Na presente tese é apresentada uma nova solução analítica para a equação de ad-vecção-difusão bidimensional transiente para simular a dispersão de poluentes na atmosfera. Para tanto, a equação de advecção-difusão é resolvida pela combinação da transformada de Laplace e da técnica GILTT (Generalized Integral Laplace Transform Technique). O fechamento da turbulência para os casos Fickiano e não-Fickiano é considerado. É investigado o problema de modelagem da dispersão de poluentes em condições de ventos fortes e fracos considerando, para o caso de ventos fracos, a difusão longitudinal na equação de advecção-difusão. Além disso, foi incluída no modelo a velocidade vertical e avaliada sua influência considerando-se o campo de velocidades constante e também geradas via LES (Large Eddy Simulation), para poder simular uma camada limite turbulenta mais realística. Os resultados obtidos por essa metodologia são validados com resultados experimentais disponíveis na literatura. / In the present thesis it is presented a new analytical solution for the transient two- dimensional advection-diffusion equation to simulate the pollutant dispersion in atmosphere. For that, the advection-diffusion equation is solved combining the Laplace transform and the GILTT (Generalized Integral Laplace Transform Technique) techniques. The turbulence closure for Fickian and non-Fickian cases is considered. It is investigated the problem of modeling the pollutant dispersion in strong and weak winds considering, for the case of low wind conditions, the longitudinal diffusion in the advection-diffusion equation. Moreover, it was considered in the model the vertical velocity and its influence was evaluated considering velocities field constant and also generated by means of LES (Large Eddy Simulation), to simulate a more realistic turbulent boundary layer. The results attained by this methodology are validated with experimental results available in literature.

Orientador: João Frederico da Costa Azevedo Meyer / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-26T22:20:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CajasGuaca_Denis_M.pdf: 6132685 bytes, checksum: 5e3780d261cb1b925daf089e42c326af (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Esta pesquisa visa descrever e ilustrar mediante a modelagem matemática e simulação computacional a poluição por esgoto que ocorre na Baía de Buenaventura no sudoeste do Pacífico Colombiano, e a influência do poluente no convívio de duas espécies de peixes. Para a dispersão de poluente usaremos o modelo que envolve a equação de Difusão-Advecção, a qual descreve as principais caraterísticas a considerar para o estudo do nosso problema, com suas respectivas condições de fronteira do entorno natural, considerando absorção de poluente nas margens da baía. Para a dinâmica populacional entre as espécies de peixes será usado um sistema não linear clássico do tipo Lotka-Volterra para modelar este problema, com condições de contorno de Neumann. A solução aproximada do modelo é obtida numericamente usando um método de segunda ordem no espaço e no tempo. Para a discretização da variável espacial usamos um método de diferenças finitas de segunda ordem e o método de Crank Nicolson para a discretização da variável temporal. Os resultados mostrados nas simulações computacionais para a concentração de poluente, e para a dinâmica populacional nos permitem julgar melhor o que está acontecendo ou o que pode acontecer, refletindo a necessidade de que os orgãos governamentais implementem mecanismos de mitigação ao problema ambiental para tentar diminuir os efeitos adversos do despejo direto no mar de águas residuais sem tratamento / Abstract: The propose of this research is to describe and illustrate the water pollution by sewage which occurs in Buenaventura Bay, in the southwest of the Colombian Pacific, and the influence of the pollutant in the interaction of two fish species, using mathematical modeling and computer simulation. Pollutant dispersion will be obtain using the model that involves the Diffusion - Advection equation, which describes the main features to be considered for the study of our problem with its respective boundary conditions of the natural environment, considering pollutant absorption in bayside. In order to describe the population dynamics between the fish species the classic Lotka -Volterra nonlinear system with Neumann boundary conditions will be used. The approximate solution of the model is obtained numerically using a second order method on the space and time. In order to discretize the spatial variable we use a second order finite difference method and the Crank Nicolson method for the time discretization. The results obtained in the computer simulations for the pollutant concentration, and the population dynamics allow us to judge what happening or what might happen. Reflecting in this way the necessity for the government agencies to implement mitigation mechanisms of the environmental problem in order to try reduce the adverse effects of dumping untreated sewage water directly into the sea / Mestrado / Matematica Aplicada / Mestra em Matemática Aplicada