Simulação numérica da combustão turbulenta de gás natural em câmara cilíndrica

O presente trabalho apresenta uma modelagem detalhada de processos de combustao turbulentos para um jato concentrico de combustıvel e ar. A modelagem é fundamentada nas equacões de conservacão de massa, de quantidade de movimento, de energia e de espécies quımicas. A turbulencia é resolvida pela utilizacão do modelo k- padrão. Dois modelos de reacões quımicas são apresentados. O modelo SCRS – Simple Chemically-Reacting Systems, que assume taxas instantâneas de reacões quımicas. Também é abordado o modelo E-A – Eddy Breakup - Arrhenius, que assume taxas finitas de reacões quımicas. A radiacão térmica, fenômeno de grande importância devido as altas temperaturas alcancadas em processos de combustão,é modelada através do Método das Zonas. O modelo da soma ponderada de gases cinzas – WSGGM,é usado para determinar o espectro de emissão e absorcão dos gases no processo. Para a solucão destas equacões diferenciais, juntamente com os modelos de turbulência, de reaçõoes químicas e radiação térmica, faz-se o uso do Método dos Volumes Finitos. Para validar a modelagem apresentada resolve-se o processo de combustão em uma câmara cilíndrica. A câmara de combustão usada áa mesma abordada no First Workshop on Aerodynamics of Steady State Combustion Chambers and Furnaces, organizado pela ERCORTAC - European Research Community On Flow Turbulence And Combustion, em outubro de 1994, que apresenta dados experimentais de temperatura e concentração das espécies químicas para várias posições de interesse no interior da câmara. Utiliza-se o gás natural como combustível e o ar atmosférico como oxidante. O processo de combustão sem pré-mistura é resolvido para a condição de excesso de combustível de 5 % para ambos os modelos, onde o gás natural é injetado por um duto circular central, e o ar atmosférico por um orifício anular externo a esse duto, no mesmo plano Uma reação química não estagiada é assumida para o modelo SCRS. Para o modelo E-A duas situações são resolvidas: combustão não estagiada, com uma etapa global de reação química; e reação quımica estagiada, com duas etapas globais. Os resultados obtidos com o modelo SCRS para a distribuição de temperaturas, em termos de tendências gerais, são razoáveis. Já as concentrações de espécies químicas não apresentam dados satisfatórios para este modelo. Para o modelo E-A os resultados apresentam boa concordância com os dados experimentais, principalmente para a situação em que o processo de combustão é assumido em duas etapas globais. ´E analisado em detalhe o papel desempenhado pela transferencia de calor por radiacao, com meio participante. Para melhor verificar as trocas de calor, assume-se uma camara de combustao cilındrica com paredes d’agua. A injecao do combustıvel e do oxidante e feita atraves de um queimador central, semelhante ao usado para validar a modelagem, porem com dois orifıcios concentricos para injecao de combustıvel. Nesta situação o efeito do turbilhonamento (swril), assumido como 20 % da velocidade axial de entrada, sobre a injecao de ar e computado atraves da condicao contorno da equacao de conservacao da quantidade de movimento angular. Nesta fase apenas o modelo E-A, com duas etapas globais de reacoes quımicas, e considerado, ja que o mesmo apresenta os melhores resultados. O processo de combustao e simulado com e sem a presenca da radiacao termica. Verifica-se que a presenca da radiacao termica homogeneiza a temperatura dos gases no interior da camara. Com isso verifica-se tambem alterações nas taxas de reacoes quımicas, modificando a magnitude das fracoes das especies quımicas Quando a radiacao termica e considerada efeitos de extinção local da chama sao verificados nas regioes de temperaturas mais altas, diminuindo o consumo de oxigenio e aumentando a producao de monoxido de carbono, caracterizando assim uma combustao incompleta. Em algumas situacoes tem-se uma variacao de temperatura de ate 500 K, a montante da chama. A radiacao termica tambem aumenta a taxa de transferencia de calor dos gases quentes para as paredes da camara, e desta para o seu exterior. Com os resultados obtidos a partir desta modelagem e possıvel determinar o perfil da zona de combustao, a distribuicao de concentracoes de especies quımicas, o campo de velocidades e as taxas de transferencia de calor para as paredes da camara de combustao, total, por conveccao superficial e por radiacao. Estes resultados sao de extrema importancia para prever a performance de camaras de combustao, assim como auxiliar na sua otimizacao.

Contribuição ao estudo do ecodesign na seleção de materiais para construção de residências unifamiliares em ambientes urbanos

A construção civil é, hoje, uma das atividades da sociedade que mais interfere diretamente com o meio ambiente. Matérias-primas são extraídas, energia é consumida durante a construção e utilização, resíduos são devolvidos ao ambiente natural, e emissões tóxicas são geradas e expelidas na atmosfera. A maneira como esta atividade vem sendo exercida atualmente resulta em uma destruição cada vez mais acelerada dos recursos naturais disponíveis. Este quadro só poderá se modificar à medida que houver maior conscientização de todos os agentes envolvidos nesta atividade, e que a pesquisa constante indicar novos caminhos para o desenvolvimento de novos métodos e materiais de construção. Considerando-se este contexto, esta dissertação busca, como objetivo geral, contribuir na seleção de materiais para uma residência sustentável e, por conseqüência, na diminuição dos impactos dos resíduos gerados atualmente na construção civil. Para tanto, se propõe a analisar os materiais de construção com maior freqüência de utilização no mercado, em termos de impactos ambientais, para as principais etapas de uma residência unifamiliar. Entenda-se como etapas as fundações e/ou estruturas, revestimentos de pisos, elementos de vedação, revestimentos de paredes, esquadrias, forros e revestimentos de telhados. A partir dessa análise, este trabalho se propõe apresentar uma proposta de "guia", relacionando os materiais de acordo com os impactos ambientais causados ao meio ambiente, principalmente pela geração de CO2, hoje em dia, principal responsável pelo efeito estufa, além do consumo de energia despendida e percentagem de reciclagem, dados obtidos através do software CES 4.2 Granta Design, tendo como base as propriedades dos referidos materiais Uma ampla revisão bibliográfica foi realizada, além de pesquisas quanto aos métodos existentes para seleção de materiais e análise dos impactos ambientais causados, bem como a consulta com profissionais da área para identificação dos materiais a serem estudados. Com a obtenção destes dados, pode-se classificar os materiais que foram selecionados para este estudo em cada etapa de uma residência unifamiliar. Nesta classificação, tomando como base a emissão de CO2, a madeira sobressai-se em primeiro lugar, posição deslocada se a classificação é baseada no consumo de energia ou ainda na reciclagem dos materiais.

Estudo comparativo sobre a permeabilidade das alvenarias em blocos cerâmicos e alvenarias em blocos de concreto

A umidade constitui-se em uma das principais manifestações patológicas que afligem os usuários de edificações. Procura-se, neste trabalho, abordar as diversas características dos materiais, bem como, os fenômenos e propriedades físicas que agem no sentido de propiciar a penetração de umidade nas alvenarias. Neste trabalho, analisa-se o desempenho de alvenarias compostas por unidades de blocos cerâmicos e blocos de concreto, quanto à penetração de umidade. São apresentados métodos de ensaios concebidos para avaliação da estanqueidade em paredes e, dentre estes, três métodos de ensaio usualmente utilizados pelo meio técnico são empregados na análise da capacidade estanque, no sentido de se proceder a um estudo comparativo do desempenho das alvenarias de blocos cerâmicos e de concreto, com e sem revestimento.

Classificação de sinais de voz utilizando a transformada Wavelet Packet e redes neurais artificiais

Este trabalho apresenta um sistema de classificação de voz disfônica utilizando a Transformada Wavelet Packet (WPT) e o algoritmo Best Basis (BBA) como redutor de dimensionalidade e seis Redes Neurais Artificiais (ANN) atuando como um conjunto de sistemas denominados “especialistas”. O banco de vozes utilizado está separado em seis grupos de acordo com as similaridades patológicas (onde o 6o grupo é o dos pacientes com voz normal). O conjunto de seis ANN foi treinado, com cada rede especializando-se em um determinado grupo. A base de decomposição utilizada na WPT foi a Symlet 5 e a função custo utilizada na Best Basis Tree (BBT) gerada com o BBA, foi a entropia de Shannon. Cada ANN é alimentada pelos valores de entropia dos nós da BBT. O sistema apresentou uma taxa de sucesso de 87,5%, 95,31%, 87,5%, 100%, 96,87% e 89,06% para os grupos 1 ao 6 respectivamente, utilizando o método de Validação Cruzada Múltipla (MCV). O poder de generalização foi medido utilizando o método de MCV com a variação Leave-One-Out (LOO), obtendo erros em média de 38.52%, apontando a necessidade de aumentar o banco de vozes disponível.

Estudo para a padronização das dimensões de unidades de alvenaria estrutural no Brasil através do uso da coordenação modular

Este estudo apresenta uma proposta para a padronização das dimensões de unidades de alvenaria estrutural no Brasil. Para isso, primeiramente são discutidos os benefícios da aplicação da teoria da coordenação modular na alvenaria estrutural, através da relação da coordenação modular com a arquitetura e da síntese dos seus princípios fundamentais. Tendo sempre o foco na padronização do componente modular e no seu uso em projetos coordenados modularmente. Em seguida, é apresentada a situação da alvenaria estrutural no Brasil e na Alemanha, observando principalmente o uso da coordenação modular, as características das unidades, do projeto e da execução nesse processo construtivo. Destacamse os problemas enfrentados no Brasil, onde adaptações do projeto arquitetônico de edifícios em concreto armado para projetos em alvenaria estrutural aumentam os custos e problemas no processo construtivo. A principal razão para isto é que as unidades de alvenaria não são coordenadas modularmente e necessitam rigorosa padronização. Assim, finalmente, a partir dos aspectos condicionantes para as dimensões das unidades de alvenaria estrutural é possível alcançar o objetivo central deste trabalho que é a sugestão à indústria brasileira de uma série de medidas preferidas para a padronização das dimensões de unidades de alvenaria estrutural no Brasil, apresentando os possíveis arranjos de paredes e elaborando um projeto piloto coordenado modularmente, sem que haja a restrição da liberdade criativa dos arquitetos.

Utilização do método de Monte Carlo na resolução de problemas de transferência de calor por radiação em cavidades que contém meio participante

Um estudo foi realizado com a finalidade principal de investigar de que maneira a teoria de transferência de calor por radiação em meios participantes pode ser melhor aplicada na resolução de problemas de troca de energia no interior de cavidades que se assemelhem a fornalhas industriais. Verificou-se que as superfícies internas da maioria das fornalhas podem ser consideradas cinzentas e difusoras, o que facilita a aplicação de modelos de soma ponderada de gases cinzas. Sendo assim, as maiores dificuldades aparecem quando a geometria da cavidade é complexa. Com o método de Monte Carlo, é possível resolver problemas com características geométricas bastante complexas, bem como considerar efeitos espectrais e direcionais, quando necessário. Este método foi, então, aplicado, em conjunto com o método da zona, na elaboração de três códigos computacionais, que são capazes de determinar áreas de troca totais em cavidades onde as paredes e o gás são cinzas. Um deles pode ser aplicado a cavidades paralelepipédicas; outro, a cilíndricas. Tanto no primeiro, quanto no segundo, as dimensões podem assumir qualquer valor. Com o terceiro código computacional, é possível obter-se áreas de troca totais entre zonas de cavidades que têm geometria genérica formada a partir de combinações de cubos. Resultados obtidos através dos três códigos computacionais foram comparados com outros disponíveis na literatura.