Design support for turbomachinery

From the steam turbines which provide most of our electricity to the jet engines which have shrunk our World, turbomachines undoubtedly play a major role in life today. Competition in the turbomachinery industry is fiercely strong [Wisler, 1998], hence good aerodynamic design is vital. However, with efficiency levels already close to their theoretical maxima, companies are increasingly looking to reduce costs and increase reliability through improved design practice. Computational Fluid Dynamics (CFD) can make a strong contribution to assisting this process as it has the potential to increase performance while reducing cost. The situation is, however, complicated by an ever decreasing number of engineers with sufficient design experience to reap the full benefits offered by CFD. With the large risks involved, novice designers of today are increasingly confined to refining old designs rather than gaining experience, like their forebears, through 'clean sheet' exercises. Hence it is desirable to capture the knowledge and experience of older designers, before it is lost, to assist the engineers of tomorrow. It is therefore the aim of this project to produce a design support tool which will not only store the appropriate CFD codes, but also provide a dynamic signpost (based on elicited knowledge and experience) to advise the engineer in their use. The signposting methodology developed for the aerospace industry [Clarkson and Hamilton, 1997] will provide the basic framework for the tool. This paper reviews current turbomachinery design practice (including an examination of the relevant CFD) in order to establish the important issues which a support tool must address. Current design support methodologies and their propriety are then reviewed, followed by a detailed description of the signposting concept. It then sets out a clear statement of the objectives for the research and the methods proposed to meet them. The paper concludes with a timetable of the work.

Síntese e caracterização de biodiesel obtido via catálises homogênea e heterogênea de óleo extraído de sementes de Helianthus annuus

O biodiesel é definido como um mono alquil éster de ácidos graxos de cadeia longa derivado de fontes renováveis tais como óleos vegetais e gorduras animais. Sua importância esta associada ao uso como um combustível alternativo para motores do ciclo Diesel podendo ser utilizado puro ou em misturas com o diesel representando economia de petróleo e menor poluição ambiental. Em geral é obtido por meio da reação de transesterificação na qual os triacilgliceróis, principais constituintes dos óleos e gorduras reagem com álcool, em presença de um catalisador ácido ou básico, produzindo ésteres de ácidos graxos e glicerol. A transesterificação pode ser conduzida por catálise homogênea ou heterogênea. O grande desafio da indústria é otimizar o processo a fim de alcançar um produto e uma rota de produção tecnologicamente eficiente e ambientalmente correta. O objetivo desta pesquisa foi estudar a síntese do biodiesel utilizando o processo de transesterificação do óleo de girassol por catálises homogênea e heterogênea. Foram realizadas reações de transesterificação via rotas metílica e etílica, empregando como catalisador homogêneo alcóxido de potássio e como catalisador heterogêneo a resina comercial de troca iônica Amberlyst 26

Control de un sistema de accionamientos de traslación basado en correa para un manipulador de cinemática paralela

[ES]Este Trabajo de Fin de Grado “Control de un sistema de accionamientos de traslación basado en correa para un manipulador de cinemática paralela” tiene como objetivo principal la implementación de un sistema de control que nos permita manejar un manipulador de cinemática paralela de dos grados de libertad accionado mediante dos motores eléctricos de corriente continua. Como componente central de este sistema de control, se dispondrá de un ordenador portátil cuyo procesador será el encargado de ejecutar las acciones necesarias para que pueda llevarse a cabo esta actividad de control. De esta forma, la tarea más importante y laboriosa a llevar cabo en este proyecto será el desarrollo de un aplicación de control que, corriendo en el citado ordenador, permitirá al usuario manejar el manipulador de cinemática paralela en cuestión. Para ello, esta aplicación deberá ser capaz de interpretar las ordenes de movimiento dadas por el usuario y transmitirlas al procesador del mencionado ordenador. Además de todo lo anterior, para completar el desarrollo del sistema de control, será necesaria la implementación de diversos sensores que se encargarán de detectar y transmitir las señales necesarias para evitar situaciones de emergencia en el que el manipulador estuviese a punto de chocar con algún objeto o persona. En conclusión, mediante el cumplimiento de los objetivos de este Trabajo de Fin de Grado, se va a disponer de un sistema de control sencillo, intuitivo y fácilmente operable, que va a permitir a cualquier futuro usuario del mismo el manejo de un robot de cinemática paralela.

Design of a timber Howe truss highway bridge

The span of the bridge was assumed as 100 feet. The type of bridge used is the timber Howe Truss. The height of truss was taken as 20 feet between center lines of top and bottom chords. The width was taken as 18 feet center to center of trusses. The truss was divided up into five panels 20 feet long.

It was designed according to the "General Specifications for Steel Highway Bridges" by Ketchum. For the live load for the floor and its supports, a load of 80 pounds per square foot of total floor surface or a 15 ton traction engine with axles 10 feet centers and 6 feet gage, two thirds of load to be carried by rear axles.

For the truss a load of 75 pounds per square foot of floor surface.

For the wind load the bottom lateral bracing is to be designed to resist a lateral wind load of 300 pounds per foot of span; 150 pounds of this to be treated as a moving load.

The top lateral bracing is to be designed to resist a lateral wind force of 150 pounds per foot of span.

The timber to be used in the bridge is to be Douglas fir.

The unit stresses used for timber are those of the American Railway Engineering Association.

Análise de viabilidade técnica e econômica da geração de energia através do biogás de lixo em aterros sanitários.

A geração de energia a partir do biogás do lixo em aterros sanitários é uma maneira de produzir energia elétrica renovável e limpa, reduzindo os impactos globais provocados pela queima dos resíduos sólidos urbanos. A contribuição ambiental mais relevante é a redução de emissões dos gases de efeito estufa (GEE), por meio da conversão do metano em dióxido de carbono, visto que o metano possui um potencial de aquecimento global cerca de 21 vezes maior, quando comparado ao dióxido de carbono (através da combustão do mesmo). De acordo com o Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL), os países ricos podem comprar créditos de carbono (CERs) dos países em desenvolvimento (que possuam projetos sustentáveis) para cumprir suas metas ambientais. O objetivo é transformar um passivo ambiental (destinação final dos resíduos sólidos urbanos) em um recurso energético, além do estudo da alternativa de obtenção de recursos financeiros através dos CERs. São analisadas as tecnologias de conversão energética (tecnologia de gás de lixo, incineração, entre outras), com a seleção da melhor alternativa para a geração de energia através do biogás de lixo em aterros sanitários. A metodologia utilizada é a recomendada pela Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos - USEPA (2005). Serão apresentadas outras duas metodologias de cálculo da geração de metano: a do Banco Mundial e a do IPCC (Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas). São apresentados estudos comparativos demonstrando quando as turbinas a gás, motores de combustão interna (ciclos Otto ou Diesel) ou outras tecnologias de conversão energética serão viáveis na área técnica e econômica para implantação de Unidades Termoelétricas a biogás. No caso do Aterro de Gramacho, o projeto é viável com a utilização de motores a combustão interna e a obtenção de receitas com a venda da produção de energia e créditos de carbono. Por fim, será apresentada a alternativa do uso do biogás como substituto do gás natural para fins energéticos ou outros fins industriais.

Técnica do tratamento restaurador atraumatico em estudantes de escola municipal do Rio de Janeiro: avaliação in vitro da influência da proteção superficial e do tempo de entrada em serviço na resistência a tração diametral do cimento de ionômero de vidro utilizado

Tratamento restaurador atraumático tornou-se uma opção real para o tratamento da cárie dentária em saúde pública no Brasil. O presente estudo teve como objetivo avaliar durabilidade, resistência e eficácia de 70 restaurações em 31 alunos (entre 6 a 12 anos de idade na Escola Municipal Rotary, RJ - Brasil). Depois de CPO-D e ceo-exame de acordo com critérios da OMS, todos os alunos com selecionados receberam TRA com VITRO MOLAR - DFL, juntamente com instruções de saúde bucal. Os critérios de exclusão foram a presença de cavidades muito profundas e exposição pulpar, casos em que os alunos foram encaminhados para o Postos de Saúde Municipal. In vitro avaliou-se a influência do tempo de entrada em serviço e do tipo de cobertura protetora utilizada na resistência coesiva do Cimento de Ionômero de Vidro utilizado, por meio de ensaios de tração diametral. Confeccionou-se para o teste de tração diametral 6 espécimes para cada variante, 72 no total, com dimensões de 4 mm de diâmetro por 8 mm de comprimento, divididos entre os grupos: grupo1 sem protetor (controle); grupo2 vaselina sólida; grupo3 verniz para unhas. Realizou-se ensaios mecânicos em uma máquina universal de ensaios EMIC DL 500 MF, após a confecção e estocagem individual dos espécimes em potes plásticos contendo 5 ml de água deionizada, que formaram os subgrupos descritos a seguir: a - 20 minutos; b - 2 horas; c - 24 horas; d - 7 dias. Os dados obtidos foram tratados por ANOVA e por Student Newman-Keuls (p<0,05). Ao se avaliar a influência dos diferentes protetores de superfície no CIV utilizado no presente trabalho observou-se que, os protetores de superfície tiveram influência no comportamento do material (p=0,000), com o verniz para unhas mostrando um desempenho superior ao da vaselina sólida. Quanto ao tempo, não foi possível verificar ruptura do material no prazo de 20 minutos, pois os corpos de prova sofriam deformação elástica catastrófica não sendo adequado para a finalidade desejada. Os tempos de 24 horas e sete dias foram semelhantes entre si e diferentes do tempo de duas horas. As restaurações foram clinicamente avaliadas depois de 6, 12, e 24 meses após sua alocação. No total 72 restaurações foram realizadas em 31 escolares. Depois de seis meses, 5 restaurações fraturaram e 3 perderam algum material. Após 12 meses, oito restaurações foram perdidas e apenas 1 fraturou. Na avaliação após 24 meses, mais 12 restaurações foram perdidas e 3 perderam material. Não foram registradas lesões cariosas secundarias após esse período, mesmo quando as restaurações foram parcialmente perdidas. Clinicamente conclui-se que quando a técnica do TRA é bem indicada e aplicada corretamente pode haver uma redução significativa no número de dentes perdidos por lesões de cárie nos indivíduos que participaram do nosso estudo.

Transonic wind tunnel for investigation of turbomachinery blades

The design of a two-stream wind tunnel was undertaken to allow the simulation and study of certain features of the flow field around the blades of high-speed axial-flow turbomachineries. The mixing of the two parallel streams with designed Mach numbers respectively equal to 1.4 and 0.7 will simulate the transonic Mach number distribution generally obtained along the tips of the first stage blades in large bypass-fan engines.

The GALCIT hypersonic compressor plant will be used as an air supply for the wind tunnel, and consequently the calculations contained in the first chapter are derived from the characteristics and the performance of this plant.

The transonic part of the nozzle is computed by using a method developed by K. O. Friedrichs. This method consists essentially of expanding the coordinates and the characteristics of the flow in power series. The development begins with prescribing, more or less arbitrarily, a Mach number distribution along the centerline of the nozzle. This method has been programmed for an IBM 360 computer to define the wall contour of the nozzle.

A further computation is carried out to correct the contour for boundary layer buildup. This boundary layer analysis included geometry, pressure gradient, and Mach number effects. The subsonic nozzle is calculated {including boundary layer buildup) by using the same computer programs. Finally, the mixing zone downstream of the splitter plate was investigated to prescribe the wall contour correction necessary to ensure a constant-pressure test section.

Large plane deformations of thin elastic sheets of neo-hookean material

Large plane deformations of thin elastic sheets of neo-Hookean material are considered and a method of successive substitutions is developed to solve problems within the two-dimensional theory of finite plane stress. The first approximation is determined by linear boundary value problems on two harmonic functions, and it is approached asymptotically at very large extensions in the plane of the sheet. The second and higher approximations are obtained by solving Poisson equations. The method requires modification when the membrane has a traction-free edge.

Several problems are treated involving infinite sheets under uniform biaxial stretching at infinity. First approximations are obtained when a circular or elliptic inclusion is present and when the sheet has a circular or elliptic hole, including the limiting cases of a line inclusion and a straight crack or slit. Good agreement with exact solutions is found for circularly symmetric deformations. Other examples discuss the stretching of a short wide strip, the deformation near a boundary corner which is traction-free, and the application of a concentrated load to a boundary point.

On the uniqueness of singular solutions to boundary-initial value problems in linear elastodynamics

This investigation deals with certain generalizations of the classical uniqueness theorem for the second boundary-initial value problem in the linearized dynamical theory of not necessarily homogeneous nor isotropic elastic solids. First, the regularity assumptions underlying the foregoing theorem are relaxed by admitting stress fields with suitably restricted finite jump discontinuities. Such singularities are familiar from known solutions to dynamical elasticity problems involving discontinuous surface tractions or non-matching boundary and initial conditions. The proof of the appropriate uniqueness theorem given here rests on a generalization of the usual energy identity to the class of singular elastodynamic fields under consideration.

Following this extension of the conventional uniqueness theorem, we turn to a further relaxation of the customary smoothness hypotheses and allow the displacement field to be differentiable merely in a generalized sense, thereby admitting stress fields with square-integrable unbounded local singularities, such as those encountered in the presence of focusing of elastic waves. A statement of the traction problem applicable in these pathological circumstances necessitates the introduction of "weak solutions'' to the field equations that are accompanied by correspondingly weakened boundary and initial conditions. A uniqueness theorem pertaining to this weak formulation is then proved through an adaptation of an argument used by O. Ladyzhenskaya in connection with the first boundary-initial value problem for a second-order hyperbolic equation in a single dependent variable. Moreover, the second uniqueness theorem thus obtained contains, as a special case, a slight modification of the previously established uniqueness theorem covering solutions that exhibit only finite stress-discontinuities.

Effect of the A cation size disorder and synthesis conditions on the properties of an iron perovskite series

Póster presentado en The Energy and Materials Research Conference - EMR2015 celebrado en Madrid (España) entre el 25-27 de febrero de 2015

Desenvolvimento de metodologia para avaliação de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos e derivados em emissões de motores usando diesel/biodiesel

Os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA) são amplamente estudados na área de meio ambiente, em diversas matrizes ambientais como ar, água, solo e sedimento, devido a sua toxicidade, potencial mutagênico e carcinogênico. Por conta disto, as agências ambientais de países desenvolvidos listaram dezesseis HPA como sendo poluentes prioritários. As legislações a nível mundial não estipulam limites para estes compostos para ar ambiente, somente para emissões de fontes fixas e móveis e ambientes ocupacionais, mas existem diversos estudos, mais especificamente para os 16 prioritários HPA e muito pouco para os homólogos alquilados. Os HPA alquilados são mais abundantes, persistentes e frequentemente mais tóxicos que os não alquilados e a toxicidade aumenta com o número de substituições alquil sobre os núcleos aromáticos. As legislações ambientais em todo o mundo não realizam o controle em nenhuma matriz ambiental para os HPA alquilados. Neste trabalho foi desenvolvido um método para análise dos HPA e seus homólogos alquilados, utilizando cromatografia de fase gasosa acoplado a um detector de espectrometria de massa e com um sistema de injeção para grande volume, associado à vaporização com temperatura programada, que permitiu um nível de detecção na faixa de 0,70 até 103,6 ng mL-1, sendo possível analisar as amostras de material particulado oriundas de emissões veiculares. As amostras foram coletadas de acordo com a Norma ABNT NBR14489, em um dinamômetro de bancada para motor do ciclo diesel (Ciclo de 13 pontos). Os resultados encontrados foram na faixa de 0,5 ng mL-1 até 96,9 ng mL-1 Os resultados indicaram que motores a diesel/ biodiesel têm uma contribuição muito grande na formação destes HPA e homólogos alquilados

Uso de ontologia em serviço de contexto e descoberta de recursos para autoadaptação de sistemas.

Aplicações cientes de contexto precisam de mecanismos para recuperar informações sobre o seu contexto de execução. Com base no contexto atual, tais aplicações são capazes de se autoadaptar para fornecer informações e serviços adequados aos seus usuários. A abordagem comum para infraestruturas de apoio às aplicações sensíveis ao contexto fornece serviços para a descoberta de recursos através da utilização de pares e motores que executam apenas correspondência sintática. Esta abordagem não considera as possíveis relações semânticas entre as palavras-chave usadas. Portanto, a sua expressividade semântica limitada, leva a um serviço de descoberta que provê baixa taxa de recuperação e baixa acurácia. Este trabalho apresenta a utilização de uma outra abordagem para o serviço de contexto e descoberta, que utiliza ontologias para representar os recursos do contexto de execução e capturar a semântica da consulta do usuário, melhorando assim o processo de descoberta para a autoadaptação de sistemas sensíveis ao contexto. A abordagem proposta oferece também pontos de extensão para as aplicações clientes através da utilização de outras ontologias. Esta abordagem foi integrada à infraestrutura CDRF, de forma a adicionar semântica aos serviços desenvolvidos neste projeto. Exemplos de aplicações são também propostos para demonstrar a utilização dos novos serviços.