Nome do Projeto
Modelagem da dispersão de poluentes utilizando transformadas integrais
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
01/09/2023 - 31/08/2027
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Ciências Exatas e da Terra
Resumo
O objetivo deste projeto de pesquisa é utilizar técnicas de transformadas integrais para modelar a dispersão de poluentes de forma analítica e/ou híbrida. São abordados problemas de dispersão de poluentes na atmosfera, em corpos hídricos e infiltração em meios porosos.

Objetivo Geral

O objetivo desta pesquisa é construir um modelo amplo baseado em uma solução analítica da equação de advecção-difusão transiente tridimensional. A solução será utilizada para simular problemas de dispersão de poluentes na atmosfera, em corpos hídricos e infiltração em meios porosos.

Justificativa

Nesta proposta de projeto, será construído um modelo Euleriano tridimensional transiente que possui coeficientes difusivos em todas as direções coordenadas e variáveis estocásticas, com solução analítica. Como diferencial, a inserção de variáveis estocásticas faz com que a representação matemática seja mais próxima dos fenômenos que ocorrem na natureza.

O modelo será válido para diversas condições de estabilidade e situações, incluindo aquelas em que a maioria dos modelos não possui um bom funcionamento, como as condições de meandro do vento.

Ainda, por se tratar de um modelo analítico, o mesmo pode ser rodado em um computador portátil de forma vetorial sem necessitar de paralelização.

Cabe salientar que o modelo proposto será de grande utilidade potencial. Até hoje a grande maioria dos estudos de dispersão, mesmo em países desenvolvidos, baseia-se em soluções analíticas ou semi-analíticas, uma vez que as agências de licenciamento e as empresas de consultoria muitas vezes não dispõem de recursos computacionais mais amplos que lhes permitam rodar modelos numéricos tridimensionais.

Metodologia

A solução do modelo proposto utilizará a técnica de separação de variáveis juntamente com técnicas de transformada integral. Com esta metodologia objetiva-se obter um modelo que se utiliza de menos aproximações numéricas (que geram perdas de informação), bem como diminuir o tempo de simulação podendo assim prever com mais rapidez possíveis consequências em caso de acidentes ambientais. A solução, como está proposta, não é encontrada na literatura.

Após a nova solução ser encontrada, esta deverá ser testada com dados experimentais existentes na literatura, considerando todos os tipos de condições de vento (de fraco a moderado e forte), dando uma atenção especial para condições de vento fraco e meandro do vento. Espera-se um melhor entendimento da dispersão de poluentes na atmosfera em condições de meandro do vento, condição bastante comum em muitas regiões do globo e ainda pouco estudada.

Tendo em vista que os dados experimentais disponíveis são escassos, como um complemento, o modelo também será testado com dados de vento gerados pelo modelo LES-PALM que será inicializado com dados do modelo de mesoescala WRF. As simulações deverão incluir a variação das parametrizações como microfísica de nuvens, parametrização cumulus, radiação de onda curta e longa, camada de superfície e CLP, para que o modelo simule o ambiente meteorológico o mais próximo possível da realidade. Com os resultados das simulações feitas com o modelo LES-PALM espera-se uma melhor caracterização dos parâmetros micrometeorológicos na CLP. A proponente possui experiência prévia nesse tipo de simulação, comprovado pelas publicações ao longo dos anos.

A nova solução será testada em várias condições de estabilidade. Além disso, comparação com outros modelos (analíticos e numéricos) deverão ser realizadas.

Além disso, o modelo a ser desenvolvido neste projeto será utilizado como ferramenta de pesquisa e de ensino. Na componente de pesquisa, o modelo acoplado a modelos atmosféricos de mesoescala propicia a assimilação de campos de vento variáveis no tempo e no espaço. Na componente de ensino o modelo poderá ser usado como ferramenta em cursos de Poluição Atmosférica para demonstração, em aula, dos princípios fundamentais envolvidos no transporte e difusão de poluentes.


Indicadores, Metas e Resultados

Durante o desenvolvimento do projeto, o método discutido acima será implementado e devidamente testado utilizando situações reais de acordo com dados experimentais existentes na literatura. Esta nova metodologia poderá ser utilizada como uma poderosa ferramenta na compreensão da estrutura da CLP, uma vez que uma das principais fontes de erros está associada ao método de solução da equação (aproximações e métodos numéricos).

Atingindo os objetivos teremos disponível na literatura um modelo analítico tridimensional Euleriano que considera flutuações nas velocidades longitudinal e transversal do vento. O diferencial estocástico torna o modelo mais realístico para analisar a dispersão de poluente na atmosfera, o que é de suma importância nos dias de hoje.

Pretende-se executar o projeto, seguindo as seguintes etapas:
Etapa 1: Desenvolvimento do modelo e Implementação computacional;
Etapa 2: Testes do modelo com dados experimentais;
Etapa 3: Testar e calibrar o modelo, analisar todas as condições de vento e buscar identificar as características associadas ao fenômeno de meandro do vento;
Etapa 4: Simulações com o modelo WRF e acoplamento dos modelos WRF e LES-PALM;
Etapa 5: Avaliação dos resultados utilizando o modelo de dispersão de poluentes;
Etapa 6: Preparação de artigos científicos e participação em eventos.

Equipe do Projeto

NomeCH SemanalData inicialData final
ALEXANDRE SACCO DE ATHAYDE8
ANA PAULA ROZADO GOMES
ANGELITA DOS REIS GOMES2
BARDO ERNST JOSEF BODMANN
CAROLINA PINZ MEDRONHA
CLAUS HAETINGER12
Cássio Baissvenger Pazinatto
DANIELA BUSKE12
DOUGLAS DA SILVA LINDEMANN4
EVERTON RODRIGUES ZIRBES
Everson Jonatha Gomes da Silva
FABRICIO PEREIRA HARTER8
FELIPE AUGUSTO SILVA MARTINS
FERNANDA TUMELERO
Felipe Copceski Rossatto
GLENIO AGUIAR GONCALVES8
GUILHERME JAHNECKE WEYMAR4
GUSTAVO BRAZ KURZ
JAIRO VALOES DE ALENCAR RAMALHO2
JOAO GABRIEL PIRAINE BANDEIRA
JONAS DA COSTA CARVALHO4
JOSIANE KONRADT
JULIANA AVILA CONTREIRA
LEONARDO CALVETTI4
LORENZO CONCEICAO LIMA VALENTE
LUCIANA ROSSATO PIOVESAN8
Lusianny Pereira Herzog
MARCELO FELIX ALONSO4
REGIS SPEROTTO DE QUADROS8
RUTH DA SILVA BRUM2
TIRZAH MOREIRA SIQUEIRA2
VILIAM CARDOSO DA SILVEIRA
VINICIUS FERRUCCI TAVEIROS
ÍGOR DA CUNHA FURTADO

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