Modelagem matemática e métodos numéricos para a dispersão de poluentes: simulações em meios aquáticos e aéreos

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Main Author: Rocumba, Ludmila Vitória Ribeiro
Publication Date: 2024
Format: Bachelor thesis
Language: por
Source: Repositório Institucional da UFSCAR
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Summary: The growing environmental impact caused by human activities, stemming from industrialization and urbanization, along with the improper disposal of substances, necessitates enhancing the understanding of pollutant dispersion to mitigate their harmful effects on ecosystems. This undergraduate thesis aimed to study the behavior of pollutants in aquatic and aerial environments using mathematical modeling as a tool. For this purpose, the Partial Differential Equation of Advection-Diffusion and the Euler Equations were employed. The Advection-Diffusion Equation was numerically handled using the Finite Difference method, with a forward difference approximation for the temporal discretization, an Upwind scheme for the advective term, and a second-order centered approximation for the spatial discretization of the diffusive term. Meanwhile, the Euler Equations were discretized using the Lax-Friedrichs method, modified to account for numerical flux. Both models were implemented computationally using the Python programming language, and simulations were performed to analyze the pollutant’s behavior over time. It is expected that results from simulations like these can provide information for the creation of public policies and preventive measures aimed at mitigating the damage caused by pollutants, thereby contributing to environmental preservation.
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For this purpose, the Partial Differential Equation of Advection-Diffusion and the Euler Equations were employed. The Advection-Diffusion Equation was numerically handled using the Finite Difference method, with a forward difference approximation for the temporal discretization, an Upwind scheme for the advective term, and a second-order centered approximation for the spatial discretization of the diffusive term. Meanwhile, the Euler Equations were discretized using the Lax-Friedrichs method, modified to account for numerical flux. Both models were implemented computationally using the Python programming language, and simulations were performed to analyze the pollutant’s behavior over time. It is expected that results from simulations like these can provide information for the creation of public policies and preventive measures aimed at mitigating the damage caused by pollutants, thereby contributing to environmental preservation.O crescente impacto ambiental causado por atividades humanas, decorrentes da industrialização e da urbanização, junto ao descarte incorreto de substâncias, tornam necessário aprimorar a compreensão acerca da dispersão de poluentes, para que assim seja possível mitigar seus efeitos nocivos aos ecossistemas. Este Trabalho de Conclusão de Curso teve como objetivo estudar o comportamento de poluentes em meios aquáticos e aéreos, utilizando a modelagem matemática como ferramenta. Para isto, foram empregadas a Equação Diferencial Parcial da Difusão-Advecção e as Equações de Euler. A Equação da Difusão-Advecção foi tratada numericamente pelo método de Diferenças Finitas, a saber, a aproximação para a primeira derivada do tipo diferença avançada para a discretização temporal, esquema UpWind para o termo advectivo e a aproximação centrada de segunda ordem para a discretização espacial do termo difusivo. Já as Equações de Euler foram discretizadas a partir do método de volume finito Lax-Friedrichs, modificado para considerar o fluxo numérico. Ambos os modelos foram implementados computacionalmente por meio da linguagem Python e, a partir de simulações realizadas, foram analisados os comportamentos dos poluentes ao longo do tempo. Espera-se que os resultados de simulações como estas possam ser usados para fornecer informações para a criação de políticas públicas e medidas preventivas que visam mitigar os danos causados devido a presença de poluentes, contribuindo, portanto, para a preservação do meio ambiente.Não recebi financiamentoporUniversidade Federal de São CarlosCâmpus SorocabaFísica - FL-SoUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessPoluentesEquações de EulerEquação da Difusão-AdvecçãoMétodos NuméricosSimulações ComputacionaisPollutantsEuler EquationsAdvection-Diffusion EquationNumerical MethodsComputational SimulationsCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::MATEMATICA::MATEMATICA APLICADAModelagem matemática e métodos numéricos para a dispersão de poluentes: simulações em meios aquáticos e aéreosMathematical modeling and numerical methods for pollutant dispersion: simulations in aquatic and aerial environmentsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARTEXTTCC_Final_Ludmila_Rocumba.pdf.txtTCC_Final_Ludmila_Rocumba.pdf.txtExtracted texttext/plain108109https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/ebe9020e-6cd9-4bd4-8811-1df1b6b8c0f5/downloadba8722a3da07a6deea3f590774b15dc5MD53falseAnonymousREADTHUMBNAILTCC_Final_Ludmila_Rocumba.pdf.jpgTCC_Final_Ludmila_Rocumba.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg4435https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/f66a8b21-12b7-40dd-82bf-78d7c1d86add/download08af01970609cf56dcba79d68c43ad17MD54falseAnonymousREADORIGINALTCC_Final_Ludmila_Rocumba.pdfTCC_Final_Ludmila_Rocumba.pdfapplication/pdf9699469https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/9dcee24b-aca3-43be-889e-188a31c261cb/download2b098a80f296721a738e53e75ff15407MD51trueAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/8d494ab8-ca41-416d-91ad-038e8c7902a4/downloadf337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD52falseAnonymousREAD20.500.14289/211362025-02-06 04:29:09.258http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/21136https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-06T07:29:09Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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