Dissertação
Modelagem Computacional de Fluxo em Aplicador de Herbicida Amparada por Simulação com Ênfase em Exploração de Paralelismo
Registro en:
SPECHT, Mateus. Modelagem Computacional de Fluxo em Aplicador de Herbicida
Amparada por Simulação com Ênfase em Exploração de Paralelismo. 76 f. 2020. Dissertação (Mestrado) – Programa de Pós-Graduação Mestrado Acadêmico em Computação Aplicada – Universidade Federal do Pampa, Campus Bagé, Bagé, 2020.
Autor
Specht, Mateus
Institución
Resumen
The present research analyzes the functioning of the selective herbicide applicator
Campo Limpo, which promotes the control of weeds in pastures by direct contact
with the applicators soaked with a herbicide syrup. In order to better understand its
operation, with a focus on flow behavior, to improve the accuracy of its application,
computational experiments were performed using the simulation with the construction
of the background mesh, simulation mesh, mesh refinement, initial condition settings and
simulation parameters. It was also necessary to develop series of laboratory experiments
with an apparatus close to the reality of the operation of the applicator implement. The
simulation experiment in different computational environments was conducted in order
to execute behaviors in the laboratory. Some field experiments were carried out to enable
cross-validation studies of the proposed models, contrasting in a laboratory with a real
Campo Limpo scale. The construction of a geometry model for use in the construction
of mesh and, later, resolution of calculations requires high performance computing
solutions. The application of parallelism techniques dividing of computational work in
different processing units provided an increase in speed of comuputacional environments
processing by up to 4 times and increased simulation complexity of simulation mesh from
7-sided to 37-sided scenario with more than 400 thousand cells. A performance evaluation
made it possible to compare computational environments and indicated an architecture
based on use of distibuted computing with a reduction of processing time in approximatly
40%, with special attention to parallelism techniques, seeking a resolution of case studies
with time restrictions. The different case studies point out possible ways to improve
the construction metrics and operational conditions of Campo Limpo based on the data
obtained in experiments and simulations. A presente pesquisa analisa o funcionamento do aplicador seletivo de herbicida Campo
Limpo, que promove o controle de plantas daninhas em pastagem por contato direto
com os aplicadores embebidos com a calda herbicida. Visando entender melhor a sua
operação para aprimorar a precisão de sua aplicação, foram realizados experimentos
computacionais com foco no comportamento do escoamento, envolvendo a simulação
a partir da construção da malha de fundo, da malha de simulação, do refinamento da
malha e da definição das condições iniciais e dos parâmetros da simulação. Também foi
necessário desenvolver uma série de experimentos laboratoriais com aparato próximo
da realidade de operação do implemento aplicador. A experimentação da simulação
nos diferentes ambientes computacionais foi conduzida de forma a representar o
comportamento obtido no laboratório. Alguns experimentos de campo foram realizados
para possibilitar os estudos de validação cruzada das modelagens de partes da roçadeira,
contrastando o comportamento laboratorial com a escala real da Campo Limpo. A
construção de um modelo da geometria para uso no desenvolvimento da malha e,
posteriormente, a resolução dos cálculos demandaram soluções de computação de
alto desempenho. A aplicação de técnicas de paralelismo com a divisão de trabalhos
computacionais em diferentes unidades de processamento propiciou o aumento da
velocidade dos ambientes computacionais em até 4 vezes e viabilizou o acréscimo da
complexidade da malha simulação evoluir de um cenário de 7 faces a um de 37 faces
e mais de 400 mil células. A avaliação de desempenho possibilitou a comparação
entre ambientes computacionais e indicou a arquitetura baseada no uso de computação
distribuída com uma redução do tempo de processamento de aproximadamente 40%,
com especial atenção às técnicas de paralelismo, buscando a resolução de estudos de
caso com restrições de tempo. Os diferentes estudos de caso proporcionaram formas de
se aprimorar as métricas construtivas e condições operacionais da Campo Limpo com
base nos dados obtidos em experimentos e nas simulações.