Caracterização reológica e avaliação da resistência à fadiga de betumes com o reómetro de corte dinâmico

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil – Perfil de Construção

Transístores de efeito de campo de silício cristalino obtidos pelo método de pré-deposição de dopante a baixa temperatura

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia de Materiais

Avaliação do clima interior da igreja de São Cristóvão em Lisboa

Muitos dos edifícios históricos que fazem parte do nosso património apresentam características construtivas que lhes permitem o desenvolvimento de um microclima particular no seu interior. Esse microclima pode apresentar temperaturas e humidades relativas desadequadas para a conservação dos materiais e dos artefactos, contruindo para a degradação dos materiais. O conhecimento do microclima permite avaliar as condições higrotérmicas e assim perceber se são as adequadas para a conservação do edifício e dos seus artefactos. A presente dissertação tem como objectivo caracterizar as condições higrotérmicas no interior da Igreja de São Cristóvão em Lisboa. Para tal foram realizadas medições automáticas da temperatura do ar interior e temperatura superficial numa parede orientada a norte. Estas medições foram realizadas através de vinte e cinco sensores distribuídos pelo interior da igreja, um na torre norte e outro no desvão da cobertura. As medições realizaram-se entre os dias 1 de Novembro de 2012 e 18 de Julho de 2013, com registos a cada 10 minutos e permitiram, por meio de um tratamento estatístico, analisar a evolução da temperatura e humidade relativa no interior e exterior da igreja. De forma complementar, realizaram-se duas baterias de leituras de temperatura do ar e humidade relativa em trinta e quatro pontos ao longo da nave principal da igreja. Efectuaram-se também, medições de temperaturas superficiais em dezassete pontos e recolheram-se imagens de termografia ao longo de nave principal. Na sequência da análise é possível verificar que as condições exteriores apresentam pouca influência nos ciclos diários e que a elevada inercia térmica do edifício causa um atraso sazonal. Ao longo do período de monitorização não ocorreram condensações superficiais.Com base nos resultados obtidos observou-se que o clima interior é estável, apresentando apenas pequenas variações ao longo do dia. Constatou-se que as amplitudes médias diárias de temperatura não são prejudiciais para a conservação dos materiais e artefactos, mas que as amplitudes médias diárias podem ser desfavoráveis para a conservação.

Período de tempo disponível para a compactação de misturas betuminosas: análise paramétrica

A compactação de misturas betuminosas, apesar de ser a última etapa da construção de um pavimento rodoviário, tem uma importância fundamental para o comportamento do material em serviço. As alterações impostas aquando da compactação conferem ao material a capacidade para que o pavimento suporte as cargas sem se deformar de forma comprometedora e que não apresente fendilhamento prematuro. A operação de compactação deverá ser realizada enquanto a temperatura do material está no intervalo de temperaturas consideradas adequadas. O objectivo principal deste trabalho é o estudo da previsão do tempo disponível para a compactação. Assim, construi-se uma ferramenta numérica para a previsão do arrefecimento da camada de mistura betuminosa após a aplicação. Adoptou-se o método do equilíbrio energético, um método directo, às equações de transmissão de calor para determinar a temperatura em função do tempo e da posição em altura na camada. O arrefecimento da camada de desgaste foi calculado tendo em conta a transmissão de calor por condução, convecção e radiação. Foi realizada a análise da influência das condições atmosféricas e das características do material no arrefecimento da camada de mistura betuminosa aplicada. No estudo admitiram-se quatro estruturas de pavimento, com diferentes espessuras e materiais, e efectuou-se a análise das condições atmosféricas, onde foram tidas em conta os seguintes parâmetros: temperatura do ar; velocidade do vento; nebulosidade. Na variação das condições dos materiais foi considerada a variação da temperatura de aplicação da mistura betuminosa e a variação do coeficiente de condutibilidade térmica do material aplicado. Por ultimo, foi modelado o processo construtivo, pela variação da espessura e das propriedades dos materiais de acordo com a compactação prevista. Concluiu-se que as características atmosféricas têm um peso substancialmente maior no tempo de arrefecimento quando comparadas com as alterações impostas nas propriedades dos materiais. O vento surge como o factor atmosférico que mais influencia o arrefecimento, sendo possível também concluir que para ser possível ter a percepção do efeito provocado pela nebulosidade é necessário ter em conta a sua influência na temperatura do ar. Contudo o maior condicionante do tempo disponível é a espessura da camada de mistura betuminosa aplicada. O resultado final deste trabalho é um modelo numérico, que pode ser usado para prever o arrefecimento de uma camada de mistura betuminosa aplicada com base nas condições atmosféricas verificadas e características térmicas dos materiais envolvidos, com base nos três fenómenos de transmissão térmicas: condução; convecção; radiação.

Produção de compósitos Alumínio/NiTi através do processo híbrido de fricção linear

Os compósitos inteligentes de matriz metálica (CIMM) têm sido intensamente explorados nas últimas décadas devido à capacidade destes sistemas poderem alterar as suas propriedades mediante um estímulo externo. As ligas de Níquel-Titânio (Ni-Ti) são materiais inteligentes e desempenham, maioritariamente, funções de atuação ou controlo de vibrações nos sistemas em que se inserem, permitindo que estes apresentem características funcionais. A soldadura por fricção linear (SFL) tem sido uma alternativa aos processos de soldadura por fusão para materiais difíceis de soldar como as ligas de alumínio (AA) ou ainda na ligação de materiais dissimilares. No entanto, devido à ocorrência de defeitos, gerados como consequência do deficiente fluxo visco-plástico produzidos pela SFL, surgiram novas variantes deste processo, como a SFL assistida por corrente elétrica (SFLACE), que, por efeito de Joule, provoca o aquecimento do material processado e, consequente, aumento do fluxo visco-plástico, diminuindo ou eliminando a presença de defeitos. Este trabalho incide na produção de CIMM utilizando chapas de AA1100 reforçadas com Ni-Ti por SFLACE em configuração de junta sobreposta. As interfaces e os fluxos de material resultantes foram analisados recorrendo às técnicas de microscopia ótica (MO), SEM, EDS e difração de raio-x (DRX). O controlo de vibrações do CIMM produzido foi também estudado através de ensaios de vibração à temperatura ambiente, bem como a temperaturas superiores à de fim da formação da fase austenítica, e efetuaram-se ensaios de flexão e pull-out com vista à caracterização mecânica. Observou-se que o compósito produzido apresenta um fator de amortecimento superior quando o reforço se encontra na fase martensítica. O ensaio de pull-out confirmou a existência da ligação entre a matriz e o reforço, igualmente observada por SEM. O compósito produzido apresenta uma forte ligação entre os materiais dissimilares, com franca melhoria no caso das amostras processadas com corrente elétrica, obtendo-se um material com características funcionais.

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.

Simulação da secção de recuperação de solvente do processo de produção do PEAD

A presente dissertação foi realizada no âmbito de um estágio curricular no complexo petroquímico da Repsol Polímeros em Sines e teve como objectivo implementar uma simulação da secção de recuperação de solvente da unidade de produção de PEAD. A simulação foi realizada através do software Aspen Hysys (v. 7.3) e posteriormente validada, onde se verificou uma boa correspondência entre o comportamento simulado e o do processo industrial. Após validação, com o intuito de analisar a resposta do sistema a alterações processuais, foram elaborados dois casos de estudo: Alteração do comonómero para 1-hexeno e substituição do n-hexano para n-pentano como solvente. No primeiro caso de estudo foram encontrados problemas na purificação do solvente. A separação da mistura n-hexano/1-hexeno foi estudada por destilação convencional e extractiva (com adição de n-metil-2-pirrolidona). Por destilação convencional não foi possível separar completamente os dois compostos, mas foi conseguida a condição mínima requerida pelas limitações do processo, de um caudal de 10 ton/h de hexano na corrente de topo, juntamente com os 700 kg/h de comonómero, com uma coluna a operar a 110 kPa, com 130 pratos e cuja alimentação entrava no 5º andar. A destilação extractiva revelou-se o método mais eficaz, conseguindo-se separar completamente as duas espécies através de uma coluna de destilação com 10 pratos a 110 kPa com a alimentação e solvente a entrar respectivamente no 4º e 5º andar. Para remoção do agente extractivo, cada uma das correntes sofre outra destilação. No segundo caso de estudo verificou-se que a secção simulada com pentano apresenta temperaturas de operação inferiores, o que por um lado vai diminuir o consumo de vapor de média e de alta pressão, mas por outro aumenta a 47992% a utilização de brine. Desta forma, atendendo ao custo elevado desta utilidade, a substituição não apresenta clara vantagem energética ao processo.

Alumina recoberta por carbono como suporte de catalisadores de hidrodessulfurização

O presente trabalho consistiu no estudo do uso do etilenoglicol como fonte de carbono visando o recobrimento de uma alumina comercial, produzindo uma alumina recoberta por carbono (ARC). Os materiais preparados foram utilizados como suporte de molibdénio e usados na reação modelo de HDS do tiofeno. De modo a avaliar a influência da fonte de carbono na atividade e seletividade dos catalisadores preparados, foi estudada a variação da temperatura de carbonização e a variação do número de monocamadas teóricas de carbono impregnadas na superfície da γ-alumina. Os diferentes suportes e catalisadores sintetizados foram caraterizados por análise da cor, difração de raios X (DRX), fisissorção de N2, espetroscopia Raman, espetroscopia de refletância difusa na região do IV com transformada de Fourier (DRIFTS), Dessorção a temperatura programada (TPHe) e avaliação catalítica. Os resultados mostraram que com uma monocamada teórica, e para temperaturas inferiores a 700 ºC, a carbonização da fonte de carbono foi incompleta e que apenas para a temperatura de 700 ºC se originou carbono amorfo. Porém, verificou-se ainda que uma monocamada teórica de carbono não foi suficiente para recobrir a superfície da alumina, o que originou a necessidade de estudar a variação do número de monocamadas teóricas. A variação do número de monocamadas teóricas de carbono permitiu concluir que com um número inferior a 3 monocamadas teóricas não se verificou qualquer alteração nas propriedades da alumina. A impregnação de 3, 4, ou 5 monocamadas teóricas foi suficiente apenas para diminuir a área específica, porém não foi possível recobrir totalmente a superfície do suporte. Estes resultados indicam que o motivo pelo qual não foi possível recobrir a superfície do suporte se deve provavelmente à natureza da fonte de carbono utilizado, o etilenoglicol.

Incorporação de resíduos de cerâmica em argamassas de cal aérea

Sabe-se que aproximadamente 30% do material produzido pela indústria cerâmica é considerado desperdício e, frequentemente, depositado em aterro, com o impacto ambiental negativo que acarreta. Esta tem sido uma das grandes motivações para a crescente investigação que tem sido levada a cabo a fim de obter soluções viáveis para a sua reintrodução no processo produtivo. A viabilidade do uso de resíduos de material cerâmico tem vindo a ser avaliada, principalmente, na incorporação em betões ou em argamassas com base em cimento. Na antiguidade e na ausência de pozolanas naturais, eram frequentemente utilizados resíduos cerâmicos moídos, atuando como pozolanas artificiais e conferindo algumas características hidráulicas e de durabilidade às argamassas de cal aérea. Temse efetivamente constatado que alguns pós resultantes de desperdícios de cerâmica de barro vermelho, nomeadamente os que foram sujeitos a tratamento térmico a temperaturas inferiores a 900°C e moídos em granulometria fina, podem funcionar como pozolanas artificiais em argamassas. A introdução de resíduos de cerâmica em granulometria mais grossa nas argamassas, como agregado, pode também revelarse vantajoso, na medida em que permite substituir parcialmente a areia normalmente utilizada. Assim sendo, o recurso aos resíduos de cerâmica pode ser muito vantajoso em três vertentes principais: a redução de resíduos a depositar em aterro, a redução da extração de rochas para serem utilizadas na produção de ligantes e de areias e a produção de argamassas com comportamentos melhorados. Com o objetivo de analisar a viabilidade da introdução de resíduos de cerâmica em argamassas, que se pretendem sejam, essencialmente, adequadas como argamassas de substituição, tem vindo a ser desenvolvida investigação na Universidade de Coimbra em colaboração com a Universidade Nova de Lisboa. O trabalho que se apresenta neste artigo é uma pequena parte dessa investigação. Toda esta investigação tem tido o apoio de um projeto de investigação financiado pela FCT.

Clima e epidemias de dengue no Estado do Rio de Janeiro

As temperaturas dos primeiros trimestres do período de 1986-2003, especialmente as mínimas, mostraram-se significativamente mais altas nos anos em que as epidemias de dengue tiveram início na Cidade do Rio de Janeiro. Não houve relação significativa com o total das precipitações pluviométricas para os mesmos trimestres, contudo, as epidemias foram mais freqüentes nos anos em que o volume de chuvas no verão foi pequeno (abaixo de 200mm).

Vigas de GFRP reforçadas com ligas de memória de forma

Os materiais poliméricos reforçados com fibras (FRP – Fiber Reinforced Polymer) apresentam grande potencial de aplicações na Engenharia Civil. A sua utilização aumentou consideravelmente nas duas últimas décadas, em virtude das vantagens em relação aos materiais tradicionais, como a leveza, elevada resistência e boas propriedades de isolamento. Todavia, o conhecimento e investigação a cerca destes materiais compósitos é insuficiente, limitando as suas aplicações práticas. A perda das propriedades exibidas por este tipo de materiais, quando sujeitos a temperaturas próximas da temperatura de transição vítrea (

Optimização das condições de cura de compósitos para molde destinado à reparação de defeitos em radome de aeronave

A cura constitui um elemento fundamental em processos de produção de compósitos com resinas termoendurecíveis. Tendo como objectivo uma eficaz consolidação de um molde compósito, a cura da resina assume um papel crucial, sendo portanto, importante avaliar o grau de cura atingido sob determinadas condições impostas. Neste estudo, foram analisados dois sistemas de resina epóxida, destinados ao fabrico de um molde para radome de avião, por dois processos de moldação diferentes. A cinética de cura dos referidos sistemas foi caracterizada pela técnica de calorimetria diferencial de varrimento (DSC) utilizando os métodos dinâmico e isotérmico. Os métodos analíticos empregues na determinação dos parâmetros cinéticos de cura foram: o de Málek e dos mínimos quadrados. Neste trabalho, os ensaios DSC foram conduzidos de forma a estudar a transição vítrea (curada e não-curada), parâmetros termodinâmicos e grau de cura, velocidade de reacção e a taxa de cura com a temperatura para ambas as resinas. A determinação do modelo cinético para a taxa de cura com a temperatura foi feita em ambas as amostras, tendo sido possível também obter a expressão da velocidade de reacção para a resina Hexply 913. O confronto das referidas expressões com os dados experimentais revelou um considerável grau de concordância. Os resultados obtidos mostram que a resina para autoclave (Hexply 913) deverá ser curada em duas fases: uma cura inicial com o radome a 90ºC e depois a 125ºC para conferir a pré-forma desejada e seguidamente uma pós-cura sem o radome a uma das temperaturas alternativas sugeridas pelo fabricante. O estudo indica também que o sistema Toolfusion® 1A/1B, na cura inicial a 65ºC, atinge um grau de cura máximo de 11,4%, sendo que as isotérmicas posteriores de 150ºC e 190ºC incrementam o nível de reticulação para valores de 77,3% e de 95,4%, respectivamente.

Resistência de ligações em aço sujeitas ao fogo

A utilização de estruturas em aço na indústria da construção civil é cada vez mais frequente, pelos seus benefícios em termos de leveza, resistência e facilidade de fabrico e de montagem. No entanto, na eventualidade de um incêndio, este tipo de estrutura tem um desempenho inferior ao de estruturas em betão armado, o que implica custos adicionais devidos à aplicação de proteção contra o fogo. Sendo as ligações um dos elementos de uma estrutura metálica mais vulneráveis aos efeitos da temperatura, torna-se necessário compreender a forma como o seu comportamento intrínseco se altera à medida que a temperatura aumenta, bem como a sua interação com elementos adjacentes. Neste trabalho, são avaliados fenómenos verificados experimentalmente e em incêndios reais que permitem caracterizar o comportamento dos tipos de ligação em aço mais utilizados. São também abordados métodos propostos na literatura que permitem simular o comportamento de ligações em aço a temperaturas elevadas. Por fim, é feita uma análise das recomendações indicadas nas normas europeias no que diz respeito ao dimensionamento de ligações em aço sujeitas ao fogo, tendo por base as observações experimentais e os estudos numéricos e analíticos apresentados.

Avaliação da qualidade térmica da envolvente de edifícios – Estudo de caso através da análise numérica e por termografia infravermelha

O desempenho térmico de um edifício é um factor de enorme relevo no conforto térmico dos seus ocupantes. Em edifícios existentes, devido às técnicas construtivas empregues, este desempenho tende a ser mais fraco. A termografia por infravermelhos é uma técnica de ensaio, que é utilizada no ramo da engenharia civil há mais de três décadas, em vários tipos de ensaios. A análise termográfica é um método de ensaio não destrutivo, rápido e eficaz, o que a torna uma mais-valia no campo do diagnóstico e manutenção preditiva. O objectivo deste trabalho é avaliar a qualidade térmica da envolvente de edifícios através de uma análise experimental utilizando como recurso a termografia infravermelha. A análise termográfica foi realizada em dois edifícios unifamiliares das décadas de 80 e 90, nos quais foram captadas imagens termográficas para análise da distribuição de temperaturas ao longo da envolvente exterior. Observando os resultados obtidos através desta análise, e estabelecendo uma comparação com os resultados obtidos através da modelação numérica utilizando o software BISCO, foi possível caracterizar a qualidade térmica das respectivas envolventes e identificar diferenças entre os resultados obtidos através dos dois métodos. Na parte final do trabalho, é sugerida uma proposta de melhoria para os edifícios analisados, procedendo-se à modelação numérica da aplicação de algumas soluções de reforço de isolamento térmico, de forma a observar o impacto que as mesmas teriam na melhoria do comportamento térmico dos mesmos.

40 K neon liquid energy storage unit

Cryocoolers have been progressively replacing the use of the stored cryogens in cryogenic chains used for detector cooling, thanks to their higher and higher reliability. However, the mechanical vibrations, the electromagnetic interferences and the temperature fluctuations inherent to their functioning could reduce the sensor’s sensitivity. In order to minimize this problem, compact thermal energy storage units (ESU) are studied, devices able to store thermal energy without significant temperature increase. These devices can be used as a temporary cold source making it possible to turn the cryocooler OFF providing a proper environment for the sensor. A heat switch is responsible for the thermal decoupling of the ESU from the cryocooler’s temperature that increases when turned OFF. In this work, several prototypes working around 40 K were designed, built and characterized. They consist in a low temperature cell that contains the liquid neon connected to an expansion volume at room temperature for gas storage during the liquid evaporation phase. To turn this system insensitive to the gravity direction, the liquid is retained in the low temperature cell by capillary effect in a porous material. Thanks to pressure regulation of the liquid neon bath, 900 J were stored at 40K. The higher latent heat of the liquid and the inexistence of triple point transitions at 40 K turn the pressure control during the evaporation a versatile and compact alternative to an ESU working at the triple point transitions. A quite compact second prototype ESU directly connected to the cryocooler cold finger was tested as a temperature stabilizer. This device was able to stabilize the cryocooler temperature ((≈ 40K ±1 K) despite sudden heat bursts corresponding to twice the cooling power of the cryocooler. This thesis describes the construction of these devices as well as the tests performed. It is also shown that the thermal model developed to predict the thermal behaviour of these devices,implemented as a software, describes quite well the experimental results. Solutions to improve these devices are also proposed.