Simulação de sistemas térmicos de potência para geração de energia elétrica

O presente trabalho é dedicado à simulação numérica de sistemas térmicos de potência. O trabalho é iniciado com a modelagem de um ciclo Rankine, dedicado à produção de energia elétrica, para o qual foi elaborado um programa de simulação com a linguagem de programação MATLAB. A partir desse primeiro caso, são apresentados os modelos empregados para representar os diversos componentes que formam o circuito, como o gerador de vapor, a turbina, o condensador e a bomba. Além desses componentes, são introduzidas as equações que representam o escoamento do fluido de trabalho, no caso a água, permitindo assim o cálculo da perda de carga nas diferentes canalizações do circuito, sendo também acoplado o funcionamento da bomba. Essa alternativa pennite uma melhor avaliação do trabalho despendido para operar o sistema. A modelagem do ciclo deixa então de ser exclusivamente tennodinâmica, e passa a incluir aspectos de mecânica de fluidos. Outras variantes desse ciclo simples são também modelados e simulados, incluindo ciclos Rankine regenerativos e com irreversibilidades. As simulações são efetuadas admitindo-se parâmetros de operação, como, potência da turbina, temperatura do vapor d'água na entrada da turbina e pressão do vapor d'água na saída da turbina, com a variante de fixar-se o título do vapor d'água na saída da turbina.

Efeitos da variação da carga por eixo, pressão de inflação e tipo de pneu na resposta elástica de um pavimento

O presente trabalho é uma análise experimental que procura investigar os efeitos dos fatores carga por eixo, pressão de inflação e tipo de pneu sobre o desempenho de pavimentos. Os dados e informações existentes sobre o quadro de cargas por eixo praticada pela frota de veículos pesados é razoável. A ação conjunta dos referidos fatores é ainda uma questão pouco explorada. Assim, para compensar a escassez de dados sobre pressão de inflação e tipo de construção de pneus utilizados na frota de carga, programou-se uma pesquisa de campo na rodovia estadual RS/240. As informações oriundas da pesquisa demonstram que há um acréscimo generalizado no valor da pressão dos pneus e um aumento de uso dos pneus de fabricação radial em relação aos pneus convencionais. Os dados de campo subsidiaram a programação de um experimento fatorial cruzado executado na Área de Pesquisas e Testes de Pavimentos da UFRGS/DAER. A variação dos níveis dos fatores deu-se através de um simulador linear de tráfego atuando sobre uma pista experimental com 20 m de comprimento por 3,5 m de largura. Tendo como resposta estrutural do pavimento a máxima deflexão superficial recuperável medida com uma viga Benkelmam, determinou-se como significantes os efeitos dos fatores carga por eixo e pressão de enchimento dos pneus. Os cálculos estatísticos indicam também que não há diferenças significativas entre os pneus tipo 9.00R20 e 9.00x20 e que todas interações não exercem efeitos significativos sobre a variável de resposta. Em seqüência, determinaram-se as áreas de contato do rodado duplo do simulador de tráfego com a superfície do pavimento ensaiado para as combinações dos níveis dos fatores. Pode-se, então, comparar área de contato medida com área circular calculada, considerada em muitos modelos de dimensionamento de pavimentos. Relacionou-se a variação da pressão de contato com a deflexão recuperável e procedeu-se uma comparação da mesma com a pressão de inflação nominal dos pneus. Apresenta-se um modelo de análise do desempenho do pavimento em função da carga por eixo e da pressão de inflação, nos limites do experimento. Os dados decorrentes do experimento viabilizaram a determinação dos Fatores de Equivalência de Cargas para os níveis dos fatores, considerando-se o pavimento ensaiado. Avaliou-se, via evolução das deflexões e dos Fatores de Equivalência de Cargas, a redução da vida do pavimento, obtendo-se, para a combinação de níveis mais críticos de carregamento, resultados significativos de até 88 % de redução. Propõe-se, por último, uma formulação para o Fator de Equivalência de Cargas que considere também a ação da pressão de inflação.

Comportamento do aco inoxidavel ABNT 304 a corrosao-sob-tensao em solucoes aquosas neutras de nacl a temperatura de ebulicao utilizando a tecnica de carga constante

Estudou-se o comportamento do aço inoxidável ABNT 304 à corrosão-sob-tensão (C.S.T.) em soluções aquosas com 0,1%, 3,5% e 20% de NaCl, na temperatura de 103°C, através de ensaios de carga constante. Com auxílio das técnicas e conceitos de Mecânica de Fratura Linear Elástica e das análises eletroquímicas procurou-se encontrar as condições em que ocorre C.S.T. no sistema aço inoxidável austenítico/solução aquosa de NaCl a 103°C. Utilizou-se o corpo-de-prova do tipo dupla viga em balanço (T-notch double cantilever beam: TN-DCB), com intuito de observar a influência do fator de intensidade de tensão, concentração da solução e potencial eletroquímico. Estimou-se o valor do fator de intensidade de tensão limite (KICST) e a velocidade de propagação das trincas; também foram analisadas outras importantes características em termos mecanísticos. Definiu-se faixas de potenciais e valores de intensidade de tensão a partir dos quais ocorre o surgimento de trincas por C.S.T.. Fêz-se análises metalográficas dos corpos-de-prova onde se pode constatar trincas transgranulares bem típicas do fenômeno de C.S.T.. Foram feitos alguns testes em solução aquosa saturada de MgCl2, em ebulição, para se comparar as diferentes soluções quanto ao fenômeno de C.S.T.. Alterou-se as dimensões do corpo-de-prova para avaliar a orientação da propagação das trincas por C.S.T..

Proposta para implantação de microcentrais hidrelétricas automatizadas com o emprego de geradores assíncronos

Este trabalho insere em seu conteúdo dois propósitos: o primeiro é o de apresentar uma microusina experimental, uma planta piloto de uma microcentral hidrelétrica automatizada, que foi montada para ser utilizada como laboratório de pesquisas do desempenho de máquinas assíncronas de até 5CV operando como geradores de energia elétrica. Para isso, apresentamos todos os equipamentos com as suas respectivas especificações, a descrição do funcionamento e documentos gerais do projeto. O segundo é fazer uma revisão do uso da máquina assíncrona, funcionando como gerador de energia elétrica ligada à rede de distribuição local. Estudamos e apresentamos algumas conclusões sobre o comportamento deste tipo de gerador, no contexto de uma microcentral hidrelétrica automatizada, em situações operacionais onde se pode contemplar máxima potência ou máximo fator de potência ou, então, máximo rendimento. Realizamos análises teóricas considerando o circuito equivalente do gerador instalado na microcentral; foram geradas curvas das grandezas envolvidas no processo de geração de energia elétrica, e estes resultados foram comparados com as medidas fornecidas pelas leituras dos instrumentos, enquanto a máquina no ambiente da microusina experimental, era submetida à situação de carga zero até a máxima. Com os resultados colhidos procuramos estabelecer uma relação entre a potência mecânica nominal de motores assíncronos com a potência ativa nominal deste tipo de máquina operando como gerador.

Pico de força das articulações do membro inferior e ativação muscular da coluna dorso-lombar durante o manuseio de carga com estilo livre

o objetivo do presente estudo foi analisar o pico de força articular (FA) do tornozelo, joelho e quadril do membro inferior direito, e a ativação eletromiográfia (AE) da musculatura da coluna dorso-lombar no manuseio de carga, no movimento de colocar e retirar uma caixa situada no chão e na altura dos olhos. Foram utilizadas cargas correspondentes a I% e 10% da massa corporal do sujeito, totalizando-se oito tarefas. A amostra foi composta por 4 mulheres e 4 homens, na faixa etária entre 23 a 36 anos. Nenhuma instrução foi dada em relação à forma de execução da tarefa caracterizando-a como estilo livre. Para a análise do pico de FA utilizou-se a dinâmica inversa 2D, com auxílio de rotinas desenvolvidas no software MATLAB. Para análise da AE foi utilizada a eletromiografia de superfície. Adotou-se um Índice Postural (IP) nas tarefas de altura baixa para quantificar a postura no início da retirada da carga, e no final da colocação da mesma. Para o tratamento estatístico foi realizado o teste de normalidade de Shapiro-Wlik, e de homogeneidade de Levene após a ANOVA e post-hoc Tukey-b. O nível de significância foi p< 0.05. Em todas as situações o pico de FA apresentou um padrão em que os valores foram maiores no tornozelo, seguidos pelo joelho e depois pelo quadril. O fator que influenciou significativamente o pico de FA, o valor RMS e pico de AE foi a altura, sendo os maiores valores encontrados na altura baixa com peso pesado no movimento de retirar. Em uma relação temporal, os picos de FA e picos de AE na tarefa da altura baixa no movimento de retirar, em sua maioria, ocorreram na primeira metade do movimento, e no movimento de colocar na segunda metade. Já em uma relação temporal na tarefa da altura alta, não houve um padrão. O IP identificou que a amostra realizou uma postura predominantemente de agachamento, não havendo diferença intra e entre os sujeitos. Durante o manuseio de carga na altura baixa, o instante do pico de FA ocorreu quando o joelho e o quadril estavam em flexão máxima, e o tornozelo em desiflexão. Infere-se, então, que as articulações estudadas podem estar mais suscetíveis a lesões nestes espaços temporais ao se manusearem cargas que se encontram ao nível do chão.

Um modelo sistêmico de segurança do trabalho

O objetivo geral da tese foi desenvolver um modelo sistêmico de segurança do trabalho (também denominado 5C) com base nos fatores causais e contributivos aos acidentes do trabalho abordados na literatura, na análise macroergonômica do trabalho e no ponto de vista de quem os percebe (fator subjetivo). A revisão de literatura sobre Teorias e Modelos da Causa do Acidente e uma Modelagem para o Gerenciamento de Risco foi a base para a definição dos cinco fatores (5C) da primeira versão do Modelo Sistêmico de Segurança do Trabalho: carga de trabalho, confiabilidade, capacitação, custos e cultura de segurança. O referencial teórico sobre cada fator C, para a definição dos respectivos subfatores e para a concepção da estrutura do modelo que pressupõe hierarquia e permeabilidade entre os fatores 5C e fatores hipotéticos de distância e proximidade. A representação gráfica do modelo seguiu o tipo diagramático e configuração espiral. Os estudos de caso, cuja abordagem e procedimentos metodológicos tiveram como base o método de Análise Macroergonômica Trabalho (AMT) de Guimarães (1998; 2005), viabilizaram a submissão dos (sub)fatores 5C à realidade. Os estudos foram realizados no contexto de trabalho de operadores trens urbanos (Cenário I) e de eletricistas de redes aéreas desenergizadas do sistema de distribuição de energia elétrica (Cenário II), os quais possuem grau de risco três e periculosidade caracterizada por risco de contato ou de exposição a sistema elétrico de potência, permanente ou intermitente A avaliação do modelo seguiu aborgadem híbrida. A avaliação qualitativa consistiu na confrontação dos (sub)fatores 5C prescritos do modelo com os fatores descritos obtidos nos estudos de caso (Cenários I e II). Os resultados promoveram o estabelecimento dos parâmetros qualitativos dos subfatores 5C e, em decorrência, a confirmação dos (sub)fatores 5C do modelo. De outra parte, revelaram demandas de segurança não idênticas, o que era esperado, tendo em vista as características e peculiaridades de cada tarefa/sistema. A avaliação quantitativa foi realizada por meio de questionário elaborado a partir das informações geradas ao longo da pesquisa e testes estatísticos, aplicados sobre uma amostra da população do Cenário I. Os resultados indicaram que todos os (sub)fatores 5C impactam na segurança do trabalho em diferentes níveis (graus de importância) e que a intensidade de cada fator 5C para a ocorrência de acidentes varia em função do tipo de acidente. Verificou-se, também, a existência de correlações entre os fatores 5C, o que confirma a natureza sistêmica do modelo e, em decorrência, a estrutura hieráquica, o pressuposto de permeabilidade e os fatores hipotéticos de distância e proximidade. A versão final do Modelo Sistêmico de Segurançado Trabalho seguiu a primeira versão, acrescida pelos subfatores 5C, relações de constrangimento-resposta, quatro níveis (conceitual, estratégico, tático e operacional) e uma proposta de usabilidade segundo as perspectivas bottom-up e top-down. A validação do modelo implicará na sua aplicação em diferentes contextos de trabalho.

Instalação fotovoltaica conectada à rede : estudo experimental para a otimização do fator de dimensionamento

Este trabalho apresenta a montagem de uma instalação fotovoltaica de 4,8 kWp conectada à rede elétrica e uma análise experimental do seu comportamento, com o propósito de otimizar o fator de dimensionamento. Para fins de análise comparativa a instalação foi dividida em três subsistemas com arranjos de potências diferentes, os quais possuem fatores de dimensionamentos de 0,65, 0,73 e 0,86 (razão entre a potência nominal do inversor e a potência do gerador fotovoltaico), respectivamente para os subsistemas 1, 2 e 3. Cada subsistema possui um arranjo formado por dois painéis que utilizam módulos de 100 Wp/24 V, com células de silício monocristalino. Estes arranjos alimentam, de forma independente, três inversores senoidais monofásicos comutados pela própria rede e com potência máxima na saída de 1100 W cada um, caracterizando desta forma uma planta modular. O sistema de aquisição de dados monitora sistematicamente a instalação a uma varredura por minuto, a fim de se obter um acompanhamento ao longo do tempo e poder caracterizá-la. São monitoradas as tensões elétricas de cada painel de módulos e as suas correspondentes correntes, as tensões elétricas e as correntes alternadas, as potências elétricas contínuas e alternadas, a irradiância no plano do gerador, as temperaturas do ar ambiente, de um módulo do gerador e dos inversores. A metodologia de análise desta instalação consiste no monitoramento, na caracterização e na quantificação das medidas adquiridas, com a finalidade de determinar correlações que possam predizer a potência injetada na rede bem como a determinação da performance energética para dias típicos ensolarados, parcialmente nublados e encobertos. A divisão da instalação em três subsistemas permitiu caracterizá-los quanto aos seus comportamentos energéticos, além de possibilitar a análise de arranjos superdimensionados, os quais fornecem uma potência superior a máxima na entrada dos inversores, originando desperdício de energia nos momentos de elevada irradiância. O método desenvolvido para determinar a energia perdida na entrada dos inversores possibilitou avaliar o quanto se perde mensalmente nos subsistemas 1 e 2, uma vez que as perdas de captura e de sistema aumentam quando o arranjo está superdimensionado e isto significa uma redução na produtividade. Com as correlações encontradas para cada subsistema e com a equação geral foi possível predizer o quanto de energia pode ser injetada na rede.

Análise de sensibilidade aplicada a uma planta térmica de geração de potência

Este trabalho tem o objetivo de realizar uma análise de sensibilidade dos parâmetros operacionais e de projeto de uma usina termelétrica. A análise de sensibilidade serve para indicar qual a importância dessas grandezas no resultado do sistema. A planta modelada é a da Usina Termelétrica Presidente Médici – Fase B, localizada em Candiota, RS, onde cada módulo é capaz de produzir até 160 MW de potência. Para esta planta é apresentado o equacionamento de cada componente do sistema. Destacam-se duas modelagens para a turbina a vapor, usadas para a simulação de seu comportamento em carga parcial, o da Elipse de Stodola e o de Schegliáiev. Ambos os modelos são comparados. Também são apresentados os modos de controle de carga por válvula de estrangulamento, por válvula de bocais e por pressão deslizante. A análise de sensibilidade é feita por meio de três métodos distintos, cujos resultados são comparados. O Método Diferencial utiliza as derivadas parciais para estimar a sensibilidade. O Método de Monte Carlo realiza uma série de avaliações do sistema, com os dados de entrada gerados randomicamente em cada avaliação e análise estatística dos resultados para avaliar a sensibilidade das respostas. É desenvolvido neste trabalho o Método da Transformada de Fourier, que gera os dados de forma senoidal e utiliza a transformada de Fourier para medir as sensibilidades. A medida da sensibilidade é feita através de dois índices. O índice de importância é a derivada parcial de um resultado em relação a um parâmetro, adimensionalizado pelas médias das variáveis, e o índice de sensibilidade é a composição fracional da variância de um resultado. Como conclusão, observa-se que os modelos para operação em carga parcial da turbina de Schegliáiev e de Stodola produzem praticamente os mesmos resultados. Os três métodos de análise de sensibilidade conduzem aos mesmos índices de sensibilidade no caso estudado. A ordenação da importância dos parâmetros estudados é idêntica quando se usa tanto o índice de importância quanto o de sensibilidade, mesmo seus valores sejam diferentes para cada parâmetros.

Efeito do exercício físico sobre a liberação de interleucina-1[beta], interleucina-6 e fator de necrose tumoral-[alfa] em homens portadores de doença pulmonar obstrutiva crônica

A atividade física intensa pode induzir resposta inflamatória subclínica e aumento nos níveis plasmáticos de citocinas pró-inflamatórias. O objetivo deste estudo foi avaliar a relação entre a liberação de citocinas (IL-1β, IL-6, e TNF-α), o exercício físico agudo e o exercício regular em pacientes com doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC). Foram estudados 18 pacientes do sexo masculino com DPOC moderada a muito grave, divididos em dois grupos: 11 pacientes foram incluídos em programa de reabilitação pulmonar (RP) durante 8 semanas e 7 pacientes sem atividade física regular foram incluídos como grupo controle (C). Todos os pacientes realizaram espirometria, teste de exercício cardiopulmonar incremental máximo e teste de endurance em cicloergômetro com carga constante (60% da carga máxima do teste incremental) no início do projeto e após oito semanas. Foi coletado sangue venoso periférico para dosagem de citocinas, antes e 15 minutos após os testes de endurance (TE1 e TE2). IL-1β, IL-6, e TNF-α foram dosadas com kits ELISA específicos (Quantikine®, R&D Systems). Os pacientes submetidos à RP liberaram menos IL-1β que os controles após o treinamento (RP: TE1 0,96±0,66; TE2 -0,24±0,27 pg/ml; grupo C: TE1 -1,48±1,14; TE2 0,66±0,61 pg/ml; p=0,03). Não houve diferença significativa na liberação de IL-6 quando comparados os dois testes de endurance (RP: TE1 0,44±1,21; TE2 0,80±1,24 pg/ml; grupo C: TE1 0,88±0,85; TE2 0,78±0,95 pg/ml; p=0,68). Não foi observada diferença na liberação de IL-6 entre os dois grupos. Apenas cinco pacientes (quatro no grupo da RP) liberaram TNF-α e o exercício não modificou o seu padrão de liberação (RP: TE1 2,86±1,18; TE2 2,57±1,37pg/ml; grupo C: TE1 4,98; TE2 6,84 pg/ml; p=0,14). Não houve associação significativa entre intensidade de exercício e liberação de citocinas (IL-1β r=0,10; IL-6 r=-0,23). Houve maior liberação de IL-6 após o TE2 nos pacientes que apresentaram exacerbação da DPOC (exacerbados 9,59±1,32; estáveis 6,31±0,92 pg/ml; p=0,03) e não houve diferença nos níveis de IL-1β. Apenas pacientes com exacerbação da DPOC liberaram TNF-α (2,82±1,48 pg/ml). Concluiu-se que o exercício físico regular reduz a liberação de IL-1β e as exacerbações estimulam a liberação de IL-6 e TNF-α em pacientes com DPOC.

Projeto, construção e analise de células de carga de placa e de anel

Iniciamos o presente trabalho fazendo um estudo comparativo entre duas células de carga de compressão, ambas em formato cilíndrico, possuindo internamente, à meia altura do corpo, uma placa engastada. Estas duas células de carga são de aço SAE 1045; para uma delas adaptamos um modelo matemático teórico, através do qual foram pré-determinadas as suas dimensões, objetivando em comportamento ótimo no que se refere às distribuições de tensões e deformações, esta denominamos de Célula de Carga I. Na outra, denominada de Célula de Carga II, alteramos algumas dimensões, com a finalidade de comparar seu comportamento em relação à primeira. Também, no transcorrer do trabalho analisamos e comparamos os resultados matemáticos com os valores práticos encontrados. Frente aos resultados obtidos neste estudo prévio, projetamos, construímos e analisamos cinco outras células de carga (Células de Carga III, IV, V, VI e VII), em termos de geometria, material e tratamento térmico, visando o aperfeiçoamento de tais transdutores de força no que concerne a usinagem, resposta de sinal elétrico, limitações e aplicações industriais.

Organização e gerenciamento de frota e terminais em empresas de transporte de carga através de modelos de pesquisa operacional

Este trabalho discute a aplicação de modelos de Pesquisa Operacional como base para o gerenciamento de operações e análise de tecnologias em empresa de transporte de carga. Inicialmente, busca-se contextualizar o escopo deste trabalho dentro do ambiente competitivo atual a fim de que sejam percebidas as conexões entre os sistemas de operações vigentes e os modelos apresentados. Também é feita uma discussão preliminar do conceito de logística, visto que este enseja uma série de acepções para o termo. Em seguida é apresentada uma revisão de algumas ferramentas de modelagem que usualmente são aplicadas a problemas de suprimento, distribuição e transbordo de produtos. Com base nesta revisão é proposta uma abordagem hierarquizada para o tratamento de problemas de logística. Um estudo de caso realizado em uma empresa de transporte de carga busca então aplicar algumas ferramentas de Pesquisa Operacional nos diversos níveis de gerenciamento de operações. Por fim, o trabalho verifica as potencialidades do uso de uma abordagem hierarquizada e a importância da adoção de modelos em empresas de transporte de carga como forma de alavancagem da sua competividade frente as novas exigências do mercado.

Análise dinâmica de vigas assimétricas em curva com parede fina e aberta submetidas a ação de carga móveis

Fundamentalmente, o presente trabalho faz uma análise elástica linear de pontes ou vigas curvas assimétricas de seção transversal aberta e de parede fina, com propriedades físicas, geométricas e raio de curvatura constantes ao longo do eixo baricêntrico. Para tanto, utilizaram-se as equações diferenciais de VLASOV considerando o acoplamento entre as deformações nas direções vertical, transversal, axial de torcão nal. Na solução do sistema de quatro equações com derivadas parciais foi utilizado um apropriado método numérico de integração (Diferenças Finitas Centrais). A análise divide-se, basicamente, em dois tipos: análise DINÂMICA e ESTATICA. Ambas são utilizadas também na determinação do coeficiente de impacto (C.M.D.). A primeira refere-se tanto na determinação das características dinâmicas básicas (frequências naturais e respectivos modos de vibração), como também na determinação da resposta dinâmica da viga, em tensões e deformações, para cargas móveis arbitrárias. Vigas com qualquer combinação das condições de contorno, incluindo bordos rotulados e engastados nas três direções de flexão e na torção, são consideradas. 0s resultados da análise teórica, obtidos pela aplicação de programas computacionais implementados em microcomputador (análise estática) e no computador B-6700 (análise dinâmica), são comparados tanto com os da bibliografia técnica como também com resultados experimentais, apresentando boa correlação.