Sistema computacional com geração de dados e visualização de resultados para estrutura de edifícios

Este trabalho trata do desenvolvimento de um sistema computacional, para a geração de dados e apresentação de resultados, específico para as estruturas de edifícios. As rotinas desenvolvidas devem trabalhar em conjunto com um sistema computacional para análise de estruturas com base no Método dos Elementos Finitos, contemplando tanto as estruturas de pavimentos; com a utilização de elementos de barra, placa/casca e molas; como as estruturas de contraventamento; com a utilização de elementos de barra tridimensional e recursos especiais como nó mestre e trechos rígidos. A linguagem computacional adotada para a elaboração das rotinas mencionadas é o Object Pascal do DELPHI, um ambiente de programação visual estruturado na programação orientada a objetos do Object Pascal. Essa escolha tem como objetivo, conseguir um sistema computacional onde alterações e adições de funções possam ser realizadas com facilidade, sem que todo o conjunto de programas precise ser analisado e modificado. Por fim, o programa deve servir como um verdadeiro ambiente para análise de estruturas de edifícios, controlando através de uma interface amigável com o usuário uma série de outros programas já desenvolvidos em FORTRAN, como por exemplo o dimensionamento de vigas, pilares, etc.

Comprimento efetivo de colunas de aço em pórticos deslocáveis

Dentro da prática de verificação e projeto de estruturas metálicas, o cálculo de instabilidade exerce papel importante, já que o aço, por sua elevada resistência, incentiva o uso de colunas significativamente esbeltas. É comum na verificação da instabilidade de pórticos metálicos de andares múltiplos a utilização do conhecido fator K, que define, para a coluna, um comprimento efetivo. Tal fator é usualmente obtido em ábacos construídos a partir de duas hipóteses distintas para o mecanismo de instabilidade: a de flambagem por deslocamento lateral do andar e a de flambagem com esse deslocamento impedido. Essa divisão, e os modelos usualmente utilizados para tratá-la, se mostram incompletos para o caso de pórticos que se distanciem das hipóteses simplificadoras adotadas, e podem induzir a confusões e mal-entendido no uso do fator K. Neste trabalho, serão mostrados modelos alternativos para a determinação desse fator, buscando-se maior generalidade, assim como tentativas de esclarecer algumas possíveis ambiguidades no seu uso; além disso, esses modelos serão aplicados a alguns exemplos particulares. Como complemento ao trabalho, foi criado um programa de computador para determinar deslocamentos e esforços em segunda ordem para esse tipo de edificação, assim como ábacos alternativos. Os resultados obtidos nos exemplos serão contrastados com os fornecidos pelo programa e pelos ábacos.

Efeito do macrodipolo sobre a estabilidade térmica de derivados de 1,3,5-tricarboxamida-ciclo-hexano

1,3,5-tricarboxamida-ciclo-hexano são compostos capazes de se autoagregarem formando colunas supramoleculares as quais se mantêm unidas não só devido às interações das cadeias laterais mas também devido às ligações de hidrogênio de cada um dos três grupos amida por monômero. Cada monômero possui momento de dipolo elétrico associado aos grupos amida. Quando as amidas dos vários monômeros dentro da mesma coluna estão apontadas para a mesma direção, os momentos de dipolo individuais de todas as amidas se somam formando elevado dipolo ao longo do eixo da coluna, chamado de macrodipolo, o qual influencia as interações intercolunares. Neste trabalho foram investigadas quatro conformações as quais diferem entre si em relação à orientação dos grupos carbonila: a conformação Up-Up contém grupos carbonilas paralelos dentro das colunas e colunas paralela, a conformação Up-Down possui grupos carbonilas paralelos dentro das colunas e colunas antiparalelas, a conformação Intra-Up-Up contém grupos carbonilas antiparalelos dentro das colunas e colunas paralelas e a conformação Intra-Up-Down possui grupos carbonilas antiparalelos dentro das colunas e colunas antiparalelas. Foi usado Dinâmica Molecular Clássica para investigar o efeito das interações macrodipolo-macrodipolo das quatro diferentes conformações sobre a estabilidade térmica de três diferentes compostos derivados de 1,3,5-tricarboxamida-ciclo-hexano. Foi verificado que as conformações com colunas antiparalelas tendem a ser ligeiramente mais estáveis do que as conformações com orientação paralela. O efeito da orientação dos grupos carbonila dentro das colunas sob a estabilidade do material está relacionado a vários fatores, tais como cargas atômicas parciais, arranjo colunar ou natureza das cadeias laterais, e os resultados não são tão diretos como quando se compara as orientações entre colunas. Outro tópico investigado foi o comportamento do material durante a transição da fase colunar para a fase desordenada. As colunas podem se desmontar em três diferentes formas: elas podem completamente se desintegrar rapidamente, podem primeiro se desintegrar lentamente e então perder a ordem colunar ou primeiro perdem a ordem colunar e então se desmontam em um processo demorado. Tais comportamentos estão associados com as interações dentro e entre colunas.

Disposição de resíduos gerados em estações de tratamento de água em estações de tratamento de esgoto

O presente trabalho foi realizado em duas fases. Na primeira, foram estimados os efeitos produzidos nos decantadores primários de uma ETE, após receber resíduo da ETA-SC, que utiliza sulfato de alumínio como coagulante. Foram realizados ensaios em colunas de sedimentação, onde os parâmetros SST, SSV, cor, turbidez, DQO, coliformes totais, Escherichia coli e parasitas, pesquisados no sobrenadante, diminuíram com o aumento da quantidade de resíduo adicionado. Com relação aos sedimentos obtidos nas colunas de sedimentação, foi encontrada maior quantidade de ST e menor resistência específica nos lodos provenientes das colunas que receberam os resíduos da ETA-SC. No teste de atividade metanogênica, a concentração molar de metano foi reduzida nos sistemas que receberam resíduo da ETA-SC, influenciando negativamente no desenvolvimento dos microrganismos metanogênicas. As espécies de microrganismos do gênero Methanothrix sp foram inibidas, sendo encontradas em maior número no frasco-reator controle e em menor quantidade a medida que se aumentou a quantidade do resíduo adicionado. Nesta etapa foi constatado que o resíduo da ETA-SC poderá apresentar interferências negativas sobre a digestão anaeróbia do lodo produzido em decantadores primários de uma ETE. Na segunda fase, na estação piloto, composta de lagoa de aeração seguida de lagoa de sedimentação, que recebeu resíduo da ETA-Fonte, que utiliza cloreto férrico como coagulante, foi verificado que tal resíduo melhorou a qualidade do efluente em termos de DQO, DBO, SST, turbidez, cor, amônio, nitrato, NTK e fosfato total. Os parâmetros ST, SDT, cloreto, nitrito, condutividade e pH não apresentaram diferenças significativas. Em relação ao exame microscópico não houve influências negativas no licor misto das lagoas de aeração. O lodo formado nas lagoas de sedimentação piloto apresentou-se em maior quantidade na lagoa que recebeu resíduo da ETA-Fonte. Neste lodo a resistência específica a filtração foi menor em comparação ao lodo da lagoa que não recebeu resíduo da ETA-Fonte. A desidratação deste lodo por centrifugação necessitou menor quantidade de polieletrólito. Baseado neste estudo não foi verificado interferências que possa impedir o lançamento do resíduo da ETA-Fonte na ETE-Araraquara.

Produtividade na montagem de estruturas de aço para edifícios.

A busca por melhorias de produtividade na indústria da construção civil é fundamental para garantia do crescimento sustentável do setor. Nesse sentido, o uso de estruturas de aço na construção de edifícios aparece como uma alternativa interessante às tradicionais estruturas em concreto armado. Essa dissertação tem por objetivo o estudo da produtividade da mão de obra e de equipamentos de içamento na montagem de estruturas de aço para edifícios de múltiplos pavimentos, buscando comprovar a hipótese de que essa produtividade varia em conjunto com alguns fatores que podem ser identificados e que essa variação pode ser quantificada. A pesquisa foi realizada segundo metodologia de Estudo de Caso, sendo que cinco obras compuseram o estudo. Como resultados, observa-se que produtividade potencial da mão de obra variou entre 3,33 e 8,23 Hh/peça ou 11,8 e 33,8 Hh/t e que a produtividade potencial dos equipamentos variou entre 0,38 e 0,53 Eqh/peça ou 1,84 e 2,29 Eqh/t, além de terem se encontrado correlações significativas entre os fatores tonelada/peça, disponibilidade do equipamento de içamento e quantidade relativa de pilares e os indicadores de produtividade.

Avaliação da interação entre o persulfato de potássio com solos brasileiros para a utilização da tecnologia de remediação por oxidação química in situ.

Recentemente, o uso de persulfato em processo de oxidação química in situ em áreas contaminadas por compostos orgânicos ganhou notoriedade. Contudo, a matriz sólida do solo pode interagir com o persulfato, favorecendo a formação de radicais livres, evitando o acesso do oxidante até o contaminante devido a oxidação de compostos reduzidos presentes no solo ou ainda pela alteração das propriedades hidráulicas do solo. Essa pesquisa teve como objetivos avaliar se as interações entre a solução de persulfato com três solos brasileiros poderiam eventualmente interferir sua capacidade de oxidação bem como se a interação entre eles poderia alterar as propriedades hidráulicas do solo. Para isso, foram realizados ensaios de oxidação do Latossolo Vermelho (LV), Latossolo Vermelho Amarelo (LVA) e Neossolo Quartzarênico (NQ) com solução de persulfato (1g/L e 14g/L) por meio de ensaios de batelada, bem como a oxidação do LV por solução de persulfato (9g/L e 14g/L) em colunas indeformadas. Os resultados mostraram que o decaimento do persulfato seguiu modelo de primeira ordem e o consumo do oxidante não foi finito. A maior constante da taxa de reação (kobs) foi observada para o reator com LV. Essa maior interação foi decorrente da diferença na composição mineralógica e área específica. A caulinita, a gibbsita e os óxidos de ferro apresentaram maior interação com o persulfato. A redução do pH da solução dos reatores causou a lixiviação do alumínio e do ferro devido a dissolução dos minerais. O ferro mobilizado pode ter participado como catalisador da reação, favorecendo a formação de radicais livres, mas foi o principal responsável pelo consumo do oxidante. Parte do ferro oxidado pode ter sido precipitado como óxido cristalino favorecendo a obstrução dos poros. Devido à maior relação entre massa de persulfato e massa de solo, a constante kobs obtida no ensaio com coluna foi 23 vezes maior do que a obtida no ensaio de batelada, mesmo utilizando concentração 1,5 vezes menor no ensaio com coluna. Houve redução na condutividade hidráulica do solo e o fluxo da água mostrou-se heterogêneo após a oxidação devido a mudanças na estrutura dos minerais. Para a remediação de áreas com predomínio de solos tropicais, especialmente do LV, pode ocorrer a formação de radicais livres, mas pode haver um consumo acentuado e não finito do oxidante. Verifica-se que o pH da solução não deve ser inferior a 5 afim de evitar a mobilização de metais para a água subterrânea e eventual obstrução dos poros por meio da desagregação dos grãos de argila.

Estudo da remediação de um aquífero contaminado com sulfato e metais através de barreira reativa permeável orgânica.

Este trabalho teve como objetivo geral estudar a viabilidade técnica de utilizar bagaço de cana como meio reativo de barreiras reativas permeáveis (BRP) para remoção de sulfato e metais de águas subterrâneas contaminadas. O estudo baseou-se em investigação experimental, por meio de ensaios laboratoriais de coluna, e em modelagem matemática, para a qual utilizaram-se também alguns dados obtidos em um estudo de caso de uma unidade industrial contaminada com sulfato e metais. Neste local contaminado, as características hidrogeológicas e topográficas propiciam a utilização de uma barreira reativa permeável como técnica de remediação. Barreiras reativas permeáveis são uma alternativa para remediação de águas subterrâneas que vem progredindo rapidamente na última década, a partir de ensaios de bancada e coluna em laboratório para implementação em escala real em campo. Três colunas bióticas foram montadas utilizando bagaço de cana como meio reativo e um material de base poroso constituído de areia e cascalho para fornecer adequada condutividade hidráulica, com a proporção de 1:28 em massa seca. Também foi adicionado ao meio reativo um inóculo bacteriano composto por esterco bovino dissolvido. Uma quarta coluna, sem inóculo e contendo um agente biocida, compôs o experimento branco (abiótico). Uma solução sintética foi introduzida nas colunas simulando condições da água subterrânea do estudo de caso, com velocidade de Darcy em torno de 2,0x10-7 m/s composta por sulfato e metais (zinco e níquel) com concentrações de 6.000 mg/L e 15 mg/L, respectivamente. Os resultados das análises da fase líquida das colunas bióticas apresentaram: (i) média da taxa de remoção de sulfato durante todo o tempo do experimento de 49 mg/L/dia; (ii) as concentrações de Zn e Ni diminuíram de 15 mg/L para valores não detectáveis pela técnica analítica utilizada (< 0,01 mg/L); (iii) aumento do pH de 5.5-5.8 para valores entre 6,8-8,0; (iv) redução do valor do potencial de óxido redução (Eh) para valores de até -200mV. Não foram observadas reduções das concentrações de metais e sulfato na fase líquida da coluna abiótica e os valores de pH e Eh permaneceram dentro das faixas iniciais. Análises nas fases sólidas das colunas bióticas por MEV e EDS após o término do experimento identificaram a presença de Ni, Zn, S e Mn, indicando a precipitação desses metais em forma de sulfetos. Estes elementos não foram detectados na fase sólida da coluna abiótica. Assim, pôde-se inferir que toda a remoção de sulfato verificada nas colunas bióticas pode ser atribuída a redução bacteriana de sulfato. A partir das condições experimentais dos ensaios, foi realizada a modelagem e o dimensionamento da BRP. Para a estimativa da cinética de redução de sulfato, aplicou-se a solução analítica de Van Genuchten para transporte de contaminantes com degradação, obtendo-se uma taxa de decaimento de primeira ordem de 0,01 dia-1. A determinação da espessura e tempo de residência da barreira foi realizada considerando que a concentração de sulfato na saída da barreira fosse menor ou igual a 250 mg/L. O resultado do dimensionamento de uma BRP preenchida com bagaço de cana e areia nas proporções de 1:28 em massa seca resultaria em uma BRP de 7,1 m de espessura, com tempo de residência de 950 dias, no local de estudo de caso. Caso fosse utilizado o dobro da proporção de bagaço de cana e areia em massa seca (1:14), a implantação da BRP apresentar-se-ia viável, com espessura aproximada de 4 m. Através destes resultados, pôde ser comprovada a hipótese de que bagaço de cana como substrato e esterco bovino como inóculo compõem um meio reativo viável para a redução de sulfato e precipitação de metais em uma BRP.

High speed imaging and algorithms for non invasive vibrations measurement

Comunicación presentada en EVACES 2011, 4th International Conference on Experimental Vibration Analysis for Civil Engineering Structures, Varenna (Lecco), Italy, October 3-5, 2011.

Review and extension of the McCabe-Thiele method covering multiple feeds, products and heat transfer stages

The McCabe-Thiele method is a classical approximate graphical method for the conceptual design of binary distillation columns which is still widely used, mainly for didactical purposes, though it is also valuable for quick preliminary calculations. Nevertheless, no complete description of the method has been found and situations such as different thermal feed conditions, multiple feeds, possibilities to extract by-products or to add or remove heat, are not always considered. In the present work we provide a systematic analysis of such situations by developing the generalized equations for: a) the operating lines (OL) of each sector, and b) the changeover line that provides the connection between two consecutive trays of the corresponding sectors separated by a lateral stream of feed, product, or a heat removal or addition.

Some examples of modeling in chemical engineering: thermal treatment of polymers, phase equilibrium calculations and process design

Presentation submitted to PSE Seminar, Chemical Engineering Department, Center for Advanced Process Design-making (CAPD), Carnegie Mellon University, Pittsburgh (USA), October 2012.

Optimal synthesis of thermally coupled distillation sequences using a novel MILP approach

This paper introduces a novel MILP approach for the design of distillation columns sequences of zeotropic mixtures that explicitly include from conventional to fully thermally coupled sequences and divided wall columns with a single wall. The model is based on the use of two superstructure levels. In the upper level a superstructure that includes all the basic sequences of separation tasks is postulated. The lower level is an extended tree that explicitly includes different thermal states and compositions of the feed to a given separation task. In that way, it is possible to a priori optimize all the possible separation tasks involved in the superstructure. A set of logical relationships relates the feasible sequences with the optimized tasks in the extended tree resulting in a MILP to select the optimal sequence. The performance of the model in terms of robustness and computational time is illustrated with several examples.

Chandra and Suzaku observations of the Be/X-ray star HD110432

We present an analysis of a pointed 141 ks Chandra high-resolution transmission gratings observation of the Be X-ray emitting star HD110432, a prominent member of the γ Cas analogs. This observation represents the first high-resolution spectrum taken for this source as well as the longest uninterrupted observation of any γ Cas analog. The Chandra light curve shows a high variability but its analysis fails to detect any coherent periodicity up to a frequency of 0.05 Hz. Hardness ratio versus intensity analyses demonstrate that the relative contributions of the [1.5-3] Å, [3-6] Å, and [6-16] Å energy bands to the total flux change rapidly in the short term. The analysis of the Chandra High Energy Transmission Grating (HETG) spectrum shows that, to correctly describe the spectrum, three model components are needed. Two of those components are optically thin thermal plasmas of different temperatures (kT ≈ 8-9 and 0.2-0.3 keV, respectively) described by the models vmekal or bvapec. The Fe abundance in each of these two components appears equal within the errors and is slightly subsolar with Z ≈ 0.75 Z ☉. The bvapec model better describes the Fe L transitions, although it cannot fit well the Na XI Lyα line at 10.02 Å, which appears to be overabundant. Two different models seem to describe well the third component. One possibility is a third hot optically thin thermal plasma at kT = 16-21 keV with an Fe abundance Z ≈ 0.3 Z ☉, definitely smaller than for the other two thermal components. Furthermore, the bvapec model describes well the Fe K shell transitions because it accounts for the turbulence broadening of the Fe XXV and Fe XXVI lines with a v turb ≈ 1200 km s–1. These two lines, contributed mainly by the hot thermal plasma, are significantly wider than the Fe Kα line whose FWHM < 5 mÅ is not resolved by Chandra. Alternatively, the third component can be described by a power law with a photon index of Γ = 1.56. In either case, the Chandra HETG spectrum establishes that each one of these components must be modified by distinct absorption columns. The analysis of a noncontemporaneous 25 ks Suzaku observation shows the presence of a hard tail extending up to at least 33 keV. The Suzaku spectrum is described with the sum of two components: an optically thin thermal plasma at kT ≈ 9 keV and Z ≈ 0.74 Z ☉, and a very hot second plasma with kT ≈ 33 keV or, alternatively, a power law with photon index of Γ = 1.58. In either case, each one of the two components must be affected by different absorption columns. Therefore, the kT = 8-9 keV component is definitely needed while the nature of the harder emission cannot be unambiguously established with the present data sets. The analysis of the Si XIII and S XV He-like triplets present in the Chandra spectrum points to a very dense (ne ~ 1013 cm–3) plasma located either close to the stellar surface (r < 3R *) of the Be star or, alternatively, very close (r ~ 1.5R WD) to the surface of a (hypothetical) white dwarf companion. We argue, however, that the available data support the first scenario.

Logic hybrid simulation-optimization algorithm for distillation design

In this paper, we propose a novel algorithm for the rigorous design of distillation columns that integrates a process simulator in a generalized disjunctive programming formulation. The optimal distillation column, or column sequence, is obtained by selecting, for each column section, among a set of column sections with different number of theoretical trays. The selection of thermodynamic models, properties estimation etc., are all in the simulation environment. All the numerical issues related to the convergence of distillation columns (or column sections) are also maintained in the simulation environment. The model is formulated as a Generalized Disjunctive Programming (GDP) problem and solved using the logic based outer approximation algorithm without MINLP reformulation. Some examples involving from a single column to thermally coupled sequence or extractive distillation shows the performance of the new algorithm.

A new technique for recovering energy in thermally coupled distillation using vapor recompression cycles

Even though it has been proved that a fully thermally coupled distillation (TCD) system minimizes the energy used by a sequence of columns, it is well-known that vapor/liquid transfers between different sections produce an unavoidable excess of vapor (liquid) in some of them, increasing both the investment and operating costs. It is proposed here to take advantage of this situation by extracting the extra vapor/liquid and subjecting it to a direct/reverse vapor compression cycle. This new arrangement restores the optimal operating conditions of some of the affected sections with energy savings of around 20–30% compared with conventional TCD columns. Various examples, including the direct and reverse vapor recompression cycles, are presented. Furthermore, in each example, all possible modes of distillation (direct, indirect and Petlyuk distillation) with and without vapor recompression cycles (VRC) are compared to ensure that this approach delivers the best results.

Characterization of the instability mechanisms affecting slopes on carbonatic Flysch: Alicante (SE Spain), case study

The studied Flysch sequence of Alicante occupies a widely populated area crossed by main communication routes. The slopes existing on this area usually suffer slope instabilities that cause substantial damage and a very high maintenance cost. In order to assess the type of instability mechanisms affecting these heterogeneous carbonatic slopes, in this paper a wide inventory of 194 Flysch rock slopes has been performed, reporting the existing lithologies, their competence and their relative arrangement and the geometrical relationship between bedding and the slope and the associated instability mechanism. All these data have been jointly used for performing an instability mechanisms characterization. For systematically characterizing the wide type of complex rock exposures existing in the study area, they are divided into basic units referred as lithological pattern columns to which the different observed instability mechanisms are associated. Inventoried instability mechanisms are diverse and sometimes are combined with each other. Rockfalls are a very common instability mechanism associated to the differential weathering and sapping of the marly lithologies which are present in a wide number of geometrical combinations. The other instability mechanisms closely depend on the combination of the geometrical and lithological parameters. Therefore, this work provides a new basic tool which can be easily used during preliminary project stages for knowing the instability mechanisms which can affect rock slopes excavated on carbonatic Flysch heterogeneous geological formations.