Cinética e modelação da secagem convectiva de papel obtido a partir de fibras de algodão

No presente trabalho pretende-se caraterizar a cinética de secagem de papel obtido partir de fibra de algodão. A componente experimental é executada com recurso a uma estação de secagem, munida com equipamentos de controlo e de leitura. O objetivo é realizar a análise da cinética de secagem, com base nas condições impostas através dos parâmetros de entrada, temperatura a humidade relativa e velocidade do ar de secagem. Os resultados permitem determinar a influência dos parâmetros temperatura, humidade relativa, velocidade do escoamento e espessura do material sobre a cinética de secagem. Foi determinada a difusividade em cada ensaio e desenvolvido e validado um modelo matemático de secagem, com recurso aos valores obtidos experimentalmente. A modelação da secagem é realizada através de um modelo que recorre à segunda lei de Fick. São apresentados os resultados da modelação e respetivos desvio padrão relativamente aos valores experimentais.

Modelação da qualidade do ar interior em edifícios com ventilação natural

A qualidade do ar interior (QAI) em edifícios é uma preocupação que acompanha o Homem desde há séculos. A qualidade do ar interior nas escolas, em particular, tem vindo a provocar um crescente interesse, dado que o grupo populacional pertence a um grupo etário mais suscetível de ser afetado. A utilização de ferramentas numéricas de modelação na avaliação da QAI é uma mais valia, pois permite estimar as concentrações dos poluentes no interior dos edifícios. O principal objetivo deste estudo consiste na avaliação da qualidade do ar interior através da aplicação de uma ferramenta a um caso de estudo. Neste caso de estudo estimou-se a concentração de material particulado (PM10) numa sala de aula da Escola Básica nº 1 da Glória, em Aveiro. Neste âmbito, foi aplicado o modelo INDEX, Indoor Exposure model, que possibilita o cálculo de concentrações interiores de poluentes atmosféricos. Os resultados da aplicação indicam que as concentrações do ar interior são influenciadas pelas concentrações exteriores e pela velocidade do vento. Note-se, contudo, que os valores simulados cumprem os valores legislados na Portaria nº 353-A/2013, de 4 de Dezembro. Embora os resultados simulados não revelem uma má qualidade do ar interior na sala de aula da Escola Básica nº 1 da Glória, a avaliação de outros poluentes seria um ponto de extrema importância, de forma a verificar se os requisitos da qualidade do ar interior estarão a ser garantidos.

Computação de alto desempenho aplicada a modelagem numérica de fenômenos atmosféricos

A constante evolução da tecnologia disponibilizou, atualmente, ferramentas computacionais que eram apenas expectativas há 10 anos atrás. O aumento do potencial computacional aplicado a modelos numéricos que simulam a atmosfera permitiu ampliar o estudo de fenômenos atmosféricos, através do uso de ferramentas de computação de alto desempenho. O trabalho propôs o desenvolvimento de algoritmos com base em arquiteturas SIMT e aplicação de técnicas de paralelismo com uso da ferramenta OpenACC para processamento de dados de previsão numérica do modelo Weather Research and Forecast. Esta proposta tem forte conotação interdisciplinar, buscando a interação entre as áreas de modelagem atmosférica e computação científica. Foram testadas a influência da computação do cálculo de microfísica de nuvens na degradação temporal do modelo. Como a entrada de dados para execução na GPU não era suficientemente grande, o tempo necessário para transferir dados da CPU para a GPU foi maior do que a execução da computação na CPU. Outro fator determinante foi a adição de código CUDA dentro de um contexto MPI, causando assim condições de disputa de recursos entre os processadores, mais uma vez degradando o tempo de execução. A proposta do uso de diretivas para aplicar computação de alto desempenho em uma estrutura CUDA parece muito promissora, mas ainda precisa ser utilizada com muita cautela a fim de produzir bons resultados. A construção de um híbrido MPI + CUDA foi testada, mas os resultados não foram conclusivos.

Conversor de energia das ondas em energia elétrica com dispositivo de coluna de água oscilante: simulação numérica e estudo geométrico

Os oceanos representam um dos maiores recursos naturais, possuindo expressivo potencial energético, podendo suprir parte da demanda energética mundial. Nas últimas décadas, alguns dispositivos destinados à conversão da energia das ondas dos oceanos em energia elétrica têm sido estudados. No presente trabalho, o princípio de funcionamento do conversor do tipo Coluna de Água Oscilante, do inglês Oscillating Water Colum, (OWC) foi analisado numericamente. As ondas incidentes na câmara hidro-pneumática da OWC, causam um movimento alternado da coluna de água no interior da câmara, o qual produz um fluxo alternado de ar que passa pela chaminé. O ar passa e aciona uma turbina a qual transmite energia para um gerador elétrico. O objetivo do presente estudo foi investigar a influência de diferentes formas geométricas da câmara sobre o fluxo resultante de ar que passa pela turbina, que influencia no desempenho do dispositivo. Para isso, geometrias diferentes para o conversor foram analisadas empregando modelos computacionais 2D e 3D. Um modelo computacional desenvolvido nos softwares GAMBIT e FLUENT foi utilizado, em que o conversor OWC foi acoplado a um tanque de ondas. O método Volume of Fluid (VOF) e a teoria de 2ª ordem Stokes foram utilizados para gerar ondas regulares, permitindo uma interação mais realista entre o conversor, água, ar e OWC. O Método dos Volumes Finitos (MVF) foi utilizado para a discretização das equações governantes. Neste trabalho o Contructal Design (baseado na Teoria Constructal) foi aplicado pela primeira vez em estudos numéricos tridimensionais de OWC para fim de encontrar uma geometria que mais favorece o desempenho do dispositivo. A função objetivo foi a maximização da vazão mássica de ar que passa através da chaminé do dispositivo OWC, analisado através do método mínimos quadrados, do inglês Root Mean Square (RMS). Os resultados indicaram que a forma geométrica da câmara influencia na transformação da energia das ondas em energia elétrica. As geometrias das câmaras analisadas que apresentaram maior área da face de incidência das ondas (sendo altura constante), apresentaram também maior desempenho do conversor OWC. A melhor geometria, entre os casos desse estudo, ofereceu um ganho no desempenho do dispositivo em torno de 30% maior.

Exergetic, energetic, economic and environmental evaluation of concentrated solar power plants in Libya

The PhD project addresses the potential of using concentrating solar power (CSP) plants as a viable alternative energy producing system in Libya. Exergetic, energetic, economic and environmental analyses are carried out for a particular type of CSP plants. The study, although it aims a particular type of CSP plant – 50 MW parabolic trough-CSP plant, it is sufficiently general to be applied to other configurations. The novelty of the study, in addition to modeling and analyzing the selected configuration, lies in the use of a state-of-the-art exergetic analysis combined with the Life Cycle Assessment (LCA). The modeling and simulation of the plant is carried out in chapter three and they are conducted into two parts, namely: power cycle and solar field. The computer model developed for the analysis of the plant is based on algebraic equations describing the power cycle and the solar field. The model was solved using the Engineering Equation Solver (EES) software; and is designed to define the properties at each state point of the plant and then, sequentially, to determine energy, efficiency and irreversibility for each component. The developed model has the potential of using in the preliminary design of CSPs and, in particular, for the configuration of the solar field based on existing commercial plants. Moreover, it has the ability of analyzing the energetic, economic and environmental feasibility of using CSPs in different regions of the world, which is illustrated for the Libyan region in this study. The overall feasibility scenario is completed through an hourly analysis on an annual basis in chapter Four. This analysis allows the comparison of different systems and, eventually, a particular selection, and it includes both the economic and energetic components using the “greenius” software. The analysis also examined the impact of project financing and incentives on the cost of energy. The main technological finding of this analysis is higher performance and lower levelized cost of electricity (LCE) for Libya as compared to Southern Europe (Spain). Therefore, Libya has the potential of becoming attractive for the establishment of CSPs in its territory and, in this way, to facilitate the target of several European initiatives that aim to import electricity generated by renewable sources from North African and Middle East countries. The analysis is presented a brief review of the current cost of energy and the potential of reducing the cost from parabolic trough- CSP plant. Exergetic and environmental life cycle assessment analyses are conducted for the selected plant in chapter Five; the objectives are 1) to assess the environmental impact and cost, in terms of exergy of the life cycle of the plant; 2) to find out the points of weakness in terms of irreversibility of the process; and 3) to verify whether solar power plants can reduce environmental impact and the cost of electricity generation by comparing them with fossil fuel plants, in particular, Natural Gas Combined Cycle (NGCC) plant and oil thermal power plant. The analysis also targets a thermoeconomic analysis using the specific exergy costing (SPECO) method to evaluate the level of the cost caused by exergy destruction. The main technological findings are that the most important contribution impact lies with the solar field, which reports a value of 79%; and the materials with the vi highest impact are: steel (47%), molten salt (25%) and synthetic oil (21%). The “Human Health” damage category presents the highest impact (69%) followed by the “Resource” damage category (24%). In addition, the highest exergy demand is linked to the steel (47%); and there is a considerable exergetic demand related to the molten salt and synthetic oil with values of 25% and 19%, respectively. Finally, in the comparison with fossil fuel power plants (NGCC and Oil), the CSP plant presents the lowest environmental impact, while the worst environmental performance is reported to the oil power plant followed by NGCC plant. The solar field presents the largest value of cost rate, where the boiler is a component with the highest cost rate among the power cycle components. The thermal storage allows the CSP plants to overcome solar irradiation transients, to respond to electricity demand independent of weather conditions, and to extend electricity production beyond the availability of daylight. Numerical analysis of the thermal transient response of a thermocline storage tank is carried out for the charging phase. The system of equations describing the numerical model is solved by using time-implicit and space-backward finite differences and which encoded within the Matlab environment. The analysis presented the following findings: the predictions agree well with the experiments for the time evolution of the thermocline region, particularly for the regions away from the top-inlet. The deviations observed in the near-region of the inlet are most likely due to the high-level of turbulence in this region due to the localized level of mixing resulting; a simple analytical model to take into consideration this increased turbulence level was developed and it leads to some improvement of the predictions; this approach requires practically no additional computational effort and it relates the effective thermal diffusivity to the mean effective velocity of the fluid at each particular height of the system. Altogether the study indicates that the selected parabolic trough-CSP plant has the edge over alternative competing technologies for locations where DNI is high and where land usage is not an issue, such as the shoreline of Libya.

Aplicação da metodologia numérica “fast bounds crack” para uma estimativa eficiente da evolução do tamanho de trinca

A significant part of the life of a mechanical component occurs, the crack propagation stage in fatigue. Currently, it is had several mathematical models to describe the crack growth behavior. These models are classified into two categories in terms of stress range amplitude: constant and variable. In general, these propagation models are formulated as an initial value problem, and from this, the evolution curve of the crack is obtained by applying a numerical method. This dissertation presented the application of the methodology "Fast Bounds Crack" for the establishment of upper and lower bounds functions for model evolution of crack size. The performance of this methodology was evaluated by the relative deviation and computational times, in relation to approximate numerical solutions obtained by the Runge-Kutta method of 4th explicit order (RK4). Has been reached a maximum relative deviation of 5.92% and the computational time was, for examples solved, 130,000 times more higher than achieved by the method RK4. Was performed yet an Engineering application in order to obtain an approximate numerical solution, from the arithmetic mean of the upper and lower bounds obtained in the methodology applied in this work, when you don’t know the law of evolution. The maximum relative error found in this application was 2.08% which proves the efficiency of the methodology "Fast Bounds Crack".

Modelação de juntas adesivas por modelos de dano coesivo utilizando o método direto

A utilização de adesivos hoje em dia encontra-se de tal forma disseminada que é transversal a diversos setores do mercado, como a indústria aeroespacial, aeronáutica, automóvel e do desporto. De facto, o uso de ligações adesivas em estruturas mecânicas tem vindo a crescer, na medida em que estes têm substituído os métodos de ligação convencionais, tais como brasagem, rebitagem, ligações aparafusadas e soldadura. No geral, as ligações adesivas apresentam diversas vantagens, desde a diminuição do peso, redução da concentração de tensões, facilidade de fabrico, bom comportamento a solicitações cíclicas e capacidade de unir materiais dissimilares. O crescente interesse da indústria nas ligações adesivas tem por base o aumento da confiabilidade nos métodos de previsão de resistência de estruturas adesivas. Neste contexto surgem os Modelos de Dano Coesivo, que permitem simular o crescimento do dano em estruturas, após introdução das leis coesivas previamente estimadas nos modelos numéricos. Uma das fases mais importantes neste método de previsão é a estimativa das leis coesivas em tração e corte, pelo que se torna de grande relevância a existência e validação de métodos precisos para a obtenção destas leis. Este trabalho visa a validação de leis coesivas em tração e corte, estimadas pela aplicação do método direto, na previsão da resistência de juntas com geometria de solicitação mista. Neste âmbito, ensaiaram-se JSS e JSD com diferentes comprimentos de sobreposição e com adesivos de diferente ductilidade. Foram considerados os adesivos Araldite® AV138, de elevada resistência e baixa ductilidade, o Araldite® 2015, de moderada ductilidade e resistência intermédia, e o SikaForce® 7752, de baixa resistência e elevada ductilidade. As leis coesivas em modo puro serviram de base para a criação de leis simplificadas triangulares, trapezoidais e linearesexponenciais, que foram testadas para cada um dos adesivos. A validação das mesmas consumou-se por comparação das previsões numéricas com os resultados experimentais. Procedeu-se também a uma análise de tensões de arrancamento e de corte no adesivo, de modo a compreender a influência das tensões na resistência das juntas. A utilização do método direto permitiu obter previsões de resistência bastante precisas, indicando as formas de leis coesivas mais adequadas para cada conjunto adesivo/geometria de junta. Para além disso, para as condições geométricas e materiais consideradas, este estudo permitiu concluir que não se cometem erros significativos na escolha de uma lei menos adequada.

Simulação numérica do escoamento monofásico em uma bomba centrífuga radial

Centrifugal pumps are vastly used in many industrial applications. Knowledge of how these components behave in several circumstances is crucial for the development of more efficient and, therefore, less expensive pumping installations. The combination of multiple impellers, vaned diffusers and a volute might introduce several complex flow characteristics that largely deviate from regular inviscid pump flow theory. Computational Fluid Dynamics can be very helpful to extract information about which physical phenomena are involved in such flows. In this sense, this work performs a numerical study of the flow in a two-stage centrifugal pump (Imbil ITAP 65-330/2) with a vaned diffuser and a volute. The flow in the pump is modeled using the software Ansys CFX, by means of a multi-block, transient rotor-stator technique, with structured grids for all pump parts. The simulations were performed using water and a mixture of water and glycerin as work fluids. Several viscosities were considered, in a range between 87 and 720 cP. Comparisons between experimental data obtained by Amaral (2007) and numerical head curves showed a good agreement, with an average deviation of 6.8% for water. The behavior of velocity, pressure and turbulence kinetic energy fields was evaluated for several operational conditions. In general, the results obtained by this work achieved the proposed goals and are a significant contribution to the understanding of the flow studied.

A Matemática da Natureza : Modelação matemática das conchas marinhas

A Matemática tem um grande impacto nas nossas vidas, mesmo que muitas vezes não nos demos conta da sua aplicabilidade. Através de um código próprio, a Matemática fornece importantes ferramentas que permitem descrever e compreender a realidade que nos rodeia. Em particular, a Matemática ajuda-nos a interpretar os fenómenos que observamos na Natureza. (...) A beleza das conchas marinhas constitui um claro convite à construção de modelos matemáticos que possam proporcionar uma melhor compreensão do mecanismo associado à sua formação. (...)

Opinión de enfermería y concordancia entre las escalas visual analógica, verbal simple y numérica, en la valoración del dolor agudo como 5ª constante vital

Objetivo: Conocer la opinión de los profesionales de enfermería sobre la utilidad del registro y valoración del dolor agudo como quinta constante clínica; así como, determinar la correlación de la escala visual analógica (EVA) con la verbal simple (EVS) y la verbal numérica (EVN). Material y métodos: Estudio observacional descriptivo. Cuestionario de opinión "ad hoc" y correlación lineal entre escalas. Análisis estadístico descriptivo e inferencial mediante el coeficiente de correlación intraclase y el método de Bland-Altman. Resultados: muestra de 102 profesionales (58% mujeres). El 90,2% cree importante que se mida el dolor agudo; el 65,7% ven la escala EVA poco práctica; el 80,4% no sabe cuándo se debe reevaluar el dolor (p<0,05). La concordancia entre escalas fue baja-moderada, siendo la EVN la mejor alternativa a la EVA. Conclusiones: el procedimiento de registro y medición del dolor fue muy bien valorado por los profesionales, pero su implementación presentó baja adherencia. La concordancia obtenida no fue significativa para sustituir con garantías a la EVA.

Simulação numérica da convecção mista em cavidade preenchida com meio poroso heterogêneo e homogêneo

In this work is presented mixed convection heat transfer inside a lid-driven cavity heated from below and filled with heterogeneous and homogeneous porous medium. In the heterogeneous approach, the solid domain is represented by heat conductive equally spaced blocks; the fluid phase surrounds the blocks being limited by the cavity walls. The homogeneous or pore-continuum approach is characterized by the cavity porosity and permeability. Generalized mass, momentum and energy conservation equations are obtained in dimensionless form to represent both the continuum and the pore-continuum models. The numerical solution is obtained via the finite volume method. QUICK interpolation scheme is set for numerical treatment of the advection terms and SIMPLE algorithm is applied for pressure-velocity coupling. Aiming the laminar regime, the flow parameters are kept in the range of 102≤Re≤103 and 103≤Ra≤106 for both the heterogeneous and homogeneous approaches. In the tested configurations for the continuous model, 9, 16, 36, and 64 blocks are considered for each combination of Re and Ra being the microscopic porosity set as constant φ=0,64 . For the pore-continuum model the Darcy number (Da) is set according to the number of blocks in the heterogeneous cavity and the φ. Numerical results of the comparative study between the microscopic and macroscopic approaches are presented. As a result, average Nusselt number equations for the continuum and the pore continuum models as a function of Ra and Re are obtained.

A cognição projectual através da integração do Desenho na modelação 3D: um caso de estudo

Existe uma reflexão recente acerca da relação entre as imagens e as ferramentas usadas para a sua produção baseada nos processos de criação mediados digitalmente. A relação natural e estreita entre a dimensão conceptual e a dimensão física abre a discussão acerca dos processos de projetação e manipulação das imagens nas quais estão naturalmente incluídas as ferramentas CAD. Tendo o desenho analógico um papel inequívoco e fundamental no exercício da projetação e consequentemente da modelação 3D é pertinente perceber a relação e articulação entre estas duas ferramentas. Metodologicamente pretendemos discutir como o desenho pode integrar o processo de modelação 3D através da uma prática operativa e assim, abrir a discussão quer acerca da produção das imagens, em geral, quer acerca das estratégias pedagógicas de ensino do desenho e do 3D no Design e na Arte. Como tal servir-nos-emos de exemplos práticos que analisaremos como estudo de caso.

Validação numérica de leis coesivas triangulares para previsão de resistência de juntas adesivas em tração e corte puros

As ligações adesivas surgiram pela necessidade de se encontrar formas de unir componentes, por vezes de materiais distintos, através de técnicas mais vantajosas. Atualmente, qualquer estrutura deve ser resistente, robusta e leve, o que amplificou o interesse industrial e investigação nas ligações adesivas, principalmente na melhoria das propriedades de resistência e fratura de materiais. Desta forma, nos últimos anos, a utilização de juntas adesivas em aplicações industriais tem aumentando gradualmente, substituindo alguns métodos de ligação tradicionais, por apresentarem vantagens, tais como redução de concentração de tensões, reduzido peso e facilidade de processamento/fabrico. Em qualquer área da indústria, a aplicação em larga escala de uma determinada técnica de ligação supõe que estão disponíveis ferramentas confiáveis para o projeto e previsão da rotura. Neste âmbito, os Modelos de Dano Coesivo (MDC) são uma ferramenta fundamental, apesar de ser necessário estimar as leis coesivas do adesivo à tração e corte para entrada nos modelos numéricos. Nesta dissertação o trabalho experimental consistiu no tratamento de dados com vista à obtenção de GIc e GIIc, com a devida comparação de diferentes métodos de redução, bem como potencialidades e limitações dos mesmos. É realizada uma comparação dos três adesivos: Araldite® AV138, Araldite® 2015 e SikaForce® 7752. Neste trabalho estudou-se também numericamente a adequação de leis coesivas triangulares na previsão no comportamento de juntas adesivas, nomeadamente nas curvas forçadeslocamento (P-) de ensaios Double-Cantilever Beam para caracterização à tração e ensaios End-Notched Flexure para caraterização ao corte. Os ensaios foram simulados numericamente pelo software ABAQUS®, recorrendo ao Método de Elementos Finitos (MEF) e um MDC triangular, com o intuito de estimar a lei coesiva de cada um dos adesivos. Para os adesivos Araldite®AV138 e Araldite®2015, à tração e ao corte, a lei triangular previu o comportamento do adesivo com alguma razoabilidade. Para a previsão da resistência do adesivo SikaForce® 7752, a lei triangular não se ajustou convenientemente nem à tração nem ao corte. Considera-se que, para este adesivo, uma lei trapezoidal é a que melhor se adequa, devido à ductilidade do mesmo.

Modelação do risco de perda dentária por doença periodontal

O prognóstico da perda dentária é um dos principais problemas na prática clínica de medicina dentária. Um dos principais fatores prognósticos é a quantidade de suporte ósseo do dente, definido pela área da superfície radicular dentária intraóssea. A estimação desta grandeza tem sido realizada por diferentes metodologias de investigação com resultados heterogéneos. Neste trabalho utilizamos o método da planimetria com microtomografia para calcular a área da superfície radicular (ASR) de uma amostra de cinco dentes segundos pré-molares inferiores obtida da população portuguesa, com o objetivo final de criar um modelo estatístico para estimar a área de superfície radicular intraóssea a partir de indicadores clínicos da perda óssea. Por fim propomos um método para aplicar os resultados na prática. Os dados referentes à área da superfície radicular, comprimento total do dente (CT) e dimensão mésio-distal máxima da coroa (MDeq) serviram para estabelecer as relações estatísticas entre variáveis e definir uma distribuição normal multivariada. Por fim foi criada uma amostra de 37 observações simuladas a partir da distribuição normal multivariada definida e estatisticamente idênticas aos dados da amostra de cinco dentes. Foram ajustados cinco modelos lineares generalizados aos dados simulados. O modelo estatístico foi selecionado segundo os critérios de ajustamento, preditibilidade, potência estatística, acurácia dos parâmetros e da perda de informação, e validado pela análise gráfica de resíduos. Apoiados nos resultados propomos um método em três fases para estimação área de superfície radicular perdida/remanescente. Na primeira fase usamos o modelo estatístico para estimar a área de superfície radicular, na segunda estimamos a proporção (decis) de raiz intraóssea usando uma régua de Schei adaptada e na terceira multiplicamos o valor obtido na primeira fase por um coeficiente que representa a proporção de raiz perdida (ASRp) ou da raiz remanescente (ASRr) para o decil estimado na segunda fase. O ponto forte deste estudo foi a aplicação de metodologia estatística validada para operacionalizar dados clínicos na estimação de suporte ósseo perdido. Como pontos fracos consideramos a aplicação destes resultados apenas aos segundos pré-molares mandibulares e a falta de validação clínica.