Search

Efeito do movimento do núcleo em sistemas de dois elétrons Effect of nucleus motion in two-electron systems

The watershed surface runoff was investigated through the one-dimensional numerical simulation using the Lattice Boltzmann Method (LBM). A computational model was developed where the watershed is represented by the junction of nine sub-basins. For this, two equilibrium distribution functions were established through the Chapman-Enskog Expansion on a D1Q5 lattice, one suitable for flow on the basin surface and another for the main channel, obtaining the water depth on the basin surface and the channels cross-sectional area. In addition, the boundary condition was established in the flow passage from one sub-basin to another, taking into account the mass conservation and, in order to obtain a simulation closer to reality, it was considered an initial river flow (baseflow) of each channel stretch. The numerical results obtained by the LBM were compared with data measured in field.

This work presents the numeric simulation of flow in a reservoir, using the finite volume method for solver the system of equations that model the two-dimensional flow in shallow water, neglecting the tangential tensions. The solution of the system of linearized equations was obtained by computational implementation of the Gauss-Seidel iterative method. To illustrate the application of the numerical scheme in hydraulic engineering, it was considered the study of flow in an underground reservoir with internal pillars, whose flow is generated by the opening of two outlet gates. The employed code allowed the temporal analysis of the volume and the flow in the reservoir, the graphical interpretation of the investigated physical phenomenon as well as, the calculation of the precision of the model. The results obtained show the expected physical interpretation, good agreement with literature data, good precision,stability and low computational cost.

Este artigo propoe uma metodologia hibrida para a previsao das series temporais de deslocamentos relativos em um bloco da barragem da usina hidreletrica de Itaipu, que integra os seguintes metodos numericos: decomposicao wavelet , support vector Machine e combinacao linear de previsoes. Todos os resultados estatisticos alcancados pela metodologia proposta foram mais acurados do que outras tecnicas tradicionais (usadas aqui como benchmark ), encorajando a sua adocao para tal finalidade.

Hydroelectric plants are monitored by a high number of instruments that assess various quality characteristics of interest that have an inherent variability. The readings of these instruments generate time series of data on many occasions have correlation. Each project of a dam plant has characteristics that make it unique. Faced with the need to establish statistical control limits for the instrumentation data, this article makes an approach to multivariate statistical analysis and proposes a model that uses principal components control charts and statistical and to explain variability and establish a method of monitoring to control future observations. An application for section E of the Itaipu hydroelectric plant is performed to validate the model. The results show that the method used is appropriate and can help identify the type of outliers, reducing false alarms and reveal instruments that have higher contribution to the variability.

The present work develops a model of computer simulation of the actual properties of concrete under the action of alkali-silica reaction. Obtains a computational representation from the analysis of the chemical reaction and homogenenization techniques. Alkali-Silica reaction forms a gel that changes the effective properties of concrete and can lead to damage to structures, especially of hydroelectric dams. The model consists of three phases, generation of representative element of concrete, gel formation and dissemination by alkali-silica reaction and homogeneization of the final material. The first stage is the development of representative concrete element that is simulated from the granulometric curve and uses a computacional collision detection algorithm to ellipses. To model the behavior of chemical evolution, it uses a system based on equations of chemical kinetics, known as Guldberg - Waage Law and uses a gel diffusion model developed to mesh of representative element of concrete. To model the variation of the effective properties, it uses homogenization schemes (Reuss method, Voigt Method, Self-Consistent method and Mori-Tanaka method) to provide, thus, elasticity coefficientes of the composite material. The combination of the models allowed to predict the evolution and damage to the material over time and analyze the influence of the volume fraction of agregates in the lifetime of concrete.

Derived from simplifications of the Saint-Venant equations, the kinematic wave model has the ability to describe the behavior of surface runoff in watersheds. This paper aims to obtain the numerical simulation of the flow routing in a natural watershed, by using lattice Boltzmann method. In the computational model, the surface of the basin will be represented by a V-shaped segmented in two lateral planes and one main channel. The simulation considers the effective precipitation flowing on the watershed per unit of width at the exit of each of the planes that represent the surface of the basin. The water flowing from the planes enters the main channel in the form of lateral contribution. Hydrograms of two rain events are obtained, which present the volume drained in the outlet corresponding to the whole basin in each event. Two equilibrium distribution functions were developed by Chapmann-Enskog expansion at time scales and model D1Q3, one suitable for flow on the basin surface and another for the main channel, in order to obtain the variables of interest in each case. The numerical results obtained were compared with the KINEROS2 hydrological model.

A two-dimensional numerical simulation of the water flow in a rectangular channel with submerged obstacles distributed alternately along its banks is presented. The governing equations of flow are the shallow water equations, which will be solved by the Boltzmann lattice method (LBM) with multiple relaxation times (MRT). The non-slip bounce-back scheme was used on walls and obstacles, constant discharge at the inlet and fixed depth at the outlet of the channel. Due to the characteristics of the problem to be simulated, a large eddy simulation (LES) technique was incorporated into the computational code, which allows to obtain results that are closer to the actual behavior of the flow. In addition, the stability of the simulation at all points of the mesh is evaluated for each step of time and, together with the property of the consistency of the LBM, the convergence of the solution is obtained. The simulation provides the depth, velocities in the x and y directions, and the magnitude of water vorticity.

This paper presents a new explicit scheme for the solution of shallow water equations in one and two space dimensions, developed from the space-time conservation element and solution element (CE/SE) method. The basis functions used are second-order Taylor expansions in time and space. This increase in the order of the approximation functions produces an increase in the number of unknowns in the scheme, therefore, besides the flow variables and their slopes, their second-order partial derivatives are also unknown in the present scheme. An iterative process for the calculation of the first and second order derivatives is formulated for problems with shocks and discontinuities. Computational experiments demonstrate third-order accuracy. The one-dimensional and two-dimensional dam-break problems presented validate the accuracy and robustness of this scheme.

This paper analyzes the ability of the Lattice Boltzmann method (LBM) with multiple relaxation times (MRT) in the simulation of flow in practical engineering problems. The case study covered refers to the first section of the initiation channel, which is part of the piracema channel, located in the Itaipu Hydroelectric Power Plant. The initiation channel has submerged obstacles distributed from one margin to the other, in order to reduce water velocity and allow the piracema cycle to occur. The governing equations of flow are the shallow water equations, which will be solved through the LBM-MRT. The non-slip bounce-back scheme was used on walls and obstacles, constant discharge at the inlet and fixed depth at the outlet of the channel. Due to the characteristics of the problem to be simulated, a large eddy simulation (LES) technique was incorporated into the computational code, which allows to obtain results that are closer to the actual behavior of the flow. In addition, the stability of the simulation at all points of the mesh is evaluated for each step of time and, together with the property of the consistency of the LBM, the convergence of the solution is obtained. The simulation provides the depth, velocities in the x and y directions, and the magnitude of water vorticity.

O metodo do reticulado de Boltzmann (LBM) possui equacao governante caracterizada pelas etapas de transmissao e colisao, e pode ser visto como uma forma discretizada da equacao cinetica de Boltzmann em que somente sao mantidos os detalhes moleculares essenciais para recuperar o comportamento macroscopico. O metodo e eficiente na simulacao de escoamento de fluidos, mostrando-se competitivo nas aplicacoes de mecanica dos fluidos computacional, sendo especialmente util em aplicacoes com geometrias complexas. O objetivo deste trabalho e utilizar o LBM para simular o escoamento de agua em um canal entre placas paralelas. Para isto, foram usadas condicoes de contorno bounce back e Zou-He. Fez-se a comparacao entre as solucoes numerica e analitica, para a validacao do metodo.

A teoria da homogeneizacao busca descrever as relacoes existentes entre as propriedades conhecidas em escalas menores daquelas que ocorrem em escalas maiores, permitindo a simulacao de materiais heterogeneos. Este artigo tem como objetivo apresentar uma simulacao computacional das propriedades do concreto utilizando tecnicas de homogeneizacao. Para construcao desta simulacao foram utilizadas propriedades pre-determinadas dos componentes do concreto. A simulacao construida e composta por duas fases: a argamassa e os agregados graudos. Tambem foram utilizadas como dados de entrada, informacoes obtidas pela curva granulometrica do material analisado. Para determinar os limites superior e inferior sao utilizados, respectivamente, o metodo de Voigt e Reuss, assim como o metodo auto-consistente e de Mori-Tanaka sao utilizados para determinar as propriedades efetivas. Os resultados encontrados permitem enfatizar a importancia dos limites superior e inferior como analise de dados para os metodos atuais.

Resumo. Este trabalho explora a estrutura de malhas uniformes, obtidas a partir de esquemas de diferencas finitas explicitos de equacoes hiperbolicas lineares, escalonadas por meio da relacao incremental c_t = _x. Seu objetivo e apresentar formas alternativas e eficientes de inclusao de condicoes iniciais e de contorno. Experimentos numericos sao realizados e comparacoes com tecnicas tradicionais de insercao sao apresentadas. Concluimos que as abordagens propostas favorecem a acuracia dos esquemas explicitos utilizados, sobretudo no que tange a malhas com baixo grau de refinamento. Palavras-chave: Razao de ouro, Erro de Truncamento Local, Condicao de Estabilidade, Curvas Caracteristicas

DOI: 10.12957/cadest.2015.18510ResumoBarragens de usinas hidrelétricas são avaliadas por inspeções visuais e por instrumentos de monitoramento. As leituras periódicas de um instrumento podem ser interpretadas como uma série temporal estocástica cujos valores passados fornecem informações relevantes para construção de predições acerca de seus valores futuros, além de indicar tendências do comportamento futuro da barragem como um todo. Desta forma, é fundamental produzir previsões mais acuradas possíveis, de modo que sirvam de alerta confiável para predição de eventuais anormalidades no comportamento da barragem, permitindo a realização precoce de obras e ações de intervenção. Assim, este artigo propõe uma metodologia na qual é feita uma avaliação do desempenho por meio da previsão de séries temporais das leituras de um instrumento da barragem da usina hidrelétrica de Itaipu usando uma combinação híbrida dos previsores ARIMA-GARCH e redes neurais artificiais, com a utilização da decomposição wavelet. Os resultados mostram que a combinação híbrida proposta alcançou desempenho, em termos de acurácia, bastante superior quando comparado com o uso individual dos métodos preditivos tradicionais e de suas combinações.Palavras-chave: Segurança de barragem; Séries Temporais Estocásticas; Modelos ARIMA-GARCH; Redes Neurais Artificiais; Decomposição Wavelet.

Este trabalho apresenta um modelo criado para a representacao da evolucao da reacao alcali-silica (RAS) presente em muitas construcoes que estao sujeitas a umidade excessiva. O modelo e composto por duas etapas. Na primeira etapa sao estudadas as reacoes quimicas que dao origem ao gel deleterio proveniente da RAS. A analise destas reacoes, por meio da cinetica quimica, origina um sistema de equacoes diferenciais ordinarias que e resolvido afim de obter a quantidade de gel gerada a medida que o tempo passa. Na segunda etapa e criado um modelo de difusao para o gel, formado na primeira etapa, na regiao de transicao entre agregado e argamassa. O modelo de difusao e resolvido numericamente por meio do Metodo de Diferencas Finitas. Como resultado obtem-se a distribuicao da concentracao de gel depois de um longo periodo de tempo em um elemento de volume representativo do concreto.

O aumento significativo no fluxo do trafego de veiculos tem causado diversos problemas para a sociedade. O estudo das caracteristicas do trafego de veiculos tem se tornado uma ferramenta importante para avaliar e planejar as rodovias. Nesse contexto, a simulacao computacional via automatos celulares pode ser utilizada como uma importante ferramenta para obtencao de caracteristicas fundamentais do trafego em rodovias ou em areas urbanas. Neste trabalho, desenvolveu-se um modelo de automatos celulares que utilizam regras simples de movimentacao dos veiculos, para analisar o tempo de escoamento de uma pista simples. A partir dos dados obtidos, formulou-se um modelo de regressao polinomial que relaciona o tempo medio total de escoamento e o numero de veiculos. Os resultados apresentados mostraram-se bastante satisfatorios e podem ser usados para desenvolver ferramentas de controle ou informacao sobre o trafego.

A simulacao computacional do teste de carregamento axial apresentada neste artigo foi realizada em um elemento representativo do concreto – RVE. O RVE permite representar estatisticamente o material estudado de maneira que, de acordo com as tecnicas de homogeneizacao, propriedades encontradas neste elemento podem ser utilizadas para estimar as propriedades do material final. Este artigo, entao, traz a discussao de como gerar o RVE do concreto para agregados graudos aproximados por elipses. O concreto, na escala mesoscopica, e considerado um material bifasico composto de argamassa e agregado graudo. Para obter informacoes sobre os tamanhos dos agregados foi utilizada a curva granulometrica e para obter a posicao de cada um dos agregados foi utilizado um algoritmo de deteccao de colisao computacional entre elipses. O RVE foi entao sujeito a um teste de carregamento axial que foi solucionado pelo metodo de Galerkin livre de elementos, apresentando assim a resposta que o material possui.

A equacao diferencial da linha elastica para uma viga em balanco, sujeita a uma carga pontual aplicada em sua extremidade e [...]

A necessidade de modelar o fluxo de veículos tem se tornado uma prioridade nos grandes centros urbanos e vias de trânsito em geral. Esse tipo de modelagem pode ser usado como ferramenta para estabelecer novas estratégias, políticas de gerência e controle de tráfego para melhorar a eficiência do sistema de transportes. O tráfego de veículos pode ser representado fisicamente por três escalas: microscópica, macroscópica e cinética. Na modelagem matemática de sistemas físicos complexos, tais como o tráfego, nenhuma representação destas escalas é efetivamente consistente com a física do sistema analisado. Por outro lado, os autômatos celulares vêm se destacando entre os principais modelos computacionais para simulação do tráfego de veículos devido a sua capacidade de representar as principais características do tráfego, utilizando regras simples e baixo custo computacional. A diferença nesse tipo de modelagem é de não envolver nenhum tipo de equação. O principal objetivo deste trabalho é compreender o uso da modelagem computacional no estudo do tráfego de veículos por meio dos autômatos celulares. Isso é feito apresentando um modelo que emprega regras microscópicas na movimentação dos veículos em pista com uma faixa em sentido único. Os resultados obtidos são os gráficos da densidade vs. fluxo, conhecido como diagrama fundamental, e da densidade vs. velocidade The necessity to model the flow of vehicles has become a priority in large urban centers and transit routes in general. This type of modeling can be used as a tool to establish new strategies, policy management and traffic control, to improve efficiency in the transport system. The vehicle traffic can be physically represented by three scales: microscopic, kinetic and macroscospic. In mathematical modeling of complex systems, such as traffic, none of these scale representations is effectively consistent with the physics of the system analyzed. On the other hand, cellular automata are distinct among the main computational models for simulation of vehicular traffic due to its ability to represent the principal characteristics of the traffic by using simple rules and low computational cost. The difference is that this type of modeling does not involve any kind of equation. The main objective of this work is to understand the use of computational modeling in the study of vehicular traffic through cellular automata. This is done by presenting a model that employs microscopic rules on movement of vehicles on the track with a single one-way road. The results are expressed through by graphs, flow vs. density, known as the fundamental diagram, and density vs. velocity.

Neste trabalho, estudamos um modelo matematico continuo de situacao ecoepidemiol Logica de predacao seletiva. Apos adimensionalizar as equacoes correspondentes, consideramos a analise sob o ponto de vista de estabilidade linear, do modelo que trata da interacao das populacoes de presas suscitaveis (S), presas infectadas (I) e predadores (P), onde a infeccao ocorre por contato diretamente proporcional com a populacao infectada. Optamos por alterar num dos sistemas, proposto em [3], a modelagem feita para o crescimento de predadores, tendo em vista que o comportamento populacional mais interessante para se estudar _e o da populacao de presas, por causa da predacao ocorrer na populacao que _e suscetivel _a doenca. presa-predador, substância quimica, rede de mapas acoplados, dinâmicas espacotemporal, controle biologico.

O presente artigo apresenta uma Maplet, programada via Maple, idealizada para obter a solucao numerica, via Metodo das Caracteristicas, de uma Equacao Diferencial Parcial conhecida como Equacao do Telegrafo. Este trabalho aborda de inicio algumas nocoes de Equacoes Diferenciais Parciais, segue com a apresentacao do modelo de um Circuito Eletrico expresso matematicamente por meio destas equacoes, trabalha com os conceitos necessarios para entendimento deste fenomeno fisico, descrevendo passo a passo os procedimentos que foram implementados para obter a solucao numerica por meio do Metodo das Caracteristicas, por fim, o funcionamento da Maplet desenvolvida sobre o raciocinio teorico e exposto e a solucao numerica de um exemplo particular da Equacao do Telegrafo, e apresentada com o auxilio da interface grafica disponivel no pacote Maple.

Esta pesquisa estende-se a uma simulação da análise de combustíveis através de um sistema multicomponente multigotículas, gerada por um programa de computador denominado SMCMG (Sistema Multicomponente Multigotículas). Assim, a modelagem matemática inicia-se com a identificação do sistema, em seu estado termodinâmico, determinando todas propriedades físico-químicas essenciais ao sistema multicomponente. Com isso, pode-se expressar um sistema de equações diferenciais ordinárias de 1a ordem no qual, algumas equações são calculadas por método algébrico, enquanto que, as equações da variação da temperatura das gotículas e da temperatura do gás têm suas aproximações através do método numérico de Runge-Kutta de 4a ordem.

Orientador: Gilberto Medeiros Kremer Co-orientador: Felix Sharipov Tese (doutorado) - Universidade Federal do Parana Resumo: Os fenômenos de transporte em sistemas em rotação contendo gases rarefeitos sofrendo evaporação e condensação nas suas superfícies são investigados com base nas equações cinética e hidrodinâmica. 0 problema analisado consiste em considerar um gás confinado entre dois cilindros coaxiais que podem girar. Dois casos foram investigados: (i) no primeiro caso os cilindros estão a uma mesma temperatura e giram com uma mesma velocidade mas o estado de equilíbrio do sistema é fracamente perturbado por um desvio de densidade das partículas evaporadas do cilindro interior; (ii) no segundo caso os cilindros estão a diferentes temperaturas e velocidades. A equação cinética adotada ao primeiro caso foi o modelo de Bhatnagar, Gross e Krook (modelo BGK) enquanto que para o segundo caso foi o modelo de Shakov (modelo "S" ). As equações cinéticas foram resolvidas numericamente utizando-se o método das velocidades discretas onde a descontinuidade da função de distribuição foi levada em consideração. As relações de reciprocidade de Onsager-Casimir para os coeficientes dos efeitos cruzados, calculados a partir da equação cinética, foram verificados. As equações hidrodinâmicas para um gás viscoso condutor de calor, foram obtidas das equações de balanço de massa, momento e energia. Estas equações foram resolvidas analiticamente para condições de contorno apropriadas. Os campos da densidade, da velocidade, da temperatura, do vetor fluxo de calor e do tensor tensão são apresentados para uma grande variação do número de Knudsen e da velocidade angular. As soluções hidrodinâmica e cinética foram comparadas para diferentes valores da velocidade angular. A análise da influência da rotação no fluxo entre os cilindros foi analisada. Abstract: Transport phenomena in rotating rarefied gases that undergo evaporation and condensation on their surfaces are investigated on the basis of the kinetic and hydrodynamical equations. The problem analyzed concerns a gas between two coaxial cylinders which may be rotate. Two cases are investigated: (i) in the first case the cylinders have the same temperature and velocities but the equilibrium is perturbed by a small deviation of density of evaporated particles on the inner cylinder; (ii) in the second case the cylinder have different temperatures and velocities. The kinetic equation adopted for the first case is the Bhatnagar, Gross and Krook model (BGK model), while that for the second case the Shakov model ("S" model) is applied. The kinetic equations have been solved numerically by the discrete velocity method where the discontinuity of the distribution function has been taken into account. The Onsager-Casimir reciprocity relations for the coefficients of cross-effects, calculated from the kinetic equation, have been verified. The hydrodynamical equations have been obtained from the balance equations of mass, momentum and energy of a viscous heat conducting gas. The hydrodynamical equations with appropriated boundary conditions have been solved analytically. The fields of density, velocity, temperature, heat flux vector and stress tensor are presented for wide ranges of the Knudsen number and angular velocity. The hydrodynamical and kinetic solutions have been compared for different values of the angular velocity. An analysis of the influence of the cylinders rotation on the flow field is given.

A necessidade de modelar o tráfego de pedestres tem se tornado uma prioridade em ambientes por onde os pedestres possam circular. As pesquisas avançam na tentativa de solucionar acidentes relacionados a multidões. Além disso, analisar estruturas para pedestres antes que elas tenham sido construídas tem se tornado uma exigência das autoridades, assim como poder gerenciar o fluxo de pedestres nessas instalações. Para caracterizar este comportamento, surgiram estudos abrangendo teorias da física e da matemática, que analisam o tráfego de pedestres através de modelos descritos por equações diferenciais e íntegro-diferenciais. Neste trabalho apresenta-se um exemplo de modelo para o tráfego, abordando-o sob a escala macroscópica de modelagem do tráfego e sua ligação direta com a física e os modelos hidrodinâmicos. Aplica-se o modelo criado a uma situação de caminhada, onde os resultados foram comparados a outros trabalhos referentes a simulações e observações experimentais sobre o tráfego de pedestres, encontrados na bibliografia. The need to model the traffic of pedestrians has become a priority in environments where pedestrians can circulate. The research has advanced in an attempt to solve accidents related to large crowds. Furthermore, analyzing structures for pedestrians before they have been built has become a requirement of the authorities, as well as being able to manage the flow of pedestrians in those facilities. To characterize this behavior, studies have emerged including theories of physics and mathematics, which analyze pedestrian traffic through models described by differential and integral-differential equations. This work presents the macroscopic scale modeling of traffic and its direct connection with physics and hydrodynamic models. The model was applied to a walk situation where the results were compared with other work on the simulations and experimental observations on the pedestrian traffic, found in the bibliography.

Orientador: Prof. Dr. Eloy Kaviski Coorientadores: Profa. Dra. Liliana M. Gramani, Prof. Dr. Adilandri Mércio Lobeiro Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Métodos Numéricos em Engenharia. Defesa : Curitiba, 20/12/2019 Inclui referências: p. 128-135 Resumo: A analise da dispersao de poluentes em rios, lagos e canais e essencial para o controle, tomada de decisoes e determinacao do melhor local para o lancamento de residuos domesticos e industriais com intuito de evitar que determinadas substancias afetem o meio ambiente. Para esta analise sao empregados os sistemas de equacoes diferenciais, ditos modelos matematicos, que descrevem as leis de conservacao da massa e de quantidade do movimento linear. Dentre estes, destacam-se os modelos hidrodinamicos e de transporte, descritos pelas equacoes de aguas rasas e pela equacao de adveccao-difusao, respectivamente. O avanco computacional tornou possivel a simulacao numerica destes modelos, ajudando na compreensao dos padroes de escoamento e dispersao. O objetivo desta tese e utilizar o metodo dos volumes finitos na discretizacao das equacoes de aguas rasas acopladas a equacao de adveccao-difusao, a fim de obter uma solucao numerica incondicionalmente estavel com um algoritmo iterativo otimizado, de convergencia rapida e baixo custo computacional, para simulacao da dispersao de poluentes em escoamentos bidimensionais transientes em reservatorios e regioes alagadas, com declives e sujeitos a resistencia ao escoamento. Nos modelos encontrados na literatura, a variacao da massa especifica da mistura nao e objeto de estudo. Analisa-se somente a concentracao massica de cada poluente injetado, nao calculando a massa especifica da mistura, que sofre variacoes com a injecao de poluentes. No modelo apresentado nesta tese considera-se uma mistura de concentracao massica variavel e desenvolve-se um algoritmo que, calcula esta variavel e carrega esta informacao, de forma acoplada, para o modelo hidrodinamico com velocidades transientes. Condicoes iniciais descontinuas representando leitos umidos e secos foram adotadas de forma satisfatoria. A robustez da solucao numerica e verificada e comparacoes sao realizadas para diferentes esquemas de discretizacao e com os resultados obtidos em Fennema e Chaudhry (1990). O esquema numerico obtido e aplicado na analise de problemas hidraulicos como abertura subita de comportas, controle de fluxo em reservatorios de contencao com pilares internos. Nas aproximacoes dos termos advectivos foram utilizadas inicialmente interpolacao central de segunda ordem e posteriormente um esquema hibrido (central/upwind), que mostrou-se bem mais eficiente. Para a discretizacao temporal adotou-se inicialmente uma formulacao explicita, que levou a obtencao de uma solucao instavel com curto tempo de simulacao. Na busca da estabilidade da solucao numerica adotou-se entao uma formulacao temporal totalmente implicita. Para implementacao numerica foi utilizada a Linguagem Fortran e os resultados obtidos mostram a eficacia do modelo numerico implementado espacialmente hibrido com formulacao temporal totalmente implicita. O codigo empregado permite analisar temporalmente e espacialmente a variacao da densidade da mistura, a concentracao massica de cada substancia dissolvida na mistura, o fluxo e o nivel da mistura em cada ponto do dominio. Os resultados obtidos mostram a interpretacao fisica esperada e a robustez do esquema numerico implementado. Palavras-chave: Dispersao. Concentracao Massica. Esquema Hibrido de Volumes Finitos. Modelo Hidrodinamico. Modelo de Transporte. Modelo Acoplado. Abstract: The analysis of pollutant dispersion in rivers, lakes and canals is essential for the control, decision making and determination of the best site for domestic and industrial waste in order to prevent certain substances from affecting the environment. For this analysis, systems of differential equations are used, called ma-thematic models, which describe the laws of conservation of mass and quantity of linear motion. Among these, the hydrodynamic and transport models, described by the shallow water equations and the advection-diffusion equation, respectively, stand out. The computational advance made possible the numerical simulation of these models, helping in the understanding of flow and dispersion patterns. The objective of this thesis is to use the finite volume method to discrete the shallow water equations coupled with the advection-diffusion equation in order to obtain an unconditionally stable numerical solution, a common iterative optimized algorithm, of fast convergence and low computational cost, for the simulation of pollutant dispersion in two-dimensional transient flows in reservoirs and flooded regions, with slopes and subject to resistance to flow. In the models found in the literature, the variation in the specific mass of the mixture is not the object of study. Only the mass concentration of each pollutant injected is analyzed, not calculating the specific mass of the mixture, which undergoes variations with the injection of pollutants. In the model presented in this thesis a mixture of variable mass concentration is considered and an algorithm is developed that calculates this variable and loads this information, in a coupled way, to the hydrodynamic model with transient speeds. Initial discontinuous conditions representing wet and dry beds were adopted in a satisfactory manner. The robustness of the numerical solution is verified and comparisons are made for different discretization schemes and with the results obtainedin Fennema and Chaudhry (1990). The numerical scheme obtained is applied in the analysis of hydraulic problems such as sudden opening of gates, flow control in containment reservoirs with internal pillars. In the approximation of the advective terms, a second order central interpolation was initially used and later a hybrid scheme (center/upwind), which proved to be much more efficient. For temporal discretization, an explicit formulation was initially adopted, which led to an unstable solution with short simulation time. In the search for stability of the numerical solution, a totally implicit temporal formulation was adopted. For the numerical implementation the Fortran Language was used and the results obtained show the efficacy of the spatially implemented numerical model with fully implicit temporal formulation. The code used allows the temporal and spatially analysis of the mixture density variation, the mass concentration of each dissolved substance in the mixture, the flow and the level of the mixture at each point of the domain. The results obtained show the expected physical interpretation and the robustness of the numerical scheme implemented. Keywords: Dispersion. Mass Concentration. Hybrid Scheme of Finite Volumes. Hydrodynamic model. Transport Model. Coupled Model.

Orientadora: Profa. Dra. Liliana M. Gramani Coorientador: Prof. Dr. Eloy Kaviski Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Métodos Numéricos em Engenharia. Defesa : Curitiba, 06/03/2019 Inclui referências: p. 88-92 Resumo: O presente trabalho apresenta um modelo matemático de otimização baseando-se em equações de conservação de massa, que possibilita fornecer uma melhor programação de tempos de vermelho e verde em semáforos localizados em vias com alto fluxo veicular. De tal maneira que a função objetivo do modelo elaborado minimiza a quantidade de veículos em espera nos semáforos. Para isso, utiliza-se uma heurística de otimização denominada de busca em vizinhança variável (VNS). O modelo foi implementado e testado computacionalmente com dados reais de fluxo veicular em alguns trechos de uma rodovia brasileira localizada na capital do estado do Paraná, Curitiba. Com os resultados obtidos para a otimização de tráfego veicular, analisou-se o impacto na função objetivo do modelo ocasionado por algumas alterações dos parâmetros. Dentre eles, a velocidade média do fluxo veicular e o intervalo de tempo em segundos que os dados são discretizados e ocorre as simulações, sendo este denominado de tamanho do passo. Portanto, é observado que pequenas mudanças no tamanho do passo não geram grandes melhorias na função objetivo quando o passo é pequeno. Palavras-chave: Fluxo veicular. Heurística Variable Neighborhood Search - VNS. Programação Semafórica. Otimização de Tráfego. Minimização de Esperas em Semáforos. Abstract: The present work introduces a mathematical shape of optimization based on the mass conservation equations, where it is possible to provide a better scheduling of red and green times at the traffic lights located in routes with a high vehicular flow in such a way that the function the objective of the elaborated model downplay the number of waiting vehicles at the traffic lights. For that, we use an heuristic optimization that is called Variable Neighborhood Search (VNS). The model was computationally implemented and tested computationally with some real data from the vehicle flow. in some shields of a Brazilian highway located in the capital of the state of Paraná Curitiba. With the obteinded results for the veicular traffic optimization it was analyzed the impact of the objective function caused by some paramenters modifications. Among them is the speed avarege of the veicular flow, the program's implementation time and the step size in the simulations showing up that small changes in pitch size do not generate great improvements in the objective function when the step is small. Keywords: Vehicular flow. Heurístic Variable Neighborhood Search - VNS. Semaphore Programming. Traffic Optimization. Minimization of waiting at traffic lights.

Orientadora: Profa. Dra. Liliana Madalena Gramani Coorientador: Prof. Dr. Eloy Kavinski Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Métodos Numéricos em Engenharia. Defesa : Curitiba, 27/08/2018 Inclui referências: p. 107-109 Área de concentração: Programação Matemática Resumo: O concreto, quando afetado pela umidade, se torna sujeito à reações químicas indesejadas comoa reação álcali-sílica. Tal reação se inicia em sua camada mesoscópica (camada intermediária entre a camada macroscópica e a camada microscópica) e se propaga pelo material a medida que os anos passam. Com isto, o material sofre danificação e posteriormente fissuração, o que ocasiona mudança em suas propriedades mecânicas efetivas. Considerando os artigos publicados na literatura até o início de 2018, observa-se que o modelo de danificação para o concreto causado pela reação alcali-sílica ainda não é satisfatório. Essa tese buscou apresentar uma nova metodologia para previsão da perda de rigidez do concreto, a partir de modelos de homogeneização que consideram os agregados graúdos e o gel formado pela reação química como inclusões para a utilização dos métodos, além da associação com um modelo de difusão para o comportamento do gel. Ao longo do trabalho, serão discutidos os métodos mais atuais de homogeneização, como o método de Mori-Tanaka e o método autoconsistente, além de métodos clássicos como o método de Reuss e de Voigt que são considerados como limites inferiores e superiores para a previsão da rigidez. Tais métodos de homogeneização podem ser utilizados para simulação do comportamento destes parâmetros ao longo do tempo, pois foram vinculados a um modelo de desenvolvimento e criação do gel. Os resultados mostram que a metodologia proposta apresenta uma estimativa para o cálculo das propriedades efetivas do concreto sob a ação da reação álcali-sílica. A proposta desta tese é, portanto, utilizar a modelagem da reação em termos de concentração de gel ao longo do tempo para associá-la a um modelo de homogeneização - como a homogeneização pelo método de Mori-Tanaka - para prever o comportamento das propriedades efetivas ao longo do tempo. Palavras-chave: Reação Álcali-Sílica, Método de Mori-Tanaka, Danificação de materiais, Teoria de homogeneização, Concreto. Abstract: Concrete, caused by moisture, becomes subject to a series of undesired reactions as an alkali-silica solution wich is a reaction that begins in the mesoscopy scale and propagates through the material as the years pass. By doing so, the material suffers damage, which is significant in its effective properties. So far, no model of damageto the individual being performed by the alkali-silica reaction has been developed in a satisfatory way. This thesis sought to present a new methodology to predict the loss of rigidity of the model, in view of the homogenization modeling that the large aggregates and the geometry model the behavior of the gel. Along the work, it is discussed methods of homogenization, the method of Mori-Tanaka and the self-consistent method, besides methods on the board and method of Reuss the rigidity and method of Reuss. Such homogenization methods can be used to model the functions over time, since they were linked to a model of development and creation of gel. The results show that the proposed analysis is an estimate for the calculation of the effective properties of the concrete under the action of the alkali-silica reaction. Keywords: Alkali-Silica Reaction, Mori-Tanaka Method, Materials Damage, Homogenization Theory, Concrete.

Orientadora: Profa. Dra. Liliana Madalena Gramani Coorientador: Prof..Dr Eloy Kaviski Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Métodos Numéricos em Engenharia. Defesa : Curitiba, 09/11/2017 Inclui referências: p. 235-242 Área de concentração: Dinâmica dos Fluidos Computacional Resumo: A hidroeletricidade é uma fonte limpa e renovável de energia e as turbinas hidráulicas desempenham função relevante na regulação de potência nos sistemas elétricos interligados em que estão inseridas, e o atual aumento da participação das fontes alternativas eólica e solar na matriz energética fortalece a importância da geração hidroelétrica na estabilidade dos sistemas elétricos. Caso contrário, se a modulação dessas fontes alternativas nos sistemas elétricos for feita por termoelétricas a óleo, gás ou carvão essas poluiriam os benefícios das referidas fontes alternativas. Não obstante, embora o potencial hidroelétrico global seja da ordem de 30% da demanda mundial de energia, apenas 3% da demanda é suprida por fonte hidráulica, segundo Hoes et al (2017). Portanto, existe um vasto potencial a explorar dessa fonte de energia e potência, do qual aproximadamente 60% é compatível com aproveitamento por turbinas do tipo Francis. No entanto, essas máquinas estão sujeitas a fenômenos hidráulicos e interações que prejudicam seu comportamento hidrodinâmico, quanto mais fora de seu ponto ótimo são operadas, podendo atingir níveis inaceitáveis de pulsação de pressão no sistema hidráulico associado à turbina. Essa pesquisa consiste na predição do comportamento dinâmico do escoamento no sistema hidráulico de uma instalação real com turbina Francis operando fora de seu ponto de projeto, quanto à amplitude da resposta das pulsações de pressão e análise da estabilidade hidráulica do escoamento. Para tanto, essa pesquisa faz uso de métodos numéricos na obtenção da resposta do sistema hidráulico por meio da solução de modelos matemáticos unidimensional (HA), tridimensional (HD) e híbrido (HDHA) do escoamento, bem como realiza análise comparativa com resultados obtidos em uma turbina protótipo e com resultados existentes, advindos da transposição dos ensaios em seu respectivo modelo físico reduzido. Diferentemente da solução CFD/RANS das equações governantes pelo modelo HD tradicional, o modelo híbrido possibilita atualização das condições de contorno a cada passo de tempo da solução numérica dessa solução, de modo a considerar na retroalimentação desse modelo os efeitos elásticos e viscoelásticos das paredes, e os efeitos da variação do volume de cavitação no vórtice de núcleo na dissipação de energia pelo processo termodinâmico associado. A análise de estabilidade hidráulica foi realizada para a operação em alta carga, utilizando modelos unidimensionais discretizados para determinação dos autopares e da função de transferência entre tubo de sucção e caixa espiral e modelos analíticos simplificados para avaliação da influência dos parâmetros hidroacústicos da compliância da cavitação (Cc ), fator de ganho de fluxo mássico (? ) e resistência termodinâmica ( ) Rth no campo de estabilidade. Essa pesquisa contribui como suporte na fase de projeto da turbina e auxílio na análise e diagnóstico de anormalidades no comportamento hidráulico em instalações existentes, que associado às tecnologias de escaneamento rotativo a laser e CAD possibilitam uma modelagem geométrica realística do sistema hidráulico, incluindo a roda da turbina. Palavras-chave: Turbina francis. Comportamento hidráulico. Estabilidade hidráulica. Pulsação de pressão. Ressonância hidráulica. Transiente hidráulico. Aeração de turbinas. UHE Itaipu. Abstract: Hydropower is a clean and renewable source of energy, and the hydraulic turbines play a relevant role in the regulation of power in the interconnected electrical systems in which they are inserted, and the current increase in the participation of alternative wind and solar sources in the energy matrix strengthens the importance of generation stability of electrical systems. Otherwise, if the modulation of these alternative sources in electrical systems is done by oil, gas or coal thermoelectric plants that would pollute the benefits of such alternative sources. Nevertheless, although the global hydropower potential is around 30% of the world's energy demand, only 3% of the demand is supplied by a hydropower source, according to Hoes et al. (2017). Therefore, there is a vast potential to exploit this source of energy and power, of which approximately 60% is compatible with Francis turbines. However, these machines are subject to hydraulic phenomena and interactions that detract from their hydrodynamic behavior, the farther out of their optimal point they are operated, and can reach unacceptable levels of pressure pulsation in the hydraulic system associated with the turbine. This research consists in the prediction of the dynamic behavior of the flow in the hydraulic system of a real Francis turbine installation operating out of its design point, regarding the amplitude of the response of the pressure pulsations and analysis of the hydraulic stability of the flow. To do so, this research makes use of numerical methods to obtain the response of the hydraulic system through the solution of onedimensional (HA), three-dimensional (HD) and hybrid (HDHA) mathematical models of the flow, as well as perform comparative analysis with results obtained in a prototype turbine and with existing results, resulting from the transposition of the tests in it respective reduced scale physical model. Unlike the CFD/RANS solution of the governing equations for the traditional HD model, the hybrid model makes it possible to update the boundary conditions at each step of time of the numerical solution by this model, in order to consider in the feedback of this model the elastic and viscoelastic effects of the walls, and the effects of the variation of cavitation volume in the core vortex in the energy dissipation by the associated thermodynamic process. Hydraulic stability analysis was performed for full load operation using discrete one-dimensional models for determination of complex eigenfrequencies and eigenmodes shapes and transfer function between draft tube and spiral casing and simplified analytical models to evaluate the influence of hydroacoustic parameters of cavitation compliance (Cc ), mass flow gain factor ( ? ) and thermodynamic resistance ( ) Rth in the stability field of the flow. This research contributes as a support in the turbine design phase and helps in the analysis and diagnosis of hydraulic behavior abnormalities in existing installations, which, combined with rotary laser scanning and CAD technologies, enable realistic geometric modeling of the hydraulic system, including the turbine wheel. Keywords: Francis turbine. Hydraulic behavior. Hydraulic stability. Pressure pulsation. Hydraulic resonance. Hydraulic transient. Turbine aeration. Itaipu HPP.

Orientador : Profª. Drª. Liliana Madalena Gramani Co-orientador : Prof. Dr. Eloy Kaviski Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Métodos Numéricos em Engenharia. Defesa: Curitiba, 04/05/2016 Inclui referências : f. 114-119 Área de concentração : Programação matemática Resumo: Barragens de concreto respondem a diversos tipos de carregamentos, sejam eles provenientes da força da gravidade, pressão hidrostática da água ou variação térmica sazonal. Dentre estes, diversos trabalhos presentes na literatura destacam a importância de se avaliar os efeitos da temperatura no desempenho estrutural de barragens. Altos índices de variação de temperatura podem afetar o desempenho, resistência e durabilidade das estruturas, de modo que a correta avaliação do campo de temperaturas é essencial para que uma futura análise e determinação das tensões de origem térmica possa ser realizada. Através de um estudo de caso na Barragem da Usina Hidrelétrica de Itaipu (UHI), é proposto um esquema numérico via elementos finitos para calibrar e validar os parâmetros térmicos do concreto (condutividade térmica, calor e massa específica) de um bloco de contraforte quando este está sujeito à variação térmica sazonal. Devido ao advento das aplicações do Cálculo Fracionário (que se trata de uma abordagem generalizada do Cálculo Tradicional, onde derivadas e integrais sucessivas podem ser de ordem não inteira) esta tese traz como inovação a modelagem térmica em barragem de contrafortes através de Equações Diferenciais Fracionárias. As soluções de um modelo via Cálculo Tradicional e via Cálculo Fracionário foram analisadas comparativamente aos dados observados por meio do MAPE (Erro Percentual Absoluto Médio). Para o caso da barragem da UHI, com geometria, condições de contorno e propriedades do concreto bem definidas, o modelo térmico fracionário apresentou um resultado mais próximo à realidade do bloco em estudo ao verificar que o maior MAPE nos pontos de prova foi de 3.23%. O objetivo assim é instigar futuras aplicações do Cálculo Fracionário no âmbito de barragens. Palavras-chaves: Modelagem Térmica. ANSYS. Equação do Calor Fracionária. Métodos Aproximados. Abstract: Concrete dams respond to various types of loads, whether from the force of gravity, hydrostatic water pressure or seasonal thermal variation. Among these, several studies in the literature highlight the importance of evaluating the effects of temperature on the structural performance of dams. High temperature change rates may affect the performance, strength and durability of the structures, so that the correct evaluation of the temperature field is essential for future analysis and determination of the thermal stress can be performed. Through a case study in Itaipu Hydroelectric Power Plant dam (UHI), a numerical scheme is proposed via finite element to calibrate and validate the thermal parameters of concrete (thermal conductivity, heat and density) of a buttress block when this it is subject to seasonal thermal variation. Due to the advent of applications of Fractional Calculus (which is a generalized approach to the traditional calculation, where derivatives and successive integrals can be no integer order) this thesis brings as innovation thermal modeling in buttresses dam through Fractional Differential Equations. The solutions of a model via traditional calculation and via Fractional Calculus were analyzed in comparison to the observed data through MAPE (Mean Absolute Percent Error). In the case of UHI dam, with geometry, boundary conditions and concrete properties well defined, the fractional thermal model presented closer to reality block in study results to check the biggest MAPE in test points was 3.23%. The purpose is to instigate so future applications of fractional calculus under dams. Key-words: Thermal Modeling. ANSYS. Fractional Heat Equation. Approximate methods

Orientador : Prof. Dr. Eloy Kaviski Co-orientadora : Profª. Drª. Liliana Madalena Gramani Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Métodos Numéricos em Engenharia. Defesa: Curitiba, 12/02/2015 Inclui referências : f.69-71 Resumo: Congestionamentos são cada vez mais frequentes na proporção em que a frota de veículos cresce no Brasil. Esta dissertação inicia-se com a coleta de dados de velocidade e densidade veicular em um trecho de uma rodovia brasileira onde ocorre congestionamentos devido a uma obra existente no local. Escolhe-se o modelo mais adequado da relação entre velocidade e densidade veicular e aplica-se o Método dos Mínimos Quadrados para realizar a regressão dos dados levantados. Trata-se do modelo de equilíbrio desenvolvido por Wang et al. (2011). A função obtida possibilitou entender melhor como se formam os congestionamentos no local escolhido, e como a dinâmica dos veículos ocorre. Determinam-se as condições de contorno baseando-se no local do problema e as utilizam para a resolução de uma equação diferencial. Trata-se da equação de Navier-Stokes unidimensional, que rege o escoamento de fluidos, adaptada ao fluxo de tráfego veicular. A equação diferencial citada é não-linear e de segunda ordem, logo sua solução analítica tornase bastante difícil. O método numérico usado para a solução da mesma é o Método das Diferenças Finitas na forma explícita, com o esquema de Lax-Wendroff. A linguagem e o programa escolhidos para a implementação e interpretação do algoritmo desenvolvido são respectivamente Python e Spider2. Este trabalho apresenta uma solução em regime permanente e outra em regime transiente. A interpretação dos resultados permite concluir que a equação de Navier-Stokes unidimensional descreve adequadamente o fluxo de tráfego veicular no local do problema. O fluxo nesse trecho é caracterizado da seguinte maneira: partindo-se de um local de alta densidade para um de baixa, a velocidade veicular aumenta e se estabiliza. Outra conclusão é a de que, ao aumentar drasticamente a densidade veicular, a velocidade e fluxo diminuem gerando congestionamentos. Palavras-chave: Fluxo de Tráfego Veicular, Equação de Navier-Stokes, Método das Diferenças Finitas. Abstract: Jams are more frequent as the vehicle fleet grows in Brazil. This dissertation begins with a speed and vehicular density data collection in a brazilian highway where congestion occurs due to a work on site. The most suitable model of the speed-density relationship is chosen to apply the method of least squares and perform regression of the data collected. It is the balance developed by Wang et al. (2011). The function obtained made it possible to better understand how the congestion are formed at the site chosen, and as the dynamics of the vehicle occurs. The boundary conditions are determined based on the location of the problem and are used them for solving a differential equation. The Navier-Stokes equation, which governs the fluid flow, is chosen to model the vehicular traffic flow after some adaptation. The differential equation is a second order nonlinear equation, hence its analytical solution becomes quite difficult. The numerical method for its solution is the Finite Difference Method in explicit form, with the Lax-Wendroff scheme. The language and the program chosen for the implementation and interpretation of the developed algorithm are respectively Python and Spider2. This work presents the solutions for both steady and transient states. The results obtained permit to conclude that the Navier-Stokes equation describes adequately the vehicular traffic flow on the site of the problem. The flow in this road stretch is characterized as follows: Starting from a high local vehicle density into a low one, the vehicle speed increases and stabilizes. Another conclusion is that when vehicle density increases dramatically, speed and flow decrease causing congestion. Keywords: Vehicular Traffic Flow, Navier-Stokes Equation, Finite Difference Method.

Orientador : Profa. Dra. Liliana Madalena Gramani Coorientador : Prof. Dr. Eloy Kaviski Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Métodos Numéricos em Engenharia. Defesa: Curitiba, 24/04/2015 Inclui referências : f. 102-106 Área de concentração : Programação matemática Resumo: Esta tese propôe um modelo para o tráfego de veículos em uma pista com duas faixas, que considera o comportamento do motorista. Os principais modelos encontrados na literatura apresentam em sua estrutura equações diferenciais ou integro-diferenciais que exigem muitas variáveis para calibração do modelo. Por isso, usa-se neste trabalho a modelagem computacional via autômatos celulares. Os autômatos celulares possuem uma estrutura bastante simples e são capazes de modelar diversos fenômenos complexos por meio de regras simples. Sendo assim, desenvolveu-se um modelo de tráfego em uma pista com duas faixas onde avalia-se a mudança do comportamento do motorista a medida em que a densidade da via aumenta. Os perfis considerados neste trabalho são: Calmo, Moderado, Agitado e Agressivo. Esta análise é baseada na modelagem de um parâmetro a em função da densidade, utilizando uma distribuição de probabilidade contínua. Este parâmetro é utilizado para o cálculo da distância efetiva entre dois veículos permitindo o ajuste da velocidade do veículo detrás baseado no seu comportamento. O modelo também considera regras de mudanças de faixas assimétricas baseadas na evolução do comportamento adotado para melhor representar o fenômeno do fluxo de tráfego. Os resultados do modelo proposto mostraram-se satisfatórios quando comparados com outros modelos que consideram o comportamento do motorista em suas regras. A modelagem proposta para o comportamento do motorista resultou em um modelo que possibilita descrever a alteração no comportamento do motorista quando a densidade é aumentada. Palavras-chave: simulação computacional, tráfego de veículos, autômatos celulares, comportamento do motorista. Abstract: This thesis proposes a model for the traffic of vehicles on a double lane track, which considers the driver's behavior. The main models found in literature present in its structure differential or integro-differential equations that require many variables for model calibration. Therefore, in this work, computational modeling via cellular automata is used. The cellular automata have a very simple structure and are capable to model several complex phenomena through simple rules. Thus, a traffic model was developed on a double lane track where the driver's behavior change is evaluated as the track density increases. The profiles considered in this work are: Calm, Moderate, Agitated and Aggressive. This analysis is based on the modeling of a parameter around density, using a continuous probability distribution. This parameter is used to calculate the effective distance between two vehicles, allowing the adjustment of the speed of the vehicle behind based on its behavior. The model also considers rules of asymmetric track changes based on the evolution of the adopted behavior to better represent the traffic flow phenomenon. The results of the model were satisfactory when compared to other models that consider the driver's behavior in your rules. The proposed modeling for driver behavior resulted in a model that allows to describe the change in driver behavior when the density is increased. Key-words: computational simulation, vehicular traffic, cellular automata, driver behavior.

Orientador : Prof. Dr. Eloy Kaviski Co-orientadora : Profª. Drª. Liliana Madalena Gramani Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Métodos Numéricos em Engenharia. Defesa: Curitiba, 13/11/2015 Inclui referências : f.65-67 Resumo: Neste trabalho apresenta-se uma abordagem microscópica da distribuição de usuários no sistema de transporte público de Curitiba - PR, em particular a linha Ligeirão Boqueirão. Uma linha direta expressa que liga o bairro Boqueirão ao centro de Curitiba, por vias exclusivas. Verifica-se que os usuários superlotam esta linha embora existam alternativas com capacidade ociosa. O objetivo do trabalho é propor um modelo computacional para analisar a distribuição dos usuários no Terminal Boqueirão, utilizando autômatos celulares para estimar o tempo médio de embarque do passageiro. O estudo de caso aborda a superlotação da linha Ligeirão Boqueirão e investiga a percepção dos usuários sobre as rotas alternativas do sistema. Para elaborar o modelo, dados foram coletados no Terminal Boqueirão empregando as seguintes pesquisas: visual, horária e de opinião. Ao final da dissertação é aberto um leque de trabalhos futuros, tanto para graduação como para pós-graduação. Palavras-chaves: Transporte Coletivo, autômatos celulares, simulação computacional, distribuição de frequência acumulada, BRT. Abstract: The present work brings up a microscopic approach to the distribution of users in the public transportation system of the municipality of Curitiba-PR, with focus on "Ligeirão Boqueirão", a semi-express bus line that operates between Boqueirão district and the Downtown through an exclusive lane. It is verified that users overload Ligeirão Boqueirão line, although there exist some alternative lines with idle capacity. The object of the present work is to propose a computational model to analyze users distribution over Boqueirão Bus Terminal using cellular automata to estimate the average time users take to get onboard. The case study addresses the overload in Ligeirão Boqueirão and investigates users' perception about alternative lines. Visual, schedule and opinion researches were made in order to gather data to build the model. At the end, a sort of future work opportunities to undergraduate and graduate studies are presented. Key-words: Public transportaion, cellular automata, computational simulation, cumulative frequency distribution, BRT.

Orientadora : Profª. Drª. Liliana M. Gramani Orientador : Prof. Dr. Eloy Kaviski Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Métodos Numéricos em Engenharia. Defesa: Curitiba, 27/03/2015 Inclui referências : f.98-104 Resumo: A Dinâmica dos Fluidos Computacional tem conseguido consideráveis avanços na modelagem de fenômenos físicos úteis às mais variadas áreas do conhecimento, entre elas, as engenharias. Esses avanços podem ser contabilizados em função de duas premissas básicas que caracterizam a modelagem, que são: o aprimoramento das técnicas e esquemas numéricos e o aumento da capacidade de processamento dos computadores. Dentre os fenômenos físicos que se destacam na modelagem matemática e computacional está o fenômeno da ruptura de barragens, pois ele pode predizer os impactos causados pela falha de uma barragem real e, até mesmo, validar a implementação de códigos computacionais. No contexto das técnicas e esquemas numéricos o Método das Diferenças Finitas, por sua simplicidade, serve de referência para muitos estudos. Motivado por essas proposições, o presente trabalho simula a ruptura de uma barragem hipotética, cujo movimento da massa líquida é governado por um sistema de Equações Diferenciais Parciais intitulado como equações de Euler. Para tanto, faz uso desse sistema para definir uma variação unidimensional das equações de Águas Rasas que, nos instantes iniciais do movimento, são solucionadas pelo Método das Características servindo de condições iniciais para aplicação, nos demais tempos de simulação, do Método das Diferenças Finitas Explícito em associação ao esquema difusivo de Lax-Friedrichs. Assim, o modelo híbrido unidimensional implementado associa soluções algébricas com numéricas, evitando o aparecimento de oscilações espúrias causadas pelas descontinuidades entre as propriedades físicas do problema proposto. Por fim, verifica-se a coerência desse modelo híbrido confrontando seus resultados gráficos com aqueles obtidos na bibliografia que faz uso do código lagrangeano de partículas suavizadas denominado PySPH. Palavras-chaves: Ruptura de barragens. Diferenças Finitas. Lax-Friedrichs. Características Abstract: Computational Fluid Dynamics has made considerable advances in the modeling of physical phenomena useful to many different areas of knowledge, among them the engineering. These advances can be recorded based on two basic premises that characterize the modeling, which are: the improvement of technical and numerical schemes and increasing processing power of computers. Among the physical phenomena that excel in mathematics and computational modeling is the dam break as it can predict the impacts caused by the failure of a real dam and even validate the implementation of computer codes. In technical and numerical schemes the Finite Difference Method, by its simplicity, is a reference to many studies. Motivated by these proposals, this paper simulates the breaking of a hypothetical dam, whose movement of the liquid mass is governed by a system of Partial Differential Equations titled as Euler equations. Therefore, uses this system to define an unidimensional variation of the Shallow Water equations, that in the early stages of the movement, are solved by the Characteristics Method, serving as the initial conditions to be applied in the other simulation instants, the method of Explicit Finite Differences in association with Lax-Friedrichs diffusive scheme. Thus, the hybrid unidimensional model implemented associated algebraic and numerical solutions, avoiding the occurrence of spurious oscillations caused by discontinuities between the physical properties of the proposed problem. Finally, consistency of this hybrid model is verified confronting the graphic results with those obtained in the literature that makes use of the smoothed particles Lagrangian code called PySPH. Key-words: Dam break. Finite Difference. Lax-Friedrichs. Characteristic.

Orientadora : Profª. Drª. Liliana Madalena Gramani Coorientador : Prof. Dr. Eloy Kaviski Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Métodos Numéricos em Engenharia. Defesa: Curitiba, 29/09/2015 Inclui referências : f. 89-93 Área de concentração : Programação matemática Resumo: Este trabalho propõe um modelo para a formação, difusão e dano químico causado pela reaçao alcali-sílica (RAS) que ocorre no concreto. A Fase I do modelo leva em conta a cinetica das reacoes químicas, considerando que o agregado e reativo e ha disponibilidade de íons alcalinos na solucao porosa do concreto, bem como umidade e temperaturas favoraveis. O modelo criado na Fase I consiste em um sistema de equacoes diferenciais ordinarias que e resolvido analiticamente e tambem numericamente quando se consideram variaveis todos os produtos e reagentes do modelo. A Fase II modela o efeito de expansao do gel na regiao porosa em torno do agregado como um processo difusivo, para que se possa determinar a concentracao de gel em um Elemento Representativo de Volume (ERV) do concreto com relacao ao tempo. Nessa fase do modelo e usada a equacao de difusao, sendo resolvida numericamente pelo Metodo das Diferencas Finitas (MDF), tracando um perfil para a concentracao do gel do ERV. A Fase III do modelo representa um modelo para o dano devido a RAS que leva em consideracao os aspectos químicos e difusivos envolvidos na formacao e dispersao o gel. Para fins de simulacao sao considerados modelos bidimensionais e um modelo tridimensional. Como resultado se obtem mapas da distribuicao do gel e tambem do dano químico devido a RAS em um ERV com parametros estipulados a partir de resultados presentes na literatura. Palavras-chave: reação álcali-sílica, concreto, agregado reativo, gel Abstract: This work proposes a model for the formation of the gel diffusion and damage due to alkali-silica reaction (ASR) that occurs in concrete. Phase I of the model takes into account the kinetics of the chemical reactions, considering that the aggregate is reactive and no limitation of alkali ions in the solution of the porous concrete as well as favorable moisture and temperatures. The model created in Phase I consists of a system of ordinary differential equations that is solved analytically and also numerically when considering as variables all products and model of reagents. Phase II models the effect of the gel growth on the porous region around aggregates as a diffusion process, so that one can determine the concentration of gel in a Representative volume element (RVE) of concrete as function of time. This model is used to phase diffusion equation and is solved numerically by the Finite Difference Method (MDF), tracing a profile for the concentration of gel in RVE. Phase III of the model is a model for the damage due to the RAS that takes into account the chemical and diffusive aspects involved in the formation and dispersion of the gel. For simulation purposes we considered twodimensional models and a three-dimensional model. As a result we obtain maps of the distribution of the gel as well as the chemical damage due to the RAS on a RVE with parameters from in the literature. Key-words: alkali-silica reaction, concrete, aggregate reactive, gel

Orientadora : Profª. Drª. Liliana Madalena Gramani Co-orientador : Prof. Dr. Carlos Henrique dos Santos Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Métodos Numéricos em Engenharia. Defesa: Curitiba, 11/09/2014 Inclui referências Área de concentração: Programação matemática Resumo: Sabe-se que o estudo da estabilidade de pontos críticos para sistemas de equações diferenciais ordinárias com mais do que duas equações não-lineares tem limitações, por causa da complexidade dos parâmetros e da difícil compreensão geométrica da dinâmica. Apresenta-se a fundamentação teórica da teoria qualitativa de equações diferenciais e uma introdução aos modelos matemáticos em ecologia. Realizou-se a revisão de um modelo de predação seletiva na ocorrência de doença contagiosa na população de presas. E a partir desse modelo, propõe-se o estudo de projeções do sistema de equações diferenciais. As projeções consideradas de interesse são as dos planos com origem nos pontos críticos do sistema. Como observado, os sistemas que descrevem as projeções podem ter pontos críticos que não são projeções dos pontos críticos do sistema. Palavras-chave: Biomatemática, predação seletiva, predador-presa, análise qualita- tiva, projeções. Abstract: It is known that the study of the stability of critical points of ordinary differential equa- tions for systems with more than two non-linear equations has limitations due to the complexity of parameters and the difficulty to understand the geometric dynamics. We present the theoretical basis of qualitative theory of differential equations and an in- troduction to mathematical models in ecology. We conducted a review of a model of selective predation in the occurrence of contagious disease in the prey population. And from this model, we propose the study of the projections of differential equations. The projections considered of interest are the plans formed from the critical points of the system. As noted, the systems that describe the projections may have critical points which are not projections of the critical points of the system. Key-words: Biomathematics, selective predation, predator-prey, qualitative analysis, projections.

Resumo: O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de um modelo físico-matemático computacional utilizando inteligência artificial para simulação e análise da movimentação de pedestres, em ambientes que podem gerar comportamentos desordenados devido a altos níveis de estresse. Aliando Inteligência Artificial, que inclui raciocínio probabilístico, aprendizagem de máquina e conceitos de robótica é possível simular o deslocamento de pedestres assumindo variáveis psicocomportamentais para que esses agentes possam distinguir situações virtuais impostas pelo ambiente e tomar decisões. Estudos de fluxo de pedestres foram empreendidos, em especial nas últimas três décadas. Entretanto, a existência de fatores psicocomportamentais transforma esse tipo de sistema em algo extremamente complexo. Se o organismo de um pedestre é submetido a situações desconfortáveis ou de impotência ocorre um aumento na ansiedade que gera estresse. Esse estresse produz uma cadeia de reações que podem variar de irritabilidade, desorientação e até pânico. Essa gama de variáveis pode alterar o fluxo pedonal de forma significativa e é justamente esse o maior problema quando se procura um modelo de movimentação de pedestres. A modelagem computacional é viabilizada utilizando-se linguagem de programação Python, por ser uma linguagem de alto nível, otimizada para o programador ou seja, de fácil implementação e aprendizado, possui vários ambientes integrados e é portável a todos os sistemas operacionais, além de ter módulos para processamento gráfico. O entendimento da movimentação de pedestres, tendo como foco principal seu comportamento, permite expandir a análise para ambientes mais complexos resultando em uma ferramenta de auxílio em situações com multidões em diferentes ambientes. Neste trabalho desenvolveu-se um modelo bidimensional com visualização tridimensional de um ambiente genérico, simulando-se agentes inteligentes desconfortáveis, representativas de comportamentos psicológicos humanos genéricos, capazes de identificar situações e tomar decisões. Comparações com trabalhos já constantes na literatura sobre fluxo de pedestres ilustram as discussões.