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Título: Aplicação do método do Kernel de densidade na modelagem lagrangiana da trajetória e evaporação de mancha de óleo em águas rasas
Autor(es): Gaze, Felipe Nascimento
Orientador: Aquije Chacaltana, Julio Tomás
Coorientador: Pereira, Maxsuel Marcos Rocha
Palavras-chave: Modelagem computacional lagrangiana
Modelagem de derrames de óleo
Data do documento: 24-Ago-2009
Editor: Universidade Federal do Espírito Santo
Resumo: Almejando o desenvolvimento de um modelo lagrangiano de trajetória de partículas que simule o movimento e envelhecimento de mancha de óleo em ambiente marinho, o trabalho concentra seus esforços na implementação de algoritmos computacionais para alcançar a finalidade proposta. Os primeiros algoritmos estão relacionados ao método do kernel de densidade para cálculo da concentração de um dado poluente, implementados como uma alternativa ao método box. Seis formas diferentes de funções kernels são inseridas no Modelo Lagrangiano de Partículas com Deslocamento Aleatório (MLPDA): gaussiana, Epanechnikov, bi-, tri-, quad- e quintweight. Testes são realizados em uma baia hipotética de e forçada por uma onda de maré em uma de suas extremidades, e os resultados comparados com a solução analítica. Nesses testes, todas as formas do kernel alcançam resultados precisos de concentração em comparação ao método box para qualquer número de partículas lançadas. Dentre as formas do kernel e para um mesmo número de partículas, a gaussiana se mostra ligeiramente mais precisa que as demais. Posteriormente, um algoritmo que simula o processo de evaporação da mancha de óleo em ambiente marinho é implementado, considerando, deste modo, ao menos um dos processos físico-químicos atuantes na mancha de óleo. Baseado no método da Exposição Evaporativa, os resultados do MLPDA reproduzem satisfatoriamente a perda de massa em comparação com resultados de campo, mostrando uma tendência de a evaporação eliminar mais de do volume de um óleo leve já nas primeiras , com uma perda quase nula após do lançamento inicial. Uma simulação de um derrame hipotético de óleo na Baía do Espírito Santo, no interior do Porto de Tubarão, é conduzida para ilustrar uma aplicação do modelo desenvolvido. O procedimento constata uma disposição de parte da mancha em deixar a região pela sua saída a sudeste, sendo que a outra fração do óleo fica consignada no próprio porto. Por se tratar de um óleo pesado, sua taxa de evaporação gira em torno dos de volume perdido no primeiro dia após o derramamento.
Targeting the development of a Lagrangian Particle Dispersion Model (LPDM) that simulates the movement and fate of oil slick in the marine environment, the work concentrates its efforts in the implementation of computer algorithms to achieve the proposed objective. The first algorithm is related to the kernel density method for calculating the concentration of a pollutant, implemented as an alternative to the box method. Six forms for the kernel function are inserted in the LPDM: Gaussian, Epanechnikov, bi-, tri-, quad-and quintweight. In a test conducted in a square bay (mm000.5000.5×) and forced by a tidal wave, and comparing the results with an analytical solution, all forms of kernel achieve accurate concentration compared to the method box for any number of particles released .Among the forms of the kernel, the Gaussian is shown slightly more advantageous than the others. An algorithm that simulates the process of evaporation of the oil slick in the marine environment is also implemented in order to represent at least one of the physical-chemical processes active in the oil slick at sea. Based on the method of exposure evaporated, the LPDM simulates satisfactorily the loss of mass due to evaporation when the data are compared with results from field, showing a tendency to eliminate more than % 50 the volume of a light oil already in the firsth24 , with a loss of mass equal to almost zero after h40 . A simulation of a hypothetical oil spill in the Espírito Santo bay within the Porto de Tubarão, is conducted to illustrate an application of the model developed. The procedure finds a provision of the slick to leave the region through the southeast exit, and the other fraction of the oil still trapped in the port. In the case of a heavy oil, the rate of evaporation is around %30 of the loss of volume in the first day after the spill.
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/10220
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