No. do Processo: UNICAP - UNIVERSIDADE CATÓLICA DE PERNAMBUCO PROPESP PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO PIBIC PROGRAMA INSTITUCIONAL DE BASE DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA FORMULÁRIO PADRÃO PARA SUBMISSÃO DE PROJETO DE PESQUISA DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA 1. IDENTIFICAÇÃO DO(A) PROPONENTE (PROFESSOR) Nome Completo, sem abreviação: Emerson Alexandre de Oliveira Lima CPF 7 9 6 3 0 9 1 0 4-9 7 Data de Nascimento Sexo Identidade Órgão Emissor UF Data de Emissão 02/ 10 /1974 (x)masc. ( )fem. 4022878 SSP PE 09/_05/1997 Nacionalidade País Passaporte Visto Permanente Período de Vigência De / / a / / Brasileiro Logradouro Residencial Bairro Rua Anésia Mendes, 139 Prazeres CEP Cidade UF DDD Fone: Endereço Eletrônico: 5 4 3 2 5-4 8 0 Jaboatão PE 81 34762899 eal@unicap.br, emath@zipmail.com.br 2. ATUAÇÃO PROFISSIONAL Cargo/Função Titulação Regime de Trabalho: Prof. Assistente Instituição (Universidade) ( ) Pós-Doutorado ( ) Doutor (x) Mestre ( ) Livre-Docente Universidade Católica de Pernambuco Órgão (Centro) CCT Unidade (Departamento, Laboratório etc.) Departamento de Matemática (informar nº de horas) 20 Horas (aulista) Cidade UF DDD Fone/FAX Endereço Eletrônico Recife PE 81 32164180 dmat@unicap.br Declaro que as informações prestadas são verdadeiras. Local Data / / Assinatura/carimbo 3. ÓRGÃO FINANCIADOR Universidade Católica de Pernambuco
4. INFORMAÇÕES COMPROBATÓRIAS PARA IMPLEMENTAÇÃO ( ) Envio on-line do projeto de pesquisa do professor; ( ) Curriculum Vitae cadastrado no Currículo Lattes do CNPq (professor e aluno); ( ) Cadastro no Diretório dos Grupos de Pesquisa do CNPq (professor). 5. IDENTIFICAÇÃO DO PROJETO Título do Projeto: Modelos Matemáticos de Impacto Ambiental: Simulação computacional dos impactos ambientais nas praias de Recife, Olinda e Jaboatão de um derramamento de petróleo no Porto de Suape Implementação dos Modelos de Percolação Perturbada e Métodos dos Elementos Finitos Áreas/subáreas do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra/ Matemática / MATEMÁTICA APLICADA ANÁLISE NUMÉRICA Local de Execução: Prazo de Execução: Período de Vigência da Bolsa: / / a / / Depto. Matemática unicap Setembro de 2002 a Agosto de 2003 Professor responsável pelo Projeto (identificar o nome do líder do grupo de pesquisa): Emerson Alexandre de Oliveira Lima / João Teotonio Manzi Monteiro de Araujo Equipe Executora NOME DO(S) PROFESSOR(ES) DEPARTAMENTO / CENTRO 1. Emerson Alexandre de Oliveira Lima Matemática/ CCT 2. 3. 4. 6. IDENTIFICAÇÃO DO(S) CANDIDATO(S) A BOLSISTA NOME DO(S) ALUNO(S) CURSO / CENTRO 1.1 Gláucio Gomes de Magalhães Melo Ciência da Computação - CCT 1.2 Anderson Balbino Nicodemes Bispo Ciência da Computação CCT 1.3 João Paulo Fernandes Carvalho Freire (Renovação) Ciência da Computação CCT 2.1 2.2 2.3 3.1 3.2 3.3 4.1 4.2 4.3 7. PLANO DE TRABALHO INDIVIDUAL E DIFERENCIADO DO(S) CANDIDATO(S) A BOLSISTA É recomendável que o PLANO DE TRABALHO relacione as atividades e /ou ações a serem executadas aos objetivos específicos da pesquisa. NÃO SE ESQUEÇA DE COLOCAR O NOME DE CADA CANDIDATO. João Paulo Fernandes Carvalho Freire Implementação do Software Algoritmo de Visualização O aluno João Paulo, responsável pela implementação do núcleo do programa de simulação ano passado, ficará responsável pela implementação final do visualizador em VRML bem como da interface de entrada de dados.
Elaboração do Material a ser Publicado De posse dos dados fornecidos pelas simulações, a equipe do projeto escreverá os trabalhos relativos às conclusões do projeto fornecidas pelo programa de computador implementado e submeterá tais trabalhos para publicação em revistas especializadas. Gláucio Gomes de Magalhães Melo Pesquisa Bibliográfica Nesta fase, o Gláucio Melo deverá pesquisar na bibliografia indicada as principais técnicas de simulação de acidentes de derramamento de petróleo em águas marítimas, bem como, as técnicas computacionais exigidas pelo projeto. A ênfase desta pesquisa, será o algoritmo de Elementos Finitos. Implementação do Método dos Elementos Finitos Nesta fase, o Gláucio Melo deverá, com a orientação do professor, implementar o método dos elementos finitos e compatibiliza-lo com os demais módulos do software que já estão prontos. Simulações do Problema Utilizando o novo módulo implementado e devidamente articulado com o programa original, o Gláucio Melo, iniciará então as simulações ambientais e irá compara-las com os resultados inicialmente obtidos nas simulações com os módulos originais do programa. Anderson Balbino Nicodemes Bispo Pesquisa Bibliográfica Nesta fase, o Anderson Bispo deverá pesquisar na bibliografia indicada as principais técnicas de simulação de acidentes de derramamento de petróleo em águas marítimas, bem como, as técnicas computacionais exigidas pelo projeto. A ênfase desta pesquisa, será o algoritmo de Percolação Perturbativa. Implementação do Algoritmo de Percolação O Anderson Bispo deverá, com a orientação do professor, implementar o programa de simulação com base nas informações escolhidas nas pesquisas anteriores. Esta fase deverá ser bastante simplificada pois muito do material computacional necessário (algoritmos, por exemplo) já foram desenvolvidos nos projetos de iniciação científica anteriores. Simulações do Problema Utilizando o novo módulo implementado e devidamente articulado com o programa original, o Anderson Bispo, iniciará então as simulações ambientais e irá compara-las com os resultados inicialmente obtidos nas simulações com os módulos originais do programa. 8. CRONOGRAMA DE ATIVIDADES INDIVIDUAL E DIFERENCIADO DO(S) CANDIDATO(S) A
BOLSISTA È recomendável corresponder os meses do ano com as etapas das atividades a serem desenvolvidas. NÃO SE ESQUEÇA DE COLOCAR O NOME DE CADA CANDIDATO. CANDIDATO: João Paulo Fernandes Carvalho Freire Mês Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Atividades Estudos de VRML e Java3d Estudos de VRML e Java3d Estudos de VRML e Java3d Implementação da Interface 3D do programa em VRML Implementação da Interface 3D do programa em VRML Implementação da Interface 3D do programa em VRML Implementação da Entrada de dados do Simulador Ambientação computacional do litoral próximo Implementação da Entrada de dados do Simulador Ambientação computacional do litoral próximo Implementação da Entrada de dados do Simulador Ambientação computacional do litoral próximo Implementação da Entrada de dados do Simulador Ambientação computacional do litoral próximo CANDIDATO: Anderson Balbino Nicodemes Bispo Mês Atividades Agosto Setembro Outubro Novembro Implementação do Algoritmo de Percolação Perturbativa Dezembro Implementação do Algoritmo de Percolação Perturbativa Janeiro Implementação do Algoritmo de Percolação Perturbativa Fevereiro Compatibilização do sistema com os módulos anteriormente implementados do programa Março Compatibilização do sistema com os módulos anteriormente implementados do programa Abril Simulações ambientais com o novo módulo Maio Simulações ambientais com o novo módulo Junho Julho
CANDIDATO: Gláucio Gomes de Magalhães Melo Mês Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Atividades Implementação do Método dos Elementos Finitos Implementação do Método dos Elementos Finitos Implementação do Método dos Elementos Finitos Compatibilização do sistema com os módulos anteriormente implementados do programa Compatibilização do sistema com os módulos anteriormente implementados do programa Simulações ambientais com o novo módulo Simulações ambientais com o novo módulo 9. DESCRIÇÃO DO PROJETO Introdução (incluir bibliografia) De forma geral, qualquer atividade humana, em maior ou menor grau, tem um impacto no meio ambiente. Dependendo da natureza deste impacto, a própria sobrevivência dos seres que habitam um dado ecossistema, pode ficar seriamente comprometida. Longe deste ser um problema apenas ético considerando que todos os seres vivos tem o direito a sobrevivência em seu ambiente natural a manutenção da biodiversidade e características originais do meio ambiente tem se demonstrado condição primordial para própria sobrevivência de nossa espécie. Com este pensamento, cada vez mais os diversos segmentos da sociedade têm exigido, até por força de lei, estudos que visem minimizar o impacto ambiental provocado pela nossa necessidade de exploração dos recursos naturais. Tais estudos normalmente são feitos in loco por especialistas de diversas disciplinas que analisam os diferentes aspectos relativos ao impacto de dada atividade humana no meio ambiente. Alguns destes estudos, contudo, não podem ser feitos experimentalmente devido aos problemas que o próprio estudo provocaria. Nestes casos, a simulação computacional destes impactos tem papel fundamental na sua prevenção e minimização. Este projeto tem como principal objetivo o aperfeiçoamento de uma ferramenta (software) computacional que permite o estudo das características evolutivas de um acidente de derramamento de petróleo em águas litorâneas com aplicação imediata ao sistema formado pelo porto de Suape e litoral próximo. Esta ferramenta, cuja implementação inicial foi feita em projeto de pesquisa anterior envolvendo o estudante João Paulo, obteve resultados gráficos e de precisão numérica bastante superiores aos disponíveis na literatura utilizando um dos mais simples
métodos de simulação do comportamento das soluções das equações diferenciais que regem o fenômeno: O método das diferenças finitas. Neste projeto pretende-se aperfeiçoar a precisão numérica das simulações dos acidentes de derramamento de petróleo em áreas do litoral próximo a Suape mediante a implementação, como módulo complementar, dos algoritmos de Elementos Finitos e Percolação Perturbativa. Tais algoritmos são descritos na literatura como o estado-da-arte em simulações de problemas semelhantes. Bibliografia: REED, J.N.An Introduction ti the Finite Element Method, McGraw-Hill (NY 1990) FINLAYSON, B.A. Nonlinear Analysis in Chemical Engineering, McGraw-Hill (NY 1980) BATSCHELET, E. Matemática para Biocientistas, Blüscher, 1989. BECKER, E. B., CAREY, G. F. e ODEN, J. T. Finite Elements v. 1. An Introduction, Prentice- Hall, 1981. BECKER, E. B., CAREY, G. F. e ODEN, J. T. Finite Elements v. 2. A Second Course, Prentice- Hall, 1981. BENQUÉ, E. J. P., HAUGUEL, A. e VIOLLET, P. L. In: Engineering Application of Computational Hydraulics, H. Pitman, 1982. CANTÃO, R. F. Modelagem e Simulação Numérica de Derrames de Óleo no Canal de São Sebastião, SP. Tese de Mestrado. IMECC UNICAMP. CRANK, J. The Mathematics of Diffusion, Clarendon Press, 1985. CUESTA, I., GRAU, F. X. e GIRALT, F. Numerical Simulation of Oil Spills in a Generalized Domain. Oil & Chemical Pollution, no. 7, pp. 143-159, 1990. EDELSTEIN-KESHET, L. Mathematical Models in Biology, Random House, 1987. FAY, J. A. The Spread of Oil Slicks on a Calm Sea. Oil in the Sea, Plenum Press, pp. 53-63, 1969. HALLAM, T. G. e LEVIN, S. A. Mathematical Ecology, an Introduction, Biomathematics #17, Springer, 1986. KARDESTUNCER, H., NORRIE, D. e BREZZI, F. Finite Element Handbook, McGraw Hill, 1987. MARCHUK, G. I. Mathematical Models in Environmental Problems. North Holland, 1986. MEYER, J. F. C. A. Derrames de Petróleo em Águas Costeiras: Modelagem Matemática e Simulação Numérica, in III o Simpósio de Ecossistemas da Costa Brasileira, pp. 238-247 - Serra Negra - São Paulo, 1993. MURRAY, J. D. Mathematical Biology, Biomathematics #19, Springer, 1989. PIELOU, E. C. Mathematical Ecology, Wiley Interscience, 1997. THOMANN, R. V. Modelling of Toxics in Lakes and Bioacumulation and Aquatic Food Chains, Third Autumn Workshop of Mathematical Ecology, ICTP, 1996. Objetivo Geral: Implementação computacional (na forma de um Software) de novos algoritmos (Percolação Perturbada e Método dos Elementos Finitos) para resolução modelo matemático que simula os
efeitos de um derramamento de petróleo de diversas proporções particularizando-o para simulações relativas a área litorânea de Suape e imediações. Objetivos Específicos: Estudos de medidas que minimizem os impactos previstos de um derramamento de petróleo no porto de Suape Conscientização ambiental das autoridades competentes no que se refere as medidas de minimização do impacto ambiental previsto pelo programa Ampliação da Biblioteca de Otimização já implementada nos projetos anteriores de Iniciação Científica Elaboração de material didático e Home-Page relativos ao estudos e técnicas de implementação dos algoritmos de otimização que serão estudados bem como relativos a utilização de tais técnicas no estudo dos problemas de simulação de impacto ambiental Palavras-chave: 1. PETRÓLEO 2.MATEMÁTICA APLICADA 3.SIMULAÇÃO Justificativa (incluir bibliografia) Derramamentos de petróleo são, não obstante seu enorme impacto ambiental negativo, bastante comuns sendo provocados por diversos fatores, dentre eles: Erro humano no transporte ou manuseio do petróleo Necessidade do transporte de grande quantidade de petróleo em pouco tempo, o que leva as empresas a utilizar transporte marítimo o que seria pouco recomendado neste caso devido aos riscos inerentes a este tipo de transporte Condições climáticas desfavoráveis ao transporte marítimo deste tipo de produto Infelizmente não é possível prescindir do petróleo e a alta demanda deste produto impossibilita um transporte mais seguro na maioria dos casos de forma que acidentes são quase inevitáveis. Assim, é necessário um plano de ação que permita, em caso de acidentes, minimizar os impactos ambientais dos mesmos, o que pressupõe o conhecimento de certas variáveis tais como o tempo máximo que se pode esperar para realização das primeiras providências de contenção de um dado vazamento ou as áreas que serão mais afetadas por um eventual derramamento. Uma vez que não é possível realizar uma experimentação para obter tais variáveis devido aos impactos ambientais que a própria experimentação provocaria, nem tão pouco é recomendável a obtenção de tais dados via históricos de vazamentos (uma vez que isto pressupõe esperar que tais acidentes ocorram), a maneira mais adequada de obter estas informações é através de simulações de acidentes. As simulações podem ser realizadas de diversas formas, sendo as principais o uso de protótipos ou versões em escala reduzida do ambiente que se quer estudar e a simulação computacional sendo preferível esta última uma vez que o custo de cada simulação computacional é, geralmente, consideravelmente menor que o custo associado a cada simulação em protótipo. Outro fator importante a favor das simulações computacionais é a possibilidade de estudar diversas situações e variáveis em um curto espaço de tempo, permitindo assim, conclusões até simultâneas a um eventual vazamento o que possibilita um planejamento dinâmico das providências a serem tomadas.
A principal dificuldade do uso de simulações, computacionais ou não, neste casos é a especificidade geográfica de cada localidade o que impossibilita a criação de um protótipo/programa geral sendo então necessária a criação de simuladores adequados a cada caso em particular. A possibilidade da ocorrência de acidentes de derramamento de petróleo no Porto de Suape e suas conseqüências ambientais para região próxima bem como a escassez de especialistas capazes de criar simulações computacionais de situações de impacto ambiental são os principais motivadores deste trabalho. Bibliografia: MEYER, J. F. C. A. Derrames de Petróleo em Águas Costeiras: Modelagem Matemática e Simulação Numérica, in III o Simpósio de Ecossistemas da Costa Brasileira, pp. 238-247 - Serra Negra - São Paulo, 1993. CUESTA, I., GRAU, F. X. e GIRALT, F. Numerical Simulation of Oil Spills in a Generalized Domain. Oil & Chemical Pollution, no. 7, pp. 143-159, 1990. FAY, J. A. The Spread of Oil Slicks on a Calm Sea. Oil in the Sea, Plenum Press, pp. 53-63, 1969. Metodologia (detalhar a metodologia a ser adotada e incluir bibliografia) As 20 horas semanais da iniciação científica serão distribuídas como segue: 4 horas semanais de estudo (orientador e aluno) da bibliografia (ver abaixo) relativa ao projeto e discussão das técnicas de implementação e de simulação a serem realizadas. 10 horas semanais (2 horas diárias) para implementação do software e para simulações dos eventos de derramamento de óleo feitas pelo programa. 6 horas semanais (1 hora diária, aproximadamente) para elaboração do material de divulgação deste projeto. Bibliografia: REED, J.N.An Introduction ti the Finite Element Method, McGraw-Hill (NY 1990) FINLAYSON, B.A. Nonlinear Analysis in Chemical Engineering, McGraw-Hill (NY 1980) BATSCHELET, E. Matemática para Biocientistas, Blüscher, 1989. BECKER, E. B., CAREY, G. F. e ODEN, J. T. Finite Elements v. 1. An Introduction, Prentice- Hall, 1981. BECKER, E. B., CAREY, G. F. e ODEN, J. T. Finite Elements v. 2. A Second Course, Prentice- Hall, 1981. BENQUÉ, E. J. P., HAUGUEL, A. e VIOLLET, P. L. In: Engineering Application of Computational Hydraulics, H. Pitman, 1982. CANTÃO, R. F. Modelagem e Simulação Numérica de Derrames de Óleo no Canal de São Sebastião, SP. Tese de Mestrado. IMECC UNICAMP. CRANK, J. The Mathematics of Diffusion, Clarendon Press, 1985. CUESTA, I., GRAU, F. X. e GIRALT, F. Numerical Simulation of Oil Spills in a Generalized Domain. Oil & Chemical Pollution, no. 7, pp. 143-159, 1990.
EDELSTEIN-KESHET, L. Mathematical Models in Biology, Random House, 1987. FAY, J. A. The Spread of Oil Slicks on a Calm Sea. Oil in the Sea, Plenum Press, pp. 53-63, 1969. HALLAM, T. G. e LEVIN, S. A. Mathematical Ecology, an Introduction, Biomathematics #17, Springer, 1986. KARDESTUNCER, H., NORRIE, D. e BREZZI, F. Finite Element Handbook, McGraw Hill, 1987. MARCHUK, G. I. Mathematical Models in Environmental Problems. North Holland, 1986. MEYER, J. F. C. A. Derrames de Petróleo em Águas Costeiras: Modelagem Matemática e Simulação Numérica, in III o Simpósio de Ecossistemas da Costa Brasileira, pp. 238-247 - Serra Negra - São Paulo, 1993. MURRAY, J. D. Mathematical Biology, Biomathematics #19, Springer, 1989. PIELOU, E. C. Mathematical Ecology, Wiley Interscience, 1997. THOMANN, R. V. Modelling of Toxics in Lakes and Bioacumulation and Aquatic Food Chains, Third Autumn Workshop of Mathematical Ecology, ICTP, 1996. 10. RESULTADOS ESPERADOS Especificar os resultados parciais e finais a serem obtidos durante o período de execução do projeto. Ao final deste projeto, serão disponibilizados: Um programa de computador capaz de simular a evolução da distribuição de um derramamento de petróleo de proporção dada em um ponto localizado no Porto de Suape (o ponto de desembarque dos navios-tanques, por exemplo) sobretudo no que se refere ao tempo de chegada de tal derramamento nos diversos pontos da orla marítima de Recife, Olinda e Jaboatão. Uma versão da Biblioteca de Algoritmos de Otimização implementada parcialmente nos projetos de iniciação científica anteriores disponível em C++ e Java Uma HomePage do projeto contendo todas as informações e conhecimento gerados pelo mesmo. Material impresso com as conclusões fornecidas pelo programa. Duas publicações: Estudo e implementação de um modelo simulador do derramamento de petróleo na orla marítima Novos Resultados (título provisório) Efeitos de um derramamento de petróleo no Porto de Suape nas praias de Recife, Olinda e Jaboatão Novos Resultados (título provisório) 11. IMPACTOS PREVISTOS PELO PROJETO Impacto Científico (apresentar indicador, incluindo a formação de recursos humanos) Publicação de dois trabalhos relativos a este projeto: Estudo e implementação de um modelo simulador do derramamento de petróleo na orla marítima (título provisório) Efeitos de um derramamento de petróleo no Porto de Suape nas praias de Recife, Olinda e Jaboatão (título provisório) Indicador: Aceitação destes trabalhos em publicações especializadas. Impacto Tecnológico (apresentar indicador)
Implementação de um Software capaz de simular a evolução da distribuição de um derramamento de petróleo de proporção dada em um ponto localizado no Porto de Suape (o ponto de desembarque dos navios-tanques, por exemplo) sobretudo no que se refere ao tempo de chegada de tal derramamento nos diversos pontos da orla marítima de Recife, Olinda e Jaboatão. Indicador: Número de cópias solicitadas do software. Impacto Econômico (apresentar indicadores voltados à área econômica) Não é imediatamente aplicável, porém, espera-se que com a publicação do Software, o projeto possa ser incluído nas áreas de aplicação de recursos de pesquisa da Petrobrás. Impacto Social (apresentar indicadores) Espera-se que a publicação dos resultados obtidos pela simulações realizadas pelo programa ajudem as entidades de proteção ambiental a promoverem atividades que reduzam a possibilidade da ocorrência de acidentes envolvendo derramamentos de petróleo no Porto de Suape com conseqüências ambientais nas praias próximas. Um indicador deste impacto são as atitudes tomadas por aqueles órgãos com base nos resultados deste trabalho. Impacto Ambiental (apresentar indicadores) Por se tratar de um projeto computacional, este item não é imediatamente aplicável, contudo, esperase que, com a publicação dos resultados das simulações, o software gerado possa servir como ferramenta de gestão ambiental. Transferência de Resultados (relacionar as instituições P&D, empresas, órgãos públicos e não-governamentais, cujos resultados esperados podem ser transferidos, ou indicar o nível de articulação alcançada) As seguintes instituições poderão fazer uso dos resultados obtidos neste projeto: Poderes Públicos Municipais (Cabo, Recife, Olinda e Jaboatão) Administração Portuária de Suape Poder Público Estadual e Federal Petrobrás 12. CRONOGRAMA FÍSICO DETALHADO (CANDIDATO(S) A BOLSISTA) Todo o projeto será desenvolvido no Laboratório de Computação Científica do Departamento de Matemática da UNICAP. COORDENAÇÃO DO PIBIC 07/10/2002 09:47:39