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    Hidrodinâmica de Sistemas Ambientais / Hydrodynamics of Environmental Aquatic Systems

    Pós-Graduação: PPGERHA (ERHA7062) e PPGEA (EAMB7016), Graduação em Engenharia Ambiental (TEA767)

    3 créditos, disciplina optativa, carga horaria: 45h

    Disciplina ofertado principalmente em ingles!

    Professores : Tobias Bleninger (contato), Rafael Bueno, Andreza Rigotti, Victoria Monteiro
    Horários e sala de aula: Quartas (PF 16) das 13:30-19:00h
    Horário de consultas: Por favor, agendar por email ou telefone (contato)

    Ementa

    Revisão das equações de movimento e continuidade: Sistemas uni, bi e tridimensionais. Escoamentos estratificados.  Correntes de densidade. Modelagem física e numérica de processos de mistura e transporte em Sistemas Ambientais. Exemplos em rios, lagos, reservatórios, águas costeiras e atmosfera.

    Revision of continuity and momentum equations for 1, 2 and 3-dimensional system considerations. Stratified Flows, and density currents. Physical and numerical modeling of mixing and transport processes in Environmental Aquatic Systems. Examples for rivers, lakes and estuaries, as well as coastal waters.

    Objetivos

    Criar a habilidade de fazer revisão critica e deduzir modelos e conceitos existentes de estudos de sistemas ambientais relacionados a fenômenos de transporte e mistura com efeitos de densidade. Aprender conceitos de limnologia fisica com monitoramento ambiental como instrumento para diagnostico, prognostico e gestão. Poder planejar e avaliar experimentos em campo e no laboratório. Aplicação de métodos e medições em modelos reduzidos para investigação de problemas típicos (lock-exchange, ondas internas, jatos e plumas). Aplicação de métodos e medições em modelos numéricos. Conhecer pesquisas relacionadas (REMARE – Research Group of Environmental Monitoring, Modeling and Management of Reservoirs, Estuaries and Catchments).

    Create the ability of critical revisions, and developing model conceptions using existing equations for environmental systems, related to transport phenomena including density effects. Learning concepts of Physical Limnology with environmental monitoring for diagnostics, forecasts, and management. Be able to plan, execute and analyze physical and numerical experiments. Apply measurement methods to scaled models for specific applications (lock-exchange, stratification, …). Apply numerical methods for hydrodynamic models. Learn about related research activities (REMARE – Research Group of Environmental Monitoring, Modeling and Management of Reservoirs, Estuaries and Catchments).

    Pré-requisitos recomendados / Recommended pre-requisites: Mecanica dos Fluidos I e II ou avançado, Processos de Dispersão no Meio Ambiente / Fluid Mechanics I and II or advanced, Dispersion Processes.

    Programa/calendário

    No. Dia/day Data/date Conteúdo / Content
    1/2/3 qua. 22/03/2023 Introdução e calendário / Introduction. Calendar.

    Definitions. Stratified flow (movie, course notes of KIT and Texas A&M,  especially “chapter 8 to 11“, inclcuding exercises). Hydrostatics of stratified systems. Density calculators (RHOMV, Fluid)

    Lab 1 (L1): Density/conductivity/instruments. 
    4/5/6 qua. 29/03/2023 Dynamics  of stratified systems. Governing equations.

    Density currents. Internal hydraulics of stratified flows . 

    Lab 2: Density currents and lock-exchange experiments. 

    Data processing of laboratory measurements: Data processing. Image processing. Graphs and interpretation.

    Entrega L1
    7/8/9 qua. 05/04/2023 Introduction to field measurements in limnology (sensors, samples, analysis, ADCP, WQ-Probes, CTD, LISST, Secchi).Processing of field data (non-dimensional numbers, thermocline, etc.) using Lake Analyzer and other tools (matlab-files, 1DModel and processing files). Further tools: WEBAX, NetLake Toolbox.

    Auxiliary data for lake modeling (Hidroweb, HidroSAT (ANA), SAR (ANA), InMet, Windy, COPEL, Mudak, Bacia Rio Verde, Dados oceanograficos, SurfaceWater changes, LakeViz, FloodRiskAnalyzer, ClimateApp, Bathymetries ANA, MetaDados), Bathymetry for Brazilian reservoirs

    Installation of GLM and R

    Exercises and testing

    Entrega L2 (1a parte)
    10/11/12 qua. 12/04/2023 Introduction to numerical modeling approaches and modeling applications (slides and GLM intro provided via extra link).

    Lake modelling (theory, grid, simulation, GLM, Curso GLM online). 

    Hands-on exercices with GLM

    Entrega L2 (2a parte)
    13/14/15 qua. 19/04/2023 Exercise class – data compilation for boundary conditions, model setup – post-processing with lake analyzer and others

    Internal waves, theory and experiments
    16/17/18 qua. 26/04/2023 Exercise class – data compilation for boundary conditions, model setup – post-processing with lake analyzer and others

    Lab 3: Internal waves (demonstração, sem lista)
    19/20/21 qua. 03/05/2023 Exercise class – data compilation for boundary conditions, model setup – post-processing with lake analyzer and others

    Water quality in Lakes and Reservoirs
    22/23 sex. 05/05/2023

    14:00

    		 Entrega Modelagem M

    Final exam P

     

    Provas

    • 5%: 1 relatório de laboratório L1 (group work, hand-written or printed notes, graphs, results and analysis)
    • 35%: 1 relatório de laboratório L2 (group work, hand-written or printed notes, graphs, results and analysis)
    • 40%: 1 relatório de modelagem M (individual, professional report, graphs, results and analysis)
    • 20%: 1 Prova P (prova oral ou escrita)
    • Grade N = L1 * 0.05 + L2*0.35 + M*0.4 + P*0,2
      • if N ≥ 7 approved
      • if N < 7 failed
    • For undergraduate students: if 4 < N < 7 –> final exam NF (oral examination). If (NF+N) > 5 –> approved, otherwise failed.
    • Attendance: if missing more than 25% -> failed

    Referencias e informações adicionais

    • Livros texto:
      • Carlos Ruberto Fragoso Júnior; Regina Camara Lins; Tobias Bleninger; “MECÂNICA DOS FLUIDOS PARA ENGENHARIA E CIÊNCIAS AMBIENTAIS“; ABRHidro, ISBN 978-85-8868-646-5
      • Fischer, H.B., E.J List, R.C.Y. Koh, J. Imberger and N.H. Brooks (1979) Mixing in inland and coastal waters, Academic Press, San Diego, CA
      • Bird, R.B., Stewart, W.E., Lightfoot, E.N. Fenomenos de Transporte. Rio de Janeiro, LTC, 2004
      • Incropera, F.P., DeWitt, D.P. Fundamentos de Transferencia de Calor e de Massa, Rio de Janeiro, LTC Editora, 2003
      • Peter G. Baines, Topographic effects in stratified flows, Cambridge University Press, 1998, ISBN 0521629233, Link do titulo http://200.17.203.155/index.php?codigo_sophia=271893
    • Software:
      • MatLab (programa computacional, existem licenças acadêmicas). Tutoriais! e Mini-Curso! ou Octave (alternativa grátis parecido com MatLab)
      • Maple (programa matemático, profissional, especialmente para operações simbólicas) ou Maxima (alternativa grátis parecido) ou Wolfram Alpha (online)
      • UltraEdit (editor de texto professional, pode editar colunas) ou PSPad (editor de texto gratis, pode editar colunas)
      • Microsoft Excel (programa de calculo em tabelas) ou Calc (program de calculo em tabelas gratis, do sistema OpenOffice)
      • Sketchup (Programa para desenho tecnico)
      • Delft3D – Modelo 3D hidrodinamico e de transporte e qualidade de agua / 3D Hydrodynamic and transport and water quality modeling suite (open source)
      • OpenFOAM – The Open Source Computational Fluid Dynamics (CFD) Toolbox (Programa para Mecanica dos Fluidos Computacional) (Curso com informacoes adicionais)
      • CAELinux – Distribuicao de Linux com pre- e pos-processadores e solver para CFD / Linux distribution including pre- and post-processors and solvers for CFD
    • Materiais adicionais e interativos:
    • Elaboração de textos (veja guia de orientação)
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