Autor: Universidade Federal do Rio de Janeiro

Título

ESTUDO COMPARATIVO DE FLUIDOS DE TRABALHO E ANÁLISE EXERGÉTICA DE UM CICLO RANKINE ORGÂNICO PARA CONSTRUÇÃO DE UM PROTÓTIPO DE PLANTA CSP PARA O CAMPUS UFRJ-MACAÉ

Orientador(a)

Orientadora: Prof. Dr. Diego Cunha Malagueta

Resumo

O presente trabalho objetiva a seleção de fluidos orgânicos para operarem num Ciclo Rankine Orgânico entre as temperaturas de 180ºC e 200ºC para um protótipo de planta de concentradores solares com 5kW de potência útil no campus UFRJ-Macaé, dando enfoque na análise e comparação termodinâmica e de segurança de cada fluido de trabalho. As soluções do equacionamento proposto foram encontradas por meio de um software com diversas propriedades termodinâmicas de fluidos pré disponíveis em catalogo. Uma análise quantitativa em conjunto com uma qualitativa são seguidas a fim escolher e modelar os fluidos de trabalho que operem um Ciclo Rankine Orgânico. Como resultado final deste trabalho, foi possível escolher o melhor fluido dentre os apresentados, de acordo com as necessidades do projeto. Com a apresentação de análises e comentários referentes aos resultados e metodologias utilizadas espera-se contribuir para a fabricação deste protótipo, incentivando a nacionalização dos componentes de uma planta CSP-ORC.

Abstract

 The present project aims at the selection of organic fluids to operate in an Organic Rankine Cycle between temperatures of 180ºC and 200ºC for a prototype of concentrated solar power plant with 5kW of useful power in the UFRJ-Macaé campus, focusing on the analysis and thermodynamic and comparison of safety of each working fluid. The solutions of the proposed equation were found by means of a software with several thermodynamic properties of fluids pre available in catalog. A quantitative analysis in conjunction with a qualitative one is followed in order to choose and model the working fluids that operate an Organic Rankine Cycle. As the final result of this project, it was possible to choose the best fluid among those presented, according to the needs of the project. With the presentation of analyzes and comments regarding the results and methodologies used, it is expected to contribute to the manufacture of this prototype, encouraging the nationalization of the components of a CSP-ORC plant.

Título

ANÁLISE ESTRUTURAL DE UM MODELO PARA SUPORTE DE FERRAMENTAS PELO MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS UTILIZANDO O PROGRAMA ABAQUS

Orientador(a)

Orientadora: Prof. D.Sc. Marcelo Costa Cardoso

Resumo

Neste trabalho, foi avaliado um modelo para suporte de ferramentas através da análise de tensão por meio dos elementos finitos utilizando o programa Abaqus, de acordo com as requisições da empresa proprietária. Como as propriedades mecânicas dos materiais são de suma importância para esta análise, foi possível realizar a inspeção dos corpos de prova por líquido penetrante a fim de garantir a eficácia do ensaio de tração, conforme a norma ASTM E8/E8M, para determinar o limite de escoamento do material utilizado no modelo. Após esta etapa, foi realizado um teste de carga e ensaios de inspeção visual e por partículas magnéticas nas juntas soldadas do modelo para sua validação. O material recebido foi uma viga utilizada na construção do protótipo, usinando os corpos de prova também seguindo a norma ASTM E8/E8M. Observou-se que o ensaio por líquido penetrante se mostrou eficiente na detecção das descontinuidades superficiais dos corpos de prova. A simulação feita no modelo se deu satisfatória, levando em consideração os requisitos pré-estabelecidos. Além disso, o teste de carga realizado foi aprovado, pois não houve deformações plásticas e nenhuma descontinuidade foi detectada pelas inspeções visuais e por partículas magnéticas nas juntas soldadas devido à sobrecarga da estrutura.

Abstract

In this project, a prototype was evaluated by stress analysis through finite elements method using the Abaqus Software, according to the third party’s requirements. As the material’s mechanical properties are very important for this analysis, it was possible to accomplish the inspection of specimens by dye penetrant test to guarantee the efficiency of tensile testing, as set by norm ASTM E8/E8M, to determine the yield limit of the material used in the model. After this stage, a loading test and visual inspection tests by magnetic particles were performed in the model’s welded joints for its validation. The material received was a beam used in the assembly of the prototype, by machining the specimens also according to the norm ASTM E8/E8M. It was observed that dye penetrant testing showed itself efficient for the detection of superficial discontinuities of the specimens.

Título

  FILTRAÇÃO LENTA DOMICILIAR COMO PROPOSTA PARA O TRATAMENTO DE ÁGUA EM UMA COMUNIDADE RURAL: ESTUDO DE CASO NO ACAMPAMENTO DO MST EDSON NOGUEIRA EM MACAÉ/RJ

Orientador(a)

      Orientadora: Beatriz Rohden Becker, M.Sc.

      Coorientadora: Caroline Guilherme, D.Sc.

Resumo

    É devido ao cenário desafiador em que se encontra o abastecimento de água em regiões rurais brasileiras, com índice de atendimento muito abaixo daquele registrado em áreas urbanas, que este trabalho tem por objetivo, a partir da instalação de um filtro lento domiciliar (FLD) piloto, contribuir com o acesso à água potável no Acampamento Edson Nogueira (MST), em Macaé/RJ. Com a instalação do filtro e o seu funcionamento, serão propostas melhorias para o sistema construído, buscando em todas as ações, a participação da comunidade envolvida. Por meio do estudo de caso desenvolvido, descreveu-se o filtro lento domiciliar piloto, construído no Acampamento, bem como os materiais utilizados, a disposição das camadas do filtro e as análises realizadas na água afluente e efluente ao filtro. Apesar de o sistema de tratamento instalado no Acampamento ainda estar sendo analisado quanto a sua eficiência e, algumas oportunidades de melhorias na concepção do filtro piloto e na sua amostragem já terem sido apontadas neste trabalho, é possível dizer que o filtro lento domiciliar é uma tecnologia viável para as comunidades menos favorecidas, por ser de baixo custo e por não requerer mão de obra especializada, além de reduzir a incidência de doenças causadas por veiculação hídrica, melhorando assim, a qualidade de vida da população rural.

Abstract

  Faced with the challenging scenario of water supply in rural regions of Brazil, with an availability rate far below that registered in urban areas, this paper aims to install a pilot of the Biosand Filter, at Camp Edson Nogueira (MST) in Macaé/RJ, to study the feasibility of this water treatment technology, as well as to propose improvements to the built system, as a solution to the lack of access to drinking water. Through the developed case study, the pilot household slow filter was described, built in the camp, as well as the materials used, the layout of the filter layers and the analyses performed on the water affluent and the effluent to the filter. Although the treatment system installed in the Camp is still being analyzed for its efficiency and, some opportunities for improvements in the design of the pilot filter and in its sampling have already been pointed out in this work, it is possible to say that the household Biosand filter is a viable technology for less favoured communities, because it is low cost and does not require skilled labour, in addition to reducing the incidence of diseases caused by water transport, thus improving the life quality of the rural population.

Título

      PROGRAMAS PARA AUXÍLIO AO CÁLCULO ESTRUTURAL EM CONCRETO ARMADO

Orientador(a)

      Orientador: Prof. M.Sc. Anselmo Leal Carneiro

Resumo

    Este trabalho apresenta a elaboração e a utilização de programas gratuitos para auxílio ao projeto de estruturas de concreto armado. A partir das referências teóricas, foram criados algoritmos com linguagem genérica, ilustrando o procedimento de elaboração das principais rotinas dentro dos softwares criados. Os programas visam solucionar os seguintes problemas: verificação da capacidade resistente de seções retangulares em flexão normal simples, verificação e dimensionamento de armadura de punção em lajes lisas e o cálculo de esforços e flechas imediatas em lajes maciças de concreto armado. Para as lajes armadas em uma direção, o trabalho trata do modelo da viga de largura unitária na direção do menor vão. No caso das lajes armadas em duas direções são apresentados os métodos da Teoria das Grelhas, a Teoria de Flexão de Placas e um método alternativo baseado na Teoria de Flexão de Placas. Esses métodos foram comparados através da solução de um exemplo de referência, de modo que o método alternativo apresentou maiores valores para as flechas e para o momento fletor positivo no centro das lajes. No caso do método da Teoria de Flexão de Placas, apresenta-se o método da regressão polinomial utilizado para parametrizar as tabelas de referência, de forma a utilizar as equações obtidas na elaboração do programa. Os softwares foram criados dentro da plataforma gratuita do Microsoft Visual Studio Community 2017, utilizando a linguagem Visual Basic .NET (VB.NET), selecionado por apresentar baixa complexidade e vasto material gratuito disponível. A escolha da criação dos softwares para solucionar os problemas se deu pela falta de alternativas gratuitas disponíveis, além de possibilitar enorme otimização do tempo. A validação dos resultados gerados pelos programas foi verificada a partir da comparação com os resultados retirados de exemplos das referências teóricas. Este trabalho busca, além de produzir ferramentas para auxiliar o projeto estrutural, incentivar na universidade o desenvolvimento de novos programas e aperfeiçoamento dos aqui apresentados.

Abstract

    This work presents the design and use of free programs to aid the design of reinforced concrete structures. From the theoretical references, algorithms were created with generic language, illustrating the procedure of elaboration of the main routines within the created software. The programs aim to solve the following problems: verification of the resistant capacity of rectangular sections in simple normal bending, verification and punching shear design of reinforcement flat slabs and the calculation of immediate stresses and deflections in solid reinforced concrete slabs. For the slabs armed in one direction, the work treats the beam model of unitary width in the direction of the smaller span. In the case of the slabs armed in two directions are presented the methods of Grid Theory, Plate Flexural Theory and an alternative method based on Plate Flexural Theory. These methods were compared through the solution of a reference example, so that the alternative method presented higher values for the arrows and for the positive bending moment at the center of the slabs. In the case of the Plate Flexural Theory method, the polynomial regression method used to parameterize the reference tables is presented, in order to use the equations obtained in the elaboration of the program. The software was created within the free Microsoft Visual Studio Community 2017 platform, using the Visual Basic .NET (VB.NET) language, selected because it presents low complexity and vast free material available. The choice of creating the software to solve the problems was due to the lack of free alternatives available, in addition to allowing enormous optimization of time. The validation of the results generated by the programs was verified from the comparison with the results obtained from examples of the theoretical references. This work seeks not only to produce tools to support the structural project, but also to encourage the university to develop new programs and improve those presented here.

Título

      ANÁLISE DE PATOLOGIAS EM PONTE SOBRE O RIO TIETÊ LOCALIZADA NA REGIÃO DE JAÚ – SP

Orientador(a)

     Orientador: Prof. M.Sc. Anselmo Leal Carneiro

     Coorientadora: Prof. M.Sc. Thais da Silva Rocha

Resumo

    As patologias ocorrem nas estruturas de concreto devido, principalmente, às falhas no projeto, na execução da obra ou até mesmo por falta de manutenção. A depender da localização da estrutura, sua função estrutural e das condições climáticas as quais estará submetida, ela pode estar sujeita a ataques químicos, físicos e/ou biológicos. As pontes são estruturas muito suscetíveis a desenvolver patologias pelo fato de estarem localizadas perto ou dentro de correntes de água e consequentemente sujeita a agentes agressivos com muita periodicidade. Este trabalho abordou a análise e identificação das patologias existentes em uma ponte localizada sobre o Rio Tietê, na região de Jaú em São Paulo. Foram reportadas a causa, localização e extensão das patologias além dos requisitos e ensaios para a identificação das mesmas. Metodologias de reparo foram sugeridas e uma discussão foi feita a respeito da importância da manutenção no controle de patologias.

Abstract

    The pathologies come in the concrete sctrucuture due to project failure, problem in the execution of the activity, or when do not do maintenance. Depending on the location of the strucuture, the strucutrural function and the climatic condutions to which it will be subjected, it may be subject to chemical, physical and/or biological attacks. The bridges are structures very suscepitible to develop pathologies because they are located near or in water currents and consequently subject to aggressive agents are very frequently. This work discussed the analysis and the identification of existing pathologies in the bridge located on the Tietê river, in the region of Jáu in São Paulo. The cause, location and extent of pathologies have been reported beyond the requirements and tests to identify them. Repair methodologies were suggested and a discussion was made regarding the importance of maintenance in the control of pathologies.

Título

      CÁLCULO AUTOMÁTICO DE CARREGAMENTOS E SOLICITAÇÕES PARA PROJETOS DE PONTES RODOVIÁRIAS

Orientador(a)

      Orientador: Prof. M.Sc. Anselmo Leal Carneiro

Resumo

    Elaboração de planilhas capazes de realizar os cálculos das cargas permanentes e cargas móveis (trens-tipo) atuantes em cada viga de pontes com seção transversal de duas vigas, de grelhas (vigas múltiplas, entre elas: três, quatro, cinco, seis e sete vigas) e de seção celular. Além destas, também foram elaboradas planilhas que realizam o cálculo dos esforços solicitantes máximos, através das cargas já calculadas pelas outras planilhas, para pontes em viga com o vão longitudinal biapoiado com e sem balanço, o que as tornam, assim, instrumentos facilitadores no dimensionamento das mesmas.

Abstract

    Elaboration of spreadsheets capable of calculating permanent loads and moving loads (type-trains) acting on each beam of bridges with cross section of two beams, gratings (multiple beams, including three, four, five, six and seven beams) and cell section. In addition, spreadsheets have been developed to calculate the maximum aplicant efforts, using loads already calculated by the other spreadsheets, for beam bridges with the longitudinal span biased with and without balance, which makes them a facilitating tool in their sizing.

Título

      DESENVOLVIMENTO DE PROGRAMAS PARA DIMENSIONAMENTO DE ESTRUTURAS EM CONCRETO ARMADO E PROTENDIDO

Orientador(a)

      Orientador: Prof. M.Sc. Anselmo Leal Carneiro

Resumo

    Esse trabalho visa desenvolver programas em concreto armado e protendido para auxiliar no cálculo estrutural, através do uso da linguagem de programação Visual Basic for Applications (VBA). A necessidade de desenvolver os programas surgiu pela escassez de softwares livres em temas específicos para o estudo de estruturas. Os programas criados para o concreto armado abrangem os tópicos de dimensionamento de seções para armaduras longitudinais para flexão simples, armaduras transversais (cisalhamento em vigas), torção e detalhamento de seções transversais de vigas. Para o concreto protendido os programas englobam o estado limite de serviço, estado limite último no ato da protensão e o cálculo da armadura passiva no estado limite último. Espera-se que o desenvolvimento desse trabalho na UFRJ Macaé, possa abrir portas para a criação de outros softwares e que os programas aqui desenvolvidos possam auxiliar no dimensionamento de projetos reais, tanto para o mercado de trabalho, como em outros trabalhos. Foi também, realizada uma pesquisa bibliográfica sobre os temas de concreto armado e protendido, de forma a adequar-se às normas vigentes. O trabalho teve como principal base e referência a NBR 6118 (2014). Ademais, todos os programas desenvolvidos são testados e exemplificados no decorrer deste trabalho.

Abstract

    This work aims to develop programs in reinforced and prestressed concrete to aid in structural calculation through the use of the Visual Basic for Applications (VBA). The need to develop the programs arose due to the scarcity of free software in specific themes for the study of structures. The programs created for reinforced concrete cover the sections sizing topics for longitudinal reinforcements for simple bending, transverse reinforcement (shear in beams), torsion and detailing cross sections of beams. For the prestressed concrete, the programs include the limit state of service, final limit state in the act of protension and the calculation of the passive reinforcement in the ultimate limit state. It is hoped that with the development of this work at UFRJ Macaé, it will be possible to open doors for the creation of other software and that the program developed here can help in the design of real projects for the job market and for other works. It was also carried out a bibliographical research on the topics of reinforced and prestressed concrete, in order to conform to the current norms. The main work and reference was to NBR 6118 (2014). In addition, all the developed programs are tested and exemplified in the course of this work.

Título

  REALIZAÇÃO DE SONDAGENS COM MEDIDAS DE NSPT E TORQUE (SPT-T) EM SOLO TROPICAL DA CIDADE DE MACAÉ/R.J.

Orientador(a)

   Orientador: Gustavo Vaz de Mello Guimarães
   Co-orientador: Lucas Marques Pires da Silva

Resumo

    No dimensionamento de fundações profundas se faz necessária a análise do solo sobre o qual será construída a edificação. No caso de fundações profundas, se faz necessário a obtenção de alguns parâmetros do solo que geralmente desnecessários em fundações rasas. Um desses parâmetros é o atrito lateral, obtido através do torque. O ensaio de sondagem com medidas de NSPT e torque é um dos ensaios que visa a obtenção desse parâmetro. Com o intuito de estudar este ensaio no solo de Macaé a pesquisa foi baseada em perfis de sondagens reais do terreno entre os blocos e os laboratórios da UFRJ, localizado na Cidade Universitária de Macaé – RJ. Os dados encontrados nos ensaios realizados foram comparados com as referências e entre si para observação de alguns comportamentos do solo. Os ensaios foram divididos entre os feitos com lavagem do solo e os sem lavagem do solo. Analisando e comparando os ensaios com e sem lavagem, pôde-se tirar algumas conclusões com relação à metodologia do ensaio, e em que isto afeta nas medições.

Abstract

  When dimensioning deep foundations, it is necessary to analyze the soil on which the building will be built. In the case of deep foundations, it is necessary to obtain some parameters of the soil that are generally unnecessary in shallow foundations. One of these parameters is lateral friction, obtained through torque. The probing test with NSPT and torque measurements is one of the tests that aims to obtain this parameter. In order to study this test on Macaé soil, the research was based on profiles of real surveys of the land between the blocks and the laboratories of UFRJ, located in the Cidade Universitária de Macaé – RJ. The data found in the tests carried out were compared with the references and with each other to observe some soil behaviors. The tests were divided between those with soil washing and those without soil washing. Analyzing and comparing the tests with and without washing, it was possible to draw some conclusions regarding the methodology of the test, and in what this affects in the measurements.

Título

  ANÁLISE DA INTERAÇÃO SOLO-ESTRUTURA DE UM RADIER

Orientador(a)

   Orientador: Gustavo Vaz de Mello Guimarães
  

Resumo

    O presente trabalho analisa a interação solo-estrutura de uma fundação superficial em radier. Foram realizados diversos ensaios de laboratório com objetivo de caracterizar o solo de um campo experimental em Macaé/Rio de Janeiro. Além disso, provas de carga em placas de diferentes geometrias também foram executadas com intuito de alimentar métodos de dimensionamento geotécnico e estrutural de um radier apoiado em base elástica. De uma forma geral, os resultados obtidos se mostraram satisfatórios e condizentes com a literatura.

Abstract

  The present work analyzes the soil-structure interaction of a raft shallow foundation. Various laboratory tests were performed in order to characterize the soil of an experimental field in Macaé/Rio de Janeiro. In addition, plate tesr in different geometries were also performed with the intention to input methods of geotechnical and structural sizing a raft supported on elastic foundation. In General, the results obtained were satisfactory and consistent with the literature.

Título

  BIM NO ENSINO: AVALIAÇÃO DA GRADE CURRICULAR DO CURSO DE ENGENHARIA CIVIL DA UFRJ MACAÉ SEGUNDO O PARADIGMA BIM

Orientador(a)

   Orientador: Prof. M.Sc. Leandro Tomaz Knopp

Resumo

    Com o advento de novas Tecnologias da Informação na indústria da Construção Civil (TICs), o BIM (Building Information Modeling ou Modelagem da Informação da Construção) está se consolidando como uma filosofia de gerenciamento de projetos e processos e uma abordagem muito eficaz para entender, de forma global e sistemática, todo o ciclo de vida de uma edificação. Através de ferramentas que proporcionam o gerenciamento de pessoas, insumos e materiais, em um trabalho multidisciplinar, o BIM é capaz de otimizar custos e tempo, além de gerar uma documentação precisa e com maior qualidade dos diversos sistemas que compõem o projeto. Entendendo que a atualização dos profissionais de Engenharia e Arquitetura perante essa nova filosofia se faz necessária, o Governo Federal, através de políticas públicas, aprovou decretos que determinam a disseminação do BIM em escala nacional. Incentivos públicos e privados estão sendo estimulados através da “Estratégia BIM BR”, documento que lista uma série de objetivos e prazos para que sua difusão ocorra de forma eficaz e organizada. Baseado nos incentivos e prazos colocados nos decretos BIM e com a Resolução CNE/CES 2/2019, que estimula o uso de novas tecnologias no ensino de Engenharia, este trabalho de conclusão de curso faz um estudo sobre a inserção do BIM na grade curricular do curso de Engenharia Civil da UFRJ Macaé. Foi realizada a análise do Projeto Pedagógico do Curso, entrevistas com o corpo docente de Engenharia e aplicada a metodologia desenvolvida por Checcucci (2014), na qual são identificadas as interfaces entre as disciplinas da grade e o paradigma BIM. Após as análises, foram observadas lacunas e feitas observações a respeito de como o BIM pode auxiliar no processo de formação de engenheiros mais preparados para os desafios do mercado de trabalho.

Abstract

  With the advent of new Information Technologies (IT) in the Construction industry, BIM (Building Information Modeling) has proven to be a very effective project and process management philosophy to understand, in a global and systematic way, the entire life cycle of a building. Through tools that provide the management of people, inputs and materials, in a multidisciplinary work, BIM is able to optimize costs and time, in addition to generating accurate and higher quality documentation of the various systems that make up the project. The Federal Government of Brazil, in order to update the knowledge of the engineering and the architecture professionals about this new philosophy, it has approved decrees that determine the dissemination of BIM on a national scale. The Government promotes public and private incentives through the “Estratégia BIM BR”, document that list a number of objectives and deadlines for the effectively and organized dissemination of the decrees. Based on the incentives and deadlines set out in BIM decrees and the Resolution CNE/CES 2/2019, this paper makes a analyze about the insertion of BIM in the curriculum of the Civil Engineering course at UFRJ Macaé, in order to stimulate the use of new technologies in engineering teaching. It has been analyzed the pedagogical project of the course, interviews with the Engineering faculty was taken and the methodology developed by Checcucci has been applied, in which the interfaces between the grid disciplines and the BIM paradigm are identified. After the analyses, gaps were observed and observations were made about how BIM can assist the process of engineers get more prepared for the challenges of the labour market.