Estudo numérico de uma técnica de redução de esforços numa estrutura cilíndrica circular

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Comportamento aerodinâmico e efeito de enrijecimento externo em silos cilíndricos sob a ação do vento

Os silos metálicos, quando vazios, são suscetíveis ao amassamento das chapas do corpo cilíndrico pela ação do vento. Este trabalho compara os efeitos do enrijecimento interno e externo com colunas, no comportamento aerodinâmico de silos cilíndricos com telhado cônico. Os estudos teóricos conduziram a ensaios em túnel de vento, que foram realizados em dois tipos de modelos reduzidos: um com superfície lisa (enrijecimento interno) e o outro com superfície nervurada (enrijecimento externo), ambos em duas relações geométricas de altura/diâmetro do cilindro (0,5 e 1,0) e inclinação da cobertura cônica de 27º. Com base nos ensaios, foram obtidos os coeficientes de pressão externa e os coeficientes de arrasto nos cilindros, bem como os coeficientes de arrasto e de sustentação na cobertura. Com isso, identificou-se o melhor tipo de enrijecimento ao projeto otimizado de silos para resistir adequadamente à ação do vento. O resultado final é um conjunto de dados atualizado, oriundo de ensaios com características de semelhança geométrica e aerodinâmica definidas, que é aplicável a qualquer tipo de silo cilíndrico.

Estudo da instabilidade de feixes de condutores em linhas aéreas de transmissão

A demanda de energia elétrica tem aumentado consideravelmente com o observado crescimento da atividade industrial, exigindo o desenvolvimento de novas tecnologias para aumentar a capacidade de transporte de energia por linha. Neste sentido, as linhas de transmissão de alta voltagem, anteriormente formadas por condutores isolados, podem ter a sua capacidade expressivamente incrementada dispondo-se os condutores em feixes, ou seja, com mais de um condutor por fase. A ação do vento nos condutores em forma de feixes originam problemas vibratórios diferentes daqueles comumente encontrados em condutores isolados. Além de oscilações por galope e desprendimento de vórtices, feixes são suscetíveis a oscilações de baixa freqüência causada pelo efeito de interferência das esteiras entre os condutores. Estas oscilações são de dois tipos: (i) movimento de sub-vão, que é característico do condutor a sotavento, o qual pode-se deslocar independentemente dos outros condutores vizinhos, e (ii) movimento de vão completo, no qual movimentos do feixe ocorrem no vão compreendido entre as torres de suporte. Alguns trabalhos na literatura consideram os movimentos de vão completo em condutores coberto por gelo, mas pouca informação se tem sobre o estudo de oscilações em feixes sem a presença de gelo. Devido a complexidade destes fenômenos, não há ainda critérios claros quanto à estabilidade do feixe para as configurações usuais de linhas deste tipo. Este trabalho tem então como objetivo inicial apresentar as principais características dinâmicas de condutores isolados e em feixes. Além disso, apresentar uma análise dos parâmetros que influenciam os movimentos, dentre os quais são citados: características do terreno, velocidade e turbulência do vento, número e arranjo dos condutores, rugosidade do condutor, espaçamento entre condutores, inclinação do feixe, sistemas de espaçadores e de suspensão, tração do condutor, freqüências naturais e efeito de flecha. Ensaios em túnel de vento são normalmente realizados com o propósito de obter-se dados de tipos específicos de condutores e configurações de feixes de condutores. Posteriormente, estes dados podem ser utilizados na análise teórica dos movimentos dos condutores a fim de prever-se a estabilidade dos mesmos. Neste trabalho foram projetados experimentos do tipo estático, que permitiram a obtenção dos coeficientes aerodinâmicos e suas derivadas em relação aos ângulos de incidência do vento em feixes de cabos. Para isto utilizaram-se duas células de carga com extensômetros, onde em uma delas mediu-se diretamente as forças de arrasto e de sustentação e na outra os momentos de torção. Os experimentos foram conduzidos no túnel de vento Prof. Joaquim Blessmann, da UFRGS. Os modelos eram compostos por condutores rígidos de pequeno comprimento que estavam dispostos isoladamente, em feixe de 02 cabos dispostos lado-a-lado ou em feixes de 04 cabos dispostos na configuração de um quadrado. Os ensaios foram realizados para diferentes espaçamentos entre os cabos (10, 14, 18 e 22 diâmetros), para diversos ângulos de inclinação do feixe (0o a 45o) e ainda para diferentes velocidades e condições de escoamento (suave ou turbulento). Os ensaios foram realizados com cabos lisos e cabos do tipo Rook ACSR 24/7, a fim de analisar-se a influência da rugosidade no comportamento dos modelos. Adicionalmente, foi desenvolvida uma aplicação da análise do problema de instabilidade dinâmica através da utilização de equações linearizadas do movimento de condutores em feixe. A partir destas equações, determinam-se as regiões de instabilidade das oscilações de vão completo, em feixes de dois e quatro condutores. Os coeficientes aerodinâmicos utilizados nestas equações foram aqueles determinados nos ensaios no túnel de vento Prof. Blessmann. Finalmente, o conhecimento da influência dos parâmetros vinculados as características do feixe, vão e vento incidente nos coeficientes aerodinâmicos e na conseqüente estabilidade do feixe, possibilita a determinação de alguns critérios de projeto que garantam maior estabilidade dos feixes de condutores.

Determinação das características aerodinâmicas de seções transversais de pontes em túnel de vento

A construção de grandes pontes, em especial estaiadas e suspensas, tornou-se mais freqüente nos últimos anos, inclusive no Brasil. O vento constitui-se em uma das principais ações neste tipo de estrutura, sendo fator determinante nas condições de estabilidade da mesma. A forma da seção transversal tem caráter decisivo na determinação dos parâmetros de projeto e, por esta razão, o estudo da ação do vento e sua interação com a ponte devem ser levados em conta na fase de projeto. O objetivo deste trabalho é gerar conhecimento específico sobre a influência da forma da seção transversal de pontes nas características aerodinâmicas estáticas (coeficientes aerodinâmicos), bem como estudar a tendência destas seções a apresentar um tipo de instabilidade estática chamada de divergência torsional. Os coeficientes aerodinâmicos, numa primeira etapa, foram determinados através de estudo experimental de oito formas de seções transversais de pontes em túnel de vento. Na segunda etapa, com base nos resultados da primeira, foi analisada por método analítico a tendência destas seções a apresentar divergência torsional. Os resultados dos coeficientes aerodinâmicos foram coerentes do ponto de vista aerodinâmico. No que se refere à influência da forma da seção transversal, observou-se que as formas mais aerodinâmicas realmente apresentam melhores resultados, isto é, coeficientes aerodinâmicos menores. Quanto à divergência torsional, segundo os resultados obtidos neste trabalho, verificou-se que este fenômeno não constitui um problema para as estruturas de seções de tabuleiros de pontes na faixa de velocidades de vento reais.

Determinação da resposta dinâmica de feixes de condutores em linhas aéreas de transmissão

Até os dias de hoje, a abordagem estática tem sido a usualmente empregada para a avaliação da resposta de cabos de Linhas de Transmissão (LTs), apesar da resposta dinâmica ser, em muitos casos, reconhecidamente importante na avaliação do desempenho dos cabos. Para uma análise completa, não se pode desconhecer a natureza dinâmica da maioria dos fenômenos a que as LTs estão submetidas, sendo exemplos típicos as excitações mecânicas causadas pela ação do vento (carregamentos de baixa e alta freqüência) e a ruptura de cabos. Cabe salientar que mesmo a análise estática empregada tem sido simplificada, considerando normalmente apenas casos contemplados com soluções analíticas. A justificativa para emprego da análise estática baseia-se no menor esforço numérico exigido. Entretanto, essa justificativa já não se sustenta dado os grandes avanços na área computacional, possibilitando o estudo do desempenho de LTs na ocorrência de fenômenos que provocam carregamentos dinâmicos. Adicionalmente, há uma crescente demanda para que se obtenha um melhor entendimento de muitas questões relativas ao comportamento dinâmico das LTs, que possam explicar desempenhos observados e/ou sustentar o desenvolvimento de novas alternativas mais arrojadas de projeto e construção Entre os diversos métodos utilizados na engenharia estrutural, a integração direta das equações do movimento, através de métodos numéricos como as diferenças finitas centrais, se constitui numa poderosa ferramenta de cálculo. Esta ferramenta possibilita o tratamento de problemas envolvendo não linearidades geométricas e do material, como são os casos onde se avalia a resposta de cabos suspensos submetidos a carregamentos variáveis no tempo. Esta pesquisa objetiva a aplicação do método da integração direta das equações do movimento na análise de feixes de cabos de LT, quando submetidos à ação de carregamentos mecânicos variáveis no tempo, principalmente à excitação de ventos oriundos de fenômenos com natureza complexa (tormentas elétricas, por exemplo). É apresentado um método para determinar a resposta dinâmica de feixes que considera a interação entre o vento incidente e o movimento do condutor. A solução é obtida por integração numérica, no domínio do tempo, das equações de movimento de um modelo tridimensional não-linear discreto de feixe, as quais definem as forças nos espaçadores e cabos através de coeficientes aerodinâmicos obtidos experimentalmente. Também são apresentados modelos dos fenômenos meteorológicos mais comuns em nosso país (Brasil): tormenta extratropical (EPS) e tormenta elétrica (TS) Como ilustração, são apresentados exemplos de modelagem de vãos de LTs com condutor singelo e com feixes de condutores. Os exemplos demonstram a capacidade de avaliação de Estados Limites relacionados à distância relativa entre subcondutores, à estabilidade do feixe, à representação das suas propriedades e ao comportamento dinâmico, bem como aos carregamentos transmitidos às estruturas. A análise emprega conhecidas relações constitutivas para representar o comportamento tensão-deformação dos cabos. O enfoque utilizado possibilita a avaliação mais precisa de casos reais que ainda não podiam ser convenientemente tratados, além de permitir a extensão para estudos bem mais complexos, tais como feixes com disposições assimétricas.

Simulación numérica del cruce de trenes: combinación de un método de reducción del modelo con una implementación de los elementos de contorno

En este artículo se presentan los resultados obtenidos con un método aproximado para calcular las historias temporales de los coeficientes aerodinámicos correspondientes a las fuerzas y los momentos a que están sometidos los coches de cabeza durante el cruce de dos trenes de alta velocidad al aire libre.

Investigación de fenómenos de galope en cuerpos de diversa sección transversal

Los fenómenos aeroelásticos son relativamente frecuentes en las construcciones civiles modernas como edificios de oficinas, terminales de aeropuertos o fábricas. En este tipo de arquitectura aparecen con frecuencia estructuras flexibles sometidas a la acción del viento, como por ejemplo persianas formadas por láminas con distintos perfiles. Uno de estos perfiles es el perfil en Z, formado por un elemento central y dos alas laterales. Las inestabilidades de tipo galope se determinan en la práctica utilizando el criterio Glauert-Den Hartog. Este criterio precisa de la predicción exacta de la dependencia de los coeficientes aerodinámicos del ángulo de ataque. En esta tesis se presenta un estudio sistemático, tanto por métodos experimentales como numéricos de una familia completa de perfiles en Z que permite determinar sus regiones de inestabilidad frente al galope. Los análisis numéricos han sido validados con ensayos estáticos realizados en túnel de viento. Para la parte numérica se ha utilizado el código DLR TAU, que es un código de amplia utilización en la industria aeronáutica europea. En esta tesis se enfoca sobre todo a la predicción del galope en este tipo de perfiles en Z. Los resultados se presentan en forma de mapas de estabilidad. A lo largo del trabajo se realizan también comparaciones entre resultados numéricos y experimentales para varios niveles de detalle de las mallas empleadas y diversos modelos de turbulencia. ABSTRACT Aeroelastic effects are relatively common in the design of modern civil constructions such as office blocks, airport terminal buildings, and factories. Typical flexible structures exposed to the action of wind are shading devices, normally slats or louvers. A typical cross-section for such elements is a Z-shaped profile,made out of a central web and two-sidewings. Galloping instabilities are often determined in practice using the Glauert-DenHartog criterion.This criterion relies on accurate predictions of the dependence of the aerodynamic force coefficients with the angle of attack. The results of a parametric analysis based on both experimental and numerical analysis and performed on different Z-shaped louvers to determine translational galloping instability regions are presented in this thesis. These numerical analysis results have been validated with a parametric analysis of Z-shaped profiles based on static wind tunnel tests. In order to perform this validation, the DLR TAU Code, which is a standard code within the European aeronautical industry, has been used. This study highlights the focus on the numerical prediction of the effect of galloping, which is shown in a visible way, through stability maps. Comparisons between numerical and experimental data are presented with respect to various meshes and turbulence models.

Aumento do poder discriminatório de indicadores de saúde (coeficientes de mortalidade geral e mortalidade infantil)

Foi feito estudo demonstrando o aumento do poder discriminatório dos dois coeficientes sanitários mais facilmente calculados em todas as áreas do mundo: o coeficiente de mortalidade geral e o coeficiente da mortalidade infantil. A maneira de se obter esse aumento do poder discriminatório consiste em se calcular a diferença entre estes dois coeficientes de mortalidade. Analisada estatisticamente, usando dados de países desenvolvidos e em desenvolvimento na mesma época e em épocas diversas, essa diferença demonstrou ser mais discriminatória que qualquer um dos dois isoladamente e quando usada juntamente com um dos dois ou com ambos aumenta significativamente o poder de discriminação.

Estimativa dos coeficientes específicos de mortalidade infantil segundo peso ao nascer no município de São Paulo (Brasil)

Foi estimada a distribuição do peso ao nascer da coorte dos recém-nascidos que deu origem aos óbitos infantis estudados pela Investigação Interamericana de Mortalidade na Infância no projeto de São Paulo (1968-70) e determinados os riscos de óbito associados a cada intervalo de peso de nascimento. Assim, foram apurados coeficientes de mortalidade infantil de 305,5, 50,2 e 34,4 para recém-nascidos de baixo peso, peso deficiente e peso superior a 3.000 g. A comparação destes coeficientes com os registrados na área americana incluída na investigação citada (Califórnia), revelou excesso de mortalidade, particularmente notável não para os recém-nascidos de baixo peso, mas para os recém-nascidos de peso superior a 3.000 g. O ajuste da mortalidade de São Paulo (Brasil) à distribuição do peso ao nascer observada na Califórnia foi capaz de explicar 15% do excesso da mortalidade infantil e 21% do excesso da mortalidade neonatal de São Paulo.

Avaliação acústica de edifícios habitacionais - análise dos coeficientes de ponderação associados aos índices de desempenho acústico de habitações

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

Determinação de coeficientes de impulsos sísmicos recorrendo à análise limite numérica

O colapso de muros de suporte de terras em regiões sujeitas a ação de sismos é, em muitos casos, provocada por um insuficiente dimensionamento da estrutura de suporte. Por essa razão, o conhecimento de impulsos sísmicos por detrás de estruturas rígidas de suporte de terras é da máxima importância. Com isto, utilizou-se um software de elementos finitos - Sublim3D, apli-cando um dos teoremas da Análise Limite. Este programa determina limites superiores estritos de cargas de colapso e tem como base de sua formulação o Teorema Cinemático. Explorando as características deste software, analisa-se a qualidade da solução dos coeficientes de impulso ativos sísmicos, comparando com as soluções de Mononobe-Okabe e outras propostas existen-tes. Os efeitos do declive da superfície do aterro, da inclinação do muro com o atrito solo-estrutura, o ângulo de resistência ao corte e a aceleração sísmica horizontal e vertical em função do coeficiente de impulso ativo sísmico também foram analisados.

Inter-relações entre as propriedades físicas e os coeficientes da curva de retenção de água de um latossolo sob diferentes sistemas de uso

O comportamento físico e hídrico do solo fundamenta as práticas de seu uso e manejo. O objetivo deste trabalho foi avaliar as inter-relações entre as propriedades físicas e os coeficientes da curva de retenção de água de um Latossolo Vermelho distrófico sob diferentes sistemas de uso. Em 2004, foram selecionadas três áreas contíguas utilizadas por mais de vinte anos com mata (nativa), pousio (Brachiaria decumbens) e cultivo (culturas anuais). Foram coletadas 25 amostras de solo com estrutura não deformada na camada de 0-0,15 m de profundidade, que foram utilizadas para determinação das curvas de retenção de água do solo. As curvas de retenção de água foram ajustadas pela equação de van Genuchten, obtendo-se os coeficientes qs, qr, a e n. Também foram mensuradas as variáveis densidade do solo, teor de C orgânico e teor de argila do solo (grupo I). Essas variáveis e os coeficientes das curvas de retenção do solo (grupo II) foram submetidos às análises de correlações canônicas. Verificou-se que a intensificação do uso do solo (mata, pousio e cultivo) resultou em maiores valores de densidade do solo e na redução dos teores de C orgânico e argila. O primeiro par das variáveis canônicas indicou dependência de qs em relação a densidade, e o segundo par distinguiu os sistemas de uso do solo verificado pela dependência de qr em relação aos teores de argila e de C orgânico. As modificações dos teores de C orgânico e da densidade do solo sugerem a degradação da qualidade física e hídrica do solo.

Novo método de classificação de coeficientes de variação para a cultura do arroz de terras altas

A avaliação de coeficientes de variação (CV) como medida de precisão em experimentos tem sido realizada em diversas culturas, com alguns trabalhos propondo métodos para obtenção de faixas de classificação de CV, e outros trabalhos definindo as faixas de classificação, sempre com base na média e no desvio-padrão dos CVs, e pressupondo que os mesmos têm distribuição normal, o que nem sempre é verdadeiro. Este trabalho teve por objetivo propor um método para definir faixas de classificação de CV, independentemente da distribuição que possam apresentar; o método é baseado no uso da mediana (Md) e do pseudo-sigma (PS). Utilizaramse, para este estudo, dados de 110 experimentos com arroz de terras altas, delineados em blocos completos casualizados, blocos incompletos generalizados, e reticulados quadrados, selecionandose os caracteres relacionados às doenças, ao acamamento, ao rendimento de grãos e a alguns componentes da produção. Foram construídas faixas de classificação de CV de cada caráter estudado, de forma geral e considerando o delineamento experimental empregado em experimentos com 30 a 100 tratamentos. O método proposto é eficiente para a definição de faixas dos CVs, independentemente de sua distribuição, e a variação nos valores do CV evidencia a importância de se considerar não só a variável em estudo, mas também o delineamento experimental utilizado. Experimentos que apresentaram menores CVs foram aqueles em que se empregaram os Delineamentos de Blocos Incompletos. As variáveis relacionadas às doenças e ao acamamento apresentam maiores coeficientes de variação.

Proposta de classificação dos coeficientes de variação em relação à produtividade e altura da planta de soja

O objetivo deste trabalho foi definir classificações de coeficientes de variação para produtividade e altura da planta de soja. Os dados foram obtidos de ensaios intermediários e finais realizados nos estados do Paraná e do Mato Grosso. Foram realizadas classificações distintas para cada localização e ciclo reprodutivo. Considerando-se a média e o desvio-padrão dos coeficientes de variação obtidos das análises de variância dos ensaios, os coeficientes foram classificados como baixo, médio, alto e muito alto. Uma classificação adicional foi feita utilizando a mediana e o pseudo-sigma, em substituição à média e ao desvio-padrão, respectivamente. A classificação dos coeficientes de variação dependeu do caráter e da localização, mas não variou muito em razão do ciclo reprodutivo. Os critérios adotados (média e desvio-padrão ou mediana e pseudo-sigma) foram semelhantes (independentemente da distribuição dos coeficientes de variação) e satisfatórios para determinar a precisão experimental. O limite máximo de coeficiente de variação aceitável para produtividade é de 16% e para altura da planta é de 12%.