Comportamento e mecanismos de falha à fluência em aços P91 e juntas soldadas

A presente dissertação expõe os conhecimentos adquiridos ao longo da experiência acumulada a nível profissional na Alstom Portugal, conjuntamente com os que foram transmitidos durante a frequência do curso de Mestrado de Engenharia Mecânica – Perfil de Manutenção e Produção. O tema da tese aborda o estudo do aço X10CrMoVNb9-1 (P91), com particular incidência em juntas soldadas, que têm estado associadas nos últimos anos ao aparecimento de falhas em centrais termoeléctricas numa fase prematura do seu funcionamento, designadas por fissuração do tipo IV, que ocorrem na zona termicamente afectada pela soldadura onde o grão é mais refinado. A optimização de parâmetros de soldadura e tratamento térmico é essencial para que se consigam obter tempos de resistência à rotura por fluência que estejam em consonância com o definido em fase de projecto. Tendo em consideração a durabilidade dos ensaios de fluência, optou-se para este estudo por efectuar-se uma recolha de dados relativos a estes ensaios realizados em materiais base e juntas soldadas nos últimos quinze anos, com o objectivo de optimização de parâmetros de soldadura e tratamentos térmicos associados. Como conclusões, verificou-se que os diferentes processos de soldadura utilizados não têm uma influência significativa no que corresponde à variação do tempo de rotura por fluência. A utilização de um tratamento térmico de normalização e revenido após soldadura permite uma melhoria de valores de resistência à fluência comparativamente ao tratamento térmico convencional, que é normalmente aplicado em fabrico de componentes sob pressão que utilizam este material. Dada a dimensão e complexidade da maioria destes componentes, estes tratamentos térmicos só podem ser utilizados quando as dimensões dos mesmos possibilitarem a sua colocação em fornos de tratamento térmico habitualmente existentes nos fabricantes. Uma opção viável a ser tomada , no caso de utilização destes materiais, passa por uma redução da tensão de serviço por aumento de espessura dos respectivos componentes. No entanto, este aumento de espessura deve ter em consideração mecanismos de fadiga térmica que devem ser equacionados conjuntamente com os mecanismos de fluência, com o objectivo de se obter os melhores compromissos para cada situação.

Monitorização de sistemas solares térmicos: simulação de perfis de consumo e cálculo de comportamento térmico a longo prazo

A presente dissertação assenta na monitorização de sistemas solares térmicos com incidência em perfis de consumo e cálculo de comportamento térmico a longo prazo. No início faz-se uma introdução aos temas e definições que são primordiais para uma melhor compreensão do trabalho em causa. Procedeu-se à simulação do comportamento térmico de sistemas solares térmicos, tendo como base os parâmetros de cálculo obtidos nos relatórios de ensaio. Os sistemas solares térmicos podem ser ensaiados segundo duas metodologias de cálculo diferentes. Estas metodologias estão descritas nas normas ISO 9459-2:1995 para a metodologia CSTG – Dynamic System Testing Group e ISO 9459-5:2007 para a metodologia DST – Dynamic System Testing. Neste trabalho foram utilizadas as duas metodologias mencionadas. Analisaram-se e simularam-se ainda os perfis de consumo do Anexo IV da Directiva EcoDesign tendo como objectivo definir um “benchmark” entre os diferentes sistemas solares térmicos e também saber qual é a energia primária necessária para satisfazer cada uma das necessidades dos diferentes perfis de extracção. O estudo e análise desta Directiva é bastante importante, pois é com base nela que se vai proceder à classificação e posterior rotulagem dos sistemas solares térmicos.

Climatização passiva versus climatização activa

A dissertação em causa foi elaborada no contexto da Unidade Curricular Dissertação, constante do 1º e 2º Semestres do 2º Ano do Curso de Mestrado em Engenharia Mecânica – Perfil Energia, Refrigeração e Climatização, leccionada no Instituto Superior de Engenharia de Lisboa. O objecto do presente trabalho enquadra-se na temática energético/ambiental, pretendendo-se analisar comparativamente soluções de Climatização Passiva versus Climatização Activa, numa unidade de negócios específica, o sector de “serviços”. A comparação em causa sendo abrangente, comporta a análise térmica e económica, em que se vai analisando a variação da componente construtiva do edifício e a aplicação de várias soluções de Climatização Activa. No desenvolvimento do estudo em causa, cumpriram-se várias etapas, das quais destacam-se a problemática energética/ambiental, o enquadramento legal, a caracterização das soluções em causa, o seu dimensionamento, cálculos e simulações energéticas, estimativas orçamentais comparativas entre várias soluções construtivas, culminando na inevitável conclusão da necessidade de reforçar a componente passiva em detrimento da componente activa, inclusive para além do que está regularmente estabelecido.

Análise comparativa de diferentes tipos de sistemas de climatização e respectivas centrais de produção de água gelada e quente num hotel

A garantia do futuro da vida como a conhecemos, bem como de um hotel está, e será baseada no seu desenvolvimento sustentável, a racionalização dos recursos naturais, a gestão da energia e da água, minimizando o impacto que a sua actividade tem sobre o meio ambiente. A gestão da energia, gestão da água e a reciclagem serão cada vez mais, os vectores principais de todos os projectos, na sua concepção e na fase de exploração. A equipa que gere uma unidade hoteleira deverá ter sempre presente o custo energético por quarto, deve procurar optimizar o consumo energético, sem afectar o bem-estar do cliente, deve respeitar o meio ambiente, deve ter em consideração, que cada vez mais o cliente irá seleccionar o hotel, não só pelo preço, mas também pelo facto do hotel, respeitar o meio ambiente. Na fase de um novo projecto ou da modernização de uma unidade hoteleira, engenheiros, arquitectos, gestores, técnicos, devem partilhar o conhecimento e desenvolvimento do projecto desde o primeiro dia. No presente trabalho é feita a análise comparativa de diferentes tipos de sistemas de climatização e respectivas centrais de produção de água gelada e quente num hotel, seleccionar soluções, e guiar diferentes entidades, promotor de hotéis, donos de hotéis, arquitectos, empresas de fiscalização, projectistas e instaladores, gestor de exploração, gestor de manutenção. Utilizando o modelo de arquitectura de um hotel existente, onze pisos, com três pisos de zonas comuns, restaurantes, salas de reunião e sete pisos de quartos, com 182 quartos, com o software de origem nos E.U.A., Hourly Air Analysis Program, na versão 4.5, e que utiliza o método de cálculo da American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers,, foi efectuado o cálculo de carga térmicas, identificação e caracterização dos sistemas de climatização a estudar , definição de possíveis tipos de centrais de água gelada e quente, simulação energética dos vários sistemas definidos e respectivas tipos de solução de hotéis. Através das simulações efectuadas e através da previsão de consumos pode-se identificar as soluções que apresentam melhor eficiência e as mais amigas do ambiente.

Análise de factores que influenciam a classe energética de uma fracção autónoma

O conforto térmico nas habitações e nos locais de trabalho é uma condição essencial para o bem-estar e produtividade. O novo Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios identifica as características fundamentais para esse conforto, e estabelece um patamar mínimo para todos os edifícios de habitação novos. A nova legislação sobre a certificação energética permitirá que cada fracção autónoma apresente um “Certificado de Desempenho Energético e do Ar Interior”, que dependerá das soluções adoptadas a nível construtivo e de projecto. Neste contexto, o principal objectivo deste estudo é o de sensibilizar todos os intervenientes do meio da construção, desde a fase de projecto até à fase final de obra, das opções mais vantajosas, levando em consideração os investimentos e respectivos períodos de retorno, que proporcionem um melhor desempenho energético dos edifícios do nosso país. Para tal, estudou-se o comportamento de duas fracções autónomas diferentes, mediante a consideração de várias características que influenciem a sua classificação energética, obtendo-se variações significativas.

Estudo do comportamento reológico de sistemas complexos micelares

O surfactante Brometo de Cetiltrimetilamónio (CTAB), quando dissolvido em água, agrega-se espontaneamente em micelas, que crescem uniaxialmente após introdução de aditivos, tornando-se elongadas e sucessivamente mais entrelaçadas. Apresenta-se um estudo reológico para este surfactante, usando diferentes aditivos com o objectivo de produzir fluidos que exibem reologia manipulável, por influência da temperatura, concentração de aditivos e condições de iluminação (ausência ou irradiação com luz UV, no sistema foto-reológico). A caracterização dos sistemas é feita recorrendo a ensaios de fluxo em escoamento estacionário, de varrimento de temperatura, dinâmicos e de espectrofotometria. No sistema neutro (pH=7), os aditivos são os sais Salicilato de Sódio (NaSal) e Brometo de Potássio (KBr), onde se demonstra que o NaSal promove mais eficazmente o crescimento micelar que o KBr. O sistema passa de ter um comportamento próximo do Newtoniano a baixas concentrações de aditivos para um comportamento não-Newtoniano quando a composição está acima da concentração crítica de sobreposição, exibindo fenómenos de reofluidificação e reoespessamento; adicionalmente, o tempo de relaxação aumenta. As alterações reológicas que surgem com o aumento da temperatura devem-se à diminuição do comprimento micelar. O sistema ácido (pH=2) obtém-se adicionando Ácido Salicílico(HSal) em substituição do NaSal. O seu comportamento reológico é qualitativamente comparável ao sistema contendo NaSal, apesar dos valores de viscosidade serem no geral menores. Ao sistema ácido adiciona-se o composto fotocrómico trans-2,4,4,-Trihidroxichalcone (Chalcone), originando um sistema foto-reológico. Em soluções micelares de CTAB a pH ácido, o Chalcone exibe fotocromismo, mudança de cor reversível após irradiação no UV. Diferentes estados conformacionais associados com diferentes colorações estão também associados com diferentes afinidades de residir dentro ou fora das micelas, sugerindo que uma transferência de Chalcone, induzida por irradiação, entre o espaço intra e inter micelar pode ser usada para manipular o comprimento das micelas e consequentemente as propriedades reológicas intrínsecas. As alterações foto-reológicas são reversíveis por um processo de relaxação térmica, a taxas que dependem do pH.

Caracterização experimental e numérica do desempenho térmico de um edifício "gaioleiro": identificação de oportunidades de melhoria

O sector dos edifícios é responsável por uma percentagem significativa dos consumos de energia primária e de energia eléctrica em Portugal, associada principalmente ao conforto térmico dos seus ocupantes. A União Europeia pretende uma redução de 20%, até 2020, dos consumos de energia e consequentes emissões de CO2 através da melhoria da eficiência energética dos edifícios públicos e residenciais. Em Portugal, o Plano Nacional para a Eficiência Energética (PNAEE) tem por objectivo obter uma poupança anual de energia de pelo menos 1% até ao ano de 2016, tomando como base a média de consumos de energia final, registados entre 2001 e 2005. Neste contexto, os edifícios anteriores a 1990 (primeira versão do RCCTE) podem apresentar um potencial significativo de melhoria da sua eficiência energética com base na sua reabilitação. Os edifícios “Gaioleiros” (1880 – 1930) constituindo uma parte importante do património histórico da cidade de Lisboa, para os quais a informação sobre o seu desempenho térmico é limitada, considerou-se pertinente efectuar um estudo destinado à sua caracterização experimental e numérica, face à especificidade do comportamento térmico das suas paredes caracterizadas pela elevada espessura. No presente trabalho, apresenta-se a metodologia e os resultados experimentais da medição da resistência térmica das paredes e da medição das necessidades térmicas de aquecimento da habitação. Estes resultados experimentais foram utilizados na validação do modelo de simulação térmica da habitação, que posteriormente serviu para avaliar as suas necessidades térmicas de aquecimento (Nic) e de arrefecimento (Nvc), identificar oportunidades de melhoria e avaliar o respectivo potencial de reabilitação. Neste trabalho, como contributos para uma reabilitação sustentável, apresentam-se avaliações de oportunidades de melhoria com base em estratégias de reforço do isolamento térmico. Dos resultados obtidos concluiu-se que melhorando o isolamento térmico das paredes e vãos envidraçados é possível baixar consideravelmente os consumos de energia associados à habitação, cumprindo assim as exigências estabelecidas no RCCTE ao nível dos requisitos de qualidade térmica da envolvente e consumos energéticos para edifícios novos e grandes reabilitações.

Demonstração da viabilidade de implementação de uma central de cogeração a um centro informático

A compactação dos equipamentos de tecnologia de informação e os aumentos simultâneos no consumo de energia dos processadores levam a que seja assegurada a distribuição adequada de ar frio, a remoção do ar quente, a capacidade adequada de arrefecimento e uma diminuição do consumo de energia. Considerando-se a cogeração como uma alternativa energeticamente eficiente em relação a outros métodos de produção de energia, com este trabalho faz-se a análise à rentabilidade de uma eventual integração de um sistema de cogeração num centro informático.

Optimização energética dos fornos de uma indústria do sector cerâmico

Mestrado em Engenharia Química

Estudo do uso de hidrotalcites de Mg-Al como catalisadores heterogéneos para produção de biodiesel

A transesterificação de óleos vegetais ou gorduras animais com um álcool de baixo peso molecular é o principal processo utilizado na produção de biodiesel. Actualmente os processos industriais utilizam catalisadores homogéneos para acelerar a reacção. No entanto a utilização de catalisadores heterogéneos, no processo de transesterificação, tem sido sugerido por vários investigadores pois, são amigos do ambiente e podem ser regenerados e reutilizados portanto possibilitam a utilização de processos contínuos. Neste contexto, a utilização de hidrotalcites Mg-Al, como catalisadores heterogéneos para produção de biodiesel foi investigada neste trabalho experimental. As hidrotalcites com diferentes razões molares Mg/Al (Mg/Al=1, 2, 3 e 4) foram preparadas pelo método de co-precipitação. As diversas matrizes catalíticas obtidas, calcinadas a diferentes temperaturas, foram caracterizadas por difracção de raios X (DRX), análise térmica (TG-DSC), espectroscopia de infravermelhos (MIR), microscopia electrónica de varrimento (SEM) e isotérmicas de adsorção com azoto (BET). Estes catalisadores foram testados na metanólise de óleos vegetais para produzir biodiesel. As hidrotalcites Mg/Al=2, HT2A e HT2B (preparada com metade da quantidade de NaOH) calcinadas a 507 ºC e 700 ºC, respectivamente, foram as que apresentaram melhores resultados ao catalisar a reacção com um rendimento em éster superior a 97%, utilizando 2.5% da massa de catalisador, em relação à massa do óleo, razão molar metanol/óleo igual a 12, temperatura reaccional de 65 ºC durante 4h. Foi também investigada a reutilização do catalisador e o efeito da temperatura de calcinação. Constatou-se que o catalisador hidrotalcite HT2B apresentou melhor comportamento catalítico pois permitiu catalisar a reacção de transesterificação até três ciclos reaccionais, convertendo em ésteres 97%, 92% e 34% no primeiro, segundo e terceiro ciclos reaccionais, respectivamente. A análise de, algumas propriedades do biodiesel obtido como, o índice de acidez, a viscosidade e o índice de iodo mostraram que os resultados obtidos estão dentro dos valores limite recomendados pela norma EN 14214. Em anexo apresenta-se uma comunicação à First International Conference on Materials for Energy, Karlsruhe, 2010.

O papel da geração hídrica reversível na integração da energia eólica em ambiente de mercado

A geração de energia elétrica a partir de fontes renováveis, tal como as centrais eólicas, apresenta diferente disponibilidade ao longo do tempo. Por esse motivo, a crescente integração da energia eólica no sistema elétrico levanta questões operacionais importantes, tal como o equilíbrio entre a potência da geração e a potência do consumo, podendo em certos períodos, ocorrer fenómenos de excesso de geração. Atualmente, as centrais hídricas reversíveis (CHR) têm sido vistas como uma solução para absorver esse excesso de geração, evitando-se assim, a necessidade de corte da geração eólica. Num contexto de mercado liberalizado, considerando-se que as CHR são tomadoras de preço, nos períodos de baixo consumo e elevada disponibilidade de vento, o baixo preço da energia elétrica dará incentivo para as CHR realizem bombagem, promovendo a integração da energia eólica. No entanto, se uma CHR apresentar poder de mercado, a sua estratégia de maximização do lucro pode levar a um perfil de bombagem e geração diferente, desviando-se do objetivo de maximizar a integração da energia eólica. Neste sentido, o presente trabalho tem como objetivo estudar a influência do poder de mercado na operação de uma CHR inserida no mercado diário do mercado ibérico de eletricidade (MIBEL). Para tal, é desenvolvido um modelo de despacho em ambiente de mercado, sendo o poder de mercado da CHR modelado através de uma curva de procura residual inversa com elasticidade variável. Os resultados obtidos evidenciam que o aumento do poder de mercado da CHR corresponde a uma diminuição do nível de energia armazenada e, portanto, a capacidade de integrar energia eólica pode ser consideravelmente reduzida. No entanto, quando a CHR pertence a uma empresa de geração que para além desta, possui também uma central de tecnologia diferente, tal como uma central térmica ou eólica, o seu comportamento pode inverter-se.

Diatermia por RF

Diatermia é um tipo de emissão eletromagnética que consta de carga elétrica e magnética. A importância desta energia está em que transforma a radiação eletromagnética em energia térmica devido à resistência dos tecidos. O efeito térmico depende do tamanho e forma do electrodo, tipo de emissão e do nível de energia aplicado. A eletroterapia de Alta Frequência pode definir-se como o uso terapêutico de oscilações eletromagnéticas, com frequências superiores a 300000 Hz. A energia eletromagnética é convertida em energia nos tecidos.

Avaliação do potencial de arrefecimento passivo de um edifício de serviços

As tendências arquitectónicas actuais baseadas na adopção de extensas áreas de envidraçados e de construções com inércia térmica média a fraca resultam num risco acrescido de sobreaquecimento do ambiente interior dos edifícios, e no consequente aumento do consumo de energia para arrefecimento dos mesmos, tornando mais urgente a necessidade de estudar as melhores estratégias para contrariar esse aumento. A presente dissertação destinada à obtenção de grau de Mestre enquadra-se nesta temática e pretende avaliar o potencial de poupança eléctrica gerada por um sistema de arrefecimento passivo num edifício de serviços. Numa primeira fase, identificaram-se as diferentes estratégias de arrefecimento passivo que influenciaram o desempenho dos edifícios no passado e, comparando com edifícios dos nossos dias que com sucesso, aplicaram-se essas mesmas estratégias, demonstrou-se que podemos utilizar recursos da arquitectura vernacular nos edifícios contemporâneos. Posteriormente para avaliar o potencial de arrefecimento em edifícios de serviços para as condições climáticas portuguesas, realizou-se um estudo específico para um edifício real de serviços situado em Coimbra, e recorrendo-se ao software Autodesk Ecotect™, procedeu-se à análise energética da situação actual do edifício, conseguindo-se assim observar os pontos fortes e os pontos fracos do sistema existente. Com base na informação obtida foram testadas soluções a nível de climatização recorrendo à ventilação natural permitindo assim melhorar o desempenho do edifico. Novamente com o programa de cálculo Autodesk Ecotect™ e o Autodesk Green Building Studio™ foi possível fazer uma simulação destes cenários, e compará-los com os resultados da situação existente, podendo desta forma verificar o verdadeiro potencial de arrefecimento do edifício com as medidas propostas

Caracterização de antioxidantes com potencial interesse industrial

Mestrado em Engenharia Química

Gaseificação de resíduos: uma alternativa de gestão de resíduos sólidos urbanos na Região Autónoma dos Açores

Dissertação de Mestrado, Ambiente, Saúde e Segurança, 18 de Fevereiro de 2011, Universidade dos Açores.