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.

Estudo experimental do efeito da geometria da ancoragem no comportamento ao arrancamento de varão em betão

O presente estudo experimental pretende avaliar o comportamento da aderência entre varões em aço nervurado e o betão, a influência da geometria, do estado de fendilhação do betão e da presença de um varão transversal na zona de ancoragem, no comportamento desta. O bom desempenho das estruturas de betão armado depende da sua ligação e aderência entre os diferentes materiais utilizados na sua conceção, aço e betão. Foi com esse pressuposto que a presente dissertação avançou, de forma a serem estudadas as diversas geometrias e condições a que podem estar sujeitas as ancoragens. Para isso, foram elaborados e ensaiados dezasseis modelo de ancoragem: seis modelos em betão fendilhado e dez modelos em betão não fendilhado. Do estudo experimental desenvolvido, os resultados obtidos em betão não fendilhado dos ensaios de arrancamento “Pull-Out” são comparados com as recomendações NP EN 1992-1-1 [27], fib Model Code 2010 [14] e o Structural Concrete Building Code ACI 318-11 [4]. No presente estudo experimental também foi analisado o efeito da fendilhação do betão, permitindo assim compreender melhor o funcionamento e a resistência de uma ancoragem sujeita a essa situação. O efeito da presença de um varão transversal aplicado na zona do mandril foi também estudado.

Determinação de comprimentos de encurvadura de pilares-estaca

O trabalho desenvolvido na presente dissertação tem como principal objetivo a determinação da carga crítica e do respetivo comprimento de encurvadura de pilares-estaca, contemplando diversos casos de estudo. São efetuadas duas abordagens ao problema de forma a poder realizar estudos comparativos das metodologias adotadas. O primeiro tipo de análise é baseado no método de Elementos Finitos; o segundo tipo de análise é efetuado com base no programa de cálculo automático SAP2000, utilizando elementos de barra. Para resolução do problema em questão, comum em pilares de pontes ou viadutos em betão armado, considera-se comportamento elástico do material do pilar e do solo onde este se encontra implantado, admitindo um modelo de fundação de Winkler. Primeiramente, são apresentados os fundamentos teóricos que suportam o tema da dissertação de forma a dar ao leitor um enquadramento de vários aspetos inerentes a fenómenos de instabilidade estrutural. Em seguida, descreve-se a metodologia adotada para análise do problema. Finalmente são apresentados casos de estudo retirados de um projeto realizado num viaduto. Nesses casos, são analisados pilares com geometrias diferenciadas, quer na direção longitudinal quer na direção transversal.

Desenvolvimento de um sensor para utilização em fixadores externos em ortopedia

Nesta dissertação é apresentada a metodologia adoptada no desenvolvimento de um sensor capaz de monitorizar a evolução da consolidação óssea proveniente de patologias tratadas com a utilização de aparelhos de fixação externa. O sensor tem como finalidade medir o deslocamento relativo entre os componentes do fixador externo que são proporcionais aos níveis de consolidação do osso. Surge como alternativa aos processos convencionais (raios-X, ultra-sons, etc.) que não possibilitam a detecção de imperfeições no processo de regeneração óssea numa fase precoce. Uma análise a vários materiais e geometrias revelaram que um sensor fabricado em latão e sob a forma de anel, após uma deformação de compressão de 4

Uma ferramenta para cálculo da máxima intensidade da ilha de calor noturna

O objetivo deste artigo é verificar a influência da geometria urbana na intensidade de ilhas de calor noturnas com uso de uma ferramenta computacional desenvolvida como extensão de um SIG. O método deste trabalho está dividido em três principais etapas: desenvolvimento da ferramenta, calibração do modelo e simulação de cenários hipotéticos com diferentes geometrias urbanas. Um modelo simplificado que relaciona as intensidades máximas de ilha de calor urbana (ICUmáx) com a geometria urbana foi incorporado à subrotina de cálculo e, posteriormente, adaptado para fornecer resultados mais aproximados à realidade de duas cidades brasileiras, as quais serviram de base para a calibração do modelo. A comparação entre dados reais e simulados mostraram uma diferença no aumento da ICUmáx em função da relação H/W e da faixa de comprimento de rugosidade (Z0). Com a ferramenta já calibrada, foi realizada uma simulação de diferentes cenários urbanos, demonstrando que o modelo simplificado original subestima valores de ICUmáx para as configurações de cânions urbanos de Z0 < 2,0 e superestima valores de ICUmáx para as configurações de cânions urbanos de Z0 ≥ 2,0. Além disso, este estudo traz como contribuição à verificação de que cânions urbanos com maiores áreas de fachadas e com alturas de edificações mais heterogêneas resultam em ICUmáx menores em relação aos cânions mais homogêneos e com maiores áreas médias ocupadas pelas edificações, para um mesmo valor de relação H/W. Essa diferença pode ser explicada pelos diferentes efeitos na turbulência dos ventos e nas áreas sombreadas provocados pela geometria urbana.

Structure-property relationships in polymer nanocomposites

Tese de Doutoramento em Ciência e Engenharia de Polímeros e Compósitos

Projecto de componentes estruturais recorrendo a soluções avançadas em aços de alta resistência

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica

Desenvolvimento e optimização de uma ferramenta para o corte de papel

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica

Válvula rotativa inovadora para motores a 2 tempos possibilitando sobre-expansão

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica

Simulação computacional de um feixe de fótons de 6 MV em diferentes meios heterogêneos utilizando o código PENELOPE

OBJETIVO: Utilizar o código PENELOPE e desenvolver geometrias onde estão presentes heterogeneidades para simular o comportamento do feixe de fótons nessas condições. MATERIAIS E MÉTODOS: Foram feitas simulações do comportamento da radiação ionizante para o caso homogêneo, apenas água, e para os casos heterogêneos, com diferentes materiais. Consideraram-se geometrias cúbicas para os fantomas e geometrias em forma de paralelepípedos para as heterogeneidades com a seguinte composição: tecido simulador de osso e pulmão, seguindo recomendações da International Commission on Radiological Protection, e titânio, alumínio e prata. Definiram-se, como parâmetros de entrada: a energia e o tipo de partícula da fonte, 6 MV de fótons; a distância fonte-superfície de 100 cm; e o campo de radiação de 10x 10 cm². RESULTADOS: Obtiveram-se curvas de percentual de dose em profundidade para todos os casos. Observou-se que em materiais com densidade eletrônica alta, como a prata, a dose absorvida é maior em relação à dose absorvida no fantoma homogêneo, enquanto no tecido simulador de pulmão a dose é menor. CONCLUSÃO: Os resultados obtidos demonstram a importância de se considerar heterogeneidades nos algoritmos dos sistemas de planejamento usados no cálculo da distribuição de dose nos pacientes, evitando-se sub ou superdosagem dos tecidos próximos às heterogeneidades.

Fatores de correção volumétrica na medição de atividade de 99mTc e 123I em calibradores de radionuclídeos

OBJETIVO: Determinar os fatores de correção para a variação volumétrica dos radiofármacos contidos em recipientes de diferentes geometrias. Comparar a influência desses fatores na determinação da atividade de 99mTc e 123I utilizando dois tipos de calibradores: um com câmara de ionização e outro com detector Geiger-Müller (G-M). Avaliar o desempenho de calibradores de alguns serviços de medicina nuclear em medição de atividade de 99mTc e 123I. MATERIAIS E MÉTODOS: Foram utilizados oito calibradores, frascos de vidro 10R, seringas de plástico de 3 e 5 mL e soluções de 99mTc e 123I. Os fatores de correção foram determinados a partir das medições práticas da variação da leitura do calibrador com a variação do volume da solução no recipiente. O desempenho foi avaliado em relação ao critério de aceitação de ±10% de exatidão exigida pela norma brasileira. RESULTADOS: A variação da resposta do calibrador com a variação do volume do frasco foi bem maior no calibrador que utiliza G-M. Ela também foi maior para 123I do que para 99mTc. CONCLUSÃO: Os resultados confirmam que a resposta dos calibradores depende do volume contido nos recipientes. Essa dependência é mais crítica para os calibradores equipados com detector G-M e para 123I quando comparado com 99mTc.

Revestimento eletrolítico com uma liga amorfa de Ni-W-B, resistente à corrosão e ao desgaste

Estudou-se o processo de eletrodeposição de uma camada amorfa de liga Ni-W-B sobre um cátodo, utilizando um banho contendo sulfato de níquel 0,0185 M, tungstato de sódio 0,0155 M, fosfato de boro 0,0364 M, citrato de sódio 0,0161 M, 1-docecilsulfato de sódio 0,017 g/L e hidróxido de amônio para pH 8,5. Estudos detalhados sobre a influência da temperatura do banho, agitação mecânica e densidade de corrente catódica conduziram as condições ótimas para obtenção de depósitos de ligas satisfatórias. Observou-se que esta liga apresentou, elevada resistência à corrosão e ao desgaste quando comparadas com o cromo duro, além de se comprovar, através da difratometria de raios X, sua característica amorfa. Estas ligas podem ter grande utilidade em várias aplicações nas indústrias químicas, petrolíferas, petroquímicas, navais, de construções civis e automobilísticas em decorrência de algumas características especiais, como alta resistência à corrosão e desgaste e à capacidade de manter suas propriedades mecânicas em altas temperaturas.

Análise conformacional de compostos de Biginelli com atividade antineoplásica

Diidropirimidinonas são heterociclos com atividade antineoplásica conhecida. O monastrol e alguns análogos são exemplos. A análise conformacional representa uma etapa preliminar importante em estudos que visam correlacionar a estrutura do composto com sua atividade. Neste trabalho, descrevemos a análise conformacional do monastrol e diversos análogos por cálculo semi-empírico AM1 e ab initio HF/6-31G*. Quatro geometrias de equilíbrio foram encontradas (s-cis/ap, s-cis/sp, s-trans/ap e s-trans/sp), tendo como rotações internas importantes a do sistema carbonilado α,β-insaturado e a do grupo arila ligado ao heterociclo.

Difusão do cloreto de sódio no processo de salga de queijos: modelagem matemática com o emprego do método de elementos finitos

A transferência de um soluto (cloreto de sódio), através de uma matriz sólida tridimensional (queijo) foi estudada aplicando-se o método de elementos finitos. A formulação variacional (Galerkin) do problema diferencial (modelo de difusão) teve como base teórica a 2ª lei de Fick. Os procedimentos para integração no tempo foram o de Crank-Nicolson e o de Euler-modificado, que foram escolhidos por apresentarem estabilidade incondicional. O programa computacional desenvolvido mostrou-se versátil para resolver situações de amostragem em condições mais realistas e pode ser aplicado para geometrias complexas. O modelo proposto permitiu uma boa estimativa do ganho de sal no queijo, usando um coeficiente de difusão cujo valor pode ser obtido por extrapolação de dados experimentais. A aplicação do método numérico (MEF), com o esquema de Crank-Nicolson, na simulação da difusão do cloreto de sódio na salga de queijos, mostrou boa aproximação quando os resultados foram comparados com os valores experimentais encontrados na literatura especializada.

Simulação numérica do processo de fusão e solidificação da água no interior de cilindros

Durante a realização de projetos de sistemas de refrigeração assistidos por sistemas de armazenagem de energia, na forma latente, é necessário que se saiba de antemão as taxas de transferência de energia dos mesmos. Na literatura soluções para este problema são escassos e não abordam todas as geometrias utilizadas para o armazenamento de energia latente, inexistindo correlaçõesmatemáticas que permitam aos projetistas prever o comportamento da fusão e da solidificação do material de mudança de fase (MMF) e as taxas de transferência de energia térmica. Na solução destes problemas são usualmente adotadas hipóteses simplificativas para amenizar o grau de complexidade da descrição matemática do problema Uma destas hipóteses constitui-se em desconsiderar o processo advectivo na transferência de calor no MMF, em sua fase líquida. Outra hipótese adotada, quando o MMF é a água pura, consiste em utilizar um comportamento linear para a massa específica ou um comportamento médio, consistindo em um afastamento da realidade. Este trabalho descreve esforços no sentido de aproximar estas soluções cada vez mais da realidade fisica do problema. São apresentadas simulações para a mudança de fase da água pura levando em conta a inversão da massa específica, em geometria polar, na forma transiente, utilizando o método de Volumes Finitos para solução das equações governantes. As soluções apresentadas, otimizadas quanto às malhas espacial e temporal, envolvem condições de contorno de primeira e terceira espécies Como resultado das soluções são apresentados o Nusselt local, ao longo da parede do cilindro além do Nusselt médio. Correlações matemáticas para o número de Nusselt médio durante a fusão e para o volume de MMF fundido, são propostos e apresentados. A evolução geométrica da fronteira de mudança de fase também é avaliada para as duas condições de contorno e diversos números de Rayleigh. Comparações entre o volume fundido considerando apenas o processo difusivo e o volume fundido utilizando a convecção são realizadas. Para a verificação da independ~encia de malha aplica-se o índice de convergência de malha (GCI) . Algumas comparações qualitativas com soluções experimentais disponíveis na literatura são apresentadas.