[pt] O processo de revestimento por extrusão é um método muito utilizado na manufatura de diversos produtos. Ele pertence à uma classe de processos de revestimento chamada revestimento com vazão pré-fixada: para operações em regime permanente, a espessura da camada de líquido revestida é definida pela vazão na entrada do equipamento e pela velocidade do substrato. Para diversas aplicações, o líquido de revestimento é uma suspensão de partículas. A abordagem comumente usada é analisar o escoamento como se o fluido fosse Newtoniano, onde sua viscosidade é avaliada pela concentração média de partículas. Porém, dados experimentais mostram que a distribuição de partículas não é uniforme em escoamentos com cisalhamento. Além disso, a distribuição de partículas no filme após o processo de revestimento afetará a estrutura final do filme e, consequentemente, a qualidade final do produto. Portanto, é importante entender os fundamentos do processo de revestimento com suspensão de partículas para melhor descrever este processo e prever comportamentos desse escoamento. O objetivo do presente trabalho é estudar diferentes mecanismos de migração de partículas em suspensão que podem afetar a distribuição de partículas no filme revestido; como mecanismos de difusão e sedimentação. O modelo apresentado leva em consideração a dependência da viscosidade pela concentração local de partículas e o efeito de Marangoni. Dois modelos diferentes foram usados para estudar o escoamento de Marangoni. No primeiro, o transporte de partículas entre a superfície e o escoamento é considerado muito mais rápido que a difusão no escoamento de tal forma que o fluxo líquido é zero e a concentração de partículas na região do escoamento próxima à superfície. No segundo, um modelo mais completo, os efeitos de adsorção e dessorção de partículas pela interface é considerado. O sistema final de equações e não-linear e, com as condições de contorno apropriadas, é resolvido pelo método de Galerkin em elementos finitos e pelo método de Newton. O escoamento é bi-dimensional e, portanto, elementos bi-dimensionais são utilizados para descrever o domínio do problema. Entretanto, para avaliar a concentração ao longo da superfície, foi necessário criar um elemento uni-dimensional. O acoplamento entre estas duas classes de elementos também é discutido. Os resultados mostram que a distribuição de partículas do filme revestido é uma forte função da espessura do filme e das propriedades da suspensão, como a densidade das partículas e coeficientes de difusão. O escoamento de Marangoni pode afetar o padrão de recirculação e a distribuição de concentração de partículas. Além disso, os resultados mostram que a adsorção e dessorção de partículas na interface afetam fortemente a distribuição de partículas. / [en] Slot coating is a common method in the manufacturing of a wide variety of products. It belongs to a class of coating method known as premetered coating: in a steady state operation, the thickness of the coated liquid layer is set by the flow rate fed to the die and the speed of the substrate moving past, and is independent of other variables of the process. For many applications, the coating liquid is a particle suspension. The commom simplified approach is to study the flow as Newtonian and evaluate its viscosity based on the average particle concentration. However, experimental data shows that particle distribution is in fact non-uniform in shear flows. Moreover, particle distribution along the film thickness during the coating process will affect the final fim structure and consequently product performance. Hence, it is important to understand the fundamentals of coating process with particle suspension to better describe and predict the behavior of the flow and the particle distribution in the coated layer. The goal of the present work is to study different particle migration mechanisms in a suspension that may affect particle distribution in the coated film; such as diffusive mechanisms and sedimentation. The model presented takes into account the viscosity dependency and local particle concentration and surface-active particles, i.e. Marangoni effect. Two different approaches were used to study Marangoni flow. First, the bulk-interface transport is considered much faster than bulk diffusion such that the net flux is zero and surface concentration is equal bulk concentration. The second, more complete model, considers adsorption and desorption fluxes from the interface. The non-linear system of equations, with appropriate boundary conditions, is solved by Galerkin Finite Element Method and Newton s Method. The flow is two-dimensional and therefore two-dimensional elements are used to describe flow domain. Nonetheless, in order to evaluate particle concentration along the interface a one-dimensional element was created. The coupling between those two classes of elements of discussed. The results show that the particle distribution on the coated layer is a strong function of the film thickness and suspension properties, such as particle density and diffusion coefficients. The Marangoni flow associated with surface tension gradient due to particle concentration variation along the interface can change the recirculation pattern and particle concentration distribution. Furthermore, the results show that particle adsorption and desorption from interface have a strong effect on the particle distribution.

[pt] Esta dissertação estima os efeitos agregados e distributivos da recente expansão da infraestrutura de transporte no Rio de Janeiro (Brasil), desencadeada pela Copa do Mundo de 2014 e pelos Jogos Olímpicos de 2016. Em preparação para os eventos esportivos, a cidade investiu mais de 4,5 bilhões de dólares em seu sistema de transporte público, que incluiu a extensão de uma linha de metrô, a construção de um VLT e dois corredores de BRT que se estendem por aproximadamente 108 quilômetros. O Capítulo 1 fornece uma descrição da nova infraestrutura de transporte e seus potenciais efeitos nos tempos de deslocamento. Os tempos de deslocamento (na ausência dos investimentos) são calculados usando metodologia de regressão random forest e dados de tempos de deslocamento de 2011 e 2018. As estimativas sugerem que a nova infraestrutura reduziu significativamente os tempos de viagem. Os capítulos restantes exploram duas metodologias diferentes para estimar os impactos dos investimentos em transporte. O Capítulo 2 utiliza as datas de anúncio e inauguração das novas estações de BRT e metrô na cidade do Rio de Janeiro para investigar os efeitos da expansão da infraestrutura de transportes no crescimento e reorganização da atividade econômica. Os endereços das empresas foram georeferenciados para construir um painel com informações sobre número de empresas e empregos por célula de 100 metros quadrados de 2006 a 2016. Aplicando uma metodologia de diferenças em diferenças, eu estimo os efeitos heterogêneos da expansão do transporte de acordo com as características dos trabalhadores e da indústria. Todos os efeitos são obtidos para oito diferentes anéis de distância de 250m a 2km. O Capítulo 3 tem como objetivo medir os efeitos da infraestrutura de transporte sobre os salários, a produtividade e o bem-estar da cidade, investigando impactos heterogêneos para trabalhadores com alto e baixo nível de qualificação. Para responder a essas perguntas, eu construo um extensa base de dados para a Região Metropolitana do Rio de Janeiro, que combina informações sobre residência e emprego para cada grupo de trabalhadores dentro de cada área de ponderação do Censo 2010. Para medir os efeitos de equilíbrio geral, eu desenvolvo um modelo de estrutura interna de cidade que possui trabalhadores heterogêneos e diferentes externalidades de produção para cada grupo de trabalhador. Eu estimo os parâmetros estruturais usando o método de momentos. Por fim, realizo exercícios contrafactuais para avaliar os impactos da recente expansão da infraestrutura de transporte no Rio de Janeiro usando os tempos de viagem de 2018 coletados do API do Google Maps e os tempos de viagem na ausência dos investimentos (computados no primeiro capítulo). Resultados mostram que os investimentos de transporte levaram a menor concentração residencial e maior concentração de empregos. Melhores serviços de transporte permitem que os cidadãos trabalhem em locais de alta produtividade e morem em locais de alta amenidade, o que aumenta o bem-estar de todos os trabalhadores. Entretanto, os benefícios não são divididos igualmente. Os trabalhadores altamente qualificados se beneficiam duplamente, uma vez que têm maiores benefícios de economias de aglomeração e, consequentemente, são capazes de pagar por custos mais altos de moradia. Ademais, as áreas no entorno das novas estações tiveram um aumento na atividade econômica. A maior parte do impacto é caracterizada por pequenas empresas, dos setores de comércio e serviços. Além disso, a maior parte da força de trabalho empregada por essas empresas é pouco qualificada. / [en] This dissertation assesses the aggregate and distributional effects of the recent transport infrastructure expansion in Rio de Janeiro (Brazil) triggered by 2014 Football World Cup and 2016 Olympic Games. In preparation for the sports events, the city invested more than 4.5 billion dollars in its public transport system, which included the extension of a subway line, the construction of a light-rail system and two BRT corridors that stretch approximately 108 kilometers. Chapter 1 provides a description of new transport infrastructure and estimates its potential effects on commuting times. I compute travel times in the absence of the investments using random forest regression methodology and data from 2011 and 2018 travel times. Estimates suggest that the new infrastructure significantly reduced travel times. The remaining chapters explore two different methodologies to account for the impacts of the transport investments. Chapter 2 explores the timing of announcement and inauguration of new BRT and subway stations in Rio de Janeiro City to investigate the effects of the expansion of transport infrastructure on growth and reorganization of economic activity. Firm s addresses were geocoded to construct a panel data set that contains information on number of firms and jobs per 100 meter s grid cell from 2006 to 2016. Applying a difference-in-differences methodology on this novel data set, I estimate the heterogeneous effects of the transport expansion according to workers characteristics and industry. All effects are obtained for eight different distance rings ranging from 250m to 2km. Chapter 3 aims to measure the effects of transportation infrastructure on the city s wages, productivity and welfare, investigating heterogeneous impacts for high and low skilled workers. To answer these questions, I construct an extensive database for the Rio de Janeiro Metropolitan Area that combines information on residence and employment for each skill group inside each city block. In order to measure general equilibrium effects, I develop a model of internal city structure that features heterogeneous workers and production externalities across worker s skill levels. I estimate structural parameters using generalized method of moments. Finally, I perform contrafactual exercises to assess the impacts of the recent transport infrastructure expansion in Rio de Janeiro using 2018 travel times collected from Google Maps API and travel times computed in the first chapter. Results show that connecting new areas to the central business district results in lower residential concentration and higher employment concentration. The improvement of transportation services allows citizens to work in high productivity locations and live in high amenity locations, which leads to higher overall welfare. Nevertheless, benefits are not evenly split. High-skilled workers benefit twice since they have higher benefits from agglomeration and, consequently, they are able to pay for higher residential prices from lower commuting costs. Moreover, areas in the vicinity of the new transport stations saw an increase in economic activity. The bulk of the impact is characterized by small firms, from the commerce and service sectors. Additionally, most of the workforce employed by these firms are low-skilled.

[pt] Este estudo propõe a apresentação de um modelo de multimeios, denominado CAPA, capaz de analisar e comparar um elenco de 39 pesticidas num ambiente pré-determinado sob regime estacionário. O CAPA (Calculadora para Avaliação de Pesticidas no Ambiente) foi desenvolvido baseado no modelo ESTAC FATE (desenvolvido pelo Canadian Environmental Modelling Centre,Trent University, Canadá ). O modelo funciona no Excel, é programado em Visual Basic, usa a fugacidade como critério de equilíbrio e avalia os pesticidas em três diferentes níveis: Nível 1 (equilíbrio), Nível 2 (equilíbrio com entradas e saídas advectivas e reativas) e Nível 3( sem equilíbrio com entradas e saídas advectivas e reativas e transporte difusivo entre meios). Cada pesticida é comparado com os demais em função dos fatores de bioacumulação (FBA),Persistência (P), Toxicidade (T) e Transporte de Longo Alcance (TLA). / [en] This study proposes the presentation of a multimedia model, named CAPA, which is able to evaluate and compare a collection of 39 pesticides in a predetermined environment under steady state. The CAPA (Calculadora para Avaliação de Pesticidas no Ambiente) was based in the ESTAC FATE model (originally developed by the Canadian Environmental Modelling Centre, Trent University, Canada). The model works in Excel, is programmed in Visual Basic, assumes fugacity as the equilibrium criterion and evaluates the pesticides in three different levels: Level 1 (equilibrium), Level 2 (equilibrium with advective and reative input and output) and Level 3 (no equilibrium with advective and reative input and output and diffusive transport between media). Each pesticide is also compared with the others as a function of the bioaccumulation fator, persistence, toxicity and long range transport.

[pt] O problema de roteamento de veículos escolares, do inglês School Bus Routing Problem (SBRP), trata de planejar as rotas de uma frota de veículos para locomover os alunos dos pontos de embarque até suas respectivas escolas. O SBRP é um caso especial do problema de roteamento de veículos, do inglês Vehicle Routing Problem (VRP) e é conhecido por ser um problema NP-difícil. A maior parte da literatura referente ao SBRP se concentra, principalmente, em modelos matemáticos para resolver o problema de roteamento aplicando restrições da vida real. Já em relação à geocodificação dos endereços das escolas e alunos, bem como a busca de distâncias e tempos de deslocamentos reais, estas também são pontos de vital importância, visto que as distâncias reais se diferem da euclidiana e geodésica principalmente em áreas rurais, região de estudo deste trabalho. Neste contexto, uma metodologia é proposta para o problema, junto com um protótipo para automatizar os procedimentos necessários para à obtenção de informações, cuja a aplicação, a partir de um cenário real no contexto brasileiro, é apresentada e dividida em oito fases: definir abrangência, geocodificar o endereço de escolas, alunos e pontos de embarque, definir as características, calcular a distância e o tempo de percurso, montar o banco de dados georreferenciado e de veículos, aplicar uma ferramenta para a obtenção das rotas, geoespacilizar as rotas e elaborar diagnóstico. A proposta é testada aplicando uma ferramenta para a obtenção das rotas que utiliza a meta-heurística Adaptative Large Neighborhood Search (ALNS) para resolver instâncias do VRP. Desta forma, uma das contribuições do estudo consiste no georreferenciamento das unidades escolares estaduais, estando as informações presentes na plataforma do Google Maps para visualização do público. No estudo são localizados e roteados 150 alunos de 7 unidades escolares da cidade de Nova Friburgo. O resultado apresenta valores consistentes e satisfatórios, demonstrando economia média de 41,62 por cento nos custos praticados nas rotas. / [en] The School Bus Routing Problem (SBRP) deals with planning the routes of a fleet of vehicles to move the students from boarding points to their respective schools. The SBRP is a special case of Vehicle Routing Problem (VRP) and is known to be an NP-hard problem. Most of the SBRP literature focuses, mainly, on mathematical models to solve the routing problem by applying real-life restrictions. Regarding the geocoding of the addresses of schools and students, as well as the search for distances and times of real displacements, are also points of vital importance, since the actual distances differ from the euclidean and geodesic ones mainly in rural areas, study region this work. In this context, a methodology is proposed for the problem, along with a prototype to automate the procedures required to obtain information, whose application, based on a real scenario in the Brazilian context is presented, divided into eight phases: to define scope, to geocode the address of schools, student and boarding points, to define the characteristics, to calculate the distance and travel time, to set the georeferenced database and vehicles, to apply a tool to obtain the routes, to geospatialize the routes and elaborate diagnosis. The proposal is tested by applying a tool to obtain routes using the Adaptive Large Neighborhood Search (ALNS) meta-heuristic to solve VRP instances. Thus, one of the contributions of the study consists in the georeferencing of the state school units, with the information present in the Google Maps platform for public viewing. In the study, 150 students from 7 school units in the city of Nova Friburgo were located. The result presents consistent and satisfactory values, demonstrating savings of 41.62 percent in the costs practiced on th routes.

[pt] A dissertação apresenta um estudo da resolução de problemas de acoplamento termo-hidráulico através do uso técnicas numéricas. O estudo tem por objetivo a validação de implementações de efeitos de gradientes de temperatura no fluxo de umidade. Para isto utiliza-se o programa UNSATCHEM- 2D que simula o fluxo bidimensional de umidade em meios de saturação variável, transporte de calor, transporte de CO2 e transporte de solutos. O programa desenvolvido por Simunek e Suarez (1993), possui código aberto (escrito em Fortran 77), onde as equações governantes de fluxo e transporte de calor são resolvidas por elementos finitos. A partir do programa UNSATCHEM-2D, foram realizadas implementações no código a fim de permitir o acoplamento parcial (staggered) do fluxo de umidade e o fluxo de calor que reproduz o fenômeno descrito por de Vries (1958). Paralelamente, desenvolveram-se mudanças no programa MTool(Tecgraf/PUC- Rio), utilizado como pré- e pós-processador. Posteriormente, foram validadas as implementações realizadas no programa comparando-se os resultados da solução numérica com resultados experimentais a partir de um ensaio de coluna (Bach, 1989), com resultados considerados satisfatórios. Finalizando, são apresentadas simulações com fontes de calor interna e externa paralelamente com o emprego de condições de contorno atmosféricas que simulam coberturas de resíduos de minério. / [en] The dissertation presents a study of the resolution of thermo-hydraulic coupling problems, through the use of numerical techniques. The study has the objective the implementations validation of the temperature gradients effects in the moisture flux. For this, the program UNSATCHEM-2D is used to simulate the flow of water in mediums of variable saturation to two dimensions, transport of heat, transport of CO2 and solute transport. The program developed by Simunek and Suarez (1993), has open code (written in Fortran 77), where the governing equations of flow and transport of heat are solved for the method of the finite elements. Starting from the original program UNSATCHEM-2D, alterations were carried out in the code in order to allow the partial coupling (staggered) of moisture flow and heat flow as described by de Vries (1958). In parallel, changes were developed in the software MTool (Tecgraf/PUC-Rio), used as pre- and posprocessor. Later, the modifications carried out in the program were validated by the comparison of the numeric solution results with experimental results starting from a column test (Bach, 1989), with acceptable results. Concluding, simulations are presented with internal and external sources of heat together with the use of atmospheric boundary conditions, one that simulates covers for mining wastes.

[pt] Nesta tese foram estudados três sistemas nanoscópicos compostos de pontos quânticos (PQs). No primeiro deles foi analisada a denominada nuvem Kondo, ou a extensão da blindagem que os spins da banda de condução fazem do spin de uma impureza magnética embebida em uma matriz metálica e representada, no nosso caso, por um PQ. As propriedades da nuvem Kondo foram obtidas através da manifestação da ressonância Kondo na densidade de estados local nos sítios da matriz metálica e também através das correlações de spin entre o spin do elétron no PQ e os spins da banda de condução. Foi possível encontrar uma concordância entre as extensões da nuvem Kondo obtidas com ambos métodos. O segundo sistema estudado consiste em uma estrutura de três PQs alinhados e com o PQ central acoplado a dois contatos metálicos. Foi analisada a operação deste sistema como uma porta lógica quântica cujo funcionamento depende do estado de carga do PQ central. Foi feito um estudo dependente do tempo das propriedades do sistema e, em particular, da correlação dos spins dos PQs laterais. Mostramos que o efeito Kondo, refletido na condutância do sistema, pode ser uma ferramenta fundamental para conhecer o estado da porta quântica. Os primeiros dois sistemas foram tratados usando o método dos Bósons Escravos na aproximação de campo médio. Finalmente, foi estudado o transporte termoelétrico em um sistema de dois PQs quando um deles está acoplado a contatos metálicos unidimensionais. O sistema foi analisado no regime de resposta linear e não linear a um potencial externo no regime de bloqueio de Coulomb. Mostramos que a presença de ressonâncias Fano e de uma singularidade de Van-Hove na densidade de estados dos contatos unidimensionais perto do nível de Fermi são ingredientes fundamentais para o aumento da eficiência termoelétrica do dispositivo. O problema de muitos corpos foi resolvido na aproximação de Hubbard III que permite um estudo correto das propriedades de transporte deste sistema para T maior que TK, onde TK é a temperatura Kondo. / [en] In this thesis, were studied three nanoscopic quantum dot (QD) systems. First, the so-called Kondo cloud was analyzed, the extension of the conduction band spin screening of a magnetic impurity embedded in a metallic matrix and represented, in our case, by a QD. The Kondo cloud properties were obtained studying the way in which the local density of states of the metallic matrix sites reflects the Kondo resonance and also through the spin-spin correlations between the QD and the conduction band spins. It was possible to find a good agreement between the Kondo cloud extensions obtained using both methods. The second system consists of three aligned QDs with the central QD connected to two metallic leads. The operation of this system as a quantum gate was studied, which depends on the central QD charge. A time dependent study of the system properties and, in particular, of the lateral QDs spin correlation was developed. We showed that the Kondo effect, reflected in the conductance, could be a fundamental tool to measure the information contained in the quantum gate state. The first two systems were treated using the Slave Bosons Mean Field Approximation method. Finally, we studied the thermoelectric transport of a two QD system when one of them is connected to two onedimensional leads. The system was analyzed in the linear and nonlinear response to an external applied potential, always in the Coulomb blockade regime. It was found that the presence of Fano resonances and a Van-Hove singularity in the one-dimensional lead density of states near the Fermi level are fundamental ingredients to enhance thermoelectric efficiency. The many-body problem was treated in the Hubbard III approximation, which is a correct approach to study the transport properties for T greater than TK, where TK is the Kondo temperature.

[pt] Os problemas de instabilidades de poços geralmente ocorrem quando camadas de folhelhos são perfuradas. O processo de instabilidade de poços é o resultado de fenômenos mecânicos e físico-químicos. As instabilidades mecânicas podem ser prevenidas e controladas mediante a otimização do peso do fluido de perfuração. Diferente destas, as instabilidades físico-químicas são dificilmente controláveis e mais complexas, pois além de possuírem várias variáveis, dependem do tempo. Neste sentido, o presente trabalho tem como objetivo analisar e compreender os casos de instabilidade do poço através de uma metodologia que integre os resultados de campo e análises em laboratórios a fim de propor fluidos economicamente mais viáveis e competentes que atuem na estabilidade físico-química em trechos de folhelho. Primeiramente são identificados os problemas de instabilidade de um poço (estudo de caso) e seus possíveis agentes causadores através das análises de Boletim Diário de Perfuração (BDP), dados de perfis e análise de estabilidade considerando o modelo elástico. Com base nos problemas identificados, são propostos fluidos hipotéticos de solução salina. Em seguida, amostras de testemunho do poço são coletadas, caracterizadas e analisadas em laboratório com o objetivo de obter os parâmetros de transporte de massa quando estas são submetidas aos fluidos hipotéticos. Por fim, são geradas as análises de estabilidade considerando efeitos físico-químicos conforme tempo de exposição aos fluidos salinos hipotéticos a fim de garantir a otimização do projeto do fluido de perfuração e a estabilidade do poço no processo de perfuração. / [en] Wellbore instability problems usually occur when shale rocks are drilled. The process of wellbore instability is the result of mechanical and physicochemical effects. Mechanical instabilities can be prevented and controlled by optimizing the weight of the drilling fluid. On the other hand, physicochemical instabilities are more complex and difficult to control, because aside from having several variables, they are time-dependent. In this sense, this work has the objective of analysing and understanding the wellbore instability through a methodology that integrates the field results and laboratories analyses in order to propose competent and economically more viable drilling fluids to act in the physicochemical stability in shale stretches. First, the instability problems of a study case and its main causative agents are identified through Drilling Daily Report analyses, profile data and stability analyses considering the elastic model. Based on the problems identified, hypothetical saline fluids are proposed. Then, well samples are collected, characterized and analysed in laboratory in order to obtain its mass transporting parameters when samples are submitted to hypothetical fluids. Finally, stability analyses is performed considering physicochemical effects according to the exposure time to hypothetical saline fluids in order to guarantee the optimization of the drilling fluid design and the stability of the well in the drilling process.

[pt] O setor de transporte é importante ator nas emissões de poluentes e gases de efeito estufa. Por isso, estimar as emissões deste setor é essencial para planejar medidas de redução destes poluentes e consequentemente mitigar os efeitos das mudanças climáticas. Neste contexto, na presente dissertação propomos uma metodologia de estimativa de inventário de emissão de gases de efeito estufa para a região metropolitana do Rio de Janeiro e fazemos uma projeção para os próximos anos do aumento da frota e de sua respectiva emissão de poluentes. Desta forma, espera-se que os fazedores de política e de planejamento urbano considerem alternativas menos poluentes, bem como investimento em outros modais para suprir o aumento da demanda para a mobilidade nesta região. / [en] Now a day the environmental quality is generating discussions around the world. In this context, the main subject is the global warming and the greenhouse emissions. According to the Intergovernmental Panel on Climate Change studies, the world is experiencing an increase on its average temperature due to anthropogenic emissions that come mainly from burning fossil fuels (primary cause of the increased concentration of CO2 in the atmosphere) causing the greenhouse effect. It is well known that the atmosphere is composed of various gases, however, some of them act like a blanket in the terrestrial coverage (and therefore are commonly called greenhouse gases) due to the fact allow the ultraviolet rays and solar radiation penetrating into the earth s atmosphere and retain infrared radiation, they are: water vapor, carbon dioxide, methane, nitrous oxide and chlorofluorocarbons. Scientists believe that global warming was being intensified due to human activities, especially the beginning of the industrial revolution that have intensified the amount of burning fossil fuels and the forest degradation. According to Stern (2007), the earth s temperature increased about 0.7 Celsius degrees since 1900, for that reason, it is believed that global warming has a close relationship with the increase of the greenhouse gas emissions, especially carbon dioxide (CO2) and methane ( CH4- commonly measured in terms of equivalent CO2). Despite the uncertainty of the consequences of the CO2 emission, especially in the long run, it is expected that there is a relationship between the increase of this gas and the occurrence of climatic disasters in the world, since unlike most pollutants it s externality occur globally and not locally (IPCC, 2007). According to Schipper and Pelling (2006), climate change resulting from increased greenhouse gas emissions should lead to an increase in global average temperature, which will result in changes in rainfall regime in the coming decades and changes in the frequency and magnitude of risks such as floods and tropical cyclones, for example.

[pt] O objetivo deste trabalho é ser uma contribuição ao entendimento dos mecanismos envolvidos na migração por gravidade dos compostos orgânicos chamados de DNAPLs, quando eles são liberados em meios porosos e em meios porosos fraturados, para aportar ao desenvolvimento de tecnologias efetivas orientadas principalmente à localização e à remediação do sistema subterrâneo contaminado. Primeiramente são apresentados os conceitos elementares envolvidos nos modelos matemáticos que descrevem o fluxo bifásico em meios porosos, o processo de modelagem de um problema geral da natureza, os modelos conceituais, os matemáticos e os numéricos, e a aplicabilidade dos modelos conceituais conforme a considerações de escala. Em segundo lugar, são desenvolvidas as equações matemáticas que governam os fenômenos em estudo e são apresentadas as soluções às equações governantes a partir de técnicas computacionais e esquemas de integração numérica. As equações do fluxo bifásico são resolvidas mediante técnicas de elementos finitos mistos hibridizados (EFHM) e elementos finitos descontínuos (GD), e as equações do transporte de contaminantes são resolvidas mediante a técnica dos elementos finitos convencionais (EF). Seguidamente são avaliados numericamente problemas de transporte de contaminantes em 1D e 2D, problemas de transporte de contaminantes com transferência de massa, problemas de fluxo bifásico em 2D, e problemas acoplados envolvendo tanto fluxo bifásico como transporte de contaminantes com transferência de massa. Finalmente, são apresentadas as conclusões do trabalho desenvolvido bem como sugestões para trabalhos futuros. / [en] The objective of this work is to contribute to the understanding of the mechanisms involved in the gravity migration of organic compounds, called DNAPLs, when they are released in a porous media and in a fractured porous media, and to contribute to the development of effective technologies mainly oriented to the location and remediation of contaminated underground system. Firstly, some basic concepts are presented, especially those involved in the mathematical models that describe the two-phase flow in porous media, the conceptual models, the mathematical models, as well as the numerical models. Secondly, the mathematical equations that govern the phenomena under study are developed and the solutions to the governing equations from computational techniques and numerical integration schemes are presented. The biphasic flow equations are solved using mixed and hybridized finite element techniques (EFHM) and discontinuous finite element (GD), and the contaminant transport equations are solved by the conventional technique of finite element (FE). Then, some problems are numerically evaluated in 1D and 2D, such as transport of contaminants with and without mass transfer, two-phase flow problems in 2D, and attached problems involving both biphasic flow and contaminant transport with mass transfer. Finally, the conclusions of this thesis as well as the suggestions for future works are presented.

[pt] O objetivo deste estudo foi determinar a concentração de metais, compostos orgânicos e inorgânicos por suspensão aquosa e análise dos metais por abertura ácida presentes nas amostras de PM10 coletadas em áreas urbanas, industrial e rural da Região Metropolitana do Rio de Janeiro. A concentração de PM10 foi determinada por análise gravimétrica. Espécies inorgânicas e orgânicas presentes nos extratos aquosos foram determinadas por cromatografia de íons e carbono orgânico total (TOC). Os extratos ácidos, e também os aquosos, foram analisados por ICP-MS (espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado) e por ICP OES (espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado) para determinar a concentração de metais. As correlações entre as concentrações de PM10 e de metais foram avaliadas, considerando os dados meteorológicos para cada ponto de coleta e origem das massas de ar. Os resultados mostraram que as concentrações médias de PM10 foram de 36 micrograma m-3 na área rural, 50 micrograma m-3 na área urbana e 74 micrograma m-3 na área industrial. A concentração de PM10 medida na área industrial ultrapassou, em geral, o limite estabelecido pela resolução CONAMA, de 50 micrograma m-3. O teor de metais apresentou maior concentração na área industrial, sendo predominantes ferro, zinco, alumínio, titânio, manganês, cromo, níquel, cádmio e chumbo. Na área de maior tráfego, foi detectada a maior concentração de cobre e vanádio. As espécies iônicas foram maiores na área urbana, devido à proximidade do oceano. Na área rural, menores concentrações de espécies antropogênicas, como sulfato, nitrato e alguns metais (Pb, Cr, V e Ni) foram medidas. Assim, as concentrações das espécies estudadas são influenciadas pelas características locais. Porém, também foi observado a influencia do transporte de poluentes de longa distância, como queimadas e poeiras dos desertos do continente africano. Os percentuais dos extratos ácido/aquoso demonstraram que os metais extraídos de forma mais eficiente foram V e Ni (maior que 45 porcento), enquanto que os menos extraídos foram Al e Fe (menor que 3 porcento), conforme o esperado. A fração aquosa é importante para avaliar a biodisponibilidade de metais associados a danos à saúde. / [en] The scope of this study was to measure the concentration of metals and organic and inorganic anions in aqueous and acid extracts of PM10 samples collected in urban, industrial and rural zones of Rio de Janeiro. PM10 concentration was determined by gravimetric analysis and the organic and inorganic species in the aqueous extracts were determined by ion chromatography and total organic carbon (TOC). The aqueous and acid extracts were analyzed by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) and by ICP OES (inductively coupled plasma optical emission spectrometry), in order to determine metal content. Correlations between PM10 and metal concentrations were evaluated, considering meteorological data for each site. Results showed that the average PM10 concentrations were 36 microgram m-3; 50 microgram m-3 and 74 microgram m-3 at the rural, downtown and industrial sites, respectively. The measured PM10 concentration in the industrial site exceeded the limit allowed by the Brazilian law, which is 50 microgram m-3. While industrial area had the highest concentrations of metals, such as Fe, Zn, Al, Ti, Mn, Cr, Ni, Cd and Pb, the highest concentrations of Cu and V were found in areas with higher traffic densities. Ionic species had higher concentrations in the urban site due to the proximity to the ocean. The lowest concentrations of species from anthropogenic sources, such as sulfate, nitrate and some metals (Pb, Cr, V and Ni) were measured in the rural area. Hence, studied species concentrations are influenced by site locations, but the influence by the transportation of long distance pollutants, such as biomass burning and dust from African deserts was also observed. The acid/aqueous percentiles showed that the most efficiently extracted metals in the aqueous phase were V and Ni (greater than 45 percent) while the less efficiently extracted were Al and Fe (less than 3 percent), as expected. The aqueous fraction is important to evaluate the bioavailability of metals that are associated to damage to the human health.