Relatório profissional. O currículo das ciências e um estudo de caso.

Relatório profissional para obtenção do Grau de Mestre em Ensino da Física e da Química

Análise de um sistema de evacuação de produtos da combustão de turbinas a gás utilizadas para propulsão naval

De modo a eliminar a propagação de fissuras ocorridas em condutas de evacuação de produtos da combustão de turbinas a gás utilizadas para propulsão naval, neste estudo é feita a avaliação de diferentes geometrias alternativas para a estrutura mencionada, assim como se avalia a possibilidade de substituição local, nas zonas críticas, do material actualmente utilizado na conduta por uma nova liga de alta resistência. A possibilidade de utilizar um novo aço inoxidável austenítico Cr-Mn, de alta resistência (ThyssenKrupp, 2009), está a ser estudada e alguns resultados experimentais efectuados a este material, obtidos a temperatura ambiente e a alta temperatura, são apresentados. Este trabalho pode ser dividido em duas partes principais. Uma primeira parte onde se apresenta a análise experimental realizada e uma segunda parte, que trata a simulação numérica da conduta por elementos finitos. Na análise experimental foram realizados ensaios de tracção uniaxial, ensaios de dureza e de caracterização geométrica do cordão de soldadura de ligações soldadas de tipo topo a topo entre o aço AISI 316L e o aço Cr-Mn. Alguns dos resultados experimentais obtidos em provetes soldados com combinações dos materiais de base, aço AISI316L e Cr-Mn, a 24ºC e 350ºC, são: a tensão de cedência do aço Cr-Mn é cerca de 66% e 35% mais elevada que a obtida para o aço AISI 316L, a 24 e 350ºC, respectivamente; a tensão de rotura é também 33% e 19% mais elevada que o aço AISI 316L, para as mesmas temperaturas. Os ensaios de dureza revelam valores médios que estão de acordo com as propriedades mecânicas obtidas à temperatura ambiente. Tendo como referência os resultados experimentais obtidos para as propriedades mecânicas dos materiais, assim como a distribuição de temperaturas e de pressão interna devido aos gases resultantes da combustão, foi feita a simulação numérica de diferentes geometrias da conduta, tendo sido determinado o nível das tensões presentes na superfície da conduta. A distribuição de temperatura e pressão introduzidas nas análises numéricas foram calculadas e verificada a sua validade por comparação com os resultados obtidos por (Cruz, 2009). Os resultados das análises numéricas sugerem que a alteração da geometria actual da conduta pode ser benéfica uma vez que as tensões principais máximas induzidas na estrutura podem diminuir mais de 26%, quando comparadas com as tensões termomecânicas induzidas na geometria actual da conduta.

Projeto de um altifalante digital

Devido ao crescente desenvolvimento das nanotecnologias, estando associadas a melhoria da eficiência energética assim como mais processamento de dados e a redução dos custos, esta dissertação possibilita todo o enquadramento com sistemas modernos ao nível do áudio digital. Tendo como base esta perspetiva, esta dissertação apresenta um sistema de áudio completo desde a fonte do sinal digital no PC até ao sinal analógico no altifalante. O sistema é constituído pelos seguintes módulos: a interface do utilizador no PC, o Processador Digital de Sinais (DSP), o amplificador digital e os altifalantes. O sistema é baseado na amplificação de classe D controlada por um modulador sigma delta (ΣΔM) digital. São abordadas as técnicas utilizadas e os cuidados a ter em conta em cada módulo, tendo como principal objetivo uma boa qualidade de áudio. Diferentes arquiteturas ΣΔM são primeiramente analisadas por simulações para validar a estabilidade e a funcionalidade, seguidamente são implementadas ao nível físico no protótipo para qualificar algumas medições elétricas e testes acústicos básicos. Depois de selecionados os ΣΔM mais promissores, o sistema foi avaliado pela análise de alguns testes elétricos de alto nível assim como gravações do sinal de áudio em um ambiente de estúdio controlado. Os resultados acústicos são comparados com um sistema de estúdio com reconhecimento no mercado. As medições finais do protótipo revelaram valores do rendimento de até 72%, a SNR na saída do amplificador digital de 73 dB através da leitura com o Audio Precision ATS-2, com uma THD de -75 dB e uma gama dinâmica (DR) de 75 dB. A tensão de alimentação pode ir dos 5 aos 12 Volt, utilizando uma metodologia H-bridge na saída do amplificador, e podendo ser aplicada uma carga mínima de 4 Ohm. O sistema desenvolvido demonstra-se promissor e possibilita melhorias através de otimização de cada elemento em particular, desde adicionar capacidades ao DSP através de novo firmware, ou melhorar a potência do amplificador digital consoante os requisitos da aplicação.

Plano de emergência interno de barragens

A existência de barragens em determinadas secções de um rio conduz, na maioria dos casos, a benefícios locais e regionais tais como a possibilidade de regular o caudal fluvial, a produção de energia elétrica ou o abastecimento de água às populações ou às atividades agrícolas. Por outro lado, impactos sociais e ambientais negativos e o risco de uma possível rotura encontram-se entre os maiores problemas provocados pela existência dessas estruturas. No presente documento apresenta-se um estudo relativo ao planeamento de emergência em barragens, mais precisamente aos Planos de Emergência Internos de Barragens. É efetuada uma análise da legislação nacional relativa ao planeamento de emergência, nomeadamente no que diz respeito ao Plano de Emergência Interno conforme publicado no Regulamento de Segurança de Barragens (Decreto-Lei 344/2007 de 15 de Outubro). O trabalho apresentado inclui ainda a sistematização dos principais aspetos que devem ser incluídos no Planeamento de Emergência de Barragens de acordo com a legislação portuguesa, e a comparação com o que é exigido em diferentes países da União Europeia. Além do trabalho de pesquisa e recolha de informação, analisam-se as principais diferenças entre as metodologias de planeamento de emergências em barragens em Portugal, Espanha, França e Reino Unido, aplicando as diferentes abordagens a um caso de estudo, nomeadamente a Barragem da Bravura. Para esse caso de estudo, aprofundou-se a componente hidráulica do Plano de Emergência Interno, com a simulação da onda de cheia provocada pela rotura da barragem. A exigência a nível do resultado das simulações para cada país foi comparada.

Otimização da implementação em GPUs de um algoritmo de simulação de materiais granulares

As simulações que pretendam modelar fenómenos reais com grande precisão em tempo útil exigem enormes quantidades de recursos computacionais, sejam estes de processamento, de memória, ou comunicação. Se até há pouco tempo estas capacidades estavam confinadas a grandes supercomputadores, com o advento dos processadores multicore e GPUs manycore os recursos necessários para este tipo de problemas estão agora acessíveis a preços razoáveis não só a investigadores como aos utilizadores em geral. O presente trabalho está focado na otimização de uma aplicação que simula o comportamento dinâmico de materiais granulares secos, um problema do âmbito da Engenharia Civil, mais especificamente na área da Geotecnia, na qual estas simulações permitem por exemplo investigar a deslocação de grandes massas sólidas provocadas pelo colapso de taludes. Assim, tem havido interesse em abordar esta temática e produzir simulações representativas de situações reais, nomeadamente por parte do CGSE (Australian Research Council Centre of Excellence for Geotechnical Science and Engineering) da Universidade de Newcastle em colaboração com um membro da UNIC (Centro de Investigação em Estruturas de Construção da FCT/UNL) que tem vindo a desenvolver a sua própria linha de investigação, que se materializou na implementação, em CUDA, de um algoritmo para GPUs que possibilita simulações de sistemas com um elevado número de partículas. O trabalho apresentado consiste na otimização, assente na premissa da não alteração (ou alteração mínima) do código original, da supracitada implementação, de forma a obter melhorias significativas tanto no tempo global de execução da aplicação, como no aumento do número de partículas a simular. Ao mesmo tempo, valida-se a formulação proposta ao conseguir simulações que refletem, com grande precisão, os fenómenos físicos. Com as otimizações realizadas, conseguiu-se obter uma redução de cerca de 30% do tempo inicial cumprindo com os requisitos de correção e precisão necessários.

Simulador de linguagem em texto estruturado para autómato TSX3721

Os controladores lógicos programáveis (PLC) são muito ,e cada vez mais, utilizados na indústria. Este tipo de equipamento, além de ser inerentemente caro, pode causar situações perigosas e perda de produtividade caso sejam incorretamente programados. Existem programas de alguns fabricantes que permitem a simulação de linguagens utilizadas na programação de autómatos (segundo a norma internacional IEC 61131-3), mas uma simulação da linguagem em Texto Estruturado (ST) em particular, é complicada e de difícil acesso. O principal objetivo deste projeto é a realização de um simulador em tempo real, capaz de realizar testes e simulações prévias de código de Texto Estruturado, a testar posteriormente no autómato TSX Micro 3721 da Schneider. É necessário a construção de um compilador e interpretador de linguagens de programação, para realização do simulador e interface gráfica. Os dois sistemas utilizados para gerar as regras formais gramaticais e de produção em linguagens de programação são o Lex e o Yacc. O Lex gera um analisador léxico dividindo o ficheiro de linguagem em texto estruturado em tokens (símbolos significativos). O Yacc, através desses símbolos recebidos, forma as regras de produção e a respetiva estrutura hierárquica do programa. A partir da interpretação desta estrutura gerada é possível traduzir ou compilar qualquer linguagem de programação, neste caso o texto estruturado, e criar um simulador correspondente numa outra linguagem. O simulador recebe o código ST e através de funções definidas pelo sistema de compilação, interpretação e tradução, reconhece as instruções em linguagem de texto estruturado correspondente e realiza o conjunto de ações propostas. Analisando os testes no autómato e os resultados apresentados pela interface, podemos concluir que é possível realizar compiladores e respetivos simuladores, utilizando análises gramaticais das linguagens de programação, em particular, podemos concluir que o simulador para linguagem em Texto Estruturado foi realizado com sucesso.

Modelação de paredes em alvenaria estrutural de tijolo

As construções em alvenaria representam grande parte da cultura do passado, e constituem a maioria dos edifícios existentes em Portugal. Para além disso, a elevada probabilidade da ocorrência de um grande sismo em Portugal, e as consequências resultantes, conduz à necessidade de um estudo mais detalhado e aprofundado acerca do comportamento deste tipo de estruturas. As metodologias modernas de avaliação de estruturas requerem análises estruturais cada vez mais detalhadas, o que torna necessário o estudo de modelos numéricos com recurso a programas de cálculo, capazes de prever aproximadamente o comportamento deste tipo de estruturas. O desenvolvimento verificado nesses programas de cálculo, assim como a grande lacuna existente no estudo de estruturas em alvenaria, resultante da dificuldade associada à caracterização mecânica deste tipo de material, e da complexidade da sua resposta estrutural quando sujeitas à acção sísmica, têm conduzido a um crescente interesse pelo estudo de estruturas em alvenaria. O forte comportamento inelástico de painéis de alvenaria torna inadequado o uso de análises estáticas lineares, e por esta razão, têm sido propostas várias estratégias que permitem lidar com o comportamento não linear deste tipo de estruturas. A análise pushover permite avaliar o desempenho da estrutura quando sujeita à acção sísmica que, normalmente, consiste na comparação entre o deslocamento exigido pelo sismo com a capacidade de deformação da estrutura, sendo esta última obtida a partir da curva de capacidade da estrutura. As diferentes ferramentas numéricas existentes, baseadas normalmente no uso de macro-elementos, alguns dos quais abordados neste trabalho, não são novidade no estudo de estruturas de alvenaria, mas as potencialidades actuais ainda não estão completamente estudadas, em particular no que diz respeito às aplicações não lineares e à problemática envolvida na escolha dos parâmetros mecânicos que caracterizam o material em estudo. Deste modo, neste trabalho estuda-se o macro-modelo, implementado no software 3DMacro, através da modelação de uma parede em alvenaria, com recurso ao programa referido, com o objectivo de obter a curva de capacidade da parede. Os resultados obtidos foram comparados com os resultados experimentais, assim como com outros estudos presentes na literatura, de modo a mostrar a adequabilidade do macro-modelo em estudo e contribuir para o conhecimento e impulsionamento do uso destas ferramentas neste contexto.

Impact of using different radiation therapy techniques in breat cancer: contralateral breast dose

RESUMO: O cancro de mama e o mais frequente diagnoticado a indiv duos do sexo feminino. O conhecimento cientifico e a tecnologia tem permitido a cria ção de muitas e diferentes estrat egias para tratar esta patologia. A Radioterapia (RT) est a entre as diretrizes atuais para a maioria dos tratamentos de cancro de mama. No entanto, a radia ção e como uma arma de dois canos: apesar de tratar, pode ser indutora de neoplasias secund arias. A mama contralateral (CLB) e um orgão susceptivel de absorver doses com o tratamento da outra mama, potenciando o risco de desenvolver um tumor secund ario. Nos departamentos de radioterapia tem sido implementadas novas tecnicas relacionadas com a radia ção, com complexas estrat egias de administra ção da dose e resultados promissores. No entanto, algumas questões precisam de ser devidamente colocadas, tais como: E seguro avançar para tecnicas complexas para obter melhores indices de conformidade nos volumes alvo, em radioterapia de mama? O que acontece aos volumes alvo e aos tecidos saudaveis adjacentes? Quão exata e a administração de dose? Quais são as limitações e vantagens das técnicas e algoritmos atualmente usados? A resposta a estas questões e conseguida recorrendo a m etodos de Monte Carlo para modelar com precisão os diferentes componentes do equipamento produtor de radia ção(alvos, ltros, colimadores, etc), a m de obter uma descri cão apropriada dos campos de radia cão usados, bem como uma representa ção geometrica detalhada e a composição dos materiais que constituem os orgãos e os tecidos envolvidos. Este trabalho visa investigar o impacto de tratar cancro de mama esquerda usando diferentes tecnicas de radioterapia f-IMRT (intensidade modulada por planeamento direto), IMRT por planeamento inverso (IMRT2, usando 2 feixes; IMRT5, com 5 feixes) e DCART (arco conformacional dinamico) e os seus impactos em irradia ção da mama e na irradia ção indesejada dos tecidos saud aveis adjacentes. Dois algoritmos do sistema de planeamento iPlan da BrainLAB foram usados: Pencil Beam Convolution (PBC) e Monte Carlo comercial iMC. Foi ainda usado um modelo de Monte Carlo criado para o acelerador usado (Trilogy da VARIAN Medical Systems), no c odigo EGSnrc MC, para determinar as doses depositadas na mama contralateral. Para atingir este objetivo foi necess ario modelar o novo colimador multi-laminas High- De nition que nunca antes havia sido simulado. O modelo desenvolvido est a agora disponí vel no pacote do c odigo EGSnrc MC do National Research Council Canada (NRC). O acelerador simulado foi validado com medidas realizadas em agua e posteriormente com c alculos realizados no sistema de planeamento (TPS).As distribui ções de dose no volume alvo (PTV) e a dose nos orgãos de risco (OAR) foram comparadas atrav es da an alise de histogramas de dose-volume; an alise estati stica complementar foi realizadas usando o software IBM SPSS v20. Para o algoritmo PBC, todas as tecnicas proporcionaram uma cobertura adequada do PTV. No entanto, foram encontradas diferen cas estatisticamente significativas entre as t ecnicas, no PTV, nos OAR e ainda no padrão da distribui ção de dose pelos tecidos sãos. IMRT5 e DCART contribuem para maior dispersão de doses baixas pelos tecidos normais, mama direita, pulmão direito, cora cão e at e pelo pulmão esquerdo, quando comparados com as tecnicas tangenciais (f-IMRT e IMRT2). No entanto, os planos de IMRT5 melhoram a distribuição de dose no PTV apresentando melhor conformidade e homogeneidade no volume alvo e percentagens de dose mais baixas nos orgãos do mesmo lado. A t ecnica de DCART não apresenta vantagens comparativamente com as restantes t ecnicas investigadas. Foram tamb em identi cadas diferen cas entre os algoritmos de c alculos: em geral, o PBC estimou doses mais elevadas para o PTV, pulmão esquerdo e cora ção, do que os algoritmos de MC. Os algoritmos de MC, entre si, apresentaram resultados semelhantes (com dferen cas at e 2%). Considera-se que o PBC não e preciso na determina ção de dose em meios homog eneos e na região de build-up. Nesse sentido, atualmente na cl nica, a equipa da F sica realiza medi ções para adquirir dados para outro algoritmo de c alculo. Apesar de melhor homogeneidade e conformidade no PTV considera-se que h a um aumento de risco de cancro na mama contralateral quando se utilizam t ecnicas não-tangenciais. Os resultados globais dos estudos apresentados confirmam o excelente poder de previsão com precisão na determinação e c alculo das distribui ções de dose nos orgãos e tecidos das tecnicas de simulação de Monte Carlo usados.---------ABSTRACT:Breast cancer is the most frequent in women. Scienti c knowledge and technology have created many and di erent strategies to treat this pathology. Radiotherapy (RT) is in the actual standard guidelines for most of breast cancer treatments. However, radiation is a two-sword weapon: although it may heal cancer, it may also induce secondary cancer. The contralateral breast (CLB) is a susceptible organ to absorb doses with the treatment of the other breast, being at signi cant risk to develop a secondary tumor. New radiation related techniques, with more complex delivery strategies and promising results are being implemented and used in radiotherapy departments. However some questions have to be properly addressed, such as: Is it safe to move to complex techniques to achieve better conformation in the target volumes, in breast radiotherapy? What happens to the target volumes and surrounding healthy tissues? How accurate is dose delivery? What are the shortcomings and limitations of currently used treatment planning systems (TPS)? The answers to these questions largely rely in the use of Monte Carlo (MC) simulations using state-of-the-art computer programs to accurately model the di erent components of the equipment (target, lters, collimators, etc.) and obtain an adequate description of the radiation elds used, as well as the detailed geometric representation and material composition of organs and tissues. This work aims at investigating the impact of treating left breast cancer using di erent radiation therapy (RT) techniques f-IMRT (forwardly-planned intensity-modulated), inversely-planned IMRT (IMRT2, using 2 beams; IMRT5, using 5 beams) and dynamic conformal arc (DCART) RT and their e ects on the whole-breast irradiation and in the undesirable irradiation of the surrounding healthy tissues. Two algorithms of iPlan BrainLAB TPS were used: Pencil Beam Convolution (PBC)and commercial Monte Carlo (iMC). Furthermore, an accurate Monte Carlo (MC) model of the linear accelerator used (a Trilogy R VARIANR) was done with the EGSnrc MC code, to accurately determine the doses that reach the CLB. For this purpose it was necessary to model the new High De nition multileaf collimator that had never before been simulated. The model developed was then included on the EGSnrc MC package of National Research Council Canada (NRC). The linac was benchmarked with water measurements and later on validated against the TPS calculations. The dose distributions in the planning target volume (PTV) and the dose to the organs at risk (OAR) were compared analyzing dose-volume histograms; further statistical analysis was performed using IBM SPSS v20 software. For PBC, all the techniques provided adequate coverage of the PTV. However, statistically significant dose di erences were observed between the techniques, in the PTV, OAR and also in the pattern of dose distribution spreading into normal tissues. IMRT5 and DCART spread low doses into greater volumes of normal tissue, right breast, right lung, heart and even the left lung than tangential techniques (f-IMRT and IMRT2). However,IMRT5 plans improved distributions for the PTV, exhibiting better conformity and homogeneity in target and reduced high dose percentages in ipsilateral OAR. DCART did not present advantages over any of the techniques investigated. Di erences were also found comparing the calculation algorithms: PBC estimated higher doses for the PTV, ipsilateral lung and heart than the MC algorithms predicted. The MC algorithms presented similar results (within 2% di erences). The PBC algorithm was considered not accurate in determining the dose in heterogeneous media and in build-up regions. Therefore, a major e ort is being done at the clinic to acquire data to move from PBC to another calculation algorithm. Despite better PTV homogeneity and conformity there is an increased risk of CLB cancer development, when using non-tangential techniques. The overall results of the studies performed con rm the outstanding predictive power and accuracy in the assessment and calculation of dose distributions in organs and tissues rendered possible by the utilization and implementation of MC simulation techniques in RT TPS.

Limitadores de corrente supercondutores: estudo da ligação magnética entre enrolamentos

Nos dias de hoje, devido à rápida expansão dos meios urbanos e consequentemente das redes de energia elétrica, o correto funcionamento de todo o sistema tornou-se no ponto fulcral para a satisfação, confiabilidade, qualidade e redução de custos para todos os utilizadores. Como tal, a agregação de redes e consequente expansão provoca o aumento do risco de correntes de Curto-Circuito (CC) que poderão levar à destruição de equipamentos que constituem a rede, bem como a problemas para os consumidores. Deste modo os limitadores de correntes constituídos por materiais com propriedades supercondutoras, nomeadamente, Supercondutores de Alta Temperatura (SAT), tornam-se numa solução para a resolução deste problema que afeta grande parte da população. Os Limitadores de Corrente Supercondutor (LCS) constituem uma solução garantindo a proteção das redes de energia, bem como dos equipamentos e infraestruturas que os compõem, analogamente a outras soluções já existentes. Estes apresentam invisibilidade numa rede em regime de funcionamento normal e são desenvolvidos com o intuito de apresentar uma rápida recuperação e elevada impedância aquando da ocorrência de falha, minimizando os danos que poderiam causar. Na presente dissertação são apresentados estudos e análises a três topologias de LCS do tipo indutivo de blindagem magnética com base em simulações recorrendo ao software de elementos finitos Flux2D® e com base nos ensaios experimentais. O estudo baseia-se na análise do modo de funcionamento dos LCS em regime de funcionamento normal, variando algumas características dos limitadores, bem como a análise crítica a algumas variáveis no âmbito do tema da presente dissertação, de modo a minimizar as perdas.

Simulação numérica da propagação e rebentação de ondas utilizando o código OpenFoam

Esta dissertação teve o intuito de validar o código numérico do OpenFoam para problemas na área da hidrodinâmica e propagação de ondas. Para a geração de ondas através do código numérico recorreu-se ao solver Waves2Foam, uma ferramenta do OpenFoam baseada no InterFoam, solver baseado no método VoF (Volume of fluid) com a implementação de zonas de relaxamento para a geração e dissipação da energia das ondas. Os casos simulados nesta dissertação tiveram o objectivo de testar a ferramenta para diferentes condições de propagação de ondas e diferentes teorias. Assim é apresentado um caso bidimensional com fundo horizontal e profundidade considerada infinita e outro bidimensional com fundo variável de forma a verificar a ocorrência ou não de rebentação, ambos para ondas regulares de primeira ordem ou ondas de Airy. Além dos casos bidimensionais também são apresentados dois casos tridimensionais com fundo variável, para ondas regulares e bicromáticas e em situação com e sem rebentação. Tanto o caso bidimensional de profundidade variável como o primeiro caso tridimensional foram baseados em ensaios e dados experimentais realizados num canal de profundidade variável para ondas regulares em situação com e sem rebentação. O segundo caso tridimensional também foi baseado em ensaios experimentais no mesmo canal de fundo variável para ondas geradas bicromáticas em situação com e sem rebentação. Através das simulações realizadas pode-se concluir que para casos de propagação de ondas sem rebentação o solver Waves2Foam obtém bons resultados. Já nos casos com rebentação os resultados apresentam alguma discrepância devida à não utilização de modelos de turbulência. No geral, o código numérico do OpenFoam dá bons resultados para resolver problemas de hidrodinâmica através de ondas regulares e de ondas bicromáticas.

Drenagem urbana sustentável e o regime de precipitação em Portugal

O comportamento das águas pluviais em meio urbano é muito diferente do que ocorre em ambientes naturais, principalmente devido à elevada percentagem de superfícies impermeáveis nas nossas cidades. Temos maiores volumes de escoamento gerados; maiores velocidades de escoamento; menor retenção de contaminantes difusos; e propagação rápida para jusante de problemas de cheias e de qualidade da água. Presentemente, a gestão de águas pluviais em meio urbano começa a ser encarada numa perspectiva de aproximação ao comportamento dos meios naturais. A Drenagem Urbana Sustentável está a assumir-se como um conceito de gestão que tem como objectivo gerir a água de uma forma “descentralizada”, promovendo localmente a sua infiltração e retenção distribuídas por toda a bacia. O objecto deste trabalho foi a avaliação do efeito da rugosidade dos sistemas de drenagem sobre os caudais de ponta de cheia. Para isso propôs-se uma solução de drenagem com escoamento superficial em paralelo com os colectores pluviais, dividindo a drenagem entre os dois meios. Baseado nas curvas de intensidade-duração-frequência para a maior parte do território nacional, bem como em eventos de precipitação registados, abordou-se o problema criando um modelo conceptual com o programa informático StormWater Management Model (SWMM 5) da Environment Protection Agency (EPA), para comparar os caudais de ponta de sistemas de drenagem pluvial com ou sem o apoio de estruturas de transporte de caudais com rugosidades aumentadas. Foram considerados diversos cenários, com diferentes rugosidades, inclinações do terreno e dimensão dos sistemas. Os resultados das simulações indicam reduções de caudais de ponta na ordem dos 30% resultantes do escoamento superficial de parte dos caudais, principalmente devido ao aumento de rugosidade que a drenagem à superficie pode proporcionar.

Aplicação da dramatização em aula como instrumento para o aperfeiçoamento da oralidade no ensino da língua materna (Português) e da língua estrangeira (Espanhol)

O tema do presente relatório é a dramatização como um procedimento didático nas aulas de língua – dramatização, enquanto método baseado no teatro (drama), como um processo de ensino-aprendizagem que articula os conteúdos de estudo escolar com técnicas e conceitos teatrais. O objetivo principal da aplicação desta metodologia é conseguir que o estudo das matérias da aula de língua seja interessante e motivador para os intervenientes, alunos e professor, procurando-se proporcionar aulas dinâmicas, com momentos de recreação que possibilitem a identificação do estudo com o prazer. Na organização das aulas usa-se um procedimento didático baseado no enfoque por tarefas, método educativo aplicado ao ensino-aprendizagem das línguas estrangeiras, particularmente na conceção de Ellis (2003) para um processo sequencial de ensino orientado, onde são considerados três momentos: as atividades anteriores à tarefa, a tarefa e as atividades posteriores à tarefa. No caso do presente estudo, consideram-se tarefas as atividades de natureza dramática que apresentam duas expressões diferentes: simulações de situações comunicativas reais, e leituras em voz alta, individualmente ou em diálogo, feitas para um público. A expressão oral manifesta-se através de vários modos: prática de diferentes formas de leitura em voz alta, atuação em simulações comunicativas e a interação oral entre alunos e professora na execução de muitas atividades. A relevância destas práticas orais prende-se com o seu potencial para desenvolverem as destrezas requeridas nos processos comunicativos da língua oral: a cognitiva, a linguística e a fonética. Ainda que o enfoque por tarefas seja um método para a didática das línguas estrangeiras, a sua aplicabilidade no ensino da língua materna é possível, seguindo a mesma sequenciação de operações num e noutro caso pois focalizar o estudo das línguas na sua funcionalidade comunicativa é o propósito das pedagogias atuais para as línguas, maternas ou estrangeiras.

Modelação dos efeitos da corrosão localizada em estruturas de betão armado

O presente trabalho incide sobre o estudo e impacto da corrosão local no comportamento sísmico de estruturas de betão armado, considerando o comportamento não linear dos materiais. A motivação para a realização desta dissertação surge da necessidade de prever a resposta de elementos estruturais de betão armado corroídos e avaliar a segurança dos mesmos em relação a esta condicionante. Esta motivação é acrescida dada a localização do território português numa região de relevante atividade sísmica e exposição a ambientes salinos. A introdução de corrosão local nas armaduras de estruturas de betão armado proporciona uma diminuição substancial da tensão de cedência, e reduções elevadas da tensão e extensão últimas nos varões de aço. Esta alteração de propriedades origina uma alteração no comportamento do aço de dúctil para frágil. Para além do estudo individual de comportamento dos varões face a esta condicionante é também prevista a resposta global dos elementos estruturais de estruturas de betão armado. Neste trabalho foram realizadas duas análises numéricas distintas, recorrendo aos programas de cálculo ATENA e SeismoStruct, em pilares e pórticos de betão armado, no qual as suas armaduras longitudinais e transversais apresentam perdas de seção local de 0, 10 e 20%. As diversas metodologias adotadas na modelação material e estrutural foram ensaiadas e fundamentadas em função de resultados experimentais e numéricos obtidos por outros autores. Tendo por base os resultados obtidos dos modelos numéricos, as estruturas de betão armado foram classificadas em níveis de desempenho e dano estrutural de acordo com a percentagem de corrosão local. Para as perdas de seção analisadas, os resultados demonstraram perda na capacidade resistente das estruturas de betão armado e diminuição da ductilidade, salientando-se as perdas de seção de 20% por originarem uma rotura frágil e prematura dos elementos estruturais.

Aproveitamento energético da ventilação natural

Na presente dissertação analisam-se as potencialidades da produção de energia eléctrica num edifício a partir da ventilação natural. Para tal, e partindo de estudos anteriormente realizados, foi utilizado um modelo simplificado para o estudo da ventilação natural. Numa primeira fase definiu-se a geometria mais adequada para o edifício, de modo a aproveitar o vento da melhor forma possível. De seguida fez-se a modelação do ventilador e do aerogerador considerados para este edifício. Posto isto, recorrendo a um programa de cálculo numérico, foram analisadas as diferentes situações a que o edifício está sujeito. Aqui, e tendo sempre em conta que o espaço habitado necessita de um número mínimo de renovações de ar, fizeram-se diferentes simulações para as diferentes velocidades do vento, fazendo variar as áreas das aberturas, velocidades de rotação do ventilador, e o número de aerogeradores de modo a obter o número de renovações estipulado para o espaço ocupado.

Estudo numérico do fenómeno de vibração induzida por vórtices num cilindro com 1 grau de liberdade em OpenFoam

Esta dissertação tem o intuito de validar o código numérico OpenFoam para problemas de fenómeno de vibração induzida por desprendimento de vórtices num cilindro circular com um grau de liberdade transversal ao escoamento. Na primeira parte é simulado o escoamento em torno de um cilindro circular fixo, e na segunda parte o escoamento em torno do cilindro oscilatório. O número de Reynolds é 200 para todas as simulações e o movimento do cilindro é descrito segundo um sistema massa-mola e massa-mola-amortecedor. Para o movimento do cilindro utilizou-se o solver sixDoFRigidDisplacement e para a resolução de problemas de malha móvel o solver displacementLaplacian. O código numérico utilizado para o caso do cilindro fixo foi pimpleFoam e para o caso do cilindro oscilatório o pimpleDyMFoam. As simulações foram feitas através da resolução das equações de Navier-Stokes num domínio computacional bidimensional. Na simulação do escoamento em redor do cilindro fixo, os coeficientes de arrasto e sustentação e o número de Strouhal foram calculados e comparados com resultados da literatura. Os resultados estão próximos da realidade, no entanto observa-se que a dimensão da malha é muito importante para a precisão dos mesmos. Na simulação do escoamento em torno do cilindro oscilatório foram calculados os coeficientes de arrasto e sustentação e deslocamento do cilindro, para os sistemas massa-mola e massa-mola-amortecedor. Para os dois sistemas foi apresentada e comparada a evolução destes resultados em função da velocidade reduzida e por fim foram comparados. Observa-se que o fator de amortecimento afeta as respostas do cilindro, dependo da velocidade reduzida. Os resultados obtidos em ambos os estudos foram satisfatórios e conclui-se que o código OpenFoam é uma boa ferramenta para resolver problemas com o fenómeno de vibração induzida por vórtices.