Análise da cogeração aplicada em micro empresas

A crescente demanda energética no mundo visa uma racionalização do uso de energia da melhor forma possível. Os sistemas de cogeração visam produzir energia elétrica e aproveitar a energia térmica residual proveniente da geração de energia elétrica. O caso das micro empresas, onde a geração de energia elétrica não é de grande escala, e conseqüentemente o resíduo térmico também não é muito grande, requer sistemas com grande eficiência. O aproveitamento da energia térmica residual de um motor alternativo, utilizado para gerar energia elétrica, depende de vários fatores, entre eles destacam-se a qualidade e quantidade de energia disponível. A cogeração objetiva aproveitar a energia térmica proveniente dos gases do escapamento e também a energia térmica da água do radiador. Este trabalho visa fazer uma análise para uma possível implantação de um sistema de cogeração em uma micro empresa, com a aplicação de um motor alternativo para a geração de energia elétrica suficiente para suprir a demanda da empresa e aproveitar o calor residual proveniente do funcionamento deste, para aplicar no processo produtivo, que utiliza vapor produzido em uma caldeira a óleo. Mediante avaliação de todo o processo produtivo da empresa, de sua necessidade de energia elétrica, aplicação da energia térmica produzida pela caldeira, constatou-se que haveria a possibilidade da implantação de um sistema de cogeração para produzir energia elétrica e aproveitar o calor residual proveniente do funcionamento do motor diretamente no processo produtivo. Foram calculadas todas as energias disponíveis no motor, previamente determinadas em função da capacidade de geração de energia elétrica para suprir a demanda da empresa. Através de consultas executadas com fabricantes dos equipamentos verificou-se o rendimento dos mesmos para poder avaliar a disponibilidade de energia, bem como o preço e instalação de todo o sistema. Os cálculos mostram que existe inviabilidade econômica na implantação do sistema de cogeração, como é proposto. Diante dos valores encontrados pode ser feita uma análise financeira da aplicação do investimento relacionado com o seu retorno.

Análise das características de secagem da proteína texturizada de soja

As proteínas vegetais vêm sendo largamente utilizadas na indústria alimentícia como substitutas da proteína animal, além de agir como um ingrediente funcional nos mais variados produtos. Dentre as proteínas mais utilizadas encontra-se a proteína texturizada de soja. Seu processamento envolve uma etapa de secagem que é uma das operações unitárias mais relevantes e desafiadoras para a indústria alimentícia. Neste trabalho, determinaram-se as curvas de secagem de três diferentes tipos de proteína texturizada de soja (PTS), através de diferentes experimentos, variando-se a temperatura do ar de secagem (T) – 90, 110 e 130°C – a velocidade do ar de secagem (v) – 100, 125 e 150 cm.s-1 – e a altura da camada de produto (h) – 3 e 6 cm para a PTS Tipo I, 2,5 e 5 cm para a PTS Tipo II e 5 e 10 cm para a PTS Tipo III. A partir dos dados experimentais obtidos de teor de umidade em função do tempo, fez-se o ajuste a um modelo exponencial de duas constantes. Todas as combinações de parâmetros apresentaram ajustes de boa qualidade, cujos coeficientes de correlação foram superiores a 0,99. Uma das constantes obtidas (C1) apresentou valores muito próximos à unidade para todos os casos (e para os três tipos de PTS), enquanto que a outra constante (C2) apresentou valores variáveis. Realizouse, então, uma análise estatística (Teste F), a fim de verificar quais dos parâmetros estudados (bem como seus efeitos de interação) eram significativos para a determinação da constante C2 do modelo exponencial. Para as PTS tipos I e II, a um nível de 95% de significância, todos os parâmetros e efeitos de interação apresentaram-se significativos para a determinação de C2 e desenvolveu-se, então, um modelo estatístico de dez constantes em função destes Obteve-se um ótimo ajuste dos dados de C2 em função dos parâmetros aos modelos testados, atingindo-se valores de erro médio relativo (EMR) sempre inferiores a 10% e coeficientes de correlação elevados. Para a PTS Tipo III apenas dois dos parâmetros testados, somados a dois efeitos de interação, mostraram-se significativos. Apesar disso, foram obtidos os melhores ajustes através, novamente, do modelo de 10 constantes. Assim, para os três tipos de PTS, foi possível a obtenção de um modelo que prevê o tempo de processo de cada tipo de PTS, para que se atinja uma determinada umidade final, ou vice-versa, em função da umidade inicial da amostra, de sua umidade de equilíbrio e dos parâmetros de processo (T, v e h). Paralelamente, determinaram-se as isotermas de sorção de dois tipos de PTS (um contendo cerca de 20% de açúcares e outro não contendo açúcares) para quatro temperaturas (10, 20, 30 e 40°C). Para o ajuste dos dados experimentais foram utilizados os modelos de Oswin, Halsey, BET, GAB, Peleg e Darcy-Watt. Os modelos de Peleg e GAB foram os que melhor se ajustaram aos dados experimentais, embora outros modelos como Halsey e Oswin também se mostraram representativos para temperaturas mais elevadas. As isotermas de sorção da PTS que continha açúcar apresentaram uma inversão de comportamento em uma atividade de água em torno de 0,9, enquanto que as curvas obtidas para a outra PTS não se cruzaram em nenhum momento. O calor de sorção foi estimado, pela equação de Clausius-Clapeyron, para ambos os tipos de PTS e este aumentou com a diminuição de umidade. Estimaram-se valores de umidade de monocamada, através do ajuste dos dados ao modelo de GAB, entre 4,6 e 7,4% para a PTS Tipo I e entre 4,4 e 5,4% para a PTS Tipo IV; os valores de umidade de monocamada diminuíram com o aumento de temperatura.

Simulação numérica da combustão turbulenta de gás natural em câmara cilíndrica

O presente trabalho apresenta uma modelagem detalhada de processos de combustao turbulentos para um jato concentrico de combustıvel e ar. A modelagem é fundamentada nas equacões de conservacão de massa, de quantidade de movimento, de energia e de espécies quımicas. A turbulencia é resolvida pela utilizacão do modelo k- padrão. Dois modelos de reacões quımicas são apresentados. O modelo SCRS – Simple Chemically-Reacting Systems, que assume taxas instantâneas de reacões quımicas. Também é abordado o modelo E-A – Eddy Breakup - Arrhenius, que assume taxas finitas de reacões quımicas. A radiacão térmica, fenômeno de grande importância devido as altas temperaturas alcancadas em processos de combustão,é modelada através do Método das Zonas. O modelo da soma ponderada de gases cinzas – WSGGM,é usado para determinar o espectro de emissão e absorcão dos gases no processo. Para a solucão destas equacões diferenciais, juntamente com os modelos de turbulência, de reaçõoes químicas e radiação térmica, faz-se o uso do Método dos Volumes Finitos. Para validar a modelagem apresentada resolve-se o processo de combustão em uma câmara cilíndrica. A câmara de combustão usada áa mesma abordada no First Workshop on Aerodynamics of Steady State Combustion Chambers and Furnaces, organizado pela ERCORTAC - European Research Community On Flow Turbulence And Combustion, em outubro de 1994, que apresenta dados experimentais de temperatura e concentração das espécies químicas para várias posições de interesse no interior da câmara. Utiliza-se o gás natural como combustível e o ar atmosférico como oxidante. O processo de combustão sem pré-mistura é resolvido para a condição de excesso de combustível de 5 % para ambos os modelos, onde o gás natural é injetado por um duto circular central, e o ar atmosférico por um orifício anular externo a esse duto, no mesmo plano Uma reação química não estagiada é assumida para o modelo SCRS. Para o modelo E-A duas situações são resolvidas: combustão não estagiada, com uma etapa global de reação química; e reação quımica estagiada, com duas etapas globais. Os resultados obtidos com o modelo SCRS para a distribuição de temperaturas, em termos de tendências gerais, são razoáveis. Já as concentrações de espécies químicas não apresentam dados satisfatórios para este modelo. Para o modelo E-A os resultados apresentam boa concordância com os dados experimentais, principalmente para a situação em que o processo de combustão é assumido em duas etapas globais. ´E analisado em detalhe o papel desempenhado pela transferencia de calor por radiacao, com meio participante. Para melhor verificar as trocas de calor, assume-se uma camara de combustao cilındrica com paredes d’agua. A injecao do combustıvel e do oxidante e feita atraves de um queimador central, semelhante ao usado para validar a modelagem, porem com dois orifıcios concentricos para injecao de combustıvel. Nesta situação o efeito do turbilhonamento (swril), assumido como 20 % da velocidade axial de entrada, sobre a injecao de ar e computado atraves da condicao contorno da equacao de conservacao da quantidade de movimento angular. Nesta fase apenas o modelo E-A, com duas etapas globais de reacoes quımicas, e considerado, ja que o mesmo apresenta os melhores resultados. O processo de combustao e simulado com e sem a presenca da radiacao termica. Verifica-se que a presenca da radiacao termica homogeneiza a temperatura dos gases no interior da camara. Com isso verifica-se tambem alterações nas taxas de reacoes quımicas, modificando a magnitude das fracoes das especies quımicas Quando a radiacao termica e considerada efeitos de extinção local da chama sao verificados nas regioes de temperaturas mais altas, diminuindo o consumo de oxigenio e aumentando a producao de monoxido de carbono, caracterizando assim uma combustao incompleta. Em algumas situacoes tem-se uma variacao de temperatura de ate 500 K, a montante da chama. A radiacao termica tambem aumenta a taxa de transferencia de calor dos gases quentes para as paredes da camara, e desta para o seu exterior. Com os resultados obtidos a partir desta modelagem e possıvel determinar o perfil da zona de combustao, a distribuicao de concentracoes de especies quımicas, o campo de velocidades e as taxas de transferencia de calor para as paredes da camara de combustao, total, por conveccao superficial e por radiacao. Estes resultados sao de extrema importancia para prever a performance de camaras de combustao, assim como auxiliar na sua otimizacao.

Análise numérica de uma torre de resfriamento de grande porte

Este trabalho tem como objetivo principal determinar a troca de calor em uma torre de resfriamento de grande porte, do tipo seca. A força motriz deste sistema é o empuxo resultante da diferença de temperatura entre o ar interior e exterior da torre. A partir de uma certa velocidade o vento externo também desempenha um papel importante. A convecção natural ocorre em regime turbulento, devido às grandes dimensões. A modelagem numérica é feita pelo Método dos Volumes Finitos com malhas criadas sobre Elementos Finitos, através dos softwares comerciais Fluent e CFX. Os resultados são obtidos para diferentes potências dissipadas no trocador de calor. A partir dos resultados são realizados estudos sobre a viabilidade de mudanças na geometria da torre, a fim de se obter melhorias no escoamento, bem como uma troca de calor mais eficiente. Faz-se ainda uma regressão a fim de obter correlações entre a potência dissipada no trocador de calor e a vazão mássica de ar necessária para a troca. Estas correlaçõoes são de utilidade, para aplicações posteriores, na implantação de um simulador para o processo de troca de calor nesta torre. O trocador de calor também é enfocado a fim de se determinar o coeficiente global de troca térmica, a fim de disponibilizá-lo para aplicação em outros trabalhos

Investigação do comportamento de concretos em temperaturas elevadas

Os concretos de alta resistência, produzidos com reduzidas relações água/aglomerante, constituem um avanço que está cada vez mais difundido na engenharia civil, dadas suas características técnicas atraentes, relacionadas aos ganhos em termos de resistência mecânica e durabilidade. No entanto, persistem ainda dúvidas relacionadas ao comportamento deste material frente a elevadas temperaturas. As mesmas derivam da microestrutura muito compacta e da baixa permeabilidade a líquidos e gases destes concretos. Estas características podem conduzir a desplacamentos explosivos sob certas condições térmicas e mecânicas, tais como as vigentes durante o rápido aquecimento do concreto em casos de incêndios. O acréscimo de pressão nos poros, devido à evaporação de água e às tensões geradas pelos gradientes de deformações térmicas, criam condições para a ocorrência destes desplacamentos. Além disto, o material concreto sofre alterações microestruturais consideráveis durante o aquecimento, que acabam influenciando suas propriedades macroestruturais, tais como resistência mecânica e porosidade. Estas alterações apresentam natureza física e química, envolvendo a perda de água, a ocorrência de expansões e/ou contrações térmicas e as modificações no arranjo cristalino de alguns constituintes. A superposição destes efeitos pode reduzir substancialmente a resistência dos elementos estruturais, levando edificações ao colapso. Pesquisas relacionadas ao tema são usualmente voltadas ao monitoramento dos sinais externos de degradação, tais como microfissuras, expansões e desplacamentos Já as alterações físico-químicas da microestrutura do material são menos examinadas, embora sejam as razões primárias do processo de degradação pela exposição ao calor. Nesta pesquisa, analisam-se as alterações microestruturais e as perdas de resistência de pastas, argamassas e concretos em virtude do aquecimento. Avalia-se ainda a eficiência da adição de fibras de polipropileno ao concreto, para controlar os desplacamentos. Os resultados indicam que o fenômeno do desplacamento explosivo realmente inspira cuidados, mas que o emprego das fibras pode minimizar o mesmo, contribuindo para o acréscimo da resistência residual. Ademais, os dados desta pesquisa contribuem para o desenvolvimento de metodologias de projeto mais adequadas às estruturas frente a incêndios. Palavras chave: concreto de alta resistência, desplacamentos, altas temperaturas, incêndio.

Circulações atmosféricas clássicas e não-clássicas na região metropolitana de Porto Alegre/RS

O Regional Atmospheric Modeling System (RAMS), versão 3b, foi utilizado para simular o escoamento na Região Metropolitana de Porto Alegre (RMPA) para explicar a influência de circulações clássicas e não clássicas devido as proximidades do oceano e da Lagoa dos Patos, e da ilha de calor formada pelas cidades. O RAMS foi utilizado em um domínio tridimensional com duas grades sendo utilizadas, a grade mais grossa com resolução horizontal de 8 Km, e a grade mais fina com resolução horizontal de 2 Km. A inicialização do modelo é homogênea e parte do repouso, em uma situação de verão. Foram realizados 3 experimentos; o primeiro deles com apenas a grade mais grossa e com a parametrização da vegetação sendo grama curta em todo o domínio; o segundo utilizando as duas grades, sendo que a área coberta pela grade mais fina é parametrizada como deserto, nas duas grades; o terceiro diferencia-se do segundo pela adição de uma forçante térmica no primeiro nível da área coberta pela grade mais fina durante o período da noite (após o pôr do sol). Os resultados mostram que circulação de brisa lacustre/terrestre é responsável por uma forte tendência meridional no escoamento resultante sobre a RMPA, só sendo atenuada pela componente zonal da circulação de brisa marítima à partir do final da tarde. A confluência dessas duas circulações provoca uma tendência a elevação da camada de mistura. A presença da ilha de calor aumenta o movimento convectivo, com maior transporte vertical de calor sensível, e também retardou o avanço da frente de brisa marítima, embora durante a noite a sua influência não tenha sido muito significante.

Astronomia : motivação para o ensino de física na 8ª série

Este trabalho relata as atividades desenvolvidas em duas turmas de 8ª série da E. E. de Educação Básica Estado de Goiás de Santa Cruz do Sul, RS, tendo como tema, Astronomia: motivação para o ensino de Física na 8ª série. Através de um levantamento bibliográfico sobre a história dos programas de ensino de Ciências do Rio Grande do Sul, conseguimos compreender o motivo do uso do livro didático de Ciências como fonte quase exclusiva de apoio à sala de aula. O embasamento teórico do trabalho acontece em cima de abordagens construtivistas, destacando Piaget e os períodos gerais de desenvolvimento cognitivo; Vigotsky e a interação social e as teorias de aprendizagem significativas de Ausubel e de Novak. Avaliação prévia do conhecimento dos alunos, a Física e o Universo, comparação entre o tamanho dos planetas e o Sol, atividades em grupo, uso da informática, visita ao planetário e práticas realizadas no laboratório de Física estão entre as atividades que relatamos neste trabalho. Percebemos pela empolgação dos alunos, pelos relatos por eles escritos, pela avaliação das aulas e do professor por parte dos alunos, pelos comentários positivos dos pais e direção da escola, que o tema tratado se mostrou pertinente para introduzir os estudos de Física na 8ª série e também pelo leque de conteúdos que podem ser trabalhados a partir da Astronomia, como a luz, calor, e até os movimentos, que na maioria dos livros-texto de ciências aparece como assunto introdutório à Física.

Terceirização do fornecimento de energia elétrica e térmica nas firmas de manufatura brasileiras : uma visão estratégica

A geração, transmissão e distribuição de energia elétrica são atividades que muitas vezes são realizadas fora dos limites das unidades fabris, enquanto em grande parte dessas mesmas unidades, a energia térmica (calor através de vapor d’água, por exemplo), é gerada internamente. Existe uma forma de geração distribuída de energia que pode ser realizada dentro da unidade fabril que utiliza o ciclo térmico de cogeração. A cogeração é altamente eficiente e traz grandes vantagens aos usuários como fornecimento contínuo de energia, redução de custos e melhor qualidade de energia. Uma empresa pode optar por executar a atividade de geração de energia internamente como autoprodutor ou contratar um terceiro chamado de produtor independente. Nessa pesquisa exploratória foram entrevistadas pessoas ligadas a essa atividade para se entender como as empresas estão vislumbrando o mercado de energia elétrica no Brasil e como o mercado de geração distribuída através da cogeração está se formando no país, à luz da Transaction Cost Theory (TCT) e da Resource Based View (RBV). A pesquisa apresenta a certeza de que o custo da geração de energia elétrica no país será mais alto no futuro próximo, devido à diversificação de fontes energéticas com a entrada de fontes nucleares, térmicas e renováveis como eólicas e biomassa. Notou-se também que a redução de custos é um item fundamental, muito mais importante que qualquer característica positiva que um ciclo de cogeração possua. Além disso, a visão de longo prazo de ambas as empresas (contratante e terceira) e o contrato de fornecimento de energia assumem grandes responsabilidades na relação entre as empresas.

Análise numérica e experimental da solidificação das ligas Al 3,5% Cu e AA36

A formação interna da estrutura de uma peça fundida deve determinar as características mecânicas dessa peça, quando em serviço. Dessa forma, torna-se fundamental conhecer e parametrizar os elementos que influem na formação da estrutura do componente sólido, para o desenvolvimento adequado de sistemas de solidificação que permitam conduzir a melhoria da qualidade de uma peça no processo de solidificação. Modelos numéricos podem ser empregados para a determinação da formação estrutural, entretanto estes devem ser aferidos adequadamente para garantir sua aplicabilidade. No trabalho em questão, desenvolveu-se uma metodologia que permitiu a aferição de um modelo numérico para a previsão das condições de resfriamento de ligas de alumínio. Elaborou-se um conjunto de coquilhas e moldes que permitiram o acoplamento e verificação da estrutura formada na solidificação em diferentes situações de resfriamento, observando principalmente a direção de extração de calor e a taxa de resfriamento associada. O modelo numérico aplicado respondeu coerentemente aos resultados obtidos permitindo a previsão da estrutura solidificada pela observação dos resultados de evolução das isotermas solidus e liquidus no interior dos sistemas.

Efeito do tempo de autoclavagem sobre a digestibilidade dos grãos de soja integral em suínos na fase de crescimento

Foram conduzidos dois ensaios de metabolismo com suínos em crescimento para avaliar o efeito do tratamento térmico sobre a digestibilidade de grão de soja integral. No ensaio 1 foram utilizados 18 animais distribuídos em 6 dietas, à base de amido de milho e grão de soja, em um arranjo fatorial 3*2, composto por três tratamentos de calor submetidos ao grão (cru, AUTOCLAVADO e AUTOCLAVADO o dobro tempo) e dois níveis de lisina (85 e 100% das exigências do NRC (1988)). No ensaio 2 foram utilizados 18 suínos distribuídos em 18 dietas, à base de amido de milho e grão de soja (autoclavado ou autoclavado o dobro tempo) em um arranjo fatorial 3x3x2, composto por três níveis de lisina (80, 100 e 120% NRC (1988)), três suplementações de aminoácidos (0, metionina e treonina) dois tempos de tratamento térmico (autoclavado e dobro do tempo). No ensaio 1 foi observado efeito do tratamento térmico (P< 0,004) e do nível de lisina (P= 0,009) sobre o ganho de peso e do tratamento térmico (P= 0,006) sobre o consumo de matéria seca. Não foram observados efeitos do tratamento térmico e do nível de lisina sobre os coeficientes de digestibilidade da matéria seca, da proteína e da energia das dietas. No ensaio 2 foi observado efeito do nível de lisina (P= 0,008) sobre a excreção fecal de proteína bruta e de energia bruta (P= 0,003) e do tratamento térmico sobre a excreção fecal da energia bruta (P= 0,04).

Proteção passiva de estruturas e sistemas elétricos contra incêndio aplicada a uma unidade de refino de petróleo

Nesta dissertação visa-se estudar e propor alternativas de solução para a proteção de estruturas e sistemas elétricos contra fogo numa unidade de craqueamento catalítico de uma refinaria de petróleo, por meio de proteção passiva. A proteção passiva tem por finalidade garantir a integridade das estruturas sujeitas a incêndio, durante um determinado período de tempo, para possibilitar, no caso da refinaria, a realização de procedimentos de parada da unidade de forma segura e controlar o incêndio a fim de diminuir a possibilidade de propagação do fogo para outras áreas. Com base em técnicas de análise de riscos fez-se a identificação de zonas potencialmente sujeitas a cenários de acidente envolvendo jato de fogo e/ou incêndio em poça. A delimitação das áreas onde haveria necessidade de proteção passiva foi realizada com base em modelos para jatos de fogo e incêndio em poça já estabelecidos na literatura. O dimensionamento da proteção passiva de estruturas e sistemas elétricos com o uso de diversos materiais usados comercialmente para este fim foi estimado com base em equações empíricas desenvolvidas por Jeanes, 1980, Stanzak, 1973 e PABCO, 1984, e, para alguns casos particulares foi feita uma verificação por solução numérica da equação da condução do calor em meio sólido.Assim, foram determinados quais os materiais mais adequados em cada caso de aplicação e qual a espessura em que deve ser aplicado para que a temperatura no elemento estrutural ou no sistema elétrico não atinja a sua determinada temperatura crítica em um período de tempo pré-determinado. Para os casos de elementos estruturais como colunas de sustentação da unidade de seção cilíndrica, o principal material para proteção passiva é a argamassa projetada e para perfil I, é o emprego de placas de gesso. Já para o caso de sistemas elétricos, podem ser utilizadas tanto tintas intumescentes quanto as mantas reforçadas com fibras minerais, esta escolha depende da geometria do sistema em que será empregado. Da comparação entre estes dois métodos pode-se concluir que o dimensionamento da proteção passiva fazendo o uso das correlações empíricas é menos conservativo que para o caso do uso da equação da difusão do calor resolvida por método numérico. Porém, os resultados diferem dentro de um limite considerado aceitável (em torno de 15%) levando-se em consideração os erros embutidos em cada método de cálculo. É importante mencionar que as correlações empíricas são de mais simples aplicação por possuir apenas operações matemáticas básicas. Usando as correlações empíricas para os perfis cilíndricos de aço (diâmetro de 0,1524 m e espessura de parede de 0,0254 m), a espessura de revestimento estimada com o uso das correlações empíricas necessária para garantir que a temperatura na interface entre os dois materiais não atinja 550°C em duas horas seria de 13,5 mm para argamassa projetada, 19,7 mm para vermiculita com silicato de sódio e 34,5 mm para recobrimento com concreto com proteção do tipo contorno. Fazendo o mesmo cálculo pelo método numérico proposto, os resultados foram de 15,53 mm para argamassa projetada, 22,06 mm para vermiculita com silicato de sódio e 38,98 mm para recobrimento com concreto com proteção do tipo contorno. Fazendo o mesmo cálculo pelo método numérico proposto, os resultados foram de 15,53 mm para argamassa projetada, 22,06 mm para vermiculita com silicato de sódio e 38,98 mm para recobrimento com concreto com proteção do tipo contorno. Cabe ressaltar que com a realização desta dissertação busca-se uma integração entre o mestrado acadêmico e o meio empresarial com o desenvolvimento de trabalhos de natureza acadêmica que tenham aplicação direta na prática. Espera-se assim permitir que Universidade dê retorno à sociedade que a mantém e propiciar que setores da sociedade possam usufruir da capacidade disponível na academia.

Estudo experimental dos campos de pressão e velocidade em bancos de tubos com a utilização de defletores

A utilização de placas defletoras em banco de tubos é muito difundida em trocadores de calor, aumentando os níveis de turbulência do escoamento e o tempo de contato do fluido refrigerante e a superfície aquecida dos tubos. Os vórtices gerados pela turbulência tem a finalidade de imprimir a camada limite térmica dos tubos, onde o calor é trocado basicamente por condução, tornando a troca de calor mais eficiente. No entanto a maioria dos estudos em bancos de tubos considera um escoamento incidindo uniformemente sobre os tubos, sem qualquer tipo de análise dos efeitos causados pela utilização de placas defletoras, transformando-se assim em idealizações pouco reais. A proposta deste trabalho é analisar experimentalmente os efeitos causados no escoamento pelo uso de defletores, tomando-se como referência a região entre-tubos (linhas), onde para tanto foram estudadas duas geometrias distintas. A primeira geometria consiste uma placa defletora voltada para o escoamento e nela encontram-se montados dez tubos, dispostos horizontalmente em duas linhas, e a partir de uma certa distância a jusante ocorre um estreitamento súbito do canal prolongando-se até a saída. Com este tipo de geometria, pretende-se estudar os efeitos no desenvolvimento do escoamento para uma entrada assimétrica. A segunda geometria estudada é uma simplificação de bancos de tubos utilizados em trocadores de calor, porém, agora, com o uso de defletores. Nesta seção o escoamento é obrigado a contornar três placas defletoras, duas na parede superior do canal e uma na parede inferior, montadas de forma eqüidistantes O número de Reynolds, para ambas as seções, foi calculado com o diâmetro externo do tubo (32.1 mm) e a velocidade média do escoamento abaixo da primeira placa defletora, Ue. Para a primeira seção o número de Reynolds foi de 3.32 x 104 e para segunda 2.99 x 104. Os testes foram realizados em um canal retangular de 146 mm de altura e 193 mm de largura, com 900 mm de comprimento. Os bancos de tubos possuem uma relação de espaçamento, passo-diâmetro de 1,26, com dez tubos dispostos em duas linhas. As velocidades médias, suas direções e flutuações de velocidade foram investigadas ao longo das fendas, linhas, permitindo um conhecimento do desenvolvimento das componentes de velocidades, bem as intensidades de turbulência desde a região de entrada. Este estudo revelou que o desenvolvimento do escoamento , após a passagem por defletores se dá para distâncias superiores aquelas aqui estudadas.

O modelo de Gurson para dano dúctil : estratégia computacional e aplicações

Este trabalho trata do emprego do modelo de dano dúctil de Gurson e de alguns aspectos relativos a sua implementação computacional. Emprega-se como ponto de partida o programa Metafor, código de elementos finitos voltado para a simulação de problemas de conformação mecânica, contemplando portanto grandes deformações plásticas. Estudam-se alguns casos simples procurando identificar a influência de cada parâmetro do modelo de Gurson na resposta. É discutida a aplicação dos modelos de nucleação de vazios usualmente empregados em conjunto com a superfície de escoamento de Gurson em situações onde há reversão de solicitação. São propostas alterações nos modelos usuais de nucleação de forma a minorar resultados incoerentes verificados. Apresenta-se um algoritmo alternativo ao método de Newton-Raphson para a solução do sistema de equações associado à forma fraca das equações de equilíbrio, em situações onde a rigidez fica muito pequena. Tal algoritmo é implementado e testado. Um algoritmo de integração de tensões é apresentado e implementado, mostrando-se sua vantagem do ponto de vista de robustez, ou seja, obtenção da resposta correta a despeito do tamanho de incremento empregado. Também é discutido um procedimento para desconsiderar elementos que apresentem ruptura local Estudam-se problemas envolvendo geração de calor por deformação plástica em conjunto com a formulação do modelo de Gurson, mostrando que a consideração de acoplamento termo-mecânico com dano traz vantagens em algumas simulações. É discutida a implementação do modelo de Gurson sobre a versão tridimensional do Metafor, que contempla a formulação lagrangiana-euleriana arbitrária (LEA). Ao final, é feita uma simulação inicial do comportamento de espumas metálicas.

Análise da solidificação para o projeto de molde e a relação com as propriedades mecânicas na fundição da liga de latão 60/40

As propriedades metalúrgicas e mecânicas de uma liga metálica dependem fundamentalmente do fenômeno de solidificação e dos parâmetros associados a este. O trabalho proposto analisa a solidificação em uma primeira etapa para o projeto e otimização de moldes de fundição em areia. Nessa etapa utilizou-se como ferramenta um software comercial e resultados experimentais obtidos na indústria. Em uma segunda etapa do trabalho foi investigado as características de solidificação e suas influencias nas propriedades mecânicas e metalúrgicas de ligas de latão. A liga de latão 60/40, foi vazada em molde de areia com base de cobre objetivando uma condição de solidificação unidirecional. O monitoramento de temperaturas foi realizado utilizando-se termopares do Tipo K posicionados ao longo da altura do lingote. O lingote solidificado foi dividido em várias secções ao longo de sua altura, e para cada secção foram retirados corpos de provas e ensaiados segundo as normas ASTM E 8M-97 e ASTM E 18 – 94 para os ensaios mecânicos (σu, HRB e HV) e ASTM E112 para análise metalográfica. Os resultados da solidificação, como por exemplo o espaçamento dendritico secundário foram correlacionados com o comportamento da transferência de calor no sistema, tomando como parâmetros o gradiente térmico, a velocidade da interface (S/L) e a taxa de resfriamento, os quais foram obtidos experimentalmente. Estas características do processo metalúrgico e os resultados da solidificação foram relacionados com as propriedades mecânicas como a resistência à tração (σu) e a dureza (HRB e HV). Foram obtidas, empiricamente, expressões do tipo σu = f( λ2), HRB = f( λ2) , HV = f( λ2) e σu = f( HRB). Os resultados se mostraram coerentes com os dados da literatura e a relação de Hall-Petch que associa a dureza HRB com o espaçamento dendritico secundario. Palavras Chaves: modelagem em areia, microestrutura, propriedades mecânicas, liga de latão, solidificação, EDS.

A aquisição automática de dados proporcionando discussões conceituais na física térmica do ensino médio

Diante dos problemas vivenciados no ensino da Física cabe ao professor a tarefa de tentar combater as dificuldades de seus alunos, proporcionando-lhes experiências de aprendizagem eficazes, procurando atualizar, tanto quanto possível, os instrumentos pedagógicos que utiliza. Considerando a especificidade experimental da Física, a realização de atividades de laboratório faz-se de grande importância. Porém, uma reflexão a respeito de como utilizar tais atividades é necessária para que possam realmente contribuir para uma aprendizagem significativa. Nesta busca, a utilização da aquisição automática de dados através de dispositivos do tipo CBL (do inglês Calculator Based Laboratory) pode, sem dúvida, trazer grande contribuição. Aliando-se à grande potencialidade do uso destes dispositivos, à inexistência de trabalhos divulgados envolvendo seu uso no ensino de Física no Brasil e, finalmente, ao fato deste ser um equipamento adquirido recentemente pelo Centro Federal de Educação Tecnológica de Pelotas, instituição na qual este trabalho foi desenvolvido, optou-se por propor nesta dissertação a utilização de tais equipamentos em laboratório didático de Física Térmica no ensino médio. Dentre os assuntos abordados cita-se: calor, temperatura e energia interna; resfriamento de um corpo; mudança de estado físico e pressão de vapor; transmissão do calor. Alguns destes assuntos não são normalmente abordados no ensino médio, como a lei de resfriamento e análise da curva de pressão de vapor. Outros tópicos levam a uma maior contextualização da Física, como umidade relativa do ar e formação de geada. Esta proposta é fundamentada pela teoria da aprendizagem significativa de David Ausubel e pela teoria da interação social de Lev Vigotski Através desta experiência de implementação em aulas regulares de ensino médio, espera-se verificar a possibilidade de sua utilização neste nível de ensino. Como produto deste trabalho de dissertação, foi produzido material instrucional que compreende guias experimentais e textos envolvendo os conteúdos abordados, assim como material hipermídia sobre transmissão do calor contendo algumas animações e teste interativo desenvolvidos em Flash MX. Todo este material foi concebido e implementado buscando levar o aluno a uma aprendizagem significativa dos conceitos físicos.