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Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:36:55Z No. of bitstreams: 1 Fabio Silva de Souza.pdf: 4809496 bytes, checksum: 4aa6b145051aaf7bc2b7a954915d8850 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:36:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fabio Silva de Souza.pdf: 4809496 bytes, checksum: 4aa6b145051aaf7bc2b7a954915d8850 (MD5) Previous issue date: 2020-01-14 Navier-Stokes equations are widely used in many areas of knowledge. However, one of its primary variables is not unique in determining what, sometimes, makes the analysis of physical phenomena unfeasible. This thesis aims, initially, to present a new lagrangian formulation for the Navier-Stokes equations by introducing the vorticity and stream functions as variables. In this way, the problem of uniqueness is eliminated. Then, we will address the flow of incompressible fluids in the plane and we will develop a new method for determining solutions of such equations. For this, we will describe the trajectory of each fluid particle, which gives rise to the name of Path Tube Method. Also, we will compare our method with tools previously used to solve the same problem. In addition, we will observe how the techniques derived from parallel computing can contribute to the reduction of the computational costs. To conclude, we will address the advantages of the new method and we will indicate perspectives for future research. As equações de Navier-Stokes são amplamente utilizadas em diversas áreas de conhecimento. Contudo, uma de suas variáveis primárias não é determinada de maneira única, o que, por vezes, inviabiliza a análise de fenômenos físicos. Este trabalho objetiva, inicialmente, apresentar uma nova formulação lagrangiana para as equações de Navier-Stokes através da introdução das variáveis vorticidade e função de corrente. Desta maneira, o problema da unicidade é eliminado. Em seguida, abordaremos o escoamento de fluidos incompressíveis no plano e desenvolveremos um método novo para determinar soluções de tais equações. Para isto, descreveremos a trajetória de cada partícula do fluido, o que enseja o nome de Método do Tubo de Trajetórias. Ainda, compararemos nosso método com ferramentas utilizadas anteriormente para resolver o mesmo problema. Além disso, observaremos como as técnicas advindas da computação paralela podem contribuir para a redução do custo computacional. Para finalizar este trabalho, abordaremos as vantagens do novo método e indicaremos perspectivas para pesquisas futuras.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:36:46Z No. of bitstreams: 1 Breno Tiago de Souza Mota.pdf: 3534495 bytes, checksum: 9f0193e7e842b890ab9a4b6c03f3c3b4 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:36:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Breno Tiago de Souza Mota.pdf: 3534495 bytes, checksum: 9f0193e7e842b890ab9a4b6c03f3c3b4 (MD5) Previous issue date: 2019-07-24 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior An equation of state is characterized as a mathematical relationship between state quantities, allowing to predict thermodynamic properties. Over the years several researchers have used experimental data to find the parameters of their equations by minimizing the deviations between the values calculated by the equation and the experimental data. Recent studies show a con icting nature in predicting equations of state for diferent properties. Based on this premise, this paper aims to propose a new methodology for estimating state equation parameters and other thermodynamic models through multiobjective optimization. This technique was applied to find new parameters of the Patel-Teja equation, with results for 260 substances involving 20 chemical families. Besides the optimization results, this work presents results of the application of a parallelization technique for the MOPSO (Multi-Objective Particle Swarm Optimization) method. Uma equação de estado se caracteriza como uma relação matemática entre grandezas de estado, possibilitando predizer propriedades termodinâmicas. Ao longo dos anos diversos pesquisadores usaram dados experimentais para encontrar os parâmetros de suas equações, através da minimização dos desvios entre os valores calculados pela equação e os dados experimentais. Estudos recentes mostram uma natureza conflitante na predição de equações de estado para diferentes propriedades. Partindo desta premissa este trabalho tem por objetivo propor uma nova metodologia para estimar parâmetros de equações de estado e outros modelos termodinâmicos através da otimização multiobjetivo. Essa técnica foi aplicada para encontrar novos parâmetros da equação de Patel-Teja, com resultados para 260 substâncias envolvendo 20 famílias químicas. Além dos resultados da otimização, este trabalho apresenta resultados da aplicação de uma técnica de paralelização para o método MOPSO (do inglês, Multi-Objective Particle Swarm Optimization).

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:36:42Z No. of bitstreams: 1 Tese_MarroniDeSaRego.pdf: 4380614 bytes, checksum: 4d86812fde08c966513cd56cc0a9bcd3 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:36:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_MarroniDeSaRego.pdf: 4380614 bytes, checksum: 4d86812fde08c966513cd56cc0a9bcd3 (MD5) Previous issue date: 2019-02-19 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior The optimization methods that derive from differential calculus are generally very efficient. However, due to the local nature of the mathematical analysis, these methods may present difficult to calculate the global minimums because they depend on good initial estimates. In this context, the topographical global initialization was proposed with the purpose of generating adequate initial estimates for the local search methods. In the present work, different optimization methods equipped with the topographical global initialization were used to solve thermodynamic problems that arise in the simulation of tertiary oil recovery processes, in the projects of chemical reactors and in the processes of chemical and of the oil industry. We studied the problems the phase stability analysis, calculation of critical points and parameter estimation in thermodynamic models. These problems are challenging because they present difficulties of numerical and geometric nature. To evaluate the efficiency of optimization methods equipped with topographical initialization, were performed numerical tests using problems described in the literature, where some of them present more than one solution. In all tests, including those with multiple solutions, the topographical global initialization was efficient in selecting suitable initial estimates for the local search methods, showing that this is an effective and promising methodology for solving optimization problems. An important scientific contribution of the present work is the application of the theory of complementarity to the problems of phase stability analysis and calculation of critical points. This approach allowed the use of a Newton type method that uses information only from the first derivatives. Os métodos de otimização que derivam do cálculo diferencial são geralmente muito eficientes. Entretanto, devido a natureza local da análise matemática, estes métodos podem encontrar dificuldade no cálculo dos mínimos globais, pois dependem de boas estimativas iniciais. Neste contexto, a inicialização global topográfica foi proposta com o objetivo de gerar estimativas iniciais adequadas para os métodos de busca local. No presente trabalho, foram empregados diferentes métodos matématicos de otimização equipados com a inicialização global topográfica, com o objetivo de resolver problemas da termodinâmica que surgem na simulação de processos de recuperação terciária do petróleo, nos projetos de reatores químicos e em processos da engenharia química e da indústria do petróleo. Foram estudados os problemas de análise de estabilidade de fases, cálculo de pontos críticos e estimação de parâmetros de modelos termodinâmicos. Estes problemas são desafiadores, pois apresentam dificuldades de natureza numérica e geométrica. Para verificar a eficiência dos métodos de otimização equipados com a inicialização topográfica, foram realizados testes numéricos utilizando problemas descritos na literatura, onde alguns destes apresentam mais de uma solução. Em todos os testes, inclusive os que apresentam várias soluções, a inicialização global topográfica foi eficiente em selecionar estimativas iniciais adequadas para os métodos de busca local, mostrando que esta é uma metodologia eficaz e promissora para solução de problemas de otimização. Uma importante contribuição científica do presente trabalho, é a aplicação da teoria de complementaridade aos problemas de análise de estabilidade de fases e cálculo de pontos críticos. Esta abordagem permitiu o uso de um método tipo Newton que utiliza informações apenas das primeiras derivadas.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:40:13Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao_AdrianaDaRochaSilva.pdf: 3659979 bytes, checksum: e76f079c2381c2ef4234769bf659e177 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:40:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_AdrianaDaRochaSilva.pdf: 3659979 bytes, checksum: e76f079c2381c2ef4234769bf659e177 (MD5) Previous issue date: 2018-11-23 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior For the understanding and improvement of a lot of drainage and infiltration processes of the water into the soil, numerical simulation of water ow in subsaturated zone is of the utmost importance. This project of research has as the main objective the development of a computational simulator that allows accurate water flow description in subsaturated zone, such as the vadose zone. This project uses a modeling for the water drainage simulator in a region that is initially subsaturated, which (after some time) can present saturated stretches as a consequence of the water infiltration. The non-linear system obtained as the result of the Richards equation discretization models the problem that will be solved by the method known as DFSANE, which is it a direct search method that does not use derivatives. Para entendimento e melhoramento de muitos processos de drenagem e infiltração de água no solo, a simulação numérica do escoamento de água em zona subsaturada é de importância primária. Este projeto de pesquisa tem como objetivo central o desenvolvimento de um simulador computacional que possibilite uma descrição acurada do fluxo de água em zonas subsaturadas, tal como a zona vadosa. Neste trabalho, empregaremos essa modelagem para a simulação do escoamento de água em uma região inicialmente subsaturada, a qual (com o passar do tempo) pode apresentar trechos saturados como consequência da infiltração de água. O sistema não-linear resultante da discretização da equação de Richards, que modela o problema, será resolvido pelo método denominado de DFSANE, sendo este um método de busca direta que não utiliza derivadas.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:42:46Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao_NelyGrilloGuzman.pdf: 2961901 bytes, checksum: 444e697f25ef58f7e5277349b4a646e7 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:42:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_NelyGrilloGuzman.pdf: 2961901 bytes, checksum: 444e697f25ef58f7e5277349b4a646e7 (MD5) Previous issue date: 2018-04-05 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior In this work is presented the implementation of an autoregressive-predictive method for the estimation of missing data in meteorological data series, using just the information from the same serie. The Burg method was used for the calculation of the autoregressive coefficients, which reduces the error generated in the calculation of these coefficients. For the implementation of the method was used the multiplatform framework Qt through the programming language C++. With Qt we were able to obtain a friendly graphical interface that facilitates the use of the model. The validation of the model was done with data of the variables: air temperature, wind speed and direction, atmospheric pressure, relative humidity and precipitation of the Meteorological Station located at the IPRJ/UERJ. For precipitation no favorable results were obtained with the use of the model, nonetheless the results for the other variables are in agreement with the reported tolerance, particularly with orders 1 and 2 of the model and the probability of success in the estimates does not depend on the amount of data of the series. The estimated data retains the statistical characteristics of the original series. Neste trabalho é apresentada a implementação de um método preditivo auto regressivo para a estimativa de dados faltantes em série de dados meteorológicos, usando somente a informação da mesma série. Foi usado o método de Burg para o cálculo dos coeficientes auto regressivos, o qual diminui o erro gerado no cálculo desses coeficientes. Para a implementação do método foi usado o framework multiplataforma Qt através da linguagem de programação C++. Com o Qt conseguiu se obter uma interface gráfica amigável que facilita o uso do modelo. A validação do modelo foi feita com os dados das variáveis: temperatura do ar, velocidade e direção do vento, pressão atmosférica, umidade relativa e precipitação da Estação Meteorológica localizada no IPRJ/UERJ. Para a precipitação, não foram obtidos resultados favoráveis com o uso do modelo, mas o resultado obtido para as outras variáveis estão de acordo com a tolerância reportada, particularmente com as ordens 1 e 2 do modelo e a probabilidade de acerto nas estimativas não depende da quantidade de dados da série. Os dados estimados conservam as características estatísticas da série original.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:38:50Z No. of bitstreams: 1 Tese_AlexAlvesGomes.pdf: 9643126 bytes, checksum: d5756f091d8229539882637879a6ce95 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:38:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_AlexAlvesGomes.pdf: 9643126 bytes, checksum: d5756f091d8229539882637879a6ce95 (MD5) Previous issue date: 2017-11-30 Simulators aimed at simulation of oil reservoirs are used to forecast the production of future reservoirs, as well as the management of reservoirs in production, which makes this tool an indispensable ally in oil prospecting. Due to the numerous complexities of the reservoirs (irregular boundaries, geological faults, fractures and heterogeneities), discretization schemes should be used to allow the mapping of the main characteristics of the reservoirs. In the present work a semi-implicit technique is employed to the Buckley- Leverett problem for flow in heterogeneous porous media of fractal nature, which will be discretized and solved through the Finite Differences Method. The conservation equations will be linearized through the DFSANE method, which is modified by this work in order to solve this large, highly nonlinear and singular problem. This formulation is implemented in the simulator that was developed in the scope of this work. The results are presented for biphasic flow in terms of saturation fields of the present phases of water and oil. Simuladores voltados para simulação de reservatórios de petróleo são utilizados para a previsão de produção de futuros reservatórios, bem como no gerenciamento de reservatórios em produção, o que torna esta ferramenta uma aliada indispensável na prospecção de petróleo. Devido às inúmeras complexidades dos reservatórios (fronteiras irregulares, falhas geológicas, fraturas e heterogeneidades) devem-se empregar esquemas de discretização que permitam o mapeamento das principais características dos reservatórios. No presente trabalho é empregado uma técnica semi-implícita ao problema de Buckley-Leverett para escoamento em meios porosos heterogêneos de natureza fractal, que serão discretizadas e resolvidas através do Método de Diferenças Finitas. As equações de conservação serão linearizadas através do método de DFSANE, que é modificado por neste trabalho no intuito de resolver este problema de grande porte, altamente não-linear e singular. Esta formulação é implementada no simulador que foi desenvolvido no escopo deste trabalho. Os resultados são apresentados para escoamento bifásicos em termos de campos de saturação das fases presentes de água e óleo.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:38:42Z No. of bitstreams: 2 Tese_MarquesFredmanMescolin_part1.pdf: 5622172 bytes, checksum: 94da8d414d2e1b66924cda39d39899df (MD5) Tese_MarquesFredmanMescolin_part2.pdf: 12914073 bytes, checksum: 39737b141e152f6a8158e4401056a583 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:38:42Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Tese_MarquesFredmanMescolin_part1.pdf: 5622172 bytes, checksum: 94da8d414d2e1b66924cda39d39899df (MD5) Tese_MarquesFredmanMescolin_part2.pdf: 12914073 bytes, checksum: 39737b141e152f6a8158e4401056a583 (MD5) Previous issue date: 2017-07-26 This work addresses the inverse heat conduction problem to estimate a spatially and time varying heat flux imposed to a thermally thin plate within the Bayesian framework, employing the Markov Chain Monte Carlo method. In order to allow for the computer intensive task required by the inverse problem solution, the physical problem is modelled thorough a lumped formulation across the sample thickness, and the resulting differential equation is solved by means of the hybrid analytical-numerical methodology known as the Generalized Integral Tranform Technique. The inverse problem solution considers simulated transient measurements on the plate surface, as obtainable, for instance, through an infrared thermography system. Different Markov Random Fields priors are combined and analyzed for the estimation of the heat flux with variation in time and space: a total variation density and a Gaussian smoothness density. We also propose a combination of both, using a total variation prior for the space regularizations and a Gaussian smoothness variation for time regularization. The preliminary results obtained indicate the feasibility of the proposed approach, specially the combination of the total variation and Gaussian smoothness priors, which yielded the best results. Este trabalho aborda o problema inverso de condução para estimar um fluxo de calor com variação espacial e temporal aplicada a uma placa termicamente fina dentro do contexto da inferência Bayesiana, empregando o método de Monte Carlo com Cadeias de Markov. A fim de permitir a tarefa intensiva computador, necessária para a solução do problema inverso, o problema físico é modelado com uma formulação de parâmetros concentrados - Classical Lumped na direção da espessura da amostra e a equação diferencial resultante é resolvida por meio do Método das Diferenças Finitas e do Método híbrido analítico-numérico da Transformada Integral Generalizada - GITT. A solução do problema inverso utiliza dados experimentais simulados na superfície da placa, que podem ser obtidos, por exemplo, através de um sistema de termografia de infravermelhos. Diferentes prioris de Campos Aleatórios de Markov - MRF, são combinadas e analisadas para a estimativa do fluxo de calor com a variação no tempo e no espaço: a de Variação Total e a Gaussiana Suave. Propõe-se uma combinação de ambos, utilizando a priori de Variação Total para regularização da variável espacial e a priori da Gaussiana Suave para regularização da variável temporal. Os resultados preliminares obtidos indicam a viabilidade da abordagem proposta, especialmente a combinação da Variação Total e Gaussiana Suave, que produziram os melhores resultados.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:42:31Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao_NarcisaCorreadaSilva.pdf: 1354873 bytes, checksum: 46a3d665d81cb4f748ae37ebfc33889b (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:42:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_NarcisaCorreadaSilva.pdf: 1354873 bytes, checksum: 46a3d665d81cb4f748ae37ebfc33889b (MD5) Previous issue date: 2017-05-30 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior The present work aims at the study and implementations of numerical schemes for a class of problems modeled by high order parabolic partial differential equations, which are nonlinear. The problems considered here arise in lubrication theory, where thin films made of viscous fluids move in contact with solid surfaces. Such parabolic equations, generally of the fourth order, can be degenerate. In fact, these models may present additional second-order singular terms, which describe effects of gravity and molecular interactions. This work uses the so-called spectral algorithm, which is a modern method for the solution of large nonlinear systems, which does not solve linear systems, nor does it use any explicit information associated with the Jacobian matrix, being a Jacobian free approach. Numerical simulations characteristic of the evolution of thin films are presented and the results obtained show that the spectral algorithm is a reliable and efficient method for the simulation of thin film flows adhered to solid surfaces. O presente trabalho visa o estudo e implementações de esquemas numéricos para uma classe de problemas modelados por equações diferenciais parciais parabólicas de alta ordem, as quais são não lineares. Os problemas aqui considerados surgem em teoria de lubrificação, onde películas finas constituídas de fluidos viscosos deslocam-se em contato com superfícies sólidas. Tais equações parabólicas, em geral de quarta ordem, podem ser degeneradas. De fato, esses modelos podem apresentar termos singulares adicionais de segunda ordem, os quais descrevem efeitos de gravidade e de interações moleculares. Este trabalho utiliza o chamado algoritmo espectral, o qual é um método moderno para a solução de sistemas não lineares de grande porte, que não resolve sistemas lineares, nem usa qualquer informação explícita associadas com a matriz Jacobiana, sendo uma abordagem livre de Jacobiana. Simulações numéricas características da evolução de películas finas são apresentadas e os resultados obtidos mostram que o algoritmo espectral é um método confiável e eficiente para a simulação de escoamentos de películas finas aderidas a superfícies sólidas.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:38:34Z No. of bitstreams: 1 Tese_AcirMorenoSoaresJunior.pdf: 3436633 bytes, checksum: b0c161116fcaab8e97f42aef01e80aa1 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:38:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_AcirMorenoSoaresJunior.pdf: 3436633 bytes, checksum: b0c161116fcaab8e97f42aef01e80aa1 (MD5) Previous issue date: 2017-02-23 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior In this work, a model for cachaça distillation in potstill is described in detail. Potstill heating rate and column cooling rate, which are directly related to manipulated variables, they were used to set the simulation process conditions. A model to describe these variables over time was also developed and its parameters were estimated from experimental data through multi-objective optimization. Predictive Thermodynamic models coupled with cubic equation of state were used to calculate fluid properties in the pot still. Numerical methods were set to solve model equations simultaneously for all components with a reduced time, less than 20 seconds for a complete batch with 11 diferent compounds. Analytical results of two lab scale experiments are compared with the simulated data. Among the studied compounds, the simulated data fitted the experimental results for ethanol, isoamyl alcohol, isobutyl alcohol, n-butanol, propanol, ethyl acetate and acetaldehyde. Methanol exhibited a strong deviation from the predicted behavior along the distillation proceess. Neste trabalho desenvolve-se de forma detalhada um modelo multicomponente para a simulação da destilação de cachaça em alambique, descrito em função das variáveis de controle de processo: taxa de aquecimento do alambique e taxa de resfriamento da coluna, relacionadas diretamente com variáveis manipuladas, sob as quais se tem um controle operacional efetivo. Também são desenvolvidos modelos para a descrição destas duas taxas em função do tempo com parâmetros estimados a partir de dados experimentais por meio de otimização multiobjetivo. Modelos termodinâmicos com caráter preditivo foram utilizados para o cálculo das propriedades dos fluidos no interior do alambique. Foram selecionados métodos numéricos que permitissem a resolução das equações do modelo proposto para todos os componentes de forma simultânea e com um tempo de processamento reduzido. Resultados analíticos de dois experimentos em escala de bancada são apresentados em comparação com os dados da simulação. Dentre os compostos analisados experimentalmente, o etanol, álcool isoamílico, álcool isobutílico, n-butanol, propanol, acetato de etila e o acetaldeído apresentaram uma boa concordância com os valores obtidos na simulação, enquanto o metanol apresentou uma forte discrepância em relação à predição do modelo.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:38:22Z No. of bitstreams: 1 Tese_RaimundoAugustoRegoRodriguesJunior.pdf: 2009074 bytes, checksum: bc7672c013ad5b649779ba5821b6dfc4 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:38:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_RaimundoAugustoRegoRodriguesJunior.pdf: 2009074 bytes, checksum: bc7672c013ad5b649779ba5821b6dfc4 (MD5) Previous issue date: 2016-11-24 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior The calculation of critical and tricritical points of thermodynamic mixtures can be formulated in various ways, this work were used the formulation via global optimization to generate graphs of functions, choice of initial estimitivas the TGO for critical points and resolution tricríticos points by PSOFC and via non-linear system to solve problems using the initial estimates by DFSANE. To avoid excessive computational cost with numerical routines was used approaches in the form of finite difference of the terms that make up the objective function. To simulate the P−v−T relationship opted for the cubic equation of state of Peng-Robinson and the classic rule of van der Vaals fluids. For problem modeling also we calculated the order tensioners 2, 3, 4 e 5 of the stability test function. The results were compared with results obtained by other authors that have used numerical methods, state equation or different approaches from those used in this work and we obtained superior results and others never obtained. O cálculo de pontos críticos e tricríticos de misturas termodinâmicas pode ser formulado de várias formas, neste trabalho foram utilizadas formulações via otimização global para gerar os gráficos das funções, para escolha das estimativas iniciais geradas pelo Otimização Global Topográfica-TGO para os pontos críticos e resolução de pontos tricríticos com Particle Swarm Optimization with Constriction Factor-PSOCF e formulações via sistema não linear para resolução dos problemas de pontos críticos com Derivative-Free Spectral Algorithm for Nonlinear Equations-DFSANE. Para evitar um excesso de custo computacional com rotinas numéricas utilizamos aproximações na forma de diferenças finitas dos termos que compõem as funções objetivo. Para simular a relação P−v−T optou-se pela equação de estado cúbica de Peng-Robinson e pela regra clássica de fluidos de van der Vaals. Para modelagem dos problemas também calculamos os tensores de ordem 2, 3, 4 e 5 da função do teste de estabilidade. Os resultados obtidos foram comparados com resultados obtidos por outros autores que utilizaram métodos numéricos, equação de estado ou abordagens diferentes das utilizadas neste trabalho e obtivemos resultados superiores e outros nunca obtidos.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:42:23Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao_JanainaImbiribaDaCosta.pdf: 1623766 bytes, checksum: 61114e2f2aab014ebee955e1203a0981 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:42:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_JanainaImbiribaDaCosta.pdf: 1623766 bytes, checksum: 61114e2f2aab014ebee955e1203a0981 (MD5) Previous issue date: 2016-10-14 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Optimization methods that use optimality conditions of first and/or second order are known to be efficient. Commonly, such iterative methods are developed and analyzed in the light of knowledge concerning the mathematical analysis in n-dimensional Euclidean spaces, whose nature is of local character. Consequently, these methods lead to iterative algorithms that perform only local searches. Thus, the application of such algorithms to the calculation of global minimizers of a non-linear function, especially non-convex and multimodal, depends strongly on the location of the starting points. The Topographical Global Optimization method is a clustering algorithm, which uses an ingenious approach based on elementary concepts of graph theory, in order to generate good starting points for local search methods, from points distributed uniformly in the interior of the feasible set. In this work, we apply a recently revisited version of the topographical global initialization to solve nonlinear systems of equations with multiple roots subject to inequality constraints. In addition, to accomplish the tasks of local search in feasible sets, we use an interior-point method. Our methodology was compared against other methods using benchmarks from the literature, and the results indicated that the present approach is a powerful strategy for find all roots of nonlinear systems. Then, it was made is application of this method to the phase stability analysis of mixtures, a difficult and important global optimization problem of the chemical engineering. Métodos de otimização que utilizam condições de otimalidade de primeira e/ou segunda ordem são conhecidos por serem eficientes. Comumente, esses métodos iterativos são desenvolvidos e analisados à luz da análise matemática do espaço euclidiano n-dimensional, cuja natureza é de caráter local. Consequentemente, esses métodos levam a algoritmos iterativos que executam apenas buscas locais. Assim, a aplicação de tais algoritmos para o cálculo de minimizadores globais de uma função não linear, especialmente não-convexas e multimodais, depende fortemente da localização dos pontos de partida. O método de Otimização Global Topográfico (TGO) é um algoritmo de agrupamento, que utiliza uma abordagem baseada em conceitos elementares da teoria dos grafos, a fim de gerar bons pontos de partida para os métodos de busca local, a partir de pontos distribuídos de modo uniforme no interior da região viável. Neste trabalho, nós aplicamos uma versão recentemente revisada do método do TGO para resolver sistemas não lineares de equações com múltiplas raízes sujeitos a restrições de desigualdade. Além disso, para realizar as tarefas de busca local em conjuntos viáveis, usamos um método de pontos interiores. Nossa metodologia foi comparada com outros métodos que utilizam benchmarks da literatura, e os resultados indicaram que a presente abordagem é uma estratégia poderosa para encontrar todas as raízes de sistemas não-lineares. Em seguida, foi feita a aplicação deste método para a análise de estabilidade de fase em misturas termodinâmicas, que é um importante e difícil problema de otimização global da engenharia química.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:42:24Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao_LeibDeAndradeNeubarth.pdf: 599617 bytes, checksum: 30a5d6e7aedb6d8d983ed123f9079b94 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:42:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_LeibDeAndradeNeubarth.pdf: 599617 bytes, checksum: 30a5d6e7aedb6d8d983ed123f9079b94 (MD5) Previous issue date: 2016-08-26 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior This work will approach two of the available methods to calculate the bubble and dew point of the water / ethanol mixture: the formulation of equality of fugacity and the gamma phi approach. In the first, fugacity coefficients will be obtained by means of Peng-Robinson equation of state with Wong Sandler mixing rules and UNIFAC correction. In the second, shall be used and compared the virial expansion method and the deduction by means of Peng-Robinson equation of state with Wong Sandler mixing rules and UNIFAC activity coefficient to obtain the fugacity coefficient phi, while resorting to UNIFAC and NRTL models to the calculation of activity coefficient gamma. The performances of the utilized Gibbs free energy models are then compared. Este trabalho irá abordar dois dos métodos disponíveis para calcular as curvas de ponto de bolha e de orvalho na mistura água/etanol: a formulação de igualdade de fugacidade e a abordagem gamma phi. Na primeira, serão obtidos coeficientes de fugacidade por meio da equação de estado Peng Robinson com regras de Wong Sandler e coeficientes de atividade via UNIFAC. Na segunda, serão usados e comparados o método de expansão virial e dedução a partir da equação de estado Peng Robinson com regras de Wong Sandler e correção via UNIFAC para a obtenção do coeficiente de fugacidade phi, enquanto se recorre aos modelos UNIFAC e NRTL para o cálculo do coeficiente de atividade gamma. Os desempenhos dos modelos de energia livre de Gibbs são então comparados.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:42:12Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao_BrenoTiagoDeSouzaMota.pdf: 4342963 bytes, checksum: e739bead61e5bf6f82f1399985cef10b (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:42:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_BrenoTiagoDeSouzaMota.pdf: 4342963 bytes, checksum: e739bead61e5bf6f82f1399985cef10b (MD5) Previous issue date: 2016-03-03 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior This paper aims to present a new algorithm version multi-objective optimization to solve problems using the dominance of theory Pareto. This new proposal called algorithm MOPSO-SC, is based on MOPSO. The central idea behind this release is to use cycles iterations with the fixed inertia weight, thus giving more Leader of choice possibilities for the same particle, before the repository is updated. the experiments computational were made using test functions households (ZDT and DTLZ) and real problem optimization of a Alkylation Process. The results show a good performance in convergence criteria and distribution of fronts. Este trabalho tem por objetivo apresentar uma nova versão de algoritmo para resolver problemas de Otimização multi-objetivo, utilizando a teoria de dominância de Pareto. Essa nova proposta de algoritmo chamada de MOPSO-SC, tem como base o MOPSO. A idéia central por tras dessa versão é utilizar ciclos de iterações com o peso de inércia fixo, dando assim mais possibilidades de escolha de Líder para uma mesma partícula, antes que o Repositório seja atualizado. Os experimentos computacionais foram feitos utizando funções teste das famílias (ZDT e DTLZ) e um problema real de otimização de um Processo de Alquilação. Os resultados mostram um bom desempenho nos critérios de convergência e distribuição das frentes.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:42:03Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao_JulianaDeAlmeidaCosta.pdf: 974842 bytes, checksum: 2f52a44f56a1001ad633f5354d6ca60a (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:42:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_JulianaDeAlmeidaCosta.pdf: 974842 bytes, checksum: 2f52a44f56a1001ad633f5354d6ca60a (MD5) Previous issue date: 2016-01-26 Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro The optimization methods that adopt optimality conditions of first and / or second order are efficient and usually these iterative methods are developed and analyzed by mathematical analysis of the n-dimensional Euclidean space, which has local character. These methods lead to iterative algorithms that are used to calculate global minimizers of a non-linear function, particularly non-convex and multimodal, depending on the position of the starting points. Global Topographic Optimization Method is a clustering algorithm, which is based on the basic concepts of the graph theory, with the purpose of generating good starting points for the local search methods, based on uniformly distributed points within the feasible region. This paper s objective is to implement the global topographic optimization method along with a robust and effective method of feasible directions by interior-points to optimization problems with linear and / or non-linear equality and / or inequality restrictions, which are feasible sets with non-empty interiors. For each of these problems, it also represented a hyper-rectangle comprising every feasible set, where the sample points are generated. Os métodos de otimização que adotam condições de otimalidade de primeira e/ou segunda ordem são eficientes e normalmente esses métodos iterativos são desenvolvidos e analisados através da análise matemática do espaço euclidiano n-dimensional, o qual tem caráter local. Esses métodos levam a algoritmos iterativos que são usados para o cálculo de minimizadores globais de uma função não linear, principalmente não-convexas e multimodais, dependendo da posição dos pontos de partida. Método de Otimização Global Topográfico é um algoritmo de agrupamento, o qual é fundamentado nos conceitos elementares da teoria dos grafos, com a finalidade de gerar bons pontos de partida para os métodos de busca local, com base nos pontos distribuídos de modo uniforme no interior da região viável. Este trabalho tem como objetivo a aplicação do método de Otimização Global Topográfica junto com um método robusto e eficaz de direções viáveis por pontos-interiores a problemas de otimização que tem restrições de igualdade e/ou desigualdade lineares e/ou não lineares, que constituem conjuntos viáveis com interiores não vazios. Para cada um destes problemas, é representado também um hiper-retângulo compreendendo cada conjunto viável, onde os pontos amostrais são gerados.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:41:55Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao_MarroniDeSaRego.pdf: 1232370 bytes, checksum: a61fa728dadde8829166f52ca211c5cd (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:41:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_MarroniDeSaRego.pdf: 1232370 bytes, checksum: a61fa728dadde8829166f52ca211c5cd (MD5) Previous issue date: 2015-02-23 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Optimization methods that use optimality conditions of first and/or second order are known to be efficient. Commonly, such iterative methods are developed and analyzed in the light of knowledge concerning the mathematical analysis in n-dimensional Euclidean spaces, whose nature is of local character. Consequently, these methods lead to iterative algorithms that perform only local searches. Thus, the application of such algorithms to the calculation of global minimizers of a non-linear function, especially non-convex and multimodal, depends strongly on the location of the starting points. The Topographical Global Optimization method is a clustering algorithm, which uses an ingenious approach based on elementary concepts of graph theory, in order to generate good starting points for local search methods, from points distributed uniformly in the interior of the feasible set. The purpose of this work is two-fold. The first is a revisit to the Topographical Global Optimization method, where, for the first time, its foundations are formally described and its basic properties are mathematically proven. In this context, we propose a semi-empirical formula for computing the key parameter of this clustering algorithm, and, using a robustand efficient direction interior-point method, we extend the use of the Topographical Global Optimization method to problems with inequality constraints. The second objective is the application of this method to the phase stability analysis of mixtures, a difficult and important global optimization problem of the chemical engineering thermodynamics. Furthermore, in order to have an initial assessment of the power of this technique,first we solve 70 test problems, and then compare the performance of the method considered here with the MIDACO solver, a powerful software recently introduced in the field of global optimization. Métodos de otimização que utilizam condições de otimalidade de primeira e/ou segunda ordem são conhecidos por serem eficientes. Comumente, esses métodos iterativos são desenvolvidos e analisados à luz da análise matemática do espaço euclidiano n-dimensional, cuja natureza é de caráter local. Consequentemente, esses métodos levam a algoritmos iterativos que executam apenas as buscas locais. Assim, a aplicação de tais algoritmos para o cálculo de minimizadores globais de uma função não linear,especialmente não-convexas e multimodais, depende fortemente da localização dos pontos de partida. O método de Otimização Global Topográfico é um algoritmo de agrupamento, que utiliza uma abordagem baseada em conceitos elementares da teoria dos grafos, a fim de gerar bons pontos de partida para os métodos de busca local, a partir de pontos distribuídos de modo uniforme no interior da região viável. Este trabalho tem dois objetivos. O primeiro é realizar uma nova abordagem sobre método de Otimização Global Topográfica, onde, pela primeira vez, seus fundamentos são formalmente descritos e suas propriedades básicas são matematicamente comprovadas. Neste contexto, propõe-se uma fórmula semi-empírica para calcular o parâmetro chave deste algoritmo de agrupamento, e, usando um método robusto e eficiente de direções viáveis por pontos-interiores, estendemos o uso do método de Otimização Global Topográfica a problemas com restrições de desigualdade. O segundo objetivo é a aplicação deste método para a análise de estabilidade de fase em misturas termodinâmicas,o qual consiste em determinar se uma dada mistura se apresenta em uma ou mais fases. A solução deste problema de otimização global é necessária para o cálculo do equilíbrio de fases, que é um problema de grande importância em processos da engenharia, como, por exemplo, na separação por destilação, em processos de extração e simulação da recuperação terciária de petróleo, entre outros. Além disso, afim de ter uma avaliação inicial do potencial dessa técnica, primeiro vamos resolver 70 problemas testes, e então comparar o desempenho do método proposto aqui com o solver MIDACO, um poderoso software recentemente introduzido no campo da otimização global.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:41:54Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao_GisianeSantosSimaoFerreira2.pdf: 14957693 bytes, checksum: ca1e21c1fcde3119118e441af49a66ee (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:41:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_GisianeSantosSimaoFerreira2.pdf: 14957693 bytes, checksum: ca1e21c1fcde3119118e441af49a66ee (MD5) Previous issue date: 2014-09-30 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior The development of Jacobian-free software for solving problems formulated by nonlinear partial differential equations is of increasing interest to simulate practical engineering processes. This work uses the so-called derivative-free spectral algorithm for nonlinear equations in the simulation of flows in porous media. The model considered here is the one employed to describe the displacement of miscible compressible fluid in porous media with point sources and sinks, where the density of the fluid mixture varies exponentially with the pressure. The spectral algorithm used is a modern method for solving large-scale nonlinear systems, which does not solve linear systems, nor use any explicit information associated with the Jacobin matrix, being a Jacobian-free approach. Two dimensional problems are presented, along with numerical results comparing the spectral algorithm to a well-developed Jacobian-free inexact Newton method. The results of this paper show that this modern spectral algorithm is a reliable and efficient method for simulation of compressible flows in porous media. O desenvolvimento de software livre de Jacobiana para a resolução de problemas formulados por equações diferenciais parciais não-lineares é de interesse crescente para simular processos práticos de engenharia. Este trabalho utiliza o chamado algoritmo espectral livre de derivada para equações não-lineares na simulação de fluxos em meios porosos. O modelo aqui considerado é aquele empregado para descrever o deslocamento do fluido compressível miscível em meios porosos com fontes e sumidouros, onde a densidade da mistura de fluidos varia exponencialmente com a pressão. O algoritmo espectral utilizado é um método moderno para a solução de sistemas não-lineares de grande porte, o que não resolve sistemas lineares, nem usa qualquer informação explícita associados com a matriz Jacobiana, sendo uma abordagem livre de Jacobiana. Problemas bidimensionais são apresentados, juntamente com os resultados numéricos comparando o algoritmo espectral com um método de Newton inexato livre de Jacobiana. Os resultados deste trabalho mostram que este algoritmo espectral moderno é um método confiável e eficiente para a simulação de escoamentos compressíveis em meios porosos.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:37:47Z No. of bitstreams: 2 Tese_NelsonMachadoBarbosa_part1.pdf: 1839569 bytes, checksum: 5631ed7400252294de0f38ccb7dc2bcb (MD5) Tese_NelsonMachadoBarbosa_part2.pdf: 12565849 bytes, checksum: b335a2cf947612549f339f2aa4c95e30 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:37:47Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Tese_NelsonMachadoBarbosa_part1.pdf: 1839569 bytes, checksum: 5631ed7400252294de0f38ccb7dc2bcb (MD5) Tese_NelsonMachadoBarbosa_part2.pdf: 12565849 bytes, checksum: b335a2cf947612549f339f2aa4c95e30 (MD5) Previous issue date: 2014-04-17 Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro The process of secondary oil recovery is commonly accomplished by injecting water or gas into the reservoir to maintain the necessary pressure for their extraction. So that the investment is viable spending extraction must be smaller than the financial return to oil production. Aiming to study possible scenarios for the exploration process, it is customary to use simulations of extraction processes. The equations that model this process of recovery are hyperbolic and nonlinear, which can be interpreted as Conservation Laws , whose solutions are complex by their discontinuous nature . These discontinuities or jumps are known as shock waves. Due to this importance, this work will be discussed a mathematical analysis of the phenomena arising from conservation laws, to then use it in the understanding of this problem. Weak solutions that physically can be interpreted as shock waves or rarefaction, so that they might be distinguished physically admissible were studied, was considered the principle of entropy, in its various forms. The simulations were performed in the fields of two-phase and three-phase flow, in which the fluids are immiscible and gravitational and diffusive effects due to capillary pressure, were discarded. Initially a comparative study of numerical resolutions in the capture of shock waves in water-oil two-phase flow was made. This study highlights LWLF k Composite method and Nonstandard. Was also presented a new renormalization function for nonstandard scheme with satisfactory results, especially in regions where the oil viscosity is much higher than the viscosity of the water. In twodimensional flow, a new method will be presented. The same is a generalization of onedimensional nonstandard schema. Finally, the adaptation of nonstandard and LWLF-4 methods for simulating in three-phase one-dimensional flows. In general, the nonstandard scheme was considered the most efficient method in problems addressed, since its twodimensional version was satisfactory in capturing shock waves in two-phase flow in porous media. O processo de recuperação secundária de petróleo é comumente realizado com a injeção de água ou gás no reservatório a fim de manter a pressão necessária para sua extração. Para que o investimento seja viável, os gastos com a extração precisam ser menores do que o retorno financeiro obtido com a produção de petróleo. Objetivando-se estudar possíveis cenários para o processo de exploração, costuma-se utilizar simulações dos processos de extração. As equações que modelam esse processo de recuperação são de caráter hiperbólico e não lineares, as quais podem ser interpretadas como Leis de Conservação, cujas soluções são complexas por suas naturezas descontínuas. Essas descontinuidades ou saltos são conhecidas como ondas de choque. Neste trabalho foi abordada uma análise matemática para os fenômenos oriundos de leis de conservação, para em seguida utilizá-la no entendimento do referido problema. Foram estudadas soluções fracas que, fisicamente, podem ser interpretadas como ondas de choque ou rarefação, então, para que fossem distinguidas as fisicamente admissíveis, foi considerado o princípio de entropia, nas suas diversas formas. As simulações foram realizadas nos âmbitos dos escoamentos bifásicos e trifásicos, em que os fluidos são imiscíveis e os efeitos gravitacionais e difusivos, devido à pressão capilar, foram desprezados. Inicialmente, foi feito um estudo comparativo de resoluções numéricas na captura de ondas de choque em escoamento bifásico água-óleo. Neste estudo destacam-se o método Composto LWLF-k, o esquema NonStandard e a introdução da nova função de renormalização para o esquema NonStandard, onde obteve resultados satisfatórios, principalmente em regiões onde a viscosidade do óleo é muito maior do que a viscosidade da água. No escoamento bidimensional, um novo método é proposto, partindo de uma generalização do esquema NonStandard unidimensional. Por fim, é feita uma adaptação dos métodos LWLF-4 e NonStandard para a simulação em escoamentos trifásicos em domínios unidimensional. O esquema NonStandard foi considerado mais eficiente nos problemas abordados, uma vez que sua versão bidimensional mostrou-se satisfatória na captura de ondas de choque em escoamentos bifásicos em meios porosos.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:41:27Z No. of bitstreams: 3 Dissertacao_Raimundo_part1.pdf: 7230184 bytes, checksum: fe4a14e6ab2019782d366e6f2adefb3b (MD5) Dissertacao_Raimundo_part2.pdf: 8416126 bytes, checksum: cb1846e45fc907a8bce71de520161608 (MD5) Dissertacao_Raimundo_part3.pdf: 6318786 bytes, checksum: c15e9ab2286677ff833d67116e7341cc (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:41:27Z (GMT). No. of bitstreams: 3 Dissertacao_Raimundo_part1.pdf: 7230184 bytes, checksum: fe4a14e6ab2019782d366e6f2adefb3b (MD5) Dissertacao_Raimundo_part2.pdf: 8416126 bytes, checksum: cb1846e45fc907a8bce71de520161608 (MD5) Dissertacao_Raimundo_part3.pdf: 6318786 bytes, checksum: c15e9ab2286677ff833d67116e7341cc (MD5) Previous issue date: 2014-02-21 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior A deduction of multicriticality criteria for the calculation of critical points of any order represents the formalization of ideas used to calculate critical points and tricritical and still extends such ideas. Of possession of this deduction can be understood the criteria of tricriticality and, with that, through a global approach by optimization problem can make the calculation of points tricritical using a suitable numerical method of global optimization. To avoid an excess of computational cost with numerical routines used in the form of finite difference approximations of the terms that make up the objective function. To simulate the P v - T relationship has been chosen by the cubic equation of State of Peng-Robinson and the classical rule of fluids of van der Vaals, for modeling the problem also calculated the tensors of order 2, 3, 4 and 5 of the stability test. The results obtained were compared with experimental data and results obtained by other authors who used numerical methods, equation of State or different approach from those used in this work. Uma dedução dos critérios de multicriticalidade para o cálculo de pontos críticos de qualquer ordem representa a formalização de ideias utilizadas para calcular pontos críticos e tricríticos e ainda amplia tais ideias. De posse desta dedução pode-se compreender os critérios de tricriticalidade e, com isso, através de uma abordagem via problema de otimização global pode-se fazer o cálculo de pontos tricríticos utilizando um método numérico adequado de otimização global. Para evitar um excesso de custo computacional com rotinas numéricas utilizou-se aproximações na forma de diferenças finitas dos termos que compõem a função objetivo. Para simular a relação P v - T optou-se pela equação de estado cúbica de Peng-Robinson e pela regra clássica de fluidos de van der Vaals, para modelagem do problema também se calculou os tensores de ordem 2, 3, 4 e 5 da função do teste de estabilidade. Os resultados obtidos foram comparados com dados experimentais e por resultados obtidos com outros autores que utilizaram métodos numéricos, equação de estado ou abordagem diferente das utilizadas neste trabalho.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:37:22Z No. of bitstreams: 1 TESE_JUAN.pdf: 4181749 bytes, checksum: a243b0f1ede12d75699a59f7415c29f0 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:37:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TESE_JUAN.pdf: 4181749 bytes, checksum: a243b0f1ede12d75699a59f7415c29f0 (MD5) Previous issue date: 2013-04-18 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior This work deals with the two-phase flow in heterogeneous porous media of fractal nature, where the fluids are considered immiscible. The porous media are modeled by the Kozeny-Carman Generalized (KCG) equation, a relationship between permeability and porosity obtained from a new power law. This equation proposed by us is able to generalize various models of the literature, and thus is of more general use. The numerical simulator developed here employs finite difference methods. Following the classic strategy called IMPES, the evolution in the time is based on an operators splitting technique. Thus, the pressure field is computed implicitly, whereas the saturation equation of wetting phase is solved explicitly in each time step. The optimization method called DFSANE is used to solve pressure equation. We emphasize that the DFSANE method has not been used before in the reservoir simulation context. Therefore, its use here is unprecedented. To minimize numerical diffusions, the saturation equation is discretized by an upwind-type scheme, commonly employed in numerical simulators for petroleum recovery, which is explicitly solved by the fourth order Runge-Kutta method. The simulation results are quite satisfatory. In fact, these results show that the KCG model is able to generate heterogeneous porous media, whose features enable to capture physical phenomena that are generally inaccessible to many simulators based on classical finite differences, as the so-called fingering phenomenon, which occurs when the mobility ratio (between the fluid phases) assumes adverse values. In all simulations presented here, we consider that the immiscible flow is two-dimensional. Thus, the porous medium is characterized by permeability and porosity fields defined in two-dimensional Euclidean regions. However, the theory discussed in this work does not impose restrictions for the their application to three-dimensional problems. O presente trabalho trata do escoamento bifásico em meios porosos heterogêneos de natureza fractal, onde os fluidos são considerados imiscíveis. Os meios porosos são modelados pela equação de Kozeny-Carman Generalizada (KCG), a qual relaciona a porosidade com a permeabilidade do meio através de uma nova lei de potência. Esta equação proposta por nós é capaz de generalizar diferentes modelos existentes na literatura e, portanto, é de uso mais geral. O simulador numérico desenvolvido aqui emprega métodos de diferenças finitas. A evolução temporal é baseada em um esquema de separação de operadores que segue a estratégia clássica chamada de IMPES. Assim, o campo de pressão é calculado implicitamente, enquanto que a equação da saturação da fase molhante é resolvida explicitamente em cada nível de tempo. O método de otimização denominado de DFSANE é utilizado para resolver a equação da pressão. Enfatizamos que o DFSANE nunca foi usado antes no contexto de simulação de reservatórios. Portanto, o seu uso aqui é sem precedentes. Para minimizar difusões numéricas, a equação da saturação é discretizada por um esquema do tipo "upwind", comumente empregado em simuladores numéricos para a recuperação de petróleo, o qual é resolvido explicitamente pelo método Runge-Kutta de quarta ordem. Os resultados das simulações são bastante satisfatórios. De fato, tais resultados mostram que o modelo KCG é capaz de gerar meios porosos heterogêneos, cujas características permitem a captura de fenômenos físicos que, geralmente, são de difícil acesso para muitos simuladores em diferenças finitas clássicas, como o chamado fenômeno de dedilhamento, que ocorre quando a razão de mobilidade (entre as fases fluidas) assume valores adversos. Em todas as simulações apresentadas aqui, consideramos que o problema imiscível é bidimensional, sendo, portanto, o meio poroso caracterizado por campos de permeabilidade e de porosidade definidos em regiões Euclideanas. No entanto, a teoria abordada neste trabalho não impõe restrições para sua aplicação aos problemas tridimensionais.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-05T18:30:19Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao_PauloCesarOliveiraCarvalho.pdf: 3898144 bytes, checksum: 321e913837cfb38acafad0b4a851a0cf (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-05T18:30:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_PauloCesarOliveiraCarvalho.pdf: 3898144 bytes, checksum: 321e913837cfb38acafad0b4a851a0cf (MD5) Previous issue date: 2013-03-14 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior The objective of this work is the application of a Full Factorial Design, statistical tool that will help us to obtain empirical data to optimize a thermochemical treatment, carburizing. Starting from a survey of the carburized layer depth and hardness of a steel chain, low-carbon, used for mooring, and to resist abrasion reproduced if a new cement, varying the parameters of influence, achieve the optimum setting the best steel and the best process. There were two plans, a 2³ factorial and two 2², comparing the behavior of the process in relation to the theoretical results of a computer simulation that allows the enrichment curves for carbon, based on the second Fick's law, for various contour conditions. The theoretical profiles cement showed effective depth values close to those obtained experimentally, highlighting the planning done. O objetivo deste trabalho é a aplicação de um Planejamento Fatorial Completo, ferramenta estatística que auxiliará a obter dados empíricos para otimizar um tratamento termoquímico, a cementação. Partindo-se de um levantamento da profundidade de camada cementada e da dureza de uma corrente de aço de baixo teor de carbono, usada para amarração, e para resistir à abrasão reproduziu-se uma nova cementação, variando-se seus parâmetros de influência, para se alcançar o ponto ótimo, definindo o melhor aço e o melhor processo. Foram realizados dois planejamentos, um fatorial 2³ e dois 2², comparando o comportamento do processo na prática em relação aos resultados teóricos de uma simulação computacional, que permite a obtenção das curvas de enriquecimento de carbono, baseado na segunda Lei de Fick, para várias condições de contorno. Os perfis teóricos de cementação apresentaram valores de profundidade efetiva próximos aos valores obtidos experimentalmente, evidenciando o planejamento realizado.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:37:03Z No. of bitstreams: 1 TESE_Ana_Carolina.pdf: 1369020 bytes, checksum: 0f4cbfc21b98e1cbbb6a4b4e1b577a74 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:37:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TESE_Ana_Carolina.pdf: 1369020 bytes, checksum: 0f4cbfc21b98e1cbbb6a4b4e1b577a74 (MD5) Previous issue date: 2011-07-04 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior In this thesis, a new family of methods designed for multimodal optimization is introduced. In these techniques, first of all, initial solutions are generated in order to explore the search space. Secondly, these solutions are grouped in clusters using a fuzzy-clustering algorithm so that multiple optima are found. Finally, an instance of deterministic optimization method is triggered within each cluster to reach for the local optimum. This family of methods is formed by six variants combining three initialization schemes in the first phase with two local search algorithms in the third. These methods are compared against other techniques in the literature using benchmarks, obtaining promising results. Neste trabalho, é proposta uma nova família de métodos a ser aplicada à otimização de problemas multimodais. Nestas técnicas, primeiramente são geradas soluções iniciais com o intuito de explorar o espaço de busca. Em seguida, com a finalidade de encontrar mais de um ótimo, estas soluções são agrupadas em subespaços utilizando um algoritmo de clusterização nebulosa. Finalmente, são feitas buscas locais através de métodos determinísticos de otimização dentro de cada subespaço gerado na fase anterior com a finalidade de encontrar-se o ótimo local. A família de métodos é formada por seis variantes, combinando três esquemas de inicialização das soluções na primeira fase e dois algoritmos de busca local na terceira. A fim de que esta nova família de métodos possa ser avaliada, seus constituintes são comparados com outras metodologias utilizando problemas da literatura e os resultados alcançados são promissores.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:37:04Z No. of bitstreams: 1 Tese_Joviana.pdf: 1492386 bytes, checksum: ca741ad1e54a61f2d63486f05f839e4e (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:37:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_Joviana.pdf: 1492386 bytes, checksum: ca741ad1e54a61f2d63486f05f839e4e (MD5) Previous issue date: 2010-12-13 The phase equilibrium calculation is an important problem in engineering processes, for example, in the separation by distillation, in extraction processes, and simulation of the tertiary petroleum recovery, among others applications. But, before this calculation is advisable a phase stability analysis, which will determine if a given mixture presents one or more phases. Such stability analysis can be approached as an optimization problem, called the minimization of the tangent plane distance function to molar Gibbs free energy, where thermodynamic models, with a non-convex and also non-linear nature, are used to describe this problem. Such fact has been motivating a large interest in robust and efficient techniques for optimization of problems related with the phase equilibrium thermodynamics. As has been highlighted in the literature, in order to provide a complete prediction of the phase equilibrium, the determination of the global minimizer of the objective function related with the stability test is not enough. Is also necessary the obtaining of all its stationary points. Thus, the development of methodologies for this challenging task became a new research area of global optimization applied to the phase equilibrium thermodynamics, with common interests in chemical and petroleum engineering. The focus of the present work is a new methodology to solve the stability test problem. For such, here it is used the called Generating Set Search method, which accomplishes local searches in points of a net previously generated by an evolutionary methaheuristic, the Particle Swarm algorithm. To obtain more than one stationary point, polarized merit functions are minimized, where the poles of such merit functions are the points previously found. The methodology proposal was tested in the analysis of fourteen polar mixtures, previously considered in the literature. The results showed that the proposed method is robust and efficient, being capable to find all stationary points previously indicated in the literature, besides the global minimizers. For two ternary mixtures, it was noticed that this method detected some stationary points not obtained before by the interval analysis method, a reliable technique very diffused in the literature. The stability analysis using only the Particle Swarm algorithm together with the polarization technique (without the local search done by the Generating Set Search method) constitutes other methodology for the resolution of the problem considered here. That use is a secondary novelty of this work. This simplified methodology exhibited also a significant robustness, being capable to find all the stationary points. However, when compared with the more general approach proposed here, in some cases, where the merit function presents a more complex geometry, it was observed that such simplification can consume a relatively large computational time. Therefore, the simplified methodology is less efficient. O cálculo do equilíbrio de fases é um problema de grande importância em processos da engenharia, como, por exemplo, na separação por destilação, em processos de extração e simulação da recuperação terciária de petróleo, entre outros. Mas para resolvê-lo é aconselhável que se estude a priori a estabilidade termodinâmica do sistema, a qual consiste em determinar se uma dada mistura se apresenta em uma ou mais fases. Tal problema pode ser abordado como um problema de otimização, conhecido como a minimização da função distância do plano tangente à energia livre de Gibbs molar, onde modelos termodinâmicos, de natureza não convexa e não linear, são utilizados para descrevê-lo. Esse fato tem motivado um grande interesse em técnicas de otimização robustas e eficientes para a resolução de problemas relacionados com a termodinâmica do equilíbrio de fases. Como tem sido ressaltado na literatura, para proporcionar uma completa predição do equilíbrio de fases, faz-se necessário não apenas a determinação do minimizador global da função objetivo do teste de estabilidade, mas também a obtenção de todos os seus pontos estacionários. Assim, o desenvolvimento de metodologias para essa tarefa desafiadora tem se tornado uma nova área de pesquisa da otimização global aplicada à termodinâmica do equilíbrio, com interesses comuns na engenharia química e na engenharia do petróleo. O foco do presente trabalho é uma nova metodologia para resolver o problema do teste de estabilidade. Para isso, usa-se o chamado método do conjunto gerador para realizar buscas do tipo local em uma rede de pontos previamente gerada por buscas globais efetuadas com uma metaheurística populacional, no caso o método do enxame de partículas.Para se obter mais de um ponto estacionário, minimizam-se funções de mérito polarizadas, cujos pólos são os pontos previamente encontrados. A metodologia proposta foi testada na análise de quatorze misturas polares previamente consideradas na literatura. Os resultados mostraram que o método proposto é robusto e eficiente a ponto de encontrar, além do minimizador global, todos os pontos estacionários apontados previamente na literatura, sendo também capaz de detectar, em duas misturas ternárias estudadas, pontos estacionários não obtidos pelo chamado método de análise intervalar, uma técnica confiável e muito difundida na literatura. A análise do teste de estabilidade pela simples utilização do método do enxame de partículas associado à técnica de polarização mencionada acima, para a obtenção de mais de um ponto estacionário (sem a busca local feita pelo método do conjunto gerador em uma dada rede de pontos), constitui outra metodologia para a resolução do problema de interesse. Essa utilização é uma novidade secundária deste trabalho. Tal metodologia simplificada exibiu também uma grande robustez, sendo capaz de encontrar todos os pontos estacionários pesquisados. No entanto, quando comparada com a abordagem mais geral proposta aqui, observou-se que tal simplificação pode, em alguns casos onde a função de mérito apresenta uma geometria mais complexa, consumir um tempo de máquina relativamente grande, dessa forma é menos eficiente.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:42:45Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Jardel da Silva Costa texto completo.pdf: 421877 bytes, checksum: 79356ab8be075007342776a0af7a83b8 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:42:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Jardel da Silva Costa texto completo.pdf: 421877 bytes, checksum: 79356ab8be075007342776a0af7a83b8 (MD5) Previous issue date: 2010-08-20 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Because of its importance, the so-called Lennard-Jones problem has attracted researchers from various fields of pure and applied science. This problem boils down to find the coordinates of a system with three-dimensional Euclidean space, which correspond to minimum potential energy. This problem plays a fundamental role in determining the stability of molecules in highly branched arrangement, such as proteins. The main difficulty in solving the problem of Lennard-Jones from the fact that the objective function is non-convex and highly nonlinear with several variables, thus presenting a large number of local minima. Here, we used some methods of stochastic global optimization, where we seek to compare the results of the numerical algorithm, in order to see which are better suited to the minimization of the potential. In this study, we addressed only micro groups having 3-10 atoms. The results were also compared with the currently best known results in literature. The optimization algorithms were all implemented in C + +. Devido à sua importância, o chamado problema de Lennard-Jones tem atraído pesquisadores de diversos campos da ciência pura e aplicada. Tal problema resume-se em achar as coordenadas de um sistema no espaço Euclidiano tridimensional, as quais correspondem a um mínimo de um potencial de energia. Esse problema desempenha um papel de fundamental importância na determinação da estabilidade de moléculas em arranjos altamente ramificados, como das proteínas. A principal dificuldade para resolver o problema de Lennard-Jones decorre do fato de que a função objetivo é não-convexa e altamente não-linear com várias variáveis, apresentando, dessa forma, um grande número de mínimos locais. Neste trabalho, foram utilizados alguns métodos de otimização global estocástica, onde procurou-se comparar os resultados numéricos dos algoritmos, com o objetivo de verificar quais se adaptam melhor à minimização do referido potencial. No presente estudo, abordou-se somente micro agrupamentos possuindo de 3 a 10 átomos. Os resultados obtidos foram comparados também com o melhores resultados conhecidos atualmente na literatura. Os algoritmos de otimização utilizados foram todos implementados em linguagem C++.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:42:20Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Nelson Machado Barbosa BDTD.pdf: 1861033 bytes, checksum: 16f0347ab5c6c06ecb414f03e36d0db9 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:42:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Nelson Machado Barbosa BDTD.pdf: 1861033 bytes, checksum: 16f0347ab5c6c06ecb414f03e36d0db9 (MD5) Previous issue date: 2010-02-26 Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro The secondary recovery of petroleum is usually performed with injection of water through an oil reservoir to keep the oil pressure for the exploration. In order to make the exploration profitable, the extraction cost must be less than the financial return, which means that the simulation of the exploration process is extremely relevant. In this work, the Burgers- and- Buckley-Leverett problems are studied seeking a two-phase displacement in porous media. The flow is considered incompressible and capillary effects are ignored. In order to analyze the problem, it was necessary to use the theory of conservation law in a spatial variable. Weak solutions, which can be understood as shock or rarefaction waves, are studied with the entropy condition, so that only the physically correct solutions are considered. Some classical numerical methods, which can be seen as conservative schemes of three points, are studied, among them the Lax-Friedrichs (LF) and Lax-Wendroff (LW) methods. A composite scheme, called LWLF-k, is tested using LF and LW methods, being respected the CFL condition, with satisfactory results. In order to validate the numerical schemes, we consider analytical solutions of the Burgers-and-Buckley-Leverett equations. Was also made a comparison with TVD s methods with flux limiters, obtaining satisfactory results. We emphasize that to the best of our knowledge, the LWLF-4 scheme has never been used to solve the Buckley-Leverett equation. O processo de recuperação secundária de petróleo é comumente realizado com a injeção de água no reservatório a fim de manter a pressão necessária para sua extração. Para que o investimento seja viável, os gastos com a extração têm de ser menores do que o retorno financeiro obtido com o petróleo. Para tanto, tornam-se extremamente importantes as simulações dos processos de extração. Neste trabalho são estudados os problemas de Burgers e de Buckley-Leverett visando o escoamento imiscível água-óleo em meios porosos, onde o escoamento é incompressível e os efeitos difusivos (devido à pressão capilar) são desprezados. Com o objetivo de incorporar conhecimento matemático mais avançado, para em seguida utilizá-lo no entendimento do problema estudado, abordou-se com razoável profundidade a teoria das leis de conservação. Foram consideradas soluções fracas que, fisicamente, podem ser interpretadas como ondas de choque ou rarefações, então, para que fossem distinguidas as fisicamente admissíveis, foi utilizado o princípio de entropia, nas suas diversas formas. Inicialmente consideramos alguns exemplos clássicos de métodos numéricos para uma lei de conservação escalar, os quais podem ser vistos como esquemas conservativos de três pontos. Entre eles, o método de Lax-Friedrichs (LF) e o método de Lax-Wendroff (LW). Em seguida, um esquema composto foi testado, o qual inclui na sua formulação os métodos LF e LW (chamado de LWLF-4). Respeitando a condição CFL, foram obtidas soluções numéricas de todos os problemas tratados aqui. Com o objetivo de validar tais soluções, foram utilizadas soluções analíticas oriundas dos problemas de Burgers e Buckley- Leverett. Também foi feita uma comparação com os métodos do tipo TVD s com limitadores de fluxo, obtendo resultado satisfatório. Vale à pena ressaltar que o esquema LWLF-4, pelo que nos consta, nunca foi antes utilizado nas resoluções das equações de Burgers e Buckley- Leverett.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:42:19Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Juan Diego Cardoso Brettas BDTD.pdf: 3340672 bytes, checksum: fe72e553fdb079e374662e1a1189254e (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:42:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Juan Diego Cardoso Brettas BDTD.pdf: 3340672 bytes, checksum: fe72e553fdb079e374662e1a1189254e (MD5) Previous issue date: 2010-02-08 Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico The relationship between porosity and permeability attracts the attention of researchers and engineers because of their various applications. Such as in utilization of filters, waterproof materials, natural reservoirs, for example.Throughout the twentieth century, several works proposed in the literature they study the relation porosity-permeability, and much of this works they develop models based on the classical equation of Kozeny-Carman. In this dissertation, we propose a model more robust than the classical formulation of Kozeny-Carman, ie, that does not have the limitations of the equation classical. Furthermore, a study based on the Theory of the Media Fractals indicates that the model studied in this dissertation provide the relationship between porosity and permeability of several models presented in the literature. Finally, it will shown that the model proposed is able to describe the relationship between porosity and permeability of porous materials of various fractal nature. A relação entre porosidade e permeabilidade desperta o interesse de pesquisadores e engenheiros por causa de suas diversas aplicações. Tais como na utilização de filtros, materiais pouco permeáveis, reservatórios naturais, etc. Ao longo do século XX, diversos trabalhos propondo tal relação foram apresentados na literatura e grande parte desses trabalhos desenvolvem modelos baseados na equação clássica de Kozeny-Carman. Nesta dissertação, propomos um modelo mais robusto que a formulação clássica de Kozeny-Carman, ou seja, que não apresenta as limitações dessa equação clássica. Além disso, um estudo baseado na Teoria dos Meios Fractais indica que o modelo estudado, nesta dissertação, generaliza diversas equações que fornecem a relação entre porosidade e permeabilidade. Por fim, será mostrado que o modelo proposto é capaz de descrever a relação entre porosidade e permeabilidade de diversos materiais porosos de natureza fractal.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:41:39Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Ana Carolina Rios Coelho BDTD.pdf: 867663 bytes, checksum: 9ea43484661881d19c4bee3ac0519749 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:41:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Ana Carolina Rios Coelho BDTD.pdf: 867663 bytes, checksum: 9ea43484661881d19c4bee3ac0519749 (MD5) Previous issue date: 2009-02-26 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior In this work, we attack a parameter optimization problem from Biophysics, where the aim is to obtain the substrate concentration rate of a liver. This problem is highly non-linear, multimodal, and with non-differentiable objective-function. We solve it using optimization methods from the literature and three methods introduced in this work. The latter methods are based on the hybridization of a stochastic technique which explores the search space, with a direct search deterministic technique which exploits the most promising areas. Our results show that the new optimization methods perform better than those from the literature. Neste trabalho, abordamos um problema de otimização de parâmetros da biofísica em que o objetivo é a obtenção da taxa média de concentração de substrato no fígado. Este problema é altamente não-linear, multimodal e com função-objetivo não-diferenciável. Resolvemos o mesmo através de métodos de otimização da literatura e introduzimos três métodos de otimização. Os métodos introduzidos neste trabalho são baseados na hibridização de um método estocástico, que explora o espaço de busca, com um método determinístico de busca direta, que faz uma busca local mais refinada nas áreas mais promissoras deste espaço. Os novos métodos são comparados aos da literatura e é verificado que o desempenho dos primeiros é superior.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:38:38Z No. of bitstreams: 1 Tese_JoseAntonioOliveiraAquino.pdf: 3920825 bytes, checksum: e182e17c43ffec7348ea74af532491dc (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:38:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_JoseAntonioOliveiraAquino.pdf: 3920825 bytes, checksum: e182e17c43ffec7348ea74af532491dc (MD5) Previous issue date: 2008-07-31 In this paper is presented a new numerical simulator for the water-air two-phase flow and contaminant transport in unsaturated zone. It was used a decomposition of operators and implemented numerical methods suitable to the solution of each of the problems arising in this decomposition. The mathematical model consists of a system of nonlinear partial differential equations in the unknowns pressure, saturation and concentration with which one can determine the position of the contaminant as a function of time. A three-tier operators decomposition makes possible to use different time steps for different levels of decomposition. In the first two levels are solved the problems of velocity, transport and diffusion, to the problem of water infiltration underground. The third level is solved the problem of the transport of the contaminant from the calculated velocities and saturations on the solution to the problem of infiltration. The hybrid mixed finite element method is employed in numerical resolution of the problem of velocity-pressure and diffusive transport to the problem of infiltration. In the solution of the problem of convective transport, water-air two-phase flow, is used a central scheme of finite differences, not oscillatory and conservative. For the solution to the problem of contaminant transport is proposed a new Lagrangian method locally conservative, who received the denomination of Forward Integral-Tube Tracking Method (FIT). This new method is used in the numerical resolution of the convective transport of contaminant. The formulation, implementation and test of FIT is the main original contribution of this work. On verification and validation of the new numerical simulator, the results are compared with those from other experiments, simulators and from problems solved analytically. In all cases were obtained good concordances between the results of the new simulator and from others. The simulator has proved to be efficient in solving two-dimensional problems in saturated and unsaturated heterogeneous porous media, featuring mass conservation, low diffusion numerical and computational efficiency. Neste trabalho é apresentado um novo simulador numérico para a simulação de escoamentos bifásicos água-ar e o transporte de contaminantes na zona não saturada. Fez-se uso de uma decomposição de operadores e implementou-se métodos numéricos adequados à solução de cada um dos problemas originados desta decomposição. O modelo matemático consiste de um sistema de equações diferenciais parciais não-lineares nas incógnitas pressão, saturação e concentração com as quais se pode determinar a posição do contaminante como uma função do tempo. Uma decomposição de operadores a três níveis possibilita que sejam utilizados passos de tempo distintos para os diferentes níveis da decomposição. Nos dois primeiros níveis são resolvidos os problemas de velocidade-pressão, transporte e difusão, para o problema de infiltração da água no subsolo. No terceiro nível é resolvido o problema do transporte do contaminante, a partir das velocidades e saturações calculadas na solução do problema de infiltração. O método dos elementos finitos mistos híbrido é empregado na resolução numérica do problema de velocidade-pressão e do transporte difusivo para o problema de infiltração. Na solução do problema de transporte convectivo, do escoamento bifásico água-ar, é utilizado um esquema central de diferenças finitas, não oscilatório e conservativo. Para a solução do problema do transporte de contaminantes é proposto um novo método Lagrangeano localmente conservativo, que recebeu a demominação de Foward Integral-Tube Tracking Method (FIT). Esse novo método é utilizado na resolução numérica do transporte convectivo do contaminante. A formulação, implementação e teste do FIT constitui a principal contribuição original deste trabalho. Na verificação e validação do novo simulador numérico comparou-se os resultados obtidos com os resultados oriundos de experimentos, de outros simuladores e de problemas resolvidos analiticamente. Em todos os casos foram obtidas boas concordâncias entre os resultados do novo simulador e dos demais. O simulador mostrou-se eficiente na solução de problemas bidimensionais em meios porosos heterogêneos saturados e não saturados, apresentando conservação de massa, baixa difusão numérica e eficiência computacional.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:37:31Z No. of bitstreams: 1 Tese Antonio Esposito Junior BDTD.pdf: 1158968 bytes, checksum: e707cfc8205a3cc2da4126ca3a3c37f7 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:37:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese Antonio Esposito Junior BDTD.pdf: 1158968 bytes, checksum: e707cfc8205a3cc2da4126ca3a3c37f7 (MD5) Previous issue date: 2008-07-23 We present a study in Domain Theory of integral equations of the form f (x) = h(x)+g Z b(x) a(x) g(x, y, f (y))dy for a0 ≤ a(x) ≤ b(x) ≤ b0 with h, a, b defined for x ∈ [a0,b0] and g defined for x, y ∈ [a0,b0], in which the right-hand side defines a contraction on the metric space of continuous realvalued functions on [a0,b0]. The starting point of this work is to revisit Interval Analysis in Domain Theory for the initial-value problem in ordinary differential equations where a solution is expressed as a fixed point of the Picard operator. With the set of real numbers interpreted as the interval domain, real-valued functions are extended to work in the space of interval-valued functions of the real variable domain. In particular, the vector field is extended in the second argument. Under these conditions, for the first time Fredholm and Volterra integral equations have solutions expressed as fixed points of a contraction mapping in terms of the splitting on interval-valued functions of the real variable domain. The measurement for interval-valued functions of the real variable domain is considered where we can asssess the convergence properties of the interval integral operator by means of the informatic derivative. The proposed techniques are applied to more general methods in ordinary differencial equations (ODEs) and partial differential equations (PDEs). For the first time, an algorithm is proposed to provide solutions to the inverse problem for Odinary Differential Equation where, given a function f , it is found a vector field v that defines a Picard operator which maps the solution f as close as possible to itself, such that the ODE f ′(x) = v(x, f (x)) admits f as either an exact or, as closely as desired, an approximate solution. Apresenta-se um estudo em Teoria de Domínios das equações integrais da forma geral f (x) = h(x)+g Z b(x) a(x) g(x, y, f (y))dy com h, a e b definidas para x ∈ [a0,b0], a0 ≤a(x)≤b(x)≤b0 e g definida para x, y ∈ [a0,b0], cujo lado direito define uma contração sobre o espaço métrico de funções reais contínuas limitadas. O ponto de partida desse trabalho é a reescrita da Análise Intervalar para Teoria de Domínios do problema de valor incial em equações diferenciais ordinárias que possuem solução como ponto fixo do operador de Picard. Com o conjunto dos números reais interpretados pelo Domínio Intervalar, as funções reais são estendidas para operarem no domínio de funçoes intervalares de variável real. Em particular, faz-se a extensão canônica do campo vetorial em relação à segunda variável. Nesse contexto, pela primeira vez tem-se o estudo das equações integrais de Fredholm e Volterra sobre o domínio de funções intervalares de variável real definida pelo operador integral intervalar com a participação da extensão canônica de g em relação à terceira variável. Adicionando ao domínio de funções intervalares sua função medição, efetua-se a análise da convergência do operador intervalar de Fredholm e Volterra em Teoria de Domínios com o cálculo da sua derivada informática em relação à medição no seu ponto fixo. Com a representação das funções intervalares em função passo constante a partir da partição do intervalo [a0,b0], reescrevese o algoritmo da Análise Intervalar em Teoria de Domínios com a introdução do cálculo da aproximação da extensão canônica de g e com o comprimento do intervalo da partição tendendo para zero. Estende-se essa abordagem mais completa do estudo das equações integrais na resolução de problemas de valores iniciais e valor de contorno em equações diferenciais ordinárias e parciais. Uma vez que para uma pequena variação do campo vetorial v ou do valor inicial y0 da equação diferencial f ′(x) = v(x, f (x)) com a condição inicial f (x0) = y0, pode-se ter uma solução tão próxima da solução f da equação quanto possível, formaliza-se pela primeira vez em Teoria de Domínios um algoritmo na resolução do problema inverso em que, conhecendo a função f , determina-se uma equação diferencial ordinária com o cálculo de um campo vetorial v tal que o operador de Picard associado mapeia f tão próxima quanto possível a ela mesma.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:37:30Z No. of bitstreams: 1 Tese_Jose_Alberto_Avelino_SilvaBDTD.pdf: 1734338 bytes, checksum: 8405be6136395f6c5b823f41ca736e56 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:37:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_Jose_Alberto_Avelino_SilvaBDTD.pdf: 1734338 bytes, checksum: 8405be6136395f6c5b823f41ca736e56 (MD5) Previous issue date: 2008-05-30 During the useful life of an industrial plant, the failure occurrence follows an exponential distribution. However, the aging process in an industrial plant generates an increase of the failure number. The failure probability is a rating for the maintenance stopping process. In this paper, an statistical method for the assessment of the failure probability as a function of the operational time, based on the non-Markovian theory, is presented. Two maintenance conditions are addressed: In the first one, the old parts are utilized, after the repair this condition being called as good as old; in the second one the old parts are substituted by brand new ones this condition being called as good as new. A non-Markovian system with variable source term is modeled by using hyperbolic partial differential equations. The system of equations is solved using the Lax-Wendroff and fractional-step numerical schemes. The two methods achieve to approximately the same results, due to the smooth behavior of the solution. The main conclusion is that the system collapse depends essentially on the initial state of the Markov chain. O envelhecimento de uma instalação industrial provoca o aumento do número de falhas. A probabilidade de falhar é um indicador do momento em que deve ser feita uma parada para manutenção. É desenvolvido um método estatístico, baseado na teoria não-markoviana, para a determinação da variação da probabilidade de falhar em função do tempo de operação, que resulta num sistema de equações diferenciais parciais de natureza hiperbólica. São apresentadas as soluções por passo-fracionário e Lax-Wendroff com termo fonte. Devido à natureza suave da solução, os dois métodos chegam ao mesmo resultado com erro menor que 10−3. No caso estudado, conclui-se que o colapso do sistema depende principalmente do estado inicial da cadeia de Markov, sendo que os demais estados apresentam pouca influência na probabilidade de falha geral do sistema.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:37:25Z No. of bitstreams: 1 TeseSebastianMancusoBDTD.pdf: 1219410 bytes, checksum: 4a8e3bfd906cf6220282e1bf6702e6dc (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:37:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseSebastianMancusoBDTD.pdf: 1219410 bytes, checksum: 4a8e3bfd906cf6220282e1bf6702e6dc (MD5) Previous issue date: 2008-04-30 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior This work introduces a family of new numerical eulerian-lagrangian methods locally conservative for escalar hyperbolic conservation laws.This methods don't make use of analytic solutions of Riemann problems and have a good accuracy at the shock capturing in the solutions. This methods was introduced, implemented and tested for conservation laws at one and two spatial dimentions. Was considered the equations of Burgers and Buckley-Leverett. The realized numerical experiments show that this methods have a little numerical difussion and the solutions aren't spurious oscilations. Este trabalho apresenta uma família de novos métodos numéricos euleriano-lagrangeanos localmente conservativos para leis de conservação hiperbólicas escalares. Estes métodos não utilizam soluções analíticas de problemas de Riemann e são bastante precisos na captura de saltos nas soluções. Estes métodos foram introduzidos, implementados computacionalmente e testados para leis de conservação em uma e duas dimensões espaciais. Foram consideradas as equações de Burgers e Buckley-Leverett. Nossos experimentos numéricos indicaram que os métodos são pouco difusivos e que as soluções não apresentam oscilações espúrias.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:41:10Z No. of bitstreams: 1 DissertacaoMarceloOliveiraDiasBDTD.pdf: 2228509 bytes, checksum: 6eac3852864ab045db5c88e2764d63c0 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:41:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissertacaoMarceloOliveiraDiasBDTD.pdf: 2228509 bytes, checksum: 6eac3852864ab045db5c88e2764d63c0 (MD5) Previous issue date: 2008-03-03 Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro This work presents a management model to improve the regional integrated solid waste management. Our model is developed based on a previous work, considering economic, social and environmental issues, and using as inputs the waste generation nodes, the number of thermal and biological treatment facilities, the number of landfills, and time. The problem formulation involves a linear problem formulation, where an objective function expressing the difference between costs and benefits must be minimized. In order to optimize this problem, we employed the random-search Luus-Jaakola algorithm. O presente trabalho apresenta a implementação de um modelo utilizado como ferramenta para aumentar a eficiência do sistema de gerenciamento regional integrado de resíduos sólidos. Este modelo desenvolvido com base no trabalho publicado por M. El-Fadel et al (2002) leva em consideração tanto as questões econômicas como as questões sócio-ambientais, e utiliza como fontes de entrada as seguintes variáveis: número total de fontes de geração de resíduos, número de estações de processamento de resíduos, número de instalações de tratamento térmico e de tratamento biológico dos resíduos sólidos, número de aterros sanitário e tempo. O problema foi abordado envolvendo a formulação de um modelo matemático linear, no qual uma função objetivo, que expressa a diferença entre todos os custos quantificáveis e os benefícios advindos da implementação do sistema de gestão e gerenciamento integrado de resíduos sólidos, deve ser minimizada através de métodos de otimização. Neste trabalho, o método de otimização utilizado foi o algoritmo de busca aleatória Luus-Jaakola.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:41:19Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Andre Cardoso BDTD.pdf: 643079 bytes, checksum: 4af752ec392c4ce00e1afdfb050585ec (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:41:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Andre Cardoso BDTD.pdf: 643079 bytes, checksum: 4af752ec392c4ce00e1afdfb050585ec (MD5) Previous issue date: 2008-02-29 The advection-dispersion equation has been very important in engineering and the applied sciences. However, the obtainment of an appropriate numerical solution to that equation has been challenging problem to engineers, mathematicians, physicians and others that work in the modeling of phenomena associate to advection-dispersion equation. Many developed numerical methods may produce a succession of mistakes, just as oscillations, numerical dispersion and/or dissipation, instability and those methods also may be inappropriate to determined boundary conditions. The present work shows and analyses the DFLD-exp methodology, a new way to obtain semi-analytic solutions to advection-dispersion equation, that make use of a particular form of finite differencing to the spatial discretization with techniques of matrix exponential to the time solving. A detailed numerical analysis shows the methodology is non-oscillatory, essentially non-dispersive and non-dissipative, and unconditionally stable. Resolutions of any numerical examples, by a computational code developed in MATLAB language, confirm the theoretical results. A equação de advecção-dispersão possui grande importância na engenharia e nas ciências aplicadas. No entanto, como é bem conhecido, a obtenção de uma solução numérica apropriada para essa equação é um problema desafiador tanto para engenheiros como para matemáticos, físicos e outros profissionais que trabalham com a modelagem de fenômenos associados a ela. Muitos métodos numéricos desenvolvidos podem apresentar uma série de inconvenientes, tais como oscilações, dispersão e/ou dissipação numérica e instabilidade, além de serem inapropriados para determinadas condições de contorno. O presente trabalho apresenta e analisa a metodologia DFLD-exp, uma nova abordagem para a obtenção de soluções semi-analíticas da equação de advecção-dispersão, a qual utiliza um tipo particular de diferenças finitas para a discretização espacial juntamente com técnicas de exponencial de matrizes para a resolução temporal. Uma cuidadosa análise numérica mostra que a metodologia resultante é não-oscilatória, essencialmente não-dispersiva e não-dissipativa, e incondicionalmente estável. Resoluções de vários exemplos numéricos, através de um código desenvolvido em linguagem MATLAB, confirmam os resultados teóricos.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:41:06Z No. of bitstreams: 1 DissertacaoFernandaBarbosaPovoleriBDTD.pdf: 1069836 bytes, checksum: e13b94ee43a688b7278a620967346cb7 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:41:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissertacaoFernandaBarbosaPovoleriBDTD.pdf: 1069836 bytes, checksum: e13b94ee43a688b7278a620967346cb7 (MD5) Previous issue date: 2007-08-31 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior The objective of the present work is to present a study of solid-vapor-liquid three-phase equilibrium for methane hydrates. The analysis of three-phase equilibrium has several applications for water-hydrocarbon systems, since it permits, for example, determination of stability region for methane hydrates and natural gas hydrates. We have started seeking in literature about the state-of-art for thermodynamic behaviour and phase equilibrium for hydrates. And then the models proposed by Ballard (2002) and Zhang et al. (2005) were implemented. Zhang et al. (2005) have proposed a phase equilibrium for single-guest gas hydrates at temperatures below 300 K. Their approach has combined the van der Waals Platteeuw theory for the hydrate phase and the Peng Robinson equation of state for both fluid phases (vapor and aqueous phase) (1976) modified by Stryjek and Vera (1986). Ballard s (2000) approach has allowed the hydrate distortion from its standard state and has gave a more accurate composition of the hydrate and has improved hydrate formation predictions at high pressures. As a direct result of accounting for a changing hydrate volume, the cage radii were functions of the hydrate volume. Thus, Ballard have proposed the hydrate phase equilibrium by Gibbs energy minimization in a multi-phase flash routine. Thus, this work presents the Zhang et al. (2005) and Ballard s (2002) approaches for hydrate thermodynamic behavior and makes an analysis and comparison of them. To compute the flash problem, we use the tool lsqnonlin (built-in of MATLAB® software). The algorithm lsqnonlin is based on the Levenberg-Marquadt method. O objetivo do presente trabalho é apresentar um estudo sobre o equilíbrio de fases sólido-líquido-vapor para hidratos de metano. A análise do equilíbrio trifásico sólido-líquido-vapor tem encontrado diversas aplicações para sistemas hidrocarboneto-água, uma vez que permite, por exemplo, a determinação da região de estabilidade de hidratos de metano e hidratos de gás natural. Inicialmente foi feita uma pesquisa sobre o estado da arte no que diz respeito ao comportamento termodinâmico e equilíbrio de fases de hidratos. Foram implementados os modelos apresentados por Ballard (2002) e Zhang et al. (2005). A proposta de Zhang et al. (2005) é aplicável para equilíbrios de fases a temperaturas abaixo de 300 K. Sua abordagem combinou a teoria de van der Waals e Platteeuw para a fase hidrato com a equação do estado de Peng-Robinson (1976) modificada por Stryjek e Vera (1986) para ambas as fases fluidas (fase vapor e fase aquosa). A abordagem de Ballard (2000) considerou a distorção do hidrato do seu estado padrão, o que fornece uma exata composição do hidrato e melhora a previsão da formação dos hidratos a altas pressões. Ao esclarecer a mudança de volume no hidrato, o raio da gaiola do hidrato é uma função do seu volume. Com isso, Ballard propôs uma nova abordagem considerando tal variação de volume e gerou um equilíbrio de fases em uma rotina de flash multifásico através da minimização da energia livre de Gibbs. Assim, o presente trabalho apresenta as abordagens de Zhang et al. (2005) e Ballard (2002) para o comportamento termodinâmico de hidratos e faz uma análise e comparação entre eles. Para resolver o problema do flash computacionalmente, foi utilizada a ferramenta lsqnonlin (built-in do software MATLAB®). O lsqnonlin é um algoritmo baseado no método de Levenberg-Marquadt.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:41:03Z No. of bitstreams: 1 DissertacaoJoaquinGiovanniDiazGaleanoBDTD.pdf: 2000042 bytes, checksum: d40e753137a2842ddfef0905f46e620c (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:41:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissertacaoJoaquinGiovanniDiazGaleanoBDTD.pdf: 2000042 bytes, checksum: d40e753137a2842ddfef0905f46e620c (MD5) Previous issue date: 2007-04-18 Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro Double retrograde vaporization is a thermodynamic phenomenon where, instead of a ordinary dew point curve, the locus of dew points exhibits two domes, at temperatures lightly above to critical temperature of the more volatile component, and has an S-shape, at temperatures lightly below to referred critical temperature, both within a very limited composition range. These facts imply, respectively, in the existence of four or three roots of the system of nonlinear equations that describes the dew point calculation problem. The rapid increase in inexpensive computing power has contributed to a rise of interest in solving difficult nonlinear problems by stochastic and heuristic optimization methods. In present work, the nonlinear systems with simple bound constraints were solved with success by simulated annealing (SA) algorithm. This algorithm is a (well-known) method based on a stochastic approach to obtain a global minimum of an objective function within reasonable computing time. In this case, we used an auxiliary nonnegative objective function, and we developed a strategy that permits to find more than one solution of nonlinear systems, i.e., more than one global minimum of the auxiliary functions. We also implemented and tested a adaptive random search algorithm, proposed by Luus and Jaakola (1973). The thermodynamic problem was modeled using the original Peng-Robinson equation of state, and the classical one fluid van der Waals mixing rule, for the binary systems of methane + n-butane and ethane + limonene. The results obtained indicate that the proposed methodology was capable to find all dew points for a specified vapor phase composition. A vaporização retrógrada dupla é um fenômeno termodinâmico onde, ao invés de uma usual curva de ponto de orvalho, o lugar geométrico dos pontos de orvalho apresenta duas abóbadas (ou domos), em temperaturas ligeiramente acima da temperatura crítica do componente mais volátil, e tem uma forma em S , em temperaturas ligeiramente abaixo da referida temperatura crítica, ambos dentro de um intervalo de composição muito limitado. Estes fatos implicam, respectivamente, na existência de quatro ou três raízes das soluções do sistema de equaões que descreve o problema do cálculo dos pontos de orvalho. O rápido crescimento da capacidade computacional a baixo custo tem contribuído para um súbito interesse em resolver difíceis problemas não-lineares por métodos de otimização estocásticos e heurísticos. No presente trabalho, os sistemas não-lineares com simples restrições de limitação foram resolvidos com sucesso pelo algoritmo Simulated Annealing (SA). Este algoritmo é um método bem conhecido baseado numa abordagem estocástica para obter um mínimo global de uma função-objetivo com um razoável tempo de computação. Neste caso, usamos uma função-objetivo auxiliar não-negativa e desenvolvemos uma estratégia que permite encontrar mais de uma solução dos sistemas não-lineares, isto é, mais de um mínimo global da função auxiliar. Também foi implementado um algoritmo de busca aleatória adaptativo, proposto por Luus e Jaakola (1973). O problema termodinâmico foi modelado com a equação de Peng-Robinson original e com a regra clássica de misturas de van der Waals, para os sistemas binários metano + n-butano e etano + limoneno. Os resultados indicam que a metodologia proposta é capaz de localizar todos os pontos de orvalho a partir de uma especificação da composição da fase vapor.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:40:26Z No. of bitstreams: 1 DissertacaoGabrielFinal.pdf: 4690222 bytes, checksum: 90bdee11238aa0c5fd29e4333ca2027b (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:40:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissertacaoGabrielFinal.pdf: 4690222 bytes, checksum: 90bdee11238aa0c5fd29e4333ca2027b (MD5) Previous issue date: 2006-08-30 The determination of the relaxation spectrum using data from small amplitude oscillatory shear rate was accomplished by assuming that exists a unique continuous function H(λ) which describes linear viscoelasticity. The aim of this work is to determine this function or a close approximation using a computer stochastic algorithm called Simulated Annealing (SA). The strategy is the same proposed by Jensen, but the cooling schedule of SA algorithm was modified, in order to enhance the robustness of the referred algorithm. Besides, a calibration procedure was conducted for estimate accurate relaxation spectrum for other polymers. Lagrangean interpolation and nonlinear regression techniques were applied in order to obtain the continuous function that represent relaxation spectrum, using discrete data. The results generated for low linear density polyethylene (LLDPE) indicate the efficiency of the optimization computational tool, being extremely close to that produced by AR 2000 rheometer (CENPES/PETROBRAS). A determinação do espectro de relaxação de polímeros utilizando dados de tensão oscilatória de baixa amplitude pode ser calculada assumindo-se que existe uma única função contínua H(λ) capaz de descrever o comportamento viscoelástico linear. O objetivo deste trabalho é determinar esta função ou uma aproximação da mesma utilizando um algoritmo estocástico denominado Simulated Annealing . A estratégia proposta é similar a proposta por Jensen (2002), entretanto, a lista de resfriamento do algoritmo foi modificada, objetivando-se uma maior robustez do referido algoritmo. A ferramenta computacional foi calibrada de forma a estimar com acurácia o espectro de relaxação discreto de outros polímeros. Os métodos de interpolação lagrangeana e de regressão não-linear foram aplicados para obter a função contínua do espectro de relaxação, a partir de um conjunto discreto de dados. Os resultados obtidos para o polietileno linear de baixa densidade (PELBD) comprovaram a eficiência da ferramenta computacional de otimização, sendo extremamente próximos aos fornecidos pelo reômetro AR 2000 (CENPES/PETROBRAS).

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:37:43Z No. of bitstreams: 1 Tese Luciana Prado Mouta Pena Introducao BDTD.pdf: 111529 bytes, checksum: b88f9adf8d879f52bdcbbfb0caa137da (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:37:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese Luciana Prado Mouta Pena Introducao BDTD.pdf: 111529 bytes, checksum: b88f9adf8d879f52bdcbbfb0caa137da (MD5) Previous issue date: 2006-06-19 In the present work we studied and analyzed the Trajectories Tube method, a conservative, explicit, simple, physically intuitive, semi-Lagrangian algorithm for the convection equation. Kinematical aspects of the mechanics of continuous media are essentially the tools used for formulation and feasibility analysis. We showed that this method is unconditionally stable, essentially nondispersive, convergent and accurate of order two in time and space. Computational experiments with non-isochoric and isochoric motions show that the studied method can be used in compressible and incompressible flow. Numerical solutions of systems of ordinary differential equations (necessary conditions for acomplishment of the scheme) are tested in the Trajectories Tube method context, with classical difficult examples. Applications are considered in the ambit of oceanic transport and advection of atmospheric fronts, including the tracer problem within a Stommel gyre and the computation of the Dowell frontogenesis. Comparisions with other methodologies show the superiority of the Trajectories Tube method. No presente trabalho estudamos e analisamos o método do Tubo de Trajetórias, um algoritmo conservativo, explícito, simples, fisicamente intuitivo, semi-Lagrangiano para equação de convecção. Mostramos que o método é incondicionalmente estável, essencialmente não-dispersivo, convergente e acurado de ordem 2 no tempo e no espaço. Soluções numéricas de sistemas e equações diferenciais ordinárias são testadas no contexto do método do Tubo de Trajetórias, com difíceis problemas clássicos. Aplicações são consideradas no âmbito do transporte oceânico e na advecção de frentes atmosféricas. A fim de testar as propriedades conservativas do método estudado, uma estimativa do erro de balanço de massa é usado aqui. Comparações com outras metodologias mostram a superioridade do método do Tubo de Trajetórias.