Estudo da geometria da aresta de corte de ferramentas aplicadas ao torneamento de superligas à base de níquel com alta velocidade de corte

Pesquisadores e indústrias de todo o mundo estão firmemente comprometidos com o propósito de fazer o processo de usinagem ser precisamente veloz e produtivo. A forte concorrência mundial gerou a procura por processos de usinagem econômicos, com grande capacidade de produção de cavacos e que produzam peças com elevada qualidade. Dentre as novas tecnologias que começaram a ser empregadas, e deve tornar-se o caminho certo a ser trilhado na busca da competitividade em curto espaço de tempo, está a tecnologia de usinagem com altas velocidades (HSM de High Speed Machining). A tecnologia HSM surge como componente essencial na otimização dos esforços para manutenção e aumento da competitividade global das empresas. Durante os últimos anos a usinagem com alta velocidade tem ganhado grande importância, sendo dada uma maior atenção ao desenvolvimento e à disponibilização no mercado de máquinas-ferramentas com rotações muito elevadas (20.000 - 100.000 rpm). O processo de usinagem com alta velocidade está sendo usado não apenas para ligas de alumínio e cobre, mas também para materiais de difícil usinabilidade, como os aços temperados e superligas à base de níquel. Porém, quando se trata de materiais de difícil corte, têm-se observado poucas publicações, principalmente no processo de torneamento. Mas, antes que a tecnologia HSM possa ser empregada de uma forma econômica, todos os componentes envolvidos no processo de usinagem, incluindo a máquina, o eixo-árvore, a ferramenta e o pessoal, precisam estar afinados com as peculiaridades deste novo processo. No que diz respeito às máquinas-ferramenta, isto significa que elas têm que satisfazer requisitos particulares de segurança. As ferramentas, devido à otimização de suas geometrias, substratos e revestimentos, contribuem para o sucesso deste processo. O presente trabalho objetiva estudar o comportamento de diversas geometrias ) de insertos de cerâmica (Al2O3 + SiCw e Al2O3 + TIC) e PCBN com duas concentrações de CBN na forma padrão, assim como modificações na geometria das arestas de corte empregadas em torneamento com alta velocidade em superligas à base de níquel (Inconel 718 e Waspaloy). Os materiais foram tratados termicamente para dureza de 44 e 40 HRC respectivamente, e usinados sob condição de corte a seco e com utilização da técnica de mínima quantidade de lubrificante (minimal quantity lubricant - MQL) visando atender requisitos ambientais. As superligas à base de níquel são conhecidas como materiais de difícil usinabilidade devido à alta dureza, alta resistência mecânica em alta temperatura, afinidade para reagir com materiais da ferramenta e baixa condutividade térmica. A usinagem de superligas afeta negativamente a integridade da peça. Por essa razão, cuidados especiais devem ser tomados para assegurar a vida da ferramenta e a integridade superficial de componentes usinados por intermédio de controle dos principais parâmetros de usinagem. Experimentos foram realizados sob diversas condições de corte e geometrias de ferramentas para avaliação dos parâmetros: força de corte, temperatura, emissão acústica e integridade superficial (rugosidade superficial, tensão residual, microdureza e microestrutura) e mecanismos de desgaste. Mediante os resultados apresentados, recomenda-se à geometria de melhor desempenho nos parâmetros citados e confirma-se a eficiência da técnica MQL. Dentre as ferramentas e geometrias testadas, a que apresentou melhor desempenho foi a ferramenta cerâmica CC650 seguida da ferramenta cerâmica CC670 ambas com formato redondo e geometria 2 (chanfro em T de 0,15 x 15º com raio de aresta de 0,03 mm).

Simulação e modelagem computacional de dados de espalhamento à baixos ângulos - enfoque em estruturas de alta simetria

Esta tese apresenta uma abordagem para a criação rápida de modelos em diferentes geometrias (complexas ou de alta simetria) com objetivo de calcular a correspondente intensidade espalhada, podendo esta ser utilizada na descrição de experimentos de es- palhamento à baixos ângulos. A modelagem pode ser realizada com mais de 100 geome- trias catalogadas em um Banco de Dados, além da possibilidade de construir estruturas a partir de posições aleatórias distribuídas na superfície de uma esfera. Em todos os casos os modelos são gerados por meio do método de elementos finitos compondo uma única geometria, ou ainda, compondo diferentes geometrias, combinadas entre si a partir de um número baixo de parâmetros. Para realizar essa tarefa foi desenvolvido um programa em Fortran, chamado de Polygen, que permite modelar geometrias convexas em diferentes formas, como sólidos, cascas, ou ainda com esferas ou estruturas do tipo DNA nas arestas, além de usar esses modelos para simular a curva de intensidade espalhada para sistemas orientados e aleatoriamente orientados. A curva de intensidade de espalhamento é calculada por meio da equação de Debye e os parâmetros que compõe cada um dos modelos, podem ser otimizados pelo ajuste contra dados experimentais, por meio de métodos de minimização baseados em simulated annealing, Levenberg-Marquardt e algorítmicos genéticos. A minimização permite ajustar os parâmetros do modelo (ou composição de modelos) como tamanho, densidade eletrônica, raio das subunidades, entre outros, contribuindo para fornecer uma nova ferramenta para modelagem e análise de dados de espalhamento. Em outra etapa desta tese, é apresentado o design de modelos atomísticos e a sua respectiva simulação por Dinâmica Molecular. A geometria de dois sistemas auto-organizado de DNA na forma de octaedro truncado, um com linkers de 7 Adeninas e outro com linkers de ATATATA, foram escolhidas para realizar a modelagem atomística e a simulação por Dinâmica Molecular. Para este sistema são apresentados os resultados de Root Mean Square Deviations (RMSD), Root Mean Square Fluctuations (RMSF), raio de giro, torção das hélices duplas de DNA além da avaliação das ligações de Hidrogênio, todos obtidos por meio da análise de uma trajetória de 50 ns.

Intensificação da transferência de calor e otimização de trocadores de calor compactos tipo venezianas com geradores de vórtices tipo delta-winglets.

Esta pesquisa visa a análise da contribuição de cinco variáveis de entrada e a otimização do desempenho termo-hidráulico de trocadores de calor com venezianas combinados com geradores de vórtices delta-winglets. O desempenho termohidráulico de duas geometrias distintas, aqui nomeadas por GEO1 e GEO2, foram avaliadas. Smoothing Spline ANOVA foi usado para avaliar a contribuição dos parâmetros de entrada na transferência de calor e perda de carga. Considerando aplicação automotiva, foram investigados números de Reynolds iguais a 120 e 240, baseados no diâmetro hidráulico. Os resultados indicaram que o ângulo de venezianas é o maior contribuidor para o aumento do fator de atrito para GEO1 e GEO2, para ambos os números de Reynolds. Para o número de Reynolds menor, o parâmetro mais importante em termos de transferência de calor foi o ângulo das venezianas para ambas as geometrias. Para o número de Reynolds maior, o ângulo de ataque dos geradores de vórtices posicionados na primeira fileira é o maior contribuidor para a tranfesferência de calor, no caso da geometria GEO1, enquanto que o ângulo de ataque dos geradores de vórtices na primeira fileira foi tão importante quanto os ângulos das venezianas para a geometria GEO2. Embora as geometrias analisadas possam ser consideradas como técnicas compostas de intensificação da transferência de calor, não foram observadas interações relevantes entre ângulo de venezianas e parâmetros dos geradores de vórtices. O processo de otimização usa NSGA-II (Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm) combinado com redes neurais artificiais. Os resultados mostraram que a adição dos geradores de vórtices em GEO1 aumentaram a transferência de calor em 21% e 23% com aumentos na perda de carga iguais a 24,66% e 36,67% para o menor e maior números de Reynolds, respectivamente. Para GEO2, a transferência de calor aumentou 13% e 15% com aumento na perda de carga de 20,33% e 23,70%, para o menor e maior número de Reynolds, respectivamente. As soluções otimizadas para o fator de Colburn mostraram que a transferência de calor atrás da primeira e da segunda fileiras de geradores de vórtices tem a mesma ordem de magnitude para ambos os números de Reynolds. Os padrões de escoamento e as características de transferência de calor das soluções otimizadas apresentaram comportamentos vi particulares, diferentemente daqueles encontrados quando as duas técnicas de intensificação de transferência de calor são aplicadas separadamente.

Degradação enzimática de clorofenol em microrreator.

O microrreator faz parte de conjunto de dispositivos de uma nova e promissora tecnologia, que podem ser chamados de micro fabricados, atuante em campos como a da química, biológica, farmacêutica, engenharia química e biotecnologia. Trata-se de um dispositivo que possibilita reação química, tais como os reatores convencionais, mas com dimensões menores, com canais na escala micrométrica. A tecnologia de miniaturização de dispositivos para reações químicas vem se expandindo promovendo uma importante evolução, com microssistemas que abrange dispositivos mais eficazes, com configuração e geometrias específicas e menor consumo de energia, onde reações com elevadas taxas de transporte podem ser usadas para muitas finalidades diferentes, tais como, reações rápidas, mistura, reações sensíveis à temperatura, temperatura de homogeneização, ou até mesmo precipitação de nano partículas. Devido sua escala ser extremamente reduzida em relação à escala macro, oferecem um sistema que permite uma investigação do processo em um curto espaço de tempo, sendo muito útil para o rastreio de substratos, enzimas, condições de reação, bem como a determinação de parâmetros cinéticos. O presente trabalho teve por objetivo estudar a biodegradação enzimática de 2,4,6-Triclorofenol, com a utilização das enzimas Lacase e Soybean Peroxidase em microrreator da Syrris com volume de 250 ?l, que permite o estudo de cinéticas muito rápidas. Para as análises de degradação utilizou-se duas enzimas, a Lacase em concentrações de 0,05; 0,1 e 0,2 mg/ml; e a Soybean Peroxidase em concentrações de 0,0005; 0,001 e 0,002 mg/ml com a adição de Peróxido de Hidrogênio. Através dos ensaios realizados obteve-se dados experimentais da reação enzimática, possibilitando a verificação da taxa inicial de reação e sua cinética. Posteriormente, realizou-se as análises em simulação utilizando os dados experimentais, que através de um sistema de EDOs estimando inicialmente as constantes cinéticas k1, k2 e k3 usando a ferramenta ESTIMA, onde apresentaram duas respostas, uma resposta típica de mínimos quadrados, e a outra resposta que a velocidade inicial, que foi melhor representada pelos parâmetros obtidos. O método empregado na degradação do substrato, o microrreator mostrou-se eficiente, permitindo a detecção de baixo consumo de substrato para a determinação da taxa inicial, em curto tempo de residência. Perante os ensaios realizados com Lacase e Soybean Peroxidase, o microrreator é também um equipamento eficaz na repetitividade e na reprodutibilidade dos dados obtidos em diferentes concentrações.

Estudo numérico do efeito de blocagem hidrodinâmica em um túnel de cavitação sobre o escoamento ao redor de um submarino.

O projeto de submarinos é um tema que vem se desenvolvendo há muitos anos. No Brasil, vivemos um momento de pleno avanço na área, sendo encabeçado pela Marinha do Brasil com o desenvolvimento do primeiro submarino de propulsão nuclear brasileiro. No decorrer desse projeto, diversos estudos devem ser desenvolvidos, dentre eles, ensaios com modelos em escala, que serão realizados em um túnel de cavitação. Durante estes experimentos, espera-se que surjam diversas fontes de incerteza, que podem comprometer os resultados obtidos, destacando-se o efeito de blocagem hidrodinâmica. Nesse contexto, esta dissertação apresenta uma investigação do fenômeno de blocagem no modelo de submarino DARPA SUBOFF na seção de testes de um túnel de cavitação. Para isso, simulações tridimensionais de média de Reynolds (RANS) foram realizadas para o modelo de submarino posicionado no túnel (sob blocagem) e sob condição de águas profundas (referência), para diferentes ângulos de ataque e número de Reynolds (Re) constante. Coeficientes de força e momento hidrodinâmicos foram obtidos e os métodos de correção de blocagem clássico e WICS foram empregados para obter fatores que pudessem corrigir esses valores. A eficiência de cada método foi avaliada comparando os valores corrigidos com os de referência. Os resultados mostraram que ambos métodos de correção são eficientes na recuperação de coeficientes de força e momento hidrodinâmicos para razões de blocagem inferiores a 10%, mas ressalvas são feitas quanto à utilização de cada um desses métodos, sendo o método clássico indicado para o estudo de geometrias simples e o método WICS para modelos mais complexos. Paralelamente, a topologia do escoamento ao redor do submarino foi estudada através do método dos pontos críticos, para avaliar se a blocagem hidrodinâmica pode causar alterações nas estruturas presentes no escoamento. A análise topológica permitiu avaliar a evolução nas estruturas do escoamento para os ângulos de ataque e Re simulados. Foram capturadas as linhas de separação no corpo e avaliada sua relação com a tensão de cisalhamento ao longo do casco. A blocagem hidrodinâmica não causou alterações drásticas na topologia do escoamento.

On the development of advanced techniques for mixed-elastohydrodynamic lubrification modelling of journal and sliding bearing systems.

The present thesis is focused on the development of a thorough mathematical modelling and computational solution framework aimed at the numerical simulation of journal and sliding bearing systems operating under a wide range of lubrication regimes (mixed, elastohydrodynamic and full film lubrication regimes) and working conditions (static, quasi-static and transient conditions). The fluid flow effects have been considered in terms of the Isothermal Generalized Equation of the Mechanics of the Viscous Thin Films (Reynolds equation), along with the massconserving p-Ø Elrod-Adams cavitation model that accordingly ensures the so-called JFO complementary boundary conditions for fluid film rupture. The variation of the lubricant rheological properties due to the viscous-pressure (Barus and Roelands equations), viscous-shear-thinning (Eyring and Carreau-Yasuda equations) and density-pressure (Dowson-Higginson equation) relationships have also been taken into account in the overall modelling. Generic models have been derived for the aforementioned bearing components in order to enable their applications in general multibody dynamic systems (MDS), and by including the effects of angular misalignments, superficial geometric defects (form/waviness deviations, EHL deformations, etc.) and axial motion. The bearing exibility (conformal EHL) has been incorporated by means of FEM model reduction (or condensation) techniques. The macroscopic in fluence of the mixedlubrication phenomena have been included into the modelling by the stochastic Patir and Cheng average ow model and the Greenwood-Williamson/Greenwood-Tripp formulations for rough contacts. Furthermore, a deterministic mixed-lubrication model with inter-asperity cavitation has also been proposed for full-scale simulations in the microscopic (roughness) level. According to the extensive mathematical modelling background established, three significant contributions have been accomplished. Firstly, a general numerical solution for the Reynolds lubrication equation with the mass-conserving p - Ø cavitation model has been developed based on the hybridtype Element-Based Finite Volume Method (EbFVM). This new solution scheme allows solving lubrication problems with complex geometries to be discretized by unstructured grids. The numerical method was validated in agreement with several example cases from the literature, and further used in numerical experiments to explore its exibility in coping with irregular meshes for reducing the number of nodes required in the solution of textured sliding bearings. Secondly, novel robust partitioned techniques, namely: Fixed Point Gauss-Seidel Method (PGMF), Point Gauss-Seidel Method with Aitken Acceleration (PGMA) and Interface Quasi-Newton Method with Inverse Jacobian from Least-Squares approximation (IQN-ILS), commonly adopted for solving uid-structure interaction problems have been introduced in the context of tribological simulations, particularly for the coupled calculation of dynamic conformal EHL contacts. The performance of such partitioned methods was evaluated according to simulations of dynamically loaded connecting-rod big-end bearings of both heavy-duty and high-speed engines. Finally, the proposed deterministic mixed-lubrication modelling was applied to investigate the in fluence of the cylinder liner wear after a 100h dynamometer engine test on the hydrodynamic pressure generation and friction of Twin-Land Oil Control Rings.

Tecnologia CAM aplicada no fabrico por fresagem de componentes mecânicos : caracterização do processo de fresagem e dos componentes produzidos

Na fase inicial desta Dissertação foi realizada uma revisão abordando as operações por corte de arranque de apara mais comuns, considerando-se que estas seriam o torneamento, a furação mecânica e a fresagem, sendo esta última operação abordada de uma forma mais detalhada, uma vez que esta operação será o tema central de estudo neste trabalho. Realizou-se também um estudo mais elaborado sobre alguns fundamentos de fresagem como a maquinagem concordante e discordante, fatores que influenciam no acabamento final da maquinagem, diâmetro efetivo de corte para uma ferramenta de topo esférico, flexão da ferramenta, entre outros. Temas como o CAD-CAM, CNC e Engenharia Inversa foram também particularizados neste trabalho, pois o conhecimento destes assuntos por parte do leitor seriam importantes para a compreensão do trabalho posteriormente desenvolvido. Na parte seguinte deste trabalho foi realizada uma parte experimental. Um primeiro trabalho foi desenvolvido com base numa geometria a duas dimensões, onde foi necessária a realização das geometrias no software AUTOCAD® e posterior utilização do MASTERCAM® para criar os ciclos de maquinagem e, para um segundo trabalho, desta vez com base numa geometria a três dimensões, utilizou-se o SOLID-WORKS® para extração da Bucha e Cavidade e o MASTERCAM® para criar os ciclos de maquinagem. Ambos os trabalhos foram produzidos no Centro de maquinagem existente no Departamento de Engenharia Mecânica do Instituto Superior de Engenharia de Coimbra.

Análise de balística externa de um projétil de calibre 155 mm

O objetivo desta Dissertação é propor uma geometria para um projétil de combate a incêndios. É utilizado o código de volume finito Star - CCM+R para calcular forças e momentos que atuam no projétil e é criado um código no MathematicaR para definir as caraterísticas da trajetória. O PRODASV 3 R é utilizado de modo a verificar e validar os modelos implementados. Inicialmente, o procedimento adotado consistiu em criar uma metodologia completa para uma munição existente que permitisse ser verificada e validada com a literatura disponível. Foi realizada uma extensa caraterização aerodinâmica através de CFD, a fim de se estabelecer o comportamento das forças e momentos que atuam nos projéteis e assim fornecer os dados necessários para o modelo 6 DOF. As forças e momentos dependem do ângulo de ataque. Concluiu-se que a cinta de travamento, a cinta de guiamento e o efeito de Coriolis eram desprezáveis quando comparados com os resultados obtidos. Na fase seguinte foram testadas seis geometrias diferentes, variando-se o comprimento e o nariz. Definiu-se para este projétil um a velocidade inicial de 100m/s, 10kg, concluindo-se que o comprimento total seria de 697,1mm e perfil semiesférico, com capacidade para transportar 7,5 dm3 no interior. Foram realizados testes com vento para avaliar a estabilidade em voo, e o software e processo de análise desenvolvido neste trabalho estão disponíveis, sendo um contributo para o projeto FIREND.

Análise da formulação em Monte Carlo dos pacotes de energia multiespectrais aplicada a meios constituídos por vapor d'água

The Monte Carlo method is accurate and is relatively simple to implement for the solution of problems involving complex geometries and anisotropic scattering of radiation as compared with other numerical techniques. In addition, differently of what happens for most of numerical techniques, for which the associated simulations computational time tends to increase exponentially with the complexity of the problems, in the Monte Carlo the increase of the computational time tends to be linear. Nevertheless, the Monte Carlo solution is highly computer time consuming for most of the interest problems. The Multispectral Energy Bundle model allows the reduction of the computational time associated to the Monte Carlo solution. The referred model is here analyzed for applications in media constituted for nonparticipating species and water vapor, which is an important emitting species formed during the combustion of hydrocarbon fuels. Aspects related to computer time optimization are investigated the model solutions are compared with benchmark line-by-line solutions

Desenvolvimento teórico e experimental de FSS com elementos fractais de Gosper em estruturas de multicamadas

The fractal self-similarity property is studied to develop frequency selective surfaces (FSS) with several rejection bands. Particularly, Gosper fractal curves are used to define the shapes of the FSS elements. Due to the difficulty of making the FSS element details, the analysis is developed for elements with up to three fractal levels. The simulation was carried out using Ansoft Designer software. For results validation, several FSS prototypes with fractal elements were fabricated. In the fabrication process, fractals elements were designed using computer aided design (CAD) tools. The prototypes were measured using a network analyzer (N3250A model, Agilent Technologies). Matlab software was used to generate compare measured and simulated results. The use of fractal elements in the FSS structures showed that the use of high fractal levels can reduce the size of the elements, at the same time as decreases the bandwidth. We also investigated the effect produced by cascading FSS structures. The considered cascaded structures are composed of two FSSs separated by a dielectric layer, which distance is varied to determine the effect produced on the bandwidth of the coupled geometry. Particularly, two FSS structures were coupled through dielectric layers of air and fiberglass. For comparison of results, we designed, fabricated and measured several prototypes of FSS on isolated and coupled structures. Agreement was observed between simulated and measured results. It was also observed that the use of cascaded FSS structures increases the FSSs bandwidths and, in particular cases, the number of resonant frequencies, in the considered frequency range. In future works, we will investigate the effects of using different types of fractal elements, in isolated, multilayer and coupled FSS structures for applications on planar filters, high-gain microstrip antennas and microwave absorbers

Processing of highly porous titanium parts by metal injection moulding in combination with innovative plasma treatment

A combinação da Moldagem por Injeção de pós Metálicos (Metal Injection Moulding MIM) e o Método do Retentor Espacial (Space Holder Method - SHM) é uma técnica promissora para fabricação de peças porosas de titânio com porosidade bem definida como implantes biomédicos, uma vez que permite um alto grau de automatização e redução dos custos de produção em larga escala quando comparado a técnica tradicional (SHM e usinagem a verde). Contudo a aplicação desta técnica é limitada pelo fato que há o fechamento parcial da porosidade na superfície das amostras, levando ao deterioramento da fixação do implante ao osso. E além disso, até o presente momento não foi possível atingir condições de processamento estáveis quando a quantidade de retentor espacial excede 50 vol. %. Entretanto, a literatura descreve que a melhor faixa de porosidade para implantes de titânio para coluna vertebral está entre 60 - 65 vol. %. Portanto, no presente estudo, duas abordagens foram conduzidas visando a produção de amostras altamente porosas através da combinação de MIM e SHM com o valor constante de retentor espacial de 70 vol. % e uma porosidade aberta na superfície. Na primeira abordagem, a quantidade ótima de retentor espacial foi investigada, para tal foram melhorados a homogeneização do feedstock e os parâmetros de processo com o propósito de permitir a injeção do feedstock. Na segunda abordagem, tratamento por plasma foi aplicado nas amostras antes da etapa final de sinterização. Ambas rotas resultaram na melhoria da estabilidade dimensional das amostras durante a extração térmica do ligante e sinterização, permitindo a sinterização de amostras de titânio altamente porosas sem deformação da estrutura.

Estudo da variação da periodicidade e do acoplamento entre superfícies seletivas de frequência com elementos fractais e helicoidais em estruturas de multicamadas

This work aims to investigate the behavior of fractal and helical elements structures in planar microstrip. In particular, the frequency selective surfaces (FSSs) had changed its conventional elements to fractal and helical formats. The dielectric substrate used was fiberglass (FR-4) and has a thickness of 1.5 mm, a relative permittivity 4.4 and tangent loss equal to 0.02. For FSSs, was adopting the Dürer’s fractal geometry and helical geometry. To make the measurements, we used two antennas horns in direct line of sight, connected by coaxial cable to the vector network analyzer. Some prototypes were select for built and measured. From preliminary results, it was aimed to find practical applications for structures from the cascading between them. For FSSs with Dürer’s fractal elements was observed behavior provided by the multiband fractal geometry, while the bandwidth has become narrow as the level of iteration fractal increased, making it a more selective frequency with a higher quality factor. A parametric analysis allowed the analysis of the variation of the air layer between them. The cascading between fractal elements structure were considered, presented a tri-band behavior for certain values of the layer of air between them, and find applications in the licensed 2.5GHz band (2.3-2.7) and 3.5GHz band (3.3-3.8). For FSSs with helical elements, six structures were considered, namely H0, H1, H2, H3, H4 and H5. The electromagnetic behavior of them was analyzed separately and cascaded. From preliminary results obtained from the separate analysis of structures, including the cascade, the higher the bandwidth, in that the thickness of the air layer increases. In order to find practical applications for helical structures cascaded, the helical elements structure has been cascaded find applications in the X-band (8.0-12.0) and unlicensed band (5.25-5.85). For numerical and experimental characterization of the structures discussed was used, respectively, the commercial software Ansoft Designer and a vector network analyzer, Agilent N5230A model.

Método híbrido para projeto de superfícies seletivas em frequência

This thesis presents a hybrid technique of frequency selective surfaces project (FSS) on a isotropic dielectric layer, considering various geometries for the elements of the unit cell. Specifically, the hybrid technique uses the equivalent circuit method in conjunction with genetic algorithm, aiming at the synthesis of structures with response single-band and dual-band. The equivalent circuit method allows you to model the structure by using an equivalent circuit and also obtaining circuits for different geometries. From the obtaining of the parameters of these circuits, you can get the transmission and reflection characteristics of patterned structures. For the optimization of patterned structures, according to the desired frequency response, Matlab™ optimization tool named optimtool proved to be easy to use, allowing you to explore important results on the optimization analysis. In this thesis, numeric and experimental results are presented for the different characteristics of the analyzed geometries. For this, it was determined a technique to obtain the parameter N, which is based on genetic algorithms and differential geometry, to obtain the algebraic rational models that determine values of N more accurate, facilitating new projects of FSS with these geometries. The optimal results of N are grouped according to the occupancy factor of the cell and the thickness of the dielectric, for modeling of the structures by means of rational algebraic equations. Furthermore, for the proposed hybrid model was developed a fitness function for the purpose of calculating the error occurred in the definitions of FSS bandwidths with transmission features single band and dual band. This thesis deals with the construction of prototypes of FSS with frequency settings and band widths obtained with the use of this function. The FSS were initially reviewed through simulations performed with the commercial software Ansoft Designer ™, followed by simulation with the equivalent circuit method for obtaining a value of N in order to converge the resonance frequency and the bandwidth of the FSS analyzed, then the results obtained were compared. The methodology applied is validated with the construction and measurement of prototypes with different geometries of the cells of the arrays of FSS.

Método híbrido para projeto de superfícies seletivas em frequência

This thesis presents a hybrid technique of frequency selective surfaces project (FSS) on a isotropic dielectric layer, considering various geometries for the elements of the unit cell. Specifically, the hybrid technique uses the equivalent circuit method in conjunction with genetic algorithm, aiming at the synthesis of structures with response single-band and dual-band. The equivalent circuit method allows you to model the structure by using an equivalent circuit and also obtaining circuits for different geometries. From the obtaining of the parameters of these circuits, you can get the transmission and reflection characteristics of patterned structures. For the optimization of patterned structures, according to the desired frequency response, Matlab™ optimization tool named optimtool proved to be easy to use, allowing you to explore important results on the optimization analysis. In this thesis, numeric and experimental results are presented for the different characteristics of the analyzed geometries. For this, it was determined a technique to obtain the parameter N, which is based on genetic algorithms and differential geometry, to obtain the algebraic rational models that determine values of N more accurate, facilitating new projects of FSS with these geometries. The optimal results of N are grouped according to the occupancy factor of the cell and the thickness of the dielectric, for modeling of the structures by means of rational algebraic equations. Furthermore, for the proposed hybrid model was developed a fitness function for the purpose of calculating the error occurred in the definitions of FSS bandwidths with transmission features single band and dual band. This thesis deals with the construction of prototypes of FSS with frequency settings and band widths obtained with the use of this function. The FSS were initially reviewed through simulations performed with the commercial software Ansoft Designer ™, followed by simulation with the equivalent circuit method for obtaining a value of N in order to converge the resonance frequency and the bandwidth of the FSS analyzed, then the results obtained were compared. The methodology applied is validated with the construction and measurement of prototypes with different geometries of the cells of the arrays of FSS.

A influência de decisões arquitetônicas na eficiência energética do Campus vol. 1/UFRN

Building design is an effective way to achieve HVAC energy consumption reduction. However, this potentiality is often neglected by architects due to the lack of references to support design decisions. This works intends to propose architectural design guidelines for energy efficiency and thermal performance of Campus/UFRN buildings. These guidelines are based on computer simulations results using the software DesignBuilder. The definition of simulation models has begun with envelope variables, partially done after a field study of thirteen buildings at UFRN/Campus. This field study indicated some basic envelope patterns that were applied in simulation models. Occupation variables were identified with temperature and energy consumption monitoring procedures and a verification of illumination and equipment power, both developed at the Campus/UFRN administration building. Three simulation models were proposed according to different design phases and decisions. The first model represents early design decisions, simulating the combination of different types of geometry with three levels of envelope thermal performance. The second model, still as a part of early design phase, analyses thermal changes between circulation halls lateral and central and office rooms, as well as the heat fluxes and monthly temperatures in each circulation hall. The third model analyses the influence of middle-design and detail design decisions on energy consumption and thermal performance. In this model, different solutions of roofs, shading devices, walls and external colors were simulated. The results of all simulation models suggest a high influence of thermal loads due to the incidence of solar radiation on windows and surfaces, which highlights the importance of window shading devices, office room orientation and absorptance of roof and walls surfaces