As fabricantes de aviões comerciais têm sido pressionadas a reduzir o ruído gerado por suas aeronaves de modo a diminuir o incômodo e os impactos à saúde de pessoas que vivem próximas de aeroportos.

A fim de atender às rigorosas normas internacionais criadas para regulamentar essa questão, empresas como a Boeing, a Airbus, a Embraer e a Bombardier têm feito pesados investimentos em pesquisa e desenvolvimento com o intuito de identificar e minimizar as fontes de ruído dos aviões que projetam para torná-los mais silenciosos.

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O Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria (CeMEAI), um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPIDs) da FAPESP, firmou convênio com a Petrobras que prevê o desenvolvimento de novos métodos computacionais para a simulação da produção de petróleo nos campos do pré-sal brasileiro.

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Um supercomputador e 14 pesquisadores multiplicados por quatro anos de trabalho. A conta resume o convênio firmado entre a Petrobras e o Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria (CeMEAI), em São Carlos (SP), para gerar métodos capazes de simular a produção no pré-sal brasileiro e aumentar a eficiência da extração de petróleo.

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Pesquisa desenvolvida no IAE investiga as ondas de choque

Fenômeno aparece em objetos que voam a uma velocidade maior que a do som

No Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE), uma das unidades do Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial, o DCTA, em São José dos Campos, pesquisadores estudam um fenômeno que causava muitos acidentes aéreos antes da segunda guerra mundial: as ondas de choque.

“Uma onda de choque é um fenômeno que ocorre sempre que um objeto voa acima da velocidade do som”, explica Edson Basso, pesquisador do IAE.

O pesquisador conta que, até os anos 40, o as ondas de choque ainda não eram conhecidas. “O marco do início desses estudos é a segunda guerra mundial. Vários aviões se envolveram em desastres aéreos porque o fenômeno era desconhecido”, pontua.

Os estudos relacionados às ondas de choque são computacionais. “Meu trabalho aqui na Divisão de Aerodinâmica (ALA) é tentar reproduzir, no computador, o fenômeno como vemos na natureza. Isso é possível através do processo de modelagem do escoamento, ou seja, da reprodução das forças que agem sobre a estrutura das aeronaves. Nós fazemos a modelagem e o computador dá uma resposta para as equações, que têm relação com o fenômeno real que observamos”, conta Basso.

Maria Luísa Reis, que também é pesquisadora do Instituto, explica a importância dos estudos na área. “Durante os ensaios, pode ocorrer o surgimento das ondas de choque, e essas ondas podem provocar distúrbios no voo real do veículo e também pode danificar sua estrutura”, esclarece. Ou seja: os estudos possibilitam que as ondas de choque que apareçam na simulação computacional e nos experimentos em túneis de vento sejam evitadas nas aeronaves reais.

Atualmente, com o fenômeno já estudado, Basso salienta que as pesquisas desenvolvidas no IAE se concentram no efeito das ondas de choque em foguetes. “Hoje em dia, as ondas de choque não causam mais acidentes em aviões, mas a pesquisa é muito importante ainda na parte de foguetes. Não é exatamente o aparecimento da onda que interessa, mas o comportamento dela na estrutura. A onda passeia, vai para frente e para trás, e isso pode induzir vibrações capazes de ocasionar a queda dos foguetes. Por isso, a pesquisa é importante”, finaliza.

Sobre o CeMEAI

O Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria (CeMEAI), com sede no Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC) da USP, em São Carlos, é um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPIDs) financiados pela FAPESP.

O CeMEAI é estruturado para promover o uso de ciências matemáticas como um recurso industrial em quatro áreas básicas: Otimização Aplicada e Pesquisa Operacional, Mecânica de Fluidos Computacional, Modelagem de Risco, Inteligência Computacional e Engenharia de Software.

Além do ICMC-USP, CCET-UFSCar, IMECC-UNICAMP, IBILCE-UNESP, FCT-UNESP, IAE e IME-USP compõem o CeMEAI como instituições associadas.

Leonardo Zacarin - Comunicação CeMEAI

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CeMEAI e Petrobras firmam convênio

Parceria resultará novas tecnologias nos reservatórios do pré-sal

Um convênio recém firmado entre o Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria (CEPID-CeMEAI) e a Petrobras irá resultar no desenvolvimento de novos métodos computacionais para a simulação da produção de petróleo nos campos do pré-sal brasileiro.

Segundo o coordenador do projeto, Fabrício Simeoni de Sousa, os campos do pré-sal brasileiro são bastante profundos. As reservas de petróleo descobertas na região do litoral de Santa Catarina ao litoral do Espírito Santo, por exemplo, podem estar em camadas de 5 a 7 mil metros de profundidade abaixo do nível do mar, com aproximadamente 700-800 quilômetros de extensão por 150-200 quilômetros de largura, podendo alcançar mais de 1 km de espessura.

Fabrício também explica que neste tipo de reservatório, óleo, água e gás estão presos nos poros (espaço vazio) da rocha o que dificulta a extração. Para que sejam extraídos, é necessário “despressurizar” o sistema reservatório e esperar que os fluidos sejam deslocados até os poços produtores, ou, como segunda opção, utiliza-se muitas vezes injeção de água para pressurizar e deslocar o óleo num sistema “pistão”, e por último, injeta-se compostos químicos ou mesmo polímeros para aumentar a mobilidade dos fluidos dentro do sistema poroso e facilitar sua extração nos poços. Ao primeiro procedimento dá-se o nome de recuperação primária ou natural; ao segundo, recuperação secundária ou improvisada e ao último, recuperação terciária ou melhorada. Independentemente do mecanismo de recuperação, a resposta dinâmica do sistema reservatório sobre os vários componentes envolvidos (água, óleo e gás) ante a variação de pressão é chamada de escoamento multifásico.

“Assim, a simulação computacional de escoamentos multifásicos em reservatórios irá permitir aos engenheiros e geocientistas definirem as melhores estratégias para otimizar em espaço e tempo a alocação de poços, as vazões de produção e injeção e o dimensionamento do sistema submarino e de plataformas ao longo do tempo de vida do campo”, explicou.

O problema – A simulação computacional eficiente – rápida e precisa – do escoamento multifásico nos reservatórios do pré-sal apresenta novos desafios, ligados aos problemas computacionais de grande porte, que não são resolvidos adequadamente por simuladores comerciais disponíveis no mercado. Estes simuladores, que foram desenvolvidos com o objetivo de realizar simulações numéricas de modelos 3D de reservatórios consideravelmente menores que os encontrados no pré-sal, são muito lentos quando utilizados em modelos de reservatório do pré-sal. As dimensões destes reservatórios levam a modelos computacionais muito maiores, escalonando a quantidade de incógnitas a serem resolvidas, de centenas de milhares para bilhões. Problemas dessa ordem de magnitude só podem ser resolvidos em paralelo em equipamentos de computação de alto desempenho, como o cluster Euler, adquirido via FAPESP recentemente pelo CEPID-CeMEAI. “Os novos simuladores devem fazer uso de métodos numéricos inovadores, capazes de tirar proveito de arquiteturas computacionais de última geração, permitindo a simulação eficiente de problemas de recuperação de petróleo de grande porte”.

Desafios – Um dos desafios da pesquisa é avançar com a fronteira do conhecimento científico em métodos numéricos especializados para lidar com fenômenos que envolvem diferentes escalas de grandeza como acontece no problema da simulação de reservatórios de petróleo. “Para se ter uma ideia da diferença destas escalas, enquanto os reservatórios de petróleo do pré-sal possuem centenas de quilômetros de extensão, os poros de rochas onde o petróleo é normalmente encontrado, possuem diâmetros que podem chegar a poucos micrômetros (milésimos de milímetro). Essa diferença brutal de escalas de comprimento leva a uma série de desafios na modelagem matemática e computacional do problema, que devem ser atacados durante o desenvolvimento deste projeto”, explica o pesquisador.

Resultados – As negociações começaram em 2014 e o projeto foi iniciado em dezembro de 2016. O convênio estipula prazo de quatro anos para que os resultados sejam apresentados. Há participação dos pesquisadores do ICMC/USP Roberto F. Ausas e Gustavo C. Buscaglia, e colaboração de Eduardo Abreu, do IMECC/UNICAMP, além de uma colaboração internacional com o prof. Felipe Pereira, da University of Texas at Dallas – especialista em métodos numéricos multiescala para escoamentos em meios porosos. “Temos uma equipe de pesquisadores altamente qualificados e já possuímos alunos alocados ao projeto. A expectativa é de uma boa interação com a equipe técnica da Petrobras hoje atuando no Centro de Pesquisa da Petrobras (CENPES). Esta será uma excelente oportunidade de interação com problemas industriais atuais e relevantes para o desenvolvimento do país. Acredito que essa realização só vem trazer benefícios para o CeMEAI e ICMC/USP, e os resultados são muito promissores para o aprimoramento das técnicas de produção praticadas atualmente pela Petrobras”, concluiu.

Sobre o CeMEAI

O Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria (CeMEAI), com sede no Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC) da USP, em São Carlos, é um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPIDs) financiados pela FAPESP.

O CeMEAI é estruturado para promover o uso de ciências matemáticas como um recurso industrial em quatro áreas básicas: Otimização Aplicada e Pesquisa Operacional, Mecânica de Fluidos Computacional, Modelagem de Risco, Inteligência Computacional e Engenharia de Software.

Além do ICMC-USP, CCET-UFSCar, IMECC-UNICAMP, IBILCE-UNESP, FCT-UNESP, IAE e IME-USP compõem o CeMEAI como instituições associadas.

Sobre a Petrobras

Empresa de capital aberto, cujo acionista majoritário é o Governo do Brasil, sendo, portanto, uma empresa estatal de economia mista. Com sede no Rio de Janeiro, opera em cerca de 25 países, no segmento de energia, prioritariamente nas áreas de exploração, produção, refino, comercialização e transporte de petróleo, gás natural e seus derivados.

Instituída em 3 de outubro de 1953, deixou de monopolizar a indústria petroleira no Brasil em 1997, mas continua a ser uma importante produtora do produto, com uma produção diária de mais de 2 milhões de barris (320 mil metros cúbicos). A Petrobras é líder mundial no desenvolvimento de tecnologia avançada para a exploração petrolífera em águas profundas e ultraprofundas.

Raquel Vieira- Comunicação CeMEAI

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Assessoria de Comunicação do CeMEAI: (16) 3373-6609

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IAE conta com o maior túnel de vento da América Latina

Equipamento é utilizado por pesquisadores do CeMEAI para diversas simulações

Quando um veículo está em movimento, seja ele um carro, um navio, um avião ou até um VANT, ele é submetido à ação do vento. Prédios, casas ou qualquer outra construção também recebem essa força e precisam ser capazes de suportá-la para que não haja danos na estrutura.

Imagine que um modelo de avião terá uma pequena mudança em sua aerodinâmica, mas a melhor configuração dessa mudança ainda não é conhecida. É necessário realizar alguns testes, mas é inviável construir um avião diferente para cada uma das tentativas – além de muito caro, é extremamente perigoso. Então, como é possível testar as mudanças – ou até novos modelos – sem colocar a aeronave no ar?

No Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA), em São José dos Campos, pesquisadores do Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE) contam com três túneis de vento, equipamentos que servem exatamente para simular o deslocamento do ar, chamado de escoamento, em estruturas. “Você tem um escoamento e quer medir os efeitos dele em corpos que estão imersos nesse escoamento. O que todo mundo faz? Cria um modelo matemático. Atualmente, com técnicas modernas de mecânica dos fluidos computacional (CFD), é possível que se obtenha modelos matemáticos muito representativos dos escoamentos de interesse. Entretanto, as entidades certificadoras aeronáuticas ainda requerem que exista alguma validação experimental dos resultados computacionais. Por isso, eu preciso do túnel de vento para ver onde eu estou errando ou acertando, no modelo matemático, e para satisfazer os requisitos das entidades certificadoras”, explica João Luiz Azevedo, chefe da Divisão de Aerodinâmica do IAE e pesquisador do Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria (CeMEAI).

Um dos três túneis, chamado de TA2, é o maior túnel de vento da América Latina. Nele, são realizados ensaios de modelos de diversos veículos, construções e, dependendo do tamanho da estrutura a ser simulada – um VANT de pequeno porte, por exemplo – é possível colocar a estrutura original em si, sem a necessidade de criar um modelo em escala. “Tipicamente, as universidades têm túneis de vento acadêmicos, mas com uma facilidade de ensaio industrial só existe o nosso. O próprio DCTA, a Embraer, empresas automobilísticas e uma série de outras empresas da região fazem ensaios aqui. O TA2 é uma facilidade única no país e na América Latina”, comenta Azevedo.

Para medir as forças aplicadas sobre o modelo de aeronave a ser testado no túnel, os pesquisadores utilizam uma balança aerodinâmica. Para que os resultados obtidos nos ensaios sejam confiáveis, é necessário que a balança esteja bem calibrada para mostrar com precisão os efeitos dos componentes que influenciam o voo. “Você precisa saber com exatidão qual é o efeito dessas forças aerodinâmicas. Isso é fundamental para que, depois, você saiba o que acontece com a aeronave em escala real”, salienta Maria Luisa Reis, chefe da Subdivisão de Ensaios da Divisão de Aerodinâmica do IAE.

Segundo Maria Luisa, os resultados dos ensaios realizados no IAE seguem uma padronização internacional, recomendada pelos países da Convenção do Metro. “Os países lá de fora fazem tudo o que a gente faz aqui. Isso é importante porque os ensaios realizados aqui têm validade no exterior também, e isso quebra barreiras para a exportação dos nossos produtos”, conclui a pesquisadora.

Sobre o CeMEAI

O Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria (CeMEAI), com sede no Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC) da USP, em São Carlos, é um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPIDs) financiados pela FAPESP.

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Pesquisadores da USP estudam o atrito entre as peças nos motores dos carros

Trabalho conta com parceiros do Brasil e do exterior

Melhorar o desempenho de um carro não depende só do motorista. Pisar menos no acelerador e trocar de marcha nos momentos ideais são atitudes que podem te ajudar a gastar menos combustível e forçar menos o motor, mas você não está sozinho na tentativa de economizar. Um estudo desenvolvido na USP em São Carlos busca diminuir o atrito entre as partes do motor para que as peças se desgastem o mínimo possível e, consequentemente, necessitem de menos manutenção – o que também ajuda a economizar combustível.

A ideia da pesquisa é simples: esculpir pequenos desenhos, chamados de microtexturas, nas partes lubrificadas do motor, que são as áreas por onde o óleo lubrificante passa. Cada desenho diferente resulta em um comportamento diferente do óleo, e, quanto melhor lubrificadas as peças ficam, menor é o atrito entre elas.

“Menos atrito significa menos desgaste nas partes do motor, e isso quer dizer que você vai gastar menos em trocar partes do motor e também significa menos consumo de combustível”, explica Hugo Checo, pós-doutorando do Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC-USP).

O trabalho dos pesquisadores se apoia nos experimentos realizados no Laboratório de Dinâmica da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC-USP). Diversas peças com microtexturas diferentes são testadas em um experimento que simula com bastante fidelidade o que acontece dentro de um motor. “Todas as partes do motor que são do tipo mancal hidrodinâmico são muito semelhantes, na forma como elas funcionam, ao experimento que são feitos aqui no Laboratório de Dinâmica. As superfícies são testadas e os dados são salvos. Com esses dados, nós fazemos a simulação numérica, ou seja, no computador, para ver a eficiência de cada uma das microtexturas”, conta Hugo.

O coordenador dos trabalhos de simulação é o professor Gustavo Buscaglia, do ICMC e pesquisador do Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria (CeMEAI). Buscaglia trabalha nessa área há quase 20 anos e desenvolve a pesquisa em parceria com empresas do Brasil e do exterior. “Atualmente, nossas parcerias passam sobretudo pela França. Temos parceiros em universidades francesas – em particular, o INSA [Instituto Nacional de Ciências Aplicadas] de Lyon, com quem trabalhamos desde 1997. Eles têm muito contato com a parte de desenvolvimento de motores da Renault e nos propõem problemas e fazem aplicações dos nossos códigos. No Brasil, temos contato com a Mahle. Com eles, também surgiu uma interação bastante frutífera”, comemora. 

Buscaglia ainda conta que, na década passada, as pesquisas na área se concentravam em criar as texturas e esculpi-las nas peças. Porém, o foco dos estudos vem mudando nos últimos anos. “Atualmente, as superfícies que nós estudamos já estão sendo utilizadas ou já estão sendo incorporadas ao mercado. Nosso trabalho, agora, aponta um pouco mais a desenvolver os métodos para escolher onde utilizar cada uma das superfícies, em qual contato aplicá-las”, finaliza.

Sobre o CeMEAI

O Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria (CeMEAI), com sede no Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC) da USP, em São Carlos, é um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPIDs) financiados pela FAPESP.

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Além do ICMC-USP, CCET-UFSCar, IMECC-UNICAMP, IBILCE-UNESP, FCT-UNESP, IAE e IME-USP compõem o CeMEAI como instituições associadas.

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Tese sobre segmentação e edição de imagens é premiada pela SBMAC

Estudo foi desenvolvido por pesquisadores do CeMEAI

A tese de doutorado desenvolvida pelo pesquisador Wallace Casaca, sob orientação do professor Luis Gustavo Nonato, associado ao CeMEAI, que criou uma ferramenta computacional possibilitando segmentar e editar uma imagem a partir da pré-seleção de alguns elementos existentes nela, é novamente premiada.

Intitulada “Graph Laplacian for Spectral Clustering and Seeded Image Segmentation”, a tese foi selecionada em 1º lugar pelo Comitê do Prêmio de Doutorado do Congresso Nacional de Matemática Aplicada e Computacional- CNMAC 2016- para receber o Prêmio Sociedade Brasileira de Matemática Aplicada e Computacional- SBMAC- de Doutorado “Odelar Leite Linhares”.

A premiação acontecerá em Gramado, RS, no mês de setembro e Wallace também foi convidado a participar de Conferência Plenária durante o Congresso. “Essa premiação, assim o CNMAC, é promovida a cada dois anos pela SBMAC, a qual conta com um ganhador por edição. É realmente muito gratificante ter sido outorgado com essa distinção, pois trata-se de um prêmio de reconhecimento na maior conferência na área de Matemática Aplicada e Computacional do país”, comentou Casaca.

A pesquisa de Casaca, cujos recortes de imagens são feitos com alta precisão e com ajuste nas bordas, já havia sido premiada com o primeiro lugar no 1º Concurso Latino-Americano de Teses de Doutorado, evento associado à XLI Conferência Latino-Americana de Informática (CLEI 2015). Além disso, o trabalho também foi premiado pelo comitê de Ciências de Computação com uma menção honrosa no Prêmio Capes de Teses 2015.

Os artigos e a tese de Casaca podem ser acessados aqui.

Uma ilustração da ferramenta computacional criada por Casaca pode ser acessada aqui: http://icmc.usp.br/e/cd848.

Entenda como funciona o programa desenvolvido durante a pesquisa: 

Sobre o CeMEAI

O Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria (CeMEAI), com sede no Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC) da USP, em São Carlos, é um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPIDs) financiados pela FAPESP.

O CeMEAI é estruturado para promover o uso de ciências matemáticas como um recurso industrial em quatro áreas básicas: Otimização Aplicada e Pesquisa Operacional, Mecânica de Fluidos Computacional, Modelagem de Risco, Inteligência Computacional e Engenharia de Software.

Além do ICMC-USP, CCET-UFSCar, IMECC-UNICAMP, IBILCE-UNESP, FCT-UNESP, IAE e IME-USP compõem o CeMEAI como instituições associadas.

Sobre a SBMAC

A Sociedade de Matemática Aplicada e Computacional - SBMAC foi criada em 1º de novembro de 1978 e tem como objetivos : Desenvolver as aplicações da Matemática nas áreas científicas, tecnológicas e industriais; Incentivar o desenvolvimento e implementação de métodos e técnicas matemáticas eficazes a serem aplicadas para o benefício da Ciência e Tecnologia; Incentivar a formação de recursos humanos em Matemática com ênfase ao conteúdo e à utilização eficiente dos recursos computacionais disponíveis; Promover o intercâmbio de ideias e informações entre as áreas de aplicações matemáticas.

Raquel Vieira - Comunicação CeMEAI

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No Brasil, 50% dos casos de influenza registrados já se devem ao vírus H1N1, segundo boletim divulgado em 4 de maio pelo Ministério da Saúde. Isso preocupa as autoridades sanitárias, pois esse subtipo é mais agressivo do que os demais vírus da gripe que circulam no país.

Em termos estatísticos, duas variáveis são consideradas críticas para o enfrentamento exitoso de uma epidemia: o tempo de detecção da doença e o tempo de isolamento dos indivíduos afetados.

Um modelo criado no Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria (CeMEAI) – um Centro de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPID) financiado pela FAPESP – definiu a equação que permite calcular o valor ótimo para o tempo de detecção.

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O mercado de trabalho está de olho nos matemáticos e as empresas precisam das orientações desses profissionais para a tomada de decisões, principalmente agora, nessa época de crise, quando não dá pra deixar de investir porque tem prioridade. Só que é comum não aparecerem candidatos para as vagas. Então, se o vestibular vem aí ou se você pretende mudar de área, preste atenção na reportagem de hoje. Matemático não é só aquele cara que fica trancado na sala de aula. Se você pensa assim, precisa se atualizar. Veja só onde é que está a matemática.

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