Neste trabalho, um estudo preliminar sobre o uso de técnicas nucleares na prospecção e monitoramento de poços de petróleo é reportado. Em particular, a modelagem da avaliação da intensidade de radiação emitida de fontes nucleares presentes em sondas usadas para obtenção de dados dos poços, é discutida. Tal modelagem se fundamenta na utilização e solução da equação de transporte de partículas. Apesar de o problema ser inerentemente tridimensional, a abordagem do modelo matemático, uma equação íntegro-diferencial, é muito complexa neste caso. Neste sentido, um esquema conhecido como nodal, usualmente utilizado no tratamento de problemas multidimensionais, é aqui investigado para casos unidimensionais. Duas formas de tratamento do problema unidimensional nodal são aqui apresentadas: uma baseada em procedimentos analíticos e outra em procedimentos numéricos que envolvem esquemas iterativos. Resultados numéricos são apresentados e discutidos, para casos onde soluções explícitas conhecidas podem ser usadas para comparação. / In this work, a preliminary study on nuclear techniques applied to the petroleum industry, is reported. In particular, the evaluation of the radiation intensity emitted from the radiation sources present in nuclear tools is discussed. The modeling is based on the particle transport equation. Although three-dimensional cases are the one related to real problems, its solution is of high difficulty, due to the complexity of the mathematical model, an integro-differential equation. In this sense, a so-called nodal scheme usually applied to the treatment of multidimensional problems, is here investigated for the one-dimensional case. Two nodal approaches are described here: a first one based on analytical techniques and the second one based on numerical schemes which involve iterative processes. Numerical results are presented and discussed for problems where explicit solutions are available in the literature.

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre emMétodos Computacionais em Ciência e Engenharia, na Faculdade de Ciências da Universidade do Porto

Neste trabalho, um estudo preliminar sobre o uso de técnicas nucleares na prospecção e monitoramento de poços de petróleo é reportado. Em particular, a modelagem da avaliação da intensidade de radiação emitida de fontes nucleares presentes em sondas usadas para obtenção de dados dos poços, é discutida. Tal modelagem se fundamenta na utilização e solução da equação de transporte de partículas. Apesar de o problema ser inerentemente tridimensional, a abordagem do modelo matemático, uma equação íntegro-diferencial, é muito complexa neste caso. Neste sentido, um esquema conhecido como nodal, usualmente utilizado no tratamento de problemas multidimensionais, é aqui investigado para casos unidimensionais. Duas formas de tratamento do problema unidimensional nodal são aqui apresentadas: uma baseada em procedimentos analíticos e outra em procedimentos numéricos que envolvem esquemas iterativos. Resultados numéricos são apresentados e discutidos, para casos onde soluções explícitas conhecidas podem ser usadas para comparação. / In this work, a preliminary study on nuclear techniques applied to the petroleum industry, is reported. In particular, the evaluation of the radiation intensity emitted from the radiation sources present in nuclear tools is discussed. The modeling is based on the particle transport equation. Although three-dimensional cases are the one related to real problems, its solution is of high difficulty, due to the complexity of the mathematical model, an integro-differential equation. In this sense, a so-called nodal scheme usually applied to the treatment of multidimensional problems, is here investigated for the one-dimensional case. Two nodal approaches are described here: a first one based on analytical techniques and the second one based on numerical schemes which involve iterative processes. Numerical results are presented and discussed for problems where explicit solutions are available in the literature.

Neste trabalho, um estudo preliminar sobre o uso de técnicas nucleares na prospecção e monitoramento de poços de petróleo é reportado. Em particular, a modelagem da avaliação da intensidade de radiação emitida de fontes nucleares presentes em sondas usadas para obtenção de dados dos poços, é discutida. Tal modelagem se fundamenta na utilização e solução da equação de transporte de partículas. Apesar de o problema ser inerentemente tridimensional, a abordagem do modelo matemático, uma equação íntegro-diferencial, é muito complexa neste caso. Neste sentido, um esquema conhecido como nodal, usualmente utilizado no tratamento de problemas multidimensionais, é aqui investigado para casos unidimensionais. Duas formas de tratamento do problema unidimensional nodal são aqui apresentadas: uma baseada em procedimentos analíticos e outra em procedimentos numéricos que envolvem esquemas iterativos. Resultados numéricos são apresentados e discutidos, para casos onde soluções explícitas conhecidas podem ser usadas para comparação. / In this work, a preliminary study on nuclear techniques applied to the petroleum industry, is reported. In particular, the evaluation of the radiation intensity emitted from the radiation sources present in nuclear tools is discussed. The modeling is based on the particle transport equation. Although three-dimensional cases are the one related to real problems, its solution is of high difficulty, due to the complexity of the mathematical model, an integro-differential equation. In this sense, a so-called nodal scheme usually applied to the treatment of multidimensional problems, is here investigated for the one-dimensional case. Two nodal approaches are described here: a first one based on analytical techniques and the second one based on numerical schemes which involve iterative processes. Numerical results are presented and discussed for problems where explicit solutions are available in the literature.

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Neste trabalho é desenvolvida uma solução semi-analítica para a Equação de Langevin assintótica (Equação de Deslocamento Aleatório) aplicada à dispersão de poluentes na Camada Limite Convectiva (CLC). A solução tem como ponto de partida uma equação diferencial de primeira ordem para o deslocamento aleatório, sobre a qual é aplicado o Método Iterativo de Picard. O novo modelo é parametrizado por um coeficiente de difusão obtido a partir da Teoria de Difusão Estatística de Taylor e de um modelo para o espectro de turbulência, assumindo a supersposição linear dos efeitos de turbulência térmica e mecânica. A avaliação do modelo é realizada através da comparação com dados de concentração medidos durante o experimento de dispersão de Copenhagen e com resultados obtidos por outros quatro modelos: modelo de partículas estocástico para velocidade aleatória (Modelo de Langevin), solução analítica da equação difusão-advecção, solução numérica da equação difusão-advecção e modelo Gaussiano. Uma análise estatística revela que o modelo proposto simula satisfatoriamente os valores de concentração observados e apresenta boa concordância com os resultados dos outros modelos de dispersão. Além disso, a solução através do Método Iterativo de Picard pode apresentar algumas vantagem em relação ao método clássico de solução.

Neste trabalho é desenvolvida uma solução semi-analítica para a Equação de Langevin assintótica (Equação de Deslocamento Aleatório) aplicada à dispersão de poluentes na Camada Limite Convectiva (CLC). A solução tem como ponto de partida uma equação diferencial de primeira ordem para o deslocamento aleatório, sobre a qual é aplicado o Método Iterativo de Picard. O novo modelo é parametrizado por um coeficiente de difusão obtido a partir da Teoria de Difusão Estatística de Taylor e de um modelo para o espectro de turbulência, assumindo a supersposição linear dos efeitos de turbulência térmica e mecânica. A avaliação do modelo é realizada através da comparação com dados de concentração medidos durante o experimento de dispersão de Copenhagen e com resultados obtidos por outros quatro modelos: modelo de partículas estocástico para velocidade aleatória (Modelo de Langevin), solução analítica da equação difusão-advecção, solução numérica da equação difusão-advecção e modelo Gaussiano. Uma análise estatística revela que o modelo proposto simula satisfatoriamente os valores de concentração observados e apresenta boa concordância com os resultados dos outros modelos de dispersão. Além disso, a solução através do Método Iterativo de Picard pode apresentar algumas vantagem em relação ao método clássico de solução.

Neste trabalho é desenvolvida uma solução semi-analítica para a Equação de Langevin assintótica (Equação de Deslocamento Aleatório) aplicada à dispersão de poluentes na Camada Limite Convectiva (CLC). A solução tem como ponto de partida uma equação diferencial de primeira ordem para o deslocamento aleatório, sobre a qual é aplicado o Método Iterativo de Picard. O novo modelo é parametrizado por um coeficiente de difusão obtido a partir da Teoria de Difusão Estatística de Taylor e de um modelo para o espectro de turbulência, assumindo a supersposição linear dos efeitos de turbulência térmica e mecânica. A avaliação do modelo é realizada através da comparação com dados de concentração medidos durante o experimento de dispersão de Copenhagen e com resultados obtidos por outros quatro modelos: modelo de partículas estocástico para velocidade aleatória (Modelo de Langevin), solução analítica da equação difusão-advecção, solução numérica da equação difusão-advecção e modelo Gaussiano. Uma análise estatística revela que o modelo proposto simula satisfatoriamente os valores de concentração observados e apresenta boa concordância com os resultados dos outros modelos de dispersão. Além disso, a solução através do Método Iterativo de Picard pode apresentar algumas vantagem em relação ao método clássico de solução.

Submitted by Amanda Silva (amanda.osilva2@ufpe.br) on 2015-03-04T11:47:17Z No. of bitstreams: 2 Tese Geovane Vitor Vasconcelos.pdf: 4194219 bytes, checksum: d0b64d24829a17c7d4de1f02945cb5c3 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-04T11:47:17Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Tese Geovane Vitor Vasconcelos.pdf: 4194219 bytes, checksum: d0b64d24829a17c7d4de1f02945cb5c3 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2013-03-08 / A tomografia computadorizada tem se consolidado como uma alternativa bastante eficiente na investigação do processo industrial do refino de petróleo. O seu produto final, a imagem reconstruída, é objeto de estudo em uma área de intenso interesse, e inclui métodos de reconstrução advindos dos mais distintos campos de pesquisa. Esta tese apresenta um método de reconstrução iterativo baseado numa abstração chamada em computação gráfica de sistemas de partículas, o PSIRT. O método foi concebido originalmente para atuar em arranjos de tomógrafo com limitado número de trajetórias de raios gama, um requerimento de extrema importância para as aplicações industriais. O PSIRT representa fragmentos do objeto a ser reconstruído como partículas sujeitas a um campo de forças em torno das trajetórias. Tal campo é gerado pelas diferenças entre os dados de entrada de atenuação da trajetória e os dados computados numa dada iteração, baseados na quantidade de partículas presentes num envelope em torno da trajetória. O posicionamento do conjunto de partículas é iterativamente modificado para que essas diferenças atinjam um valor aceitável. Algumas iterações de ajustes de parâmetros são aplicadas de forma alternada com as iterações da dinâmica das partículas. Praticamente todos os diversos resultados da aplicação do PSIRT em dados simulados e também em dados experimentais sugerem uma superioridade qualitativa em relação a métodos algébricos consagrados. Os sinogramas simulados foram produzidos a partir de diferentes tipos de fantomas, incluindo duas configurações estacionárias observadas no estudo de fluidodinâmica, e as comparações foram feitas com o algoritmo ART e alguns de seus variantes, e incluiu uma métrica concebida para capturar formas geométricas. Uma das características mais marcantes do PSIRT é a ausência de ruídos de ordem global, um dos problemas enfrentados por outros métodos em número limitado de trajetórias. Os sinogramas de dados experimentais foram produzidos num tomógrafo de alta velocidade de raios gama (tomógrafo HSGT), como também num tomógrafo de 1ª geração. Embora os dados ruidosos tenham afetado sensivelmente o desempenho do PSIRT, verificou-se que este fato se deu menos no método do que nos métodos algébricos. Tais considerações presentes nesta tese conferem ao PSIRT a condição de um método bastante competitivo em aplicações de tomografia industrial.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O uso de técnicas com o funcional de Tikhonov em processamento de imagens tem sido amplamente usado nos últimos anos. A ideia básica nesse processo é modificar uma imagem inicial via equação de convolução e encontrar um parâmetro que minimize esse funcional afim de obter uma aproximação da imagem original. Porém, um problema típico neste método consiste na seleção do parâmetro de regularização adequado para o compromisso entre a acurácia e a estabilidade da solução. Um método desenvolvido por pesquisadores do IPRJ e UFRJ, atuantes na área de problemas inversos, consiste em minimizar um funcional de resíduos através do parâmetro de regularização de Tikhonov. Uma estratégia que emprega a busca iterativa deste parâmetro visando obter um valor mínimo para o funcional na iteração seguinte foi adotada recentemente em um algoritmo serial de restauração. Porém, o custo computacional é um fator problema encontrado ao empregar o método iterativo de busca. Com esta abordagem, neste trabalho é feita uma implementação em linguagem C++ que emprega técnicas de computação paralela usando MPI (Message Passing Interface) para a estratégia de minimização do funcional com o método de busca iterativa, reduzindo assim, o tempo de execução requerido pelo algoritmo. Uma versão modificada do método de Jacobi é considerada em duas versões do algoritmo, uma serial e outra em paralelo. Este algoritmo é adequado para implementação paralela por não possuir dependências de dados como de Gauss-Seidel que também é mostrado a convergir. Como indicador de desempenho para avaliação do algoritmo de restauração, além das medidas tradicionais, uma nova métrica que se baseia em critérios subjetivos denominada IWMSE (Information Weighted Mean Square Error) é empregada. Essas métricas foram introduzidas no programa serial de processamento de imagens e permitem fazer a análise da restauração a cada passo de iteração. Os resultados obtidos através das duas versões possibilitou verificar a aceleração e a eficiência da implementação paralela. A método de paralelismo apresentou resultados satisfatórios em um menor tempo de processamento e com desempenho aceitável. / The use of techniques with the functional of Tikhonov in image processing has been widely used in recent years. The basic idea in this process is to modify an initial image using a convolution equation and to find a parameter which minimizes the function in order to obtain an aproximation of the original image. However, a typical problem in this method consists in the choice of the regularization parameter in the appropriate compromise between accuracy and stability of the solution. A method developed by researchers of IPRJ and UFRJ, operating in the area of inverse problems, consists on minimizing a functional of residues through a functional parameter Tikhonovs regularization. A strategy that uses the iterative search of this parameter aiming at to get a minimum value for the functional in the following iteration was adopted recently in a serial algorithm of restoration. However, the computational cost is a factor problem found when using the iterative search. With this approach, an implementation in C++ language was made using techniques of parallel computation using MPI (Message Passing Interface) for the in the choice of the regularization parameter in the appropriate compromise between accuracy and stability of the soluton with the method of iterative search, thus reducing, the time of execution required for the algorithm. A modified version of the Jacobi method is considered to be two versions of the algorithm, one serial and one parallel. This algorithm is adequate for parallel implementation because it has no data dependencies such as the Gauss-Seidel method is also shown to converge. As indicating of performance for evaluation of the restoration algorithm, in addition to the traditional measures, new metric that is based on subjective criteria called IWMSE (InformationWeighted Mean Square Error) is used. These metrics were introduced in the program of image processing and allow to make the analysis of the restoration to each step of iteration. The results obtained using the two possible versions verify the efficiency of acceleration and the parallel implementation. The method of parallelism achieved satisfactory results in a shorter processing time and with acceptable performance.