Modelos geológicos estocásticos 3D e interface para modelos de simulação de fluxo: aplicação à área subjacente da antiga fábrica da SPEL

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Geológica (Georrecursos)

Modelação Dinâmica de Sistemas de Drenagem Urbana. Aplicação a um caso de estudo

A crescente expansão urbana e o incremento das exigências ambientais e financeiras promovem a implementação de abordagens sustentáveis para a gestão das infraestruturas sanitárias. Assim, o recurso a instrumentos de monitorização e à modelação matemática surge como o caminho para a racionalização do investimento e a otimização dos sistemas existentes. Neste contexto, a modelação dinâmica de sistemas de drenagem urbana assume relevância para o controlo e redução dos caudais em excesso e das descargas de poluentes nos meios recetores, resultantes de um incremento significativo de afluências pluviais indevidas, de problemas de sub-dimensionamento ou falta de operação e manutenção. O objetivo da presente dissertação consiste na modelação, calibração e diagnóstico do sistema intercetor de Lordelo utilizando o software Storm Water Management Model, através dos dados recolhidos a partir do projeto de Reabilitação dos intercetores de Lordelo, elaborado pela Noraqua. A modelação considera a avaliação das afluências de tempo seco e as afluências pluviais pelo software Sanitary Sewer Overflow Analysis and Planning Toolbox. Com efeito, a simulação dinâmica, permitiu um conhecimento mais detalhado do sistema, avaliando a capacidade hidráulica e localizando os pontos propícios a inundações. Assim, foi possível testar soluções de beneficiação do sistema, englobando a problemática das afluências pluviais indevidas calibradas. Apesar das dificuldades sentidas face à qualidade dos dados existentes, verificou-se que o SSOAP e o SWMM são ferramentas úteis na deteção, diagnóstico e redução dos caudais em excesso e que o procedimento utilizado pode ser aplicado a sistemas semelhantes, como forma de definir a melhor solução técnica e económica ao nível do planeamento, operação e reabilitação do sistema.

Modelação dinâmica de sistemas de drenagem em meio urbano

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, perfil Engenharia Sanitária

Modelagem e simulação da câmara de reação de uma caldeira a carvão pulverizado

O presente trabalho é parte integrante de um projeto multidisciplinar cujo objetivo é construir uma ferramenta computacional capaz de simular a operação de uma Usina Termoelétrica tratando, especificamente, da câmara de reação (local da caldeira onde se desenvolve a queima do combustível). Foi desenvolvido um modelo matemático dinâmico, pseudo-homogêneo, unidimensional e, com propriedades físicas variáveis, com o objetivo de descrever a conversão do calor gerado pela combust em energia térmica, que está baseado em balanços de massa e energia. Este modelo foi implementado no simulador gPROMS e seus parâmetros foram estimados utilizando o módulo gEST deste software (método da máxima verossimilhança), com base em dados de operação da Usina e dados cinéticos de literatura. Para a simulação dinâmica da câmara de reação foi utilizado um método de integração implícita de passos múltiplos com ordem e passo variáveis. A câmara de combustão foi dividida em três zonas, sendo realizados, em cada zona, os balanços de massa e energia, adotando-se a hipótese de mistura perfeita. O modelo desenvolvido prevê o perfil de temperatura ao longo da câmara, as correntes de saída e a composição dos gases de combustão em cada zona; incluindo uma previsão aproximada da concentração dos poluentes formados, principalmente monóxido de nitrogênio e dióxido de enxofre. Os resultados apresentados mostraram que o modelo prediz satisfatoriamente a composição do gás de combustão na saída da câmara de reação e que a divisão da câmara em diferentes zonas de combustão é apropriada para avaliar a geração e o aproveitamento energético na caldeira.

Ferramentas para análise dinâmica e estrutural de um reboque de linha leve

Neste trabalho é desenvolvida uma metodologia de projeto para identificar as regiões críticas da estrutura de um reboque de linha leve sendo tracionado em pavimentos do tipo rodovia de baixa qualidade e estrada secundária de muito baixa qualidade. Para tanto, são levantados alguns dados experimentais da estrutura, necessários para a aproximação e simulação dinâmica de um modelo simplificado. A excitação da base é realizada por atuadores que simulam as oscilações verticais de um perfil de estrada, a qual é definida de acordo com os estudos realizados por Dodds e Robson (1973). Isto permite a determinação de um histórico de carregamentos das regiões da estrutura do chassi sob a ação das molas da suspensão. Em seguida, é gerado um modelo estrutural simplificado do reboque em elementos finitos, chamado de global, no qual são determinadas as regiões sob ação das maiores tensões. Tendo identificada a região mais crítica da estrutura, é criado um modelo local desta parte, onde se pode observar a distribuição de tensões com mais detalhe, permitindo a identificação dos pontos de concentração de tensões. Desta forma, com a aplicação do método de análise global-local é possível a obtenção de resultados detalhados quanto aos esforços da estrutura com um menor custo computacional.

Simulação computacional de medidas estereológicas em estruturas de metal duro (WC-Co)

This work focuses on the creation and applications of a dynamic simulation software in order to study the hard metal structure (WC-Co). The technological ground used to increase the GPU hardware capacity was Geforce 9600 GT along with the PhysX chip created to make games more realistic. The software simulates the three-dimensional carbide structure to the shape of a cubic box where tungsten carbide (WC) are modeled as triangular prisms and truncated triangular prisms. The program was proven effective regarding checking testes, ranging from calculations of parameter measures such as the capacity to increase the number of particles simulated dynamically. It was possible to make an investigation of both the mean parameters and distributions stereological parameters used to characterize the carbide structure through cutting plans. Grounded on the cutting plans concerning the analyzed structures, we have investigated the linear intercepts, the intercepts to the area, and the perimeter section of the intercepted grains as well as the binder phase to the structure by calculating the mean value and distribution of the free path. As literature shows almost consensually that the distribution of the linear intercepts is lognormal, this suggests that the grain distribution is also lognormal. Thus, a routine was developed regarding the program which made possible a more detailed research on this issue. We have observed that it is possible, under certain values for the parameters which define the shape and size of the Prismatic grain to find out the distribution to the linear intercepts that approach the lognormal shape. Regarding a number of developed simulations, we have observed that the distribution curves of the linear and area intercepts as well as the perimeter section are consistent with studies on static computer simulation to these parameters.

Simulação computacional da interação fluido-estrutura em bombas de cavidades progressivas

The pumping through progressing cavities system has been more and more employed in the petroleum industry. This occurs because of its capacity of elevation of highly viscous oils or fluids with great concentration of sand or other solid particles. A Progressing Cavity Pump (PCP) consists, basically, of a rotor - a metallic device similar to an eccentric screw, and a stator - a steel tube internally covered by a double helix, which may be rigid or deformable/elastomeric. In general, it is submitted to a combination of well pressure with the pressure generated by the pumping process itself. In elastomeric PCPs, this combined effort compresses the stator and generates, or enlarges, the clearance existing between the rotor and the stator, thus reducing the closing effect between their cavities. Such opening of the sealing region produces what is known as fluid slip or slippage, reducing the efficiency of the PCP pumping system. Therefore, this research aims to develop a transient three-dimensional computational model that, based on single-lobe PCP kinematics, is able to simulate the fluid-structure interaction that occurs in the interior of metallic and elastomeric PCPs. The main goal is to evaluate the dynamic characteristics of PCP s efficiency based on detailed and instantaneous information of velocity, pressure and deformation fields in their interior. To reach these goals (development and use of the model), it was also necessary the development of a methodology for generation of dynamic, mobile and deformable, computational meshes representing fluid and structural regions of a PCP. This additional intermediary step has been characterized as the biggest challenge for the elaboration and running of the computational model due to the complex kinematic and critical geometry of this type of pump (different helix angles between rotor and stator as well as large length scale aspect ratios). The processes of dynamic generation of meshes and of simultaneous evaluation of the deformations suffered by the elastomer are fulfilled through subroutines written in Fortan 90 language that dynamically interact with the CFX/ANSYS fluid dynamic software. Since a structural elastic linear model is employed to evaluate elastomer deformations, it is not necessary to use any CAE package for structural analysis. However, an initial proposal for dynamic simulation using hyperelastic models through ANSYS software is also presented in this research. Validation of the results produced with the present methodology (mesh generation, flow simulation in metallic PCPs and simulation of fluid-structure interaction in elastomeric PCPs) is obtained through comparison with experimental results reported by the literature. It is expected that the development and application of such a computational model may provide better details of the dynamics of the flow within metallic and elastomeric PCPs, so that better control systems may be implemented in the artificial elevation area by PCP

Simulação de desempenho luminoso para salas de aula em Natal-RN

The city of Natal has a significant daylight availability, although it use isn’t systematically explored in schools architecture. In this context, this research aims to determine procedures for the analysis of the daylight performance in school design in Natal-RN. The method of analysis is divided in Visible Sky Factor (VSF), simulating and analyzing the results. The annual variation of the daylight behavior requires the adoption of dynamic simulation as data procedure. The classrooms were modelled in SketchUp, simulated in Daysim program and the results were assessed by means of spreadsheets in Microsoft Excel. The classrooms dimensions are 7.20mx 7.20m, with windows-to-wall-ratio (WWR) of 20%, 40% and 50%, and with different shading devices, such as standard horizontal overhang, sloped overhang, standard horizontal overhang with side view protection, standard horizontal overhang with a dropped edge, standard horizontal overhang with three horizontal louvers, double standard horizontal overhang, double standard horizontal overhang with three horizontal louvers, plus the use of shelf light in half the models with WWR of 40% and 50%. The data was organized in spreadsheets, with two intervals of UDI: between 300lux and 2000 lux and between 300lux and 3000lux. The simulation was performed with the weather file of 2009 to the city of NatalRN. The graphical outputs are illuminance curves, isolines of UDI among 300lux and 2000 lux and tables with index of occurrences of glare and to an UDI among 300lux 3000lux. The best UDI300-2000lux performance was evidenced to: Phase 1 (models with WWR of 20%), Phase 2 (models with WWR of 40% and 50% with light shelf). The best UDI300-3000lux performance was evidenced to: Phase 1 (models with WWR of 20% and 40% with light shelf) and Phase 2 (models with WWR of 40% and 50% with light shelf). The outputs prove that the daylight quality mainly depends on the shading system efficacy to avoid the glare occurrence, which determines the daylight discomfort. The bioclimatic recommendations of big openings with partial shading (with an opening with direct sunlight) resulted in illuminances level higher than the acceptable upper threshold. The improvement of the shading system percentage (from 73% to 91%) in medium-size of openings (WWR 40% and 50%) reduced or eliminate the glare occurrence without compromising the daylight zone depth (7.20m). The passive zone was determined for classrooms with satisfactory daylight performance, it was calculated the daylight zone depth rule-of-thumb with the ratio between daylight zone depth and the height of the window for different size of openings. The ratio ranged from 1.54 to 2.57 for WWR of 20%, 40% and 50% respectively. There was a reduction or elimination of glare in the passive area with light shelf, or with awning window shading.

Simulação computacional de medidas estereológicas em estruturas de metal duro (WC-Co)

This work focuses on the creation and applications of a dynamic simulation software in order to study the hard metal structure (WC-Co). The technological ground used to increase the GPU hardware capacity was Geforce 9600 GT along with the PhysX chip created to make games more realistic. The software simulates the three-dimensional carbide structure to the shape of a cubic box where tungsten carbide (WC) are modeled as triangular prisms and truncated triangular prisms. The program was proven effective regarding checking testes, ranging from calculations of parameter measures such as the capacity to increase the number of particles simulated dynamically. It was possible to make an investigation of both the mean parameters and distributions stereological parameters used to characterize the carbide structure through cutting plans. Grounded on the cutting plans concerning the analyzed structures, we have investigated the linear intercepts, the intercepts to the area, and the perimeter section of the intercepted grains as well as the binder phase to the structure by calculating the mean value and distribution of the free path. As literature shows almost consensually that the distribution of the linear intercepts is lognormal, this suggests that the grain distribution is also lognormal. Thus, a routine was developed regarding the program which made possible a more detailed research on this issue. We have observed that it is possible, under certain values for the parameters which define the shape and size of the Prismatic grain to find out the distribution to the linear intercepts that approach the lognormal shape. Regarding a number of developed simulations, we have observed that the distribution curves of the linear and area intercepts as well as the perimeter section are consistent with studies on static computer simulation to these parameters.

Balanced Scorecard dinâmico

O Balanced Scorecard (BSC) tem vindo a revelar-se um conceito popular como ferramenta de suporte à descrição e implementação da estratégia organizacional. Esta abordagem propõe que os gestores se foquem no desenvolvimento e utilização dum número reduzido de indicadores críticos de desempenho, financeiros e não financeiros, que combinam diferentes disciplinas e perspectivas da organização e que estão articulados numa cadeia causal que explica de forma consistente o desempenho futuro de acordo com a estratégia formulada. Contudo, diversas dúvidas e críticas tem emergido relativamente à qualidade do processo de desenvolvimento do BSC e que colocam em causa a consistência e a validade da estrutura de indicadores que constitui o instrumento fundamental para o controlo da implementação da estratégia. Com o propósito de ultrapassar estes problemas, uma abordagem baseada na modelação e simulação dinâmica (dinâmica de sistemas) é proposta como suporte ao processo de desenvolvimento do BSC. Esta abordagem permite acelerar e melhorar a aprendizagem dos gestores acerca do processo de criação futura de valor que está associado à estratégia formulada e respectiva implementação, contribuindo assim para a validade e consistência da estrutura de indicadores do BSC.

Auditorias energéticas: certificação energética de edifícios

O presente trabalho visa apresentar a correcta aplicação dos novos regulamentos energéticos na construção de novos edifícios. O edifício em análise trata-se de um Grande Edifício de Serviços (GES) e como tal encontra-se no âmbito do Decreto-Lei nº 79 de 4 de Abril de 2006 (RSECE). Foi efectuado uma análise dos requisitos térmicos do edifício verificando-se que o mesmo cumpre com os requisitos mínimos definidos no Decreto-Lei nº 80 de 4 de Abril de 2006 (RCCTE), tal como definido no RSECE. Posteriormente efectuou-se uma simulação dinâmica multizona do edifício através do software VisualDOE para efeitos de dimensionamento dos equipamentos de climatização. Esta simulação implicou calibrar o modelo segundo os parâmetros definidos pelo projectista de AVAC e teve como objectivo final estabelecer as potências máximas de aquecimento e de arrefecimento. Após a revisão do projecto de AVAC, e confirmação que o mesmo cumpre com os parâmetros exigidos no RSECE, foi realizada uma nova simulação multizona com o intuito de classificar o edifício segundo o descrito no Decreto-Lei nº 78 de 4 de Abril de 2006 (SCE). Para efeitos de registo do edifício na ADENE é obrigatório a existência de um Plano de Manutenção Preventiva (PMP) pelo que foi estabelecido, neste trabalho, quais os pontos essenciais que um PMP deve ter. Realizou-se, por último, uma nova simulação para determinar se eventuais alterações no projecto poderiam melhorar a classe energética do edifício.

Desenvolvimento da prótese biomecânica do joelho

Este trabalho teve como objectivo o desenvolvimento em computador de uma prótese transfemural para amputados acima do joelho. A prótese desenvolvida replica a geometria conhecida do movimento de rotação no joelho, possui também um cilindro de amortecimento hidráulico, de modo a proporcionar um movimento mais próximo do fisiológico natural. Deste modo garante-se mais estabilidade nas fases de apoio, e maior segurança e conforto aos amputados durante a sua marcha no dia-a-dia. Para desenvolver a prótese realizou-se a modelação computacional da prótese transfemural no SolidWorks 2008. Para obtenção do movimento humano utilizou-se valores de deslocamentos lineares e angulares dos membros inferiores obtidos no Laboratório da biomecânica “MovLab” da Universidade Lusófona de Humanidades e Tecnologias. Para captura do movimento utilizou-se o sistema Vicon de captura de imagem e processamento da cinemática do movimento. Foram registados os valores da força de contacto na passada, através do uso de uma plataforma de forças. Com base no modelo desenvolvido foram realizadas várias simulações de dinâmica inversa, sendo criado dois modelos biomecânico correspondentes a uma pessoa com e sem amputação. Utilizando o movimento capturado por vídeo de uma pessoa a Andar Normal, a Correr e a Saltar, comparou-se os resultados obtidos nas simulações com os valores medidos em laboratório. Para as diferentes simulações os valores obtidos de picos máximos das forças tiveram magnitudes bastantes próximas dos valores obtidos em laboratório, o que indica que a metodologia desenvolvida durante este trabalho representa um bom modelo para estudo e desenvolvimento de próteses.

Análise do desempenho da tecnologia 4G LTE

O objectivo deste trabalho passa pelo desenvolvimento de uma ferramenta de simulação dinâmica de recursos rádio em LTE no sentido descendente, com recurso à Framework OMNeT++. A ferramenta desenvolvida permite realizar o planeamento das estações base, simulação e análise de resultados. São descritos os principais aspectos da tecnologia de acesso rádio, designadamente a arquitectura da rede, a codificação, definição dos recursos rádio, os ritmos de transmissão suportados ao nível de canal e o mecanismo de controlo de admissão. Foi definido o cenário de utilização de recursos rádio que inclui a definição de modelos de tráfego e de serviços orientados a pacotes e circuitos. Foi ainda considerado um cenário de referência para a verificação e validação do modelo de simulação. A simulação efectua-se ao nível de sistema, suportada por um modelo dinâmico, estocástico e orientado por eventos discretos de modo a contemplar os diferentes mecanismos característicos da tecnologia OFDMA. Os resultados obtidos permitem a análise de desempenho dos serviços, estações base e sistema ao nível do throughput médio da rede, throughput médio por eNodeB e throughput médio por móvel para além de permitir analisar o contributo de outros parâmetros designadamente, largura de banda, raio de cobertura, perfil dos serviços, esquema de modulação, entre outros. Dos resultados obtidos foi possível verificar que, considerando um cenário com estações base com raio de cobertura de 100 m obteve-se um throughput ao nível do utilizador final igual a 4.69494 Mbps, ou seja, 7 vezes superior quando comparado a estações base com raios de cobertura de 200m.

Projecto de uma instalação de AVAC de um edifício de escritórios e multi-usos

Neste trabalho são apresentados o dimensionamento e os resultados comparativos para um edifício de serviços (escritórios), na vertente económica de aquisição, instalação, exploração e manutenção, de um sistema de climatização a água, com um sistema de climatização a volume de refrigerante variável como alternativa. Utilizando um software de simulação dinâmica para determinar as cargas térmicas a que o edifício em estudo estará sujeito, de forma a dimensionar um sistema de climatização que respeite os regulamentos em vigor pelo actual sistema de certificação energética, foram dimensionados os dois sistemas de climatização dentro dos acima indicados, tento sido efectuados vários estudos comparativos, por forma a poderem ser futuramente utilizados como base de definição do sistema a adotar por parte dos projetistas do ramo.

Relatório de estágio em gabinete de engenharia na componente de climatização

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica com especialização em Energia, Climatização e Refrigeração