Neste trabalho é apresentada uma solução analítica de um problema bidimensional e transiente de dispersão de poluentes atmosféricos. O modelamento utilizado é conhecido na literatura como modelo Kzz para dispersão de poluentes atmosféricos e é representado por uma equação difusivo-advectiva com coeficientes de difusão e advecção variáveis. São utilizados três diferentes coeficientes de difusão nas simulações, bem como as componentes horizontal e vertical do vento são tomadas como variáveis. A solução analítica é gerada através da aplicação da técnica GITT (Generalized Integral Transform Technique) dupla com problema transformado resolvido por Transformada de Laplace e diagonalização de matrizes. Filtros matemáticos são usados para homogenizar as condições de contorno viabilizando o uso da técnica citada. Além disso, o tipo de filtro matemático utilizado permite a sensível diminuição do custo computacional. Resultados numéricos são obtidos e comparados com dados experimentais e outras soluções da literatura.

Neste trabalho é apresentada uma solução analítica para a dispersão vertical turbulenta em uma camada limite estável, para uma fonte área instantânea. Esta solução é obtida pela aplicação da transformada de Laplace na variável temporal da equação de difusão e também foi usado um coeficiente de dispersão derivado das teorias de similaridade local e da difusão estatística. A transformada inversa é ,obtida através do esquema numérico de quadratura Gaussiana. São apresentadas várias simulações para diversas alturas da fonte área e os resultados obtidos apresentaram boa comparação com os resultados disponíveis na literatura. / In this work is presented an analytical solution for vertical poluent dispersion of a instantaneous area source in an atmospheric stable boundary layer. This solution is obtained by the aplication ofLaplace Transform on the time-dependent, one dimensional diffusion equation and using the dispersion coefficient derived from local similarity and statistical diffusion theories. The In verse o f the Transform is achieved through numerical f scheme of Gausian quadrature. Numerical simulations and comparisions are reported for several heights o f the source and the results attained a good concordance with other results.

Neste trabalho, a partir de dados rotineiramente medidos em estações meteorológicas de superfície, estimamos os parâmetros de escala da Camada Limite Planetária (CLP) do experimento OLAD (Over Land Atmospheric Dispersion). Esses parâmetros são muito importantes no processo de dispersão, especialmente no cálculo das parametrizações para os modelos de dispersão atmosférica. Simular o processo de dispersão de poluentes na atmosfera sob a condição de vento fraco é uma tarefa difícil. Nesse sentido, realizamos a implementação e avaliação de um modelo de partícula lagrangeano semi-analítico, denominado ILS-LW (Iterative Langevin Solution for Low Wind) para investigar o processo de dispersão atmosférica em situações de vento fraco. A avaliação foi feita mediante comparação entre os resultados das simulações numéricas e os dados de concentração obtidos no experimento OLAD. Os dados experimentais foram coletados em um sítio experimental localizado no West Desert Test Center (WDTC), Utah, nos Estados Unidos, com a colaboração do exército americano e supervisões do National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e Air Resources Laboratory Field Research Division (ARLFRD), em setembro de 1997. Concluímos que o modelo ILS-LW reproduz satisfatoriamente o conjunto de dados testado. / In this work, we present estimates for Boundary Layer Planetary's scaling parameters for the data obtained by superficial meteorological stations of the Over Land Atmospheric Dispersion (OLAD) experimento These parameters are very important, specially for the estimate of parametrizations for the atmospheric dispersion models. The simulation of the atmospheric pollutant dispersion under low wind speed is not a trivial task. We have tested and evaluated a semi-analytic model with lagrangean particles, that we refer to as the Iterative Langevin Solution for Low Wind (ILS-LW), in order to investigate the atmospheric dispersion process in low wind speed conditions. The evaluation was done by comparing the results generated by the numerical simulations and the concentration dataset from OLAD experimento The experimental data were obtained on an experimental site at the West Desert Test Center (WDTC), Utah, USA, under colaboration ofthe american army and supervision by the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) and Air Resources Laboratory Field Research Division (ARLFRD) in September, 1997. We conclude that the model ILS-LW reproduces reasonably the tested data.

Neste trabalho é apresentado um novo método analítico para a resolução de problemas em poluição aquática. O método utiliza duas restrições diferenciais de primeira ordem a partir das quais são encontradas transformações auto-Bäcklund para a equação advectivo-difusiva bidimensional em regime estacionário. As transformações de Bäcklund produzem mapeamentos entre soluções de duas equações diferenciais. Se uma solução exata de uma equação diferencial, denominada equação auxiliar, é conhecida, torna-se possível transformá-la em solução de uma outra equação diferencial, denominada equação alvo, pela aplicação de operadores diferenciais. Quando a equação auxiliar e a equação alvo são idênticas, este procedimento é denominado transformação auto-Bäcklund. No trabalho proposto, soluções exatas da equação advectivo-difusiva bidimensional em regime estacionário são obtidas pelo emprego de transformações auto-Bäcklund a fim de simular a dispersão de poluentes em corpos hídricos. A principal característica da formulação proposta consiste no reduzido tempo de processamento necessário para a obtenção das soluções analíticas. Simulações numéricas são apresentadas. / In this work a new analytical method for solving water pollution problems is presented. The method employs a pair of first-order differential constraints from which auto-Bäcklund transformations for the steady two-dimensional advection-diffusion equation are achieved. Bäcklund transformations perform mappings between exact solutions of two differential equations. If an exact solution of a certain differential equation (called auxiliary) is known, it becomes possible to transform it into an exact solution of another differential equation, which is called target equation, by applying some differential operators. When the auxiliary and target equation are the same, this procedure is called auto-Bäcklund transformation. In the proposed work exact solutions of the steady two-dimensional advection-diffusion equation are obtained by means of auto-Bäcklund transformations in order to simulate pollutants dispersion in water bodies. The main feature of the proposed formulation relies on the small time processing required to obtain the analytical solutions. Numerical simulations are reported.

Neste trabalho é apresentada uma solução para a equação de difusão-advecção tridimensional transiente para simular a dispersão de poluentes na atmosfera. A novidade deste trabalho, baseia-se no caráter analítico da solução, não disponível anteriormente na literatura. Para atingir este objetivo a equação de difusão-advecção tridimensional é resolvida combinando o método ADMM (Advection Diffusion Multilayer Method) e a técnica GITT (Generalized Integral Transform Technique). O método GITT ´e um método híbrido que resolve uma ampla classe de problemas diretos e inversos principalmente na área de Transferência de Calor e Mecânica dos Fluídos. No presente trabalho, o problema transformado é resolvido pelo método ADMM, uma solução analítica da forma integral baseada na discretização da CLP em subcamadas onde a equação de difusão-advecção é resolvida pela técnica da transformada de Laplace. Esse novo método foi denominado GIADMT (Generalized Integral Advection Diffusion Multilayer Technique). / In this work, is presented a solution for the nonstationary three-dimensional advectiondiffusion equation in order to simulate pollutant dispersion in atmosphere. The novelty of this work relies on the analytical character of the solution, not available before in the literature. To accomplish this objective the three-dimensional advection-diffusion equation is solved combining the ADMM (Advection Diffusion Multilayer Method) method and GITT (Generalized Integral Transform Technique) technique. The GITT (Generalized Integral Transform Technique) is a hybrid method that solves a wide class of direct and inverse problems, mainly in the area of Heat Transfer and Fluid Mechanics. In this work, the transformed problem is solved by the ADMM (Advection-Diffusion Multilayer Model) method, an analytical integral solution based on a discretization of the PBL in sub-layers where the advection-diffusion equation is solved by the Laplace transform technique. That new method was denominated GIADMT (Generalized Integral Advection Diffusion Multilayer Technique).

Vários métodos analíticos, numéricos e híbridos podem ser utilizados na solução de problemas de difusão e difusão-advecção. O objetivo deste trabalho é apresentar dois métodos analíticos para obtenção de soluções em forma fechada da equação advectivo-difusiva em coordenadas cartesianas que descreve problemas de dispersão de poluentes na água e na atmosfera. Um deles é baseado em regras de manipulação de exponenciais de operadores diferenciais, e o outro consiste na aplicação de simetrias de Lie admitidas por uma equação diferencial parcial linear. Desenvolvem-se regras para manipulação de exponenciais de operadores diferenciais de segunda ordem com coeficientes constantes e para operadores advectivo-difusivos. Nos casos em que essas regras não podem ser aplicadas utiliza-se uma formulação para a obtenção de simetrias de Lie, admitidas por uma equação diferencial, via mapeamento. Define-se um operador diferencial com a propriedade de transformar soluções analíticas de uma dada equação diferencial em novas soluções analíticas da mesma equação. Nas aplicações referentes à dispersão de poluentes na água, resolve-se a equação advectivo-difusiva bidimensional com coeficientes variáveis, realizando uma mudança de variáveis de modo a reescrevê-la em termos do potencial velocidade e da função corrente correspondentes ao respectivo escoamento potencial, estendendo a solução para domínios de contornos arbitrários Na aplicação referente ao problema de dispersão de poluentes na atmosfera, realiza-se uma mudança de variáveis de modo a obter uma equação diferencial parcial com coeficientes constantes na qual se possam aplicar as regras de manipulação de exponenciais de operadores diferenciais. Os resultados numéricos obtidos são comparados com dados disponíveis na literatura. Diversas vantagens da aplicação das formulações apresentadas podem ser citadas, a saber, o aumento da velocidade de processamento, permitindo a obtenção de solução em tempo real; a redução da quantidade de memória requerida na realização de operações necessárias para a obtenção da solução analítica; a possibilidade de dispensar a discretização do domínio em algumas situações.

Made available in DSpace on 2018-08-01T23:58:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_10406_TESE - Erick Sperandio - RevBanca - Final.pdf: 12668678 bytes, checksum: dfacbd9a3099a5a4088365e2cfd48a71 (MD5) Previous issue date: 2016-10-11 / Durante o lançamento de foguetes e veículos espaciais, grandes e quentes nuvens de exaustão são geradas próximo ao solo, e são compostas por poluentes atmosféricos tais como alumina, monóxido de carbono e cloreto de hidrogênio. Este processo leva alguns segundos para ocorrer, e geralmente áreas povoadas localizadas próximas ao centro de lançamento podem ser expostas a grandes níveis de concentração de poluentes em uma janela de tempo de poucos minutos a menos de poucas horas. Devido à especificidade da representação do termo fonte que neste caso é a nuvem de exaustão e uma vez que um receptor pode ser impactado em menos de uma hora, modelos de qualidade do ar usuais não foram projetados para lidar com tal problema único. Além disso, a nuvem pode ser transportada a locais mais distantes, podendo assim impactar receptores em escalas de tempo e espaço maiores. Portanto, os centros de lançamento ao redor do mundo precisam avaliar operacionalmente o impacto de curto e longo alcance de eventos de lançamento de foguetes no ambiente através da modelagem meteorológica e de qualidade do ar. Para este fim, este trabalho apresenta o desenvolvimento de um novo modelo computacional denominado MSRED ―Model for Simulating the Rocket Exhaust Dispersion‖, que em português significa ―modelo para simulação da dispersão da exaustão de foguetes‖. Ele foi concebido com base numa solução tridimensional semi-analítica da equação de difusão-advecção, incorporando uma moderna parametrização tridimensional da turbulência atmosférica, tendo sido projetado para simular a formação, ascensão, expansão, estabilização e dispersão de nuvens de exaustão de foguetes, com o objetivo de avaliar seu impacto de curto alcance, sendo capaz de ler dados meteorológicos diretamente da saída do modelo WRF (Weather Research and Forecasting). E, para a modelagem de longo alcance e do transporte químico, o MSRED foi construído para se integrar ao modelo CMAQ (Community Multiscale Air Quality) através da geração do arquivo de condições iniciais pronto para entrada no modelo. Foram realizadas simulações e análises a fim de avaliar a aplicação deste sistema integrado de modelagem para diferentes casos de lançamento de foguetes e em diferentes condições atmosféricas, para a região do Centro de Lançamento de Alcântara (CLA, o portal espacial brasileiro). Este sistema híbrido, moderno e multidisciplinar é a base de uma estrutura de modelagem que pode ser utilizada operacionalmente em qualquer centro de lançamento do mundo para simulações e análises pré e pós-lançamento dos efeitos ambientais de operações de lançamento de foguetes.

Made available in DSpace on 2018-08-01T23:59:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_12398_PROPOSTA DE UM MÉTODO BASEADO NA ABORDAGEM WELL-TO-WHEEL PARA CALCULAR E AVALIAR AS EMISSÕES DE POLUENTES ATMOSFÉRICOS~1.pdf: 13220311 bytes, checksum: e261fd05736ce55c48ea96115c41e2d6 (MD5) Previous issue date: 2018-03-21 / As ferrovias tem uma participação considerável no transporte brasileiro de cargas, e espera-se que isso aumente pelos próximos anos. No entanto, quanto maior for o crescimento das operações ferroviárias, maior será o consumo de combustíveis fósseis derivados do petróleo pelas locomotivas, e, consequentemente, maior será a emissão de poluentes atmosféricos e GEE. Devido às recentes preocupações ambientais, várias medidas foram empregadas mundialmente para se reduzir as emissões do setor de transporte, como por exemplo o uso de combustíveis alternativos, como o gás natural e os biocombustíveis. Todavia, deve-se avaliar se esses combustíveis realmente são eficazes na redução dessas emissões, quando as mesmas são consideradas durante todo o ciclo de vida do combustível, desde a obtenção de matérias-primas para a sua produção até a sua utilização final nos motores das locomotivas. Logo, esta dissertação propõe um método para calcular e a avaliar as emissões de poluentes atmosféricos e GEE durante o ciclo de vida dos combustíveis utilizados por locomotivas, utilizando como referência a norma internacional ISO 14040. Este método foi baseado em uma abordagem Well-to-Wheel, usualmente aplicada para a avaliar o ciclo de vida dos combustíveis utilizados pelos veículos de transporte. Para validar o método, este foi aplicado à Estrada de Ferro Vitória a Minas. Foram testados cinco cenários utilizando os combustíveis B5, B25 e GNL. Os resultados encontrados mostraram que o uso de GNL associado ao B25 pelas locomotivas, trariam reduções nas emissões de 33% de CO2, 19% de CO, 59% de NOx e 83% de MP em relação ao uso de B5. O método também mostrou a importância de se avaliar as emissões durante todo o ciclo de vida dos combustíveis e não somente durante sua utilização final, podendo servir de ferramenta de apoio à tomada de decisão de empresas e agências regulamentadoras de ferrovias. Palavras-chaves: Locomotivas. Poluentes Atmosféricos. Gases de Efeito Estufa. Avaliação de Ciclo de Vida. Well-to-Wheel. Diesel. Gás Natural Liquefeito. Biodiesel.

Orientador: Ennio Peres da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-21T01:51:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PedrosoJunior_FranciscoJorge_M.pdf: 9570967 bytes, checksum: c7551f29a2279aeb856c0410b960135b (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Esta dissertação procura avaliar o consumo de energia no Setor de Transportes da Região Administrativa de Campinas e os impactos ambientais decorrentes do uso de combustíveis.As caracterizações sobre a Região e seu Setor de Transportes são apresentadas. Séries históricas demonstram as evoluções no consumo de energia por modo de transporte e tipos de combustíveis. As análises indicam o modo rodoviário como o maior consumidorde energia e maior emissor de poluentes. Os poluentes emitidos e seus principais problemas relacionados ao meio ambiente e à saúde humana são descritos com maior detalhamento. Uma análise energética dos veículos rodoviários e os índices de emissão associados auxiliama elaboração das estimativas de emissão de poluentes para os diferentes combustíveis e veículos. Os resultados fornecem subsídios para sugestões que possam contribuir com uma melhoria nos aspectos de consumo e emissão, bem como para serem utilizadas como ferramentas para um planejamento regional integrado / Abstract: This dissertation evaluates the transport energy consumptiom of Campinas Administrative Region and the environmental impacts resulted from transport fuel use. Characterizations about the Region and its transportation sector are introduced. Historical series show the evolution of energy use by each fuel type and vehicle category. The analysis indicate the road mode as the major energy user and pollutants emiter. The pollutants emited and their main problems related to the environment and human health are detailed. A road vehicles energetic analysis associated with especific emissions values is presented and used to estimate pollutants emissions for each kind of fuel and vehicle class. The results provide subsidiesfor suggestions that can eontribute for improving energy consumptiom,as well for being used as tools for an integrated regional planning / Mestrado / Mestre em Planejamento de Sistemas Energéticos

Neste trabalho é apresentada uma solução para a equação de difusão-advecção tridimensional transiente para simular a dispersão de poluentes na atmosfera. A novidade deste trabalho, baseia-se no caráter analítico da solução, não disponível anteriormente na literatura. Para atingir este objetivo a equação de difusão-advecção tridimensional é resolvida combinando o método ADMM (Advection Diffusion Multilayer Method) e a técnica GITT (Generalized Integral Transform Technique). O método GITT ´e um método híbrido que resolve uma ampla classe de problemas diretos e inversos principalmente na área de Transferência de Calor e Mecânica dos Fluídos. No presente trabalho, o problema transformado é resolvido pelo método ADMM, uma solução analítica da forma integral baseada na discretização da CLP em subcamadas onde a equação de difusão-advecção é resolvida pela técnica da transformada de Laplace. Esse novo método foi denominado GIADMT (Generalized Integral Advection Diffusion Multilayer Technique). / In this work, is presented a solution for the nonstationary three-dimensional advectiondiffusion equation in order to simulate pollutant dispersion in atmosphere. The novelty of this work relies on the analytical character of the solution, not available before in the literature. To accomplish this objective the three-dimensional advection-diffusion equation is solved combining the ADMM (Advection Diffusion Multilayer Method) method and GITT (Generalized Integral Transform Technique) technique. The GITT (Generalized Integral Transform Technique) is a hybrid method that solves a wide class of direct and inverse problems, mainly in the area of Heat Transfer and Fluid Mechanics. In this work, the transformed problem is solved by the ADMM (Advection-Diffusion Multilayer Model) method, an analytical integral solution based on a discretization of the PBL in sub-layers where the advection-diffusion equation is solved by the Laplace transform technique. That new method was denominated GIADMT (Generalized Integral Advection Diffusion Multilayer Technique).