios of oil spilling on the surface of water, aiming to obtain information that contribute to the reduction of the possible environmental impacts that can be caused by such accidents. The results generated in the different simulations had shown that the obtained data can be extremely useful to subsidize the elaboration of mitigation plans, the mapping of risk areas or even the proposal of emergencial strategies in cases of real accidents, configuring the modeling and the simulation as important and modern tools for the environmental planning and management.

Modelagem matemática e experimental da perda de injetividade em poços canhoneados

Water injection in oil reservoirs is a recovery technique widely used for oil recovery. However, the injected water contains suspended particles that can be trapped, causing formation damage and injectivity decline. In such cases, it is necessary to stimulate the damaged formation looking forward to restore the injectivity of the injection wells. Injectivity decline causes a major negative impact to the economy of oil production, which is why, it is important to foresee the injectivity behavior for a good waterflooding management project. Mathematical models for injectivity losses allow studying the effect of the injected water quality, also the well and formation characteristics. Therefore, a mathematical model of injectivity losses for perforated injection wells was developed. The scientific novelty of this work relates to the modeling and prediction of injectivity decline in perforated injection wells, considering deep filtration and the formation of external cake in spheroidal perforations. The classic modeling for deep filtration was rewritten using spheroidal coordinates. The solution to the concentration of suspended particles was obtained analytically and the concentration of the retained particles, which cause formation damage, was solved numerically. The acquisition of the solution to impedance assumed a constant injection rate and the modified Darcy´s Law, defined as being the inverse of the normalized injectivity by the inverse of the initial injectivity. Finally, classic linear flow injectivity tests were performed within Berea sandstone samples, and within perforated samples. The parameters of the model, filtration and formation damage coefficients, obtained from the data, were used to verify the proposed modeling. The simulations showed a good fit to the experimental data, it was observed that the ratio between the particle size and pore has a large influence on the behavior of injectivity decline.

Avaliação do efeito de fogos florestais no regime de escoamento e na qualidade de massas de água doce superficiais

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, perfil de Gestão de Sistemas Ambientais. A presente dissertação foi preparada no âmbito do protocolo nº 2007/009/INAG, celebrado entre o Instituto da Água e a UNL/FCT/DCEA

Modelagem matemática para a descrição do processo de secagem do feijão (Phaseolus vulgaris L.) em camadas delgadas

O objetivo do presente trabalho foi a obtenção e a avaliação das curvas de secagem do feijão (Phaseolus vulgaris L.) e ajustar diferentes modelos matemáticos aos valores experimentais do teor de água para diversas condições do ar. Foram utilizados grãos de feijão colhidos com teor de água de 0,92 (b.s.) e submetidos à secagem até o teor 0,14 (b.s.) sob condições controladas de temperatura (35; 45 e 55 °C) e umidade relativa do ar de secagem de 40 ± 2%. Aos dados experimentais, foram ajustados 12 modelos matemáticos citados na literatura específica e utilizados para a representação do processo de secagem de produtos agrícolas. Pelos resultados obtidos e baseando-se em parâmetros estatísticos, pode-se concluir que metade dos modelos testados representa bem o fenômeno de secagem do feijão. Dentre esses, o modelo clássico de Page foi selecionado, pela sua simplicidade e pelo seu uso disseminado no meio científico, para descrever a cinética de secagem dos produtos vegetais. A relação entre a constante de secagem k desse modelo e a temperatura do ar pode ser descrita pela relação de Arrhenius, apresentando energia de ativação de 10,08 kJ mol-1.

Modelagem matemática e difusividade efetiva das sementes de pinhão-manso (Jatropha curcas L.) durante a secagem

O presente trabalho teve o objetivo de ajustar diferentes modelos matemáticos aos dados experimentais da secagem de sementes de pinhão-manso (Jatropha curcas L.), bem como determinar o coeficiente de difusão efetivo e obter a energia de ativação para a faixa de temperatura utilizada. As sementes de pinhão-manso com teor de água de 0,67 (decimal b.s.) passaram por um período de pré-secagem em ambiente natural para reduzir e homogeneizar o teor de água para 0,30 (decimal b.s.). Em seguida, a secagem foi realizada em secador experimental mantendo-se as temperaturas controladas de 30; 40; 50; 60 e 70 ± 1 ºC e umidades relativas de 55,98; 41,44; 35,35; 26,21 e 13,37 ± 3%, respectivamente. Aos dados experimentais foram ajustados onze modelos matemáticos utilizados para a representação do processo de secagem de produtos agrícolas. Conclui-se que, dentre os modelos analisados, Page e Henderson e Pabis Modificado apresentaram os melhores ajustes aos dados experimentais, sendo o modelo de Page selecionado para a descrição das curvas de secagem do pinhão-manso devido a sua simplicidade; o coeficiente de difusão efetiva aumenta com a elevação da temperatura, apresentando magnitudes entre 3,93x10-10 e 9,19x10-10 m² s-1 para o intervalo de temperatura de 30 a 70 ºC, respectivamente; e a energia de ativação para a difusão líquida do pinhão-manso durante a secagem foi de 15,781 kJ mol-1.

Obtenção das isotermas de sorção e modelagem matemática para a pêra bartlett (Pyrus sp.) Com e sem desidratação osmótica

Este trabalho aborda o estudo teórico-experimental da atividade de água de pêras in natura e desidratadas osmoticamente a 55ºBrix e 40ºC. As isotermas foram construídas para três níveis de temperatura (40ºC, 60ºC e 80ºC) e ajustadas pelos modelos mais usuais: Langmuir, BET, BET linear, GAB, Halsey, Oswin, Peleg, Chung e Henderson. O desvio relativo entre os valores experimentais e os valores estimados foi calculado para cada curva, a fim de se avaliar qual equação melhor se ajustou aos dados experimentais. O modelo que melhor tratou os resultados das isotermas de dessorção da pêra foi o de Henderson entre os modelos que englobam a temperatura. Em relação aos modelos que tratam as isotermas isoladamente, os modelos de Peleg, GAB e Oswin apresentaram o melhor ajuste para a pêra desidratada e in natura.

Modelagem matemática e análise da hidratação de grãos de ervilha

Desenvolveu-se um modelo matemático para estimar a concentração de água em grãos de ervilha durante sua hidratação, o qual foi obtido a partir de um balanço de massa em regime transiente, considerando-se volume constante e geometria esférica. Este modelo é representado por uma equação diferencial ordinária de primeira ordem e possui dois parâmetros: o coeficiente de transferência de massa (Ks) e a concentração de equilíbrio (ρAeq). Ambos foram ajustados numericamente tomando-se como critério a minimização da soma dos resíduos quadráticos, utilizando-se dados experimentais de hidratação de grãos de ervilha a 20, 30, 40, 50 e 60 ºC. Em todas as temperaturas, o modelo representou as principais tendências do processo de hidratação com desvios inferiores a 5%. Foi observado que Ks apresentou um comportamento segundo a equação de Arrhenius frente à temperatura, Ks = 182,8 exp (-3521/T), enquanto ρAeq permaneceu praticamente constante, obtendo-se um valor médio de 0,53 g.mL-1. Utilizando-se a correlação de Ks e assumindo-se o valor de ρAeq médio, obteve-se um modelo generalizado, o qual apresentou para todos os dados um desvio ligeiramente superior a 7%. Adicionalmente, constatou-se que a densidade dos grãos de ervilha permaneceu praticamente constante ao longo da hidratação independentemente da temperatura.

Desidratação osmótica e secagem de maçãs: I. Comportamento do tecido em soluções osmóticas. II. Modelagem matemática de difusão

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)