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Previous issue date: 2011-02-24 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Águas subterrâneas são econômica e socialmente importantes e sua contaminação gera
grandes preocupações. Nesse sentido a modelagem computacional pode contribuir na
gestão de águas subterrâneas e no planejamento da remediação de áreas contaminadas,
realizando previsões considerando implicações de diversas alternativas sem o custo
de esperar ou colocá-las em prática. O objetivo deste trabalho é estudar modelos
matemáticos para os fenômenos envolvidos bem como desenvolver ferramentas numéricas
para a simulação computacional que podem auxiliar na prevenção, no controle e na
remediação da poluição das águas subterrâneas. Nos experimentos computacionais é
simulado o transporte de múltiplas espécies. O problema corresponde a um sistema de
equações diferenciais parciais não lineares de advecção-difusão-reação, acopladas pelas
reações de biodegradação e sorção em modo de não equilíbrio. A biodegradação é
representada pelo modelo cinético de Monod multiplicativo. A sorção, descrita pela
isoterma de Freundlich, atua em modo de equilíbrio e não equilíbrio simultaneamente,
e ocorre apenas sobre o contaminante. A solução do sistema de EDP’s é obtida em
dois passos. No primeiro resolve-se o transporte do contaminante e do oxigênio, onde
a discretização espacial é realizada pelo método dos elementos finitos e um método da
família trapezoidal generalizada para a discretização temporal. O método de Newton é
utilizado para tratar a não linearidade gerada pela sorção de equilíbrio no transporte do
contaminante. No passo seguinte, as reações são aproximadas pontualmente pelo método
de Runge-Kutta de quarta ordem. Os resultados obtidos nos experimentos computacionais
são comparados aos resultados de simulações encontradas na literatura. Nas simulações
observou-se a influência da inclusão das reações não lineares de biodegradação e sorção de
equilíbrio e não equilíbrio ocorrendo simultaneamente. Assim o estudo das interações entre
as reações, pode trazer contribuições para a modelagem do transporte de contaminantes
em águas subterrâneas. / Groundwater contamination generates large concern related with public health and
environmental conservation. The computational modeling can contribute to groundwater
management and remediation planning of contaminated areas, making predictions for
several scenarios of contamination without the cost of waiting or of putting them into
practice. The aim this work is study mathematical models for the phenomena involved
and develop numerical tools for the simulation that can assist in the prevention, control
and remediation of groundwater pollution. In the computational experiments is simulated
the multiple species transport. This problem is modeled for a system of nonlinear
partial differential equations, coupled by the biodegradation and sorption reactions.
Biodegradation is represented by the multiplicative Monod kinetic model. The sorption is
described by the Freundlich isotherm and occur only with the contaminant. The solution
of the PDE’s sistem is obtained in two steps. In the first resolves the contaminant and
oxygen transport, the finite elements method and Crank-Nicolson scheme are respectively
used in the spatial and time discretizations. The Newton method is used to treat the nonlinearity
generated by the sorption equilibrium in the transport of the contaminant. The
ordinary differential equations of the reactions is approximated by the fourth-order Runge-
Kutta method. Numerical results presented in this work have shown good agreement
with solutions introduced by others authors. In the simulations we observed the influence
of the inclusion of non-linear reactions of biodegradation and sorption equilibrium and
nonequilibrium happening simultaneously. So the study of interactions between the
reactions should contribute to the modeling of contaminant transport in groundwater.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:hermes.cpd.ufjf.br:ufjf/3562 |
| Date | 24 February 2011 |
| Creators | Maus, Victor Wegner |
| Contributors | Toledo, Elson Magalhães, Barra, Luis Paulo da Silva, Santos, Rodrigo Weber dos, Ribeiro, Celso Bandeira de Melo, Malta, Sandra Mara Cardoso, Leal-Toledo, Regina Célia Paula |
| Publisher | Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF), Programa de Pós-graduação em Modelagem Computacional, UFJF, Brasil, ICE – Instituto de Ciências Exatas |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFJF, instname:Universidade Federal de Juiz de Fora, instacron:UFJF |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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