IMEF - Instituto de Matemática, Estatística e Física
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Resultados da Pesquisa
- ItemModelagem Computacional de Moléculas orgânicas em Galáxias Ativas: os casos do Naftaleno, Pireno e Coroneno(2023) Chaves, William da Silva; Sales, Dinalva Aires deHidrocarbonetos Aromáticos Policíclicos (PAHs) sao moléculas orgânicas que compõe cerca de 20% do carbono presente no meio interestelar e na poeira de galáxias. O presente trabalho investiga a presença de três moléculas orgânicas de PAHs (naftaleno, pireno e coroneno), no estado neutro e ionizado, em galáxias ativas com fonte de ionização térmica (Starburst) e não-térmico (Seyferts). Foi utilizado modelagem computacional através do formalismo da teoria funcional GGA (DFT-GGA) com o funcional B3LYB, no qual a DFT objetiva derivar as propriedades de um sistema multieletrônico em termos da densidade eletrônica. Além disso, a comparação das bandas modeladas de PAHs presentes no infra- vermelho médio foram comparadas com dados observados com o telescópio espacial Spitzer das galáxias Starburst (NGC 1614), Seyfert I (NGC 4051) e Seyfert II (Mrk 1066). Esse estudo mostra que as bandas vibracionais características das moléculas de PAHs neutros são diferentes dos PAHs ionizados, onde, as principais diferenças vistas são: (i) naftaleno nas bandas 7,6um, 8,6um e 7,6um; (ii) pireno nas bandas 12,1um e 14,5um e (iii) coroneno na banda 11,6um. Também foi possível inferir a presença dessas moléculas de PAHs nos espectros das galáxias Seyfert I, II e Starburst.
- ItemDesenvolvimento de modelos computacionais de trocadores de calor solo-ar considerando calor sensível e calor latente : estudo de caso no município de Rio Grande-RS(2022) Cangussu, Tiago Dénis Rodrigues; Estrada, Emanuel da Silva Diaz; Isoldi, Liercio AndreVive-se em uma época em que todo o mundo está cada vez mais preocupado com o meio ambiente e os impactos ambientais nele causado, tendo em vista isso os Trocadores de Calor Solo-Ar (TCSAs) se destacam por ajudar a diminuir o consumo energético, já que eles complementam a matriz energética utilizada atualmente. Pois, a fonte de energia utilizada por estes equipamentos para aquecimento ou resfriamento de ambientes encontra-se no subsolo. Eles funcionam se aproveitando da energia térmica armazenada no solo, aquecendo o ambiente quando está frio ou o resfriando em períodos quentes. Este trabalho tem como objetivo efetuar estudos simulados de um TCSA na cidade de Rio Grande - RS, Brasil. Os modelos aqui propostos têm como características a utilização da umidade e consequentemente a troca de calor latente e sensível que ocorre na parede dos dutos soterrados dos TCSAs, além de tornar os modelos mais completos e precisos permitindo assim estudos posteriores sobre a viabilidade de implementação em diversas regiões. Também tem como uma característica importante o seu baixo custo computacional, permitindo ajustes de otimização e simulações. Foram desenvolvidos dois modelos: um tridimensional e um unidimensional, ambos com ótimos resultados quando comparados a um experimento real. Eles foram validados através dos resultados obtidos de um TCSA experimental construído na cidade de Viamão - RS, onde foram obtidos erros médio absoluto (MAE) de 1,59827 e 2,03362, respectivamente. Após o desenvolvimento dos mesmos, foi feito um estudo da eficiência energética dos modelos para avaliar a viabilidade de implementação de um TCSA na cidade de Rio Grande - RS. Para tal, baseou-se no indicador de coeficiente de performance (COP), obtendo-se um resultado médio anual de 1,15 para o modelo 3D e 1,66 para o modelo 1D, quando considerada uma temperatura de operação do TCSA entre 22 °C e 24 °C.
- ItemAplicação do Constructal Design na Otimização da Capacidade Resistente de Colunas de Aço com Furos Elípticos(2015) Thormann, Daniela Nahuys; Real, Mauro Vasconcellos; Isoldi, Liércio AndréColunas de aço suportam grandes esforços, apesar da área de sua seção transversal ser relativamente pequena quando comparada ao seu comprimento, devido ao fato de apresentarem alta resistência mecânica nos diversos estados de tensão. Apesar disto, quando estes elementos estruturais estão sujeitos à carga axial de compressão podem desenvolver um fenômeno chamado de flambagem, podendo ser elástica ou elasto-plástica. Em muitos projetos de engenharia é necessário que sejam feitas perfurações na alma das colunas. No entanto, estas perfurações podem influenciar, significativamente, tanto no valor da carga crítica de flambagem quanto no valor da carga última. Em vista disto, foi realizado um estudo numérico da capacidade de carga de colunas de aço do tipo U com perfurações elípticas, através do Método de Elementos Finitos (MEF) pelo software ANSYS®. Inicialmente, foi feita a verificação do modelo numérico para a carga crítica elástica com resultados de outros autores, e, após, a validação para a carga última elasto-plástica com resultados experimentais encontrados na literatura. Testes para perfurações elípticas foram feitos, levando em conta a retirada de frações do volume das perfurações (), que é a relação entre o volume dos furos e o volume total da coluna, de = 0,05; 0,10 e 0,15. Para cada fração de volume foi variada a relação entre as dimensões características das perfurações, ou seja, uma relação entre os eixos da elipse (H0/L0). Em cada fração de volume, , foi possível determinar, através do método de Constructal Design, um valor ótimo para as dimensões características das perfurações (H0/L0)o que conduz a um comportamento mecânico superior da coluna. As colunas apresentaram melhoria com relação às suas cargas de até 31,66% na análise linear e 74,55% na análise não linear, considerando a retirada de 15% do volume total do material, após a aplicação do método de Constructal Design.
- ItemTeoria de Similaridade de Monin-Obukhov Aplicada a Turbulência Atmosférica em Terreno Homogêneo em Região Costeira(2018) Anger, Mariely Rodrigues; Krusche, NisiaA turbulência é um grande desafio para estudos de escoamento. Na Camada Limite Atmosférica, muitas teorias têm sido formuladas na tentativa de obter uma descrição universal para a turbulência que seja adequada a problemas de interesse prático. As Teorias de Similaridade apresentam boas aplicações em terrenos homogêneos. Pretende-se aplicar a Teoria de Similaridade de Monin-Obukhov a medidas do escoamento realizadas no município de Rio Grande, para caracterizar a turbulência local. Como este município está em crescente desenvolvimento industrial e as indústrias já em atividade podem ocasionar impactos ambientais, torna-se necessário um conhecimento da turbulência local para a realização de planejamentos de meio ambiente. Por outro lado, é importante considerar a demanda energética necessária para o bom funcionamento destas indústrias. Esta região contém índices favoráveis em relação à geração de energia eólica. Logo, a caracterização da turbulência local é útil para avaliar o potencial eólico quando considerando a variação dos períodos de estabilidade estática da camada superficial na estimativa da velocidade do vento em uma determinada altura. Variáveis como rugosidade aerodinâmica, energia cinética turbulenta, intensidade da turbulência, fluxos turbulentos e as escalas de comprimento, velocidade e temperatura foram estimadas e suas magnitudes concordaram com valores citados na literatura. Relações de similaridade dos períodos instáveis e estáveis foram definidas. No período estável, o comportamento foi impreciso, porém, para o período instável, as relações entre as flutuações de temperatura e vento na vertical normalizadas pelas escalas de temperatura e velocidade apresentaram um comportamento satisfatório. Portanto, é possível utilizar o parâmetro de estabilidade na generalização de comportamentos de variáveis na camada superficial para o local deste estudo. Adicionalmente, a análise inicial da avaliação do potencial eólico aplicando a correção de estabilidade para a estimativa da velocidade do vento apresenta resultados compatíveis com o potencial eólico considerado para região. A aplicação da Teoria de Similaridade permitiu a descrição da variação da Camada Superficial em dois níveis de medida. Estes resultados podem ser utilizados em trabalhos futuros para avaliar a dispersão de poluentes na região. Eles permitiram também calcular a correção da estimativa de velocidade devido às variações de estabilidade.
- ItemSimulação numérica e constructal design aplicados á análise do comportamento de colunas perfuradas submetidas á flambagem térmica(2016) Michaello, Roberta da Silva; Isoldi, Liércio André; Santos, Elizaldo Domingues dosNo presente trabalho, um modelo computacional verificado foi adotado para solucionar o problema da flambagem térmica. Para isso foi empregado o software ANSYS, que é baseado no Método dos Elementos Finitos (MEF). Um estudo de caso foi realizado, empregando o método Constructal Design para a determinação da influência, causada por perfurações, na variação crítica de temperatura de uma coluna de aço. O tipo e a forma dessas perfurações foram variados, mantendo fixo o volume de material retirado da coluna (chamado de fração de volume). A variação crítica de temperatura foi então determinada para cada caso. Além disso, para determinar se ocorre escoamento do material antes da ocorrência da flambagem térmica, uma análise numérica da tensão de von Mises foi feita para cada caso. Os resultados obtidos, considerando apenas aqueles onde a flambagem térmica ocorre, mostraram que o método Constructal Design permite a determinação de geometrias otimizadas que conduzem a performances superiores dos componentes estruturais analisados.
- ItemModelagem Computacional aplicada ao estudo de trocador de calor solo-ar com configuração geométrica complexa(2015) Nunes, Bruna Rodrigues; Isoldi, Liércio André; Santos, Elizaldo Domingues dosÉ possível aproveitar a energia solar como energia térmica através do uso de Trocadores de Calor Solo-Ar (TCSA) para melhorar a condição térmica de ambientes construídos. Os TCSA são sistemas onde o ar ambiente é resfriado ou aquecido ao circular dentro de dutos horizontalmente enterrados. Esta troca acontece pela inércia térmica do solo, de modo que no verão o ar que sai do TCSA fique mais frio que o ar externo e mais quente no período do inverno. Sendo assim, este trabalho tem como objetivo simular numericamente o comportamento térmico e fluidodinâmico do TCSA, permitindo a avaliação da influência da configuração geométrica da instalação no potencial térmico, no volume de solo ocupado e na perda de carga do TCSA. Para isso, foi simulado numericamente o caso de um TCSA com um duto reto, chamado de Instalação Referência. Após, foi realizado um estudo de espaçamento entre dutos paralelos, visando identificar uma distância mínima entre os mesmos que não afetasse, significativamente, o desempenho do TCSA. Com isso, foi identificado que um espaçamento mínimo entre dutos de 1 m pode ser adotado. Assim, mantendo constantes o diâmetro e o comprimento do duto da Instalação Referência, foram propostas vinte e seis instalações com configuração geométrica complexa para o TCSA. Essas instalações foram elaboradas visando a redução do volume de solo necessário para o funcionamento do TCSA, com a intenção de mostrar a aplicabilidade deste dispositivo em zonas urbanas. As simulações numéricas foram realizadas nos softwares GAMBIT e FLUENT (baseado no Método dos Volumes Finitos) empregando um modelo computacional tridimensional verificado e validado. Uma comparação de desempenho do TCSA entre todas as instalações com geometria complexa e a Instalação Referência foi feita, tendo como parâmetros o potencial térmico, o volume do solo e a perda de carga. Foi possível concluir que a Instalação 1 é a que possui melhor desempenho, pois apresenta uma diminuição de 2,18% no potencial térmico e um aumento de 5,37% na perda de carga com uma redução de 36,75% na porção de solo se comparada à Instalação Referência, viabilizando sua utilização em regiões urbanas.
- ItemModelagem Computacional de trocadores de calor solo-ar comparando diferentes modelagens para turbulência(2015) Ferraz, Juliane Gabina; Santos, Elizaldo Domingues dos; Isoldi, Liércio AndréA radiação solar é uma fonte de energia renovável e sua energia térmica pode ser aproveitada através da utilização de trocadores de calor solo-ar (TCSA) em ambientes construídos, podendo ser uma alternativa para reduzir o consumo de energia elétrica. Estes dispositivos consistem em dutos enterrados no solo, onde ocorre o escoamento forçado do ar ambiente. O ar é resfriado/aquecido pelo solo nos períodos quente/frio podendo ser utilizado para melhorar a condição térmica de ambientes construídos. Para simular numericamente o comportamento térmico de um TCSA é necessário empregar alguma modelagem para turbulência. Sendo assim, este trabalho tem como objetivo comparar diferentes modelos de turbulência no âmbito da modelagem clássica da turbulência (URANS) e a simulação de grandes escalas (LES), bem como, diferentes discretizações espaciais no estudo do princípio físico de funcionamento de um TCSA com um duto retilíneo. Foram utilizados neste trabalho para a modelagem URANS os modelos RSM (Reynolds Stress Model), k- e k- padrão e Spalart Allmaras e para modelagem LES o modelo submalha dinâmico de Smagorinsky. Assim, busca-se propor recomendações sobre qual ou quais modelos de turbulência e discretizações espaciais são mais adequados para esse tipo de aplicação. A modelagem computacional foi realizada através do software FLUENT que é baseado no método dos volumes finitos (MVF). Os resultados numéricos obtidos com os modelos URANS e LES reproduziram os resultados numéricos e experimentais da literatura. Na abordagem LES houve melhora dos resultados do potencial térmico em relação aos obtidos experimentalmente, quando simulado com malhas hexaédricas mais refinadas no duto, o que não ocorreu com os modelos URANS. A partir dos resultados desse estudo é possível dizer que o emprego do LES com malhas adequadamente discretizadas pode ser empregado como uma solução "benchmark" para casos onde não se tenham dados experimentais. Contudo, essa abordagem, para projetos térmicos de TCSA, implica em elevado esforço computacional. O emprego de diferentes abordagens para a turbulência não conduziu a resultados diferentes quando malhas tetraédricas foram empregadas, indicando que a malha possui uma influência maior nas simulações com LES do que com URANS.
- ItemCampos Potenciais na Dispersão de Fumaça em Evacuação de Multidões(2018) Corrêa, Bruna Antunes; Adamatti, Diana Francisca; Bicho, Alessandro de LimaFrequentemente visitamos lugares com uma grande concentração de pessoas, como shopping centers, estádios de futebol, restaurantes, casas noturnas, etc. Através dos meios de comunicação, seguidamente vemos notícias de casos de situações de emergência nestes locais. Recentemente, tem-se tido um maior cuidado para que se cumpra as normas técnicas para situações de emergência, prevenindo fatalidades. Sabe-se que em uma situação de incêndio, uma das principais causas de mortes é a inalação da fumaça e, portanto, ao iniciar um incêndio as pessoas precisam sair com rapidez do local para evitar possíveis lesões. Nesta situação tem-se pesquisado sobre a dispersão da fumaça em ambientes fechados e a simulação do comportamento de multidões em situações de emergência. Este trabalho tem por objetivo apresentar uma nova proposta para modelar a dispersão de fumaça em ambientes fechados utilizando o conceito de autômatos celulares associado a campos potenciais. Para complementar o trabalho, foi implementado um modelo comportamental para a simulação da evacuação de pessoas utilizando a abordagem multiagente, baseado nas regras comportamentais para deslocamento definidas no modelo Flocking.
- ItemUm estudo sobre o consumo de energia elétrica utilizando algoritmos classificadores(2018) Amaral, Mariane Coelho; Dimuro, Graçaliz Pereira; Borges, Eduardo NunesO estudo do correto balanço energético é de extrema importância para a economia de um país. Quando a demanda é superior à oferta, faltará eletricidade para os consumidores. Já quando a oferta é muito maior que a demanda por eletricidade, as empresas geradoras e distribuidoras de energia sofrem prejuízos. As técnicas de mineração de dados consistem em descobrir conhecimentos em banco de dados, podendo ser de fundamental importância para revelar informações vitais às pesquisas. Assim, este trabalho intencionou, através de algoritmos classicadores, estimar o valor da conta mensal de energia elétrica com base nos atributos investigados, identificando perfis de consumo residencial por meio de um instrumento científico aplicado aos estudantes de graduação da Universidade Federal do Rio Grande (FURG) e da Universidade Federal de Pelotas (UFPel). A análise do valor da conta de energia elétrica a partir de predições realizadas pelos classificadores pode ser considerada o primeiro passo na melhoria em sistemas elétricos de potência, através do planejamento de geração e distribuição de energia.
- ItemModelo Compartimental SIRC Fracionário(2018) Gomes, Ana Carla Ferreira Nicola; Cezaro, Adriano deIntrinsecamente, o sistema imunológico possui uma defesa adaptativa contra ataques de doenças infecciosas. Essa defesa, que pode ser adquirida pelo contato direto com a doença ou pela aplicação de vacinas, é conhecida por memória imunológica. O entendimento da evolução das doenças, bem como da resposta imunológica dada por vacinas, são de inestimável importância para a tomada de decisões em políticas públicas. Uma maneira de entender o comportamento das doenças é modelar a dinâmica de sua evolução. Uma das possíveis formas de modelagem consiste na utilização de modelos comportamentais, os quais servem como uma simplicação do comportamento do organismo biológico, através da acoplagem da dinâmica em um sistema de equações diferenciais ordinárias. Nesta proposta estudamos especialmente o modelo compartimental SIRC, que relaciona os indivíduos divididos em compartimentos: suscetíveis (S), infectados (I), recuperados (R) e imunidade cruzada (C) com o diferencial de que utilizaremos o enlace da teoria do calculo fracionário, com o objetivo de aplicar as propriedades dos operadores diferenciais fracionários, os quais introduzem, de forma natural, processos de memória ao sistema dinâmico. Outra contribuição importante deste trabalho é a inserção de vacina (antígeno) ao modelo SIRC. Focamos nos efeitos do antígeno na dinâmica do compartimento imunidade cruzada e na dinâmica do sistema evolutivo, trazendo uma inovação para a atual proposta, já que, desconhecemos resultados na literatura nesse sentido. Mais especificamente, nossa contribuição neste trabalho consiste em provarmos resultados de boa colocação do modelo SIRC e com a introdução da vacinação considerando a dinâmica governada por derivadas fracionárias segundo Caputo. A este modelo chamamos de modelo SIRC Fracionário. Estendemos os resultados de boa colocação para o caso em que cada linha do sistema tenha uma derivada de ordem fracionária diferente, refletindo efeitos distintos de memória. Além disso, estabeleceremos resultados de estabilidade para os modelos estudados, demonstrando em que condições sobre os parâmetros no modelo as soluções são assintoticamente estáveis. Por fim, utilizaremos de métodos numéricos adequados para discutirmos os resultados para ordens de derivada fracionária em comparação com o modelo de ordem inteira, demonstrando que a introdução das derivadas de ordem fracionária apresenta um retardo na dinâmica do sistema, o qual pode ser interpretado como memória epidemiológica. Finalmente, exibiremos o efeito que a imposição da vacinação causa na dinâmica do sistema, mostrando os resultados que essa nova abordagem pode revelar.