Autor: Universidade Federal do Rio de Janeiro

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.

Título

  ANÁLISE DE VIABILIDADE ENERGÉTICA PARA IMPLANTAÇÃO DE UM PROJETO DE CAPTAÇÃO DE ENERGIA DAS ONDAS NA CIDADE DE MACAÉ

Orientador(a)

   Orientador: Prof. Dsc. Rafael Malheiro da Silva do Amaral Ferreira

Resumo

    O presente trabalho tem como intuito avaliar a viabilidade energética de um projeto de captação de energia das ondas com capacidade de produzir energia elétrica o suficiente para iluminar, durante a maior parte do ano, as orlas das principais praias da cidade de Macaé – RJ. Dessa forma, foi apresentada uma nova perspectiva em energias renováveis, em uma cidade que se destaca por ser um polo de produção de combustíveis fósseis. Através de uma extensa pesquisa bibliográfica, foram levantados dados do clima de ondas predominante na cidade e, a partir desses dados, foi estimado o potencial teórico de onda disponível em três diferentes profundidades de acordo com cada estado de mar que ocorre ao longo do ano. Sendo obtidos, desse modo, potenciais de onda de aproximadamente 0,48 GW, 0,39 GW e 0,18 GW, respectivamente, em águas profundas, intermediárias e rasas, considerando os 23 km de costa da cidade. Além disso, foi realizada uma análise comparativa entre conversores de energia das ondas, através do método de cruzamento de dados de matrizes de potência dos dispositivos com diagramas de dispersão do clima de ondas local. A partir dos indicadores de desempenho energético obtidos, foi possível definir quais conceitos de dispositivos de conversão melhor se adaptam ao regime de ondas local e atendem à demanda elétrica anual estimada para o projeto, de cerca de 0,7 GWh. Os conversores com maior produção anual geraram entre 8 e 17 GWh, dependendo do local de instalação.

Abstract

  The present work aims to assess the energy feasibility of a wave energy harvesting Project, suitable of generating enough electricity to provide street lighting to the shores of the main beaches of the city of Macaé during most of the year. In this matter, a new perspective of renewable energies was presented as a way of complementing the electric matrix, in a city that stands out for being a center for the production of fossil fuels. Through extensive and deep bibliographical research, data of the prevailing wave climate in the city of Macaé were collected, and from these data, the theoretical wave potential, available at three different depths, was estimated according to each sea state that occurs throughout the year. In this way, wave potentials of approximately 0.48 GW, 0.39 GW, and 0.18 GW are obtained, respectively, in deep, intermediate, and shallow waters, considering the 23 km of the city’s coastline. In addition, a comparative analysis between wave energy converters was performed, through the method of crossing power matrix data of devices, with dispersion diagrams that represent the local wave climate. Finally, based on the energy performance parameters, it was possible to define which conversion device concepts best adapt to the local wave climate, meeting 0,7 GW, which is the estimated electrical demand for the Project. The converters with higher annual production, generates between 8 and 17 GWh, depending on the installation site.

Título

  DESENVOLVIMENTO DE UMA APLICAÇÃO WEB PARA CÁLCULO DE VIGAS DE CONCRETO ARMADO

Orientador(a)

   Orientador: Profa. Janaina Sant’Anna Gomide Gomes

Resumo

  O cálculo estrutural é uma etapa fundamental no projeto de edificações onde se definem os esforços solicitantes, dimensões e o detalhamento das peças estruturais como vigas, pilares e lajes. A definição dos parâmetros, assim como as considerações e equações utilizadas no dimensionamento de estruturas de concreto são especificados na NBR 6118/2014 – “Projeto de estruturas de concreto – Procedimento”. O Desenvolvimento de software e programas que buscam automatizar etapas da produção de engenharia civil são fundamentais para a modernização do setor da construção. O objetivo deste trabalho foi elaborar um programa com interface gráfica amigável capaz de fazer os cálculos necessários e de gerar documentos técnicos úteis aos engenheiros projetistas e estudantes de engenharia civil. Foi desenvolvido uma aplicação Web nomeada ReCon. Um programa implementado em Python para o dimensionamento à flexão e ao cisalhamento de vigas de concreto armado, gerando também um desenho esquemático de detalhamento da seção transversal. Alinhado às normas brasileiras, ReCon é um software livre e foi pensado para também funcionar como uma ferramenta educacional. Desse modo, estudantes de Engenharia Civil podem usar o ReCon para resolver exercícios, verificar as respostas corretas e compreender como os cálculos foram feitos. Quando os usuários iniciam o ReCon eles veem na tela inicial a opção de iniciar um projeto e, em uma segunda tela, os parâmetros podem ser informados ou modificados. A janela seguinte apresenta um relatório que inclui a armação e as dimensões necessárias para a viga em questão. A implementação do ReCon foi separada em partes para facilitar sua manutenção e compreensão uma vez que a proposta é de uma aplicação open-source. Cada uma das partes se encontra em um arquivo, estes são invocados em um código central, essa estrutura permite um fluxo de informação dentro do programa. Os resultados obtidos pelo ReCon foram comparados com exercícios resolvidos em uma literatura de referência em concreto armado. Essa comparação mostrou excelentes resultados que provaram a eficiência do programa. Além disso, estudantes de engenharia civil usaram o ReCon com o objetivo de comparar as experiências obtidas resolvendo exercícios usando este programa com o que eles costumeiramente fazem manualmente em sala de aula. Esses usuários avaliaram o programa, respondendo a um questionário sobre a interface e sobre o ReCon como uma ferramenta educacional a ser adicionada às aulas.

Abstract

Has been common in Civil Engineering the utilization of programs for making structural analysis. Structural analysis is a fundamental step in buildings project where internal forces, dimensions and structural members design are defined, such as beams, columns and slabs. The used parameters, as well as the considerations and equations used in the design are specified at the NBR 6118/2014 – “Design of concrete structures — Procedure”. This work aims to elaborate a program with graphical interface friendly capable of making the necessary calculations and generating meaningful technical documents for the design engineers. Has developed a web aplication named ReCon, a python program for bending and shear design of reinforced concrete beams and also generating a schematic drawing of detail of the cross section. Aligned with brazilian standards, ReCon is a open-source and was designed also to be used as an educational tool. Thus, students of Civil Engineering can use Recon to solve some exercises, check the correct answer and understand how the calculus was made. When users start in ReCon they will see the option to start a project and, in the second window, parameters could be informed or modified. The next window will give a report that includes rebar and correct dimension that need to be used about his beams. The implementation of ReCon has been separated into parts to facilitate its maintenance and its comprehension as it is an open-source. Each of its part is found in a file and invoked in a central code, this structure which allows an information flow within the program. The achievements obtained by ReCon have been compared to some examples of already solved exercises in the current reference literature about reinforced concrete. This comparison has shown excellent results which prove this program efficiency. Moreover, students of civil engineering have used ReCon in order to compare theirs experience solving exercises using this program to what they usually do in class. They evaluate the program, answering a questionnaire about the interface and about ReCon as educational tool to add in class.

Título

    Análise da Viabilidade Técnica do Arrefecimento a Ar de um Concentrador Fotovoltaico na cidade de Macaé – RJ

Orientador(a)

Orientador: Diego Cunha Malagueta

Resumo

     A energia fotovoltaica tem sido considerada uma forte candidata a fonte alternativa para mitigação das emissões de gases de efeito estufa. O concentrador fotovoltaico (CPV – Concentrator Photovoltaics) é uma tecnologia de fonte renovável que utiliza espelhos para aumentar a área de incidência solar sobre uma célula fotovoltaica, assim diminuindo a quantidade de células necessárias para atender a uma mesma carga e aumentando a eficiência da conversão. A concentração tende a elevar a temperatura de operação da placa, o que demanda um projeto de controle dessa temperatura. Este estudo tem como objetivo analisar diferentes geometrias e características de escoamento em trocadores de calor para o arrefecimento de células fotovoltaicas de alta concentração (HCPV) utilizando o software COMSOL Multiphysics 5.3 para analisar o arrefecimento de um concentrador fotovoltaico a partir de um cooler de refrigeração a ar, garantindo seu funcionamento em regime permanente para as condições meteorológicas da cidade de Macaé e assim servir de base para o projeto de um protótipo. São testadas cinco diferentes geometrias de aletas, como aletas retangulares e em pinos, onde é analisado o comportamento da sua variação de altura e seu funcionamento em uma placa ou em três placas em série e seus resultados são, então, analisados e comparados entre si. Os modelos propostos têm como foco um menor custo e mais fácil fabricação, possibilitando uma possível construção de um protótipo e contribuindo com a expansão da tecnologia CPV. As aletas retangulares permitem uma maior troca térmica, quando comparados aos modelos de pino, sendo então consideradascomo uma melhor alternativa para o arrefecimento das placas fotovoltaicas.

Abstract

Título

    ANÁLISE DA VIABILIDADE TÉCNICA DO ARMAZENAMENTO DE CSP COMO ATENUANTE DA RAMPA DE CARGA RESIDUAL NA CALIFÓRNIA

Orientador(a)

Orientador: Diego Cunha Malagueta

Resumo

    A tendência mundial de geração renovável aponta para o crescimento particular das tecnologias eólica e fotovoltaica. Nesse cenário, a Califórnia apresenta, atualmente, grande desenvolvimento deste mercado, se comprometendo a gerar 100% de sua energia elétrica através de fontes renováveis. Entretanto a alta penetração de painéis fotovoltaicos na rede elétrica causa mudanças substanciais na carga residual, ou seja, a carga a ser atendida desconsideradas as fontes intermitentes. Dessa forma, de maneira a lidar com as alterações na rede e permitir a entrada de novos painéis fotovoltaicos, o estado tem investido em usinas de armazenamento eletroquímico, para suavizar as mudanças causadas pela intermitência da fonte solar. Assim, este estudo analisa a utilização do armazenamento térmico de concentradores solares, para suavizar os problemas da rampa de produção, causados pelo desligamento dos painéis fotovoltaicos ao fim do dia, acompanhado do aumento da demanda com a chegada de grande parte da população às suas casas. O estudo parte da tecnologia heliotérmica mais consolidada, o cilindro parabólico, para simular modelos de despacho, buscando atender a demanda residual. As simulações indicam que o armazenamento térmico é capaz de suavizar a rampa de produção em até 30% do valor de rampa original, para os cenários estudados. No entanto, não se revela capaz de permitir a entrada de novos painéis fotovoltaicos no sistema, sem que haja o contingenciamento da geração renovável durante o dia.

Abstract

      The renewables generation global trend points to a particular growth of wind and solar energy technology. In this scenario, California has been showing an extensive development of this market, committing to generate 100 % of its electric energy through renewables sources. However, the high penetration of photovoltaic panels in the electric grid has caused substantial changes in the net load. In this manner, to handle the grid modification and allow the entrance of new photovoltaic panels, the state has been investing in battery’s power plants, in a way to soft the changes caused by the solar source intermittence. In this manner, this study analyses the concentrating solar thermal storage use to mitigate the problems of the producing ramp caused by the photovoltaic panels shutdown by the end of the day in conjunction with the demand growth, as a result of a population’s large part arrival to their homes. The study analyses the most consolidate CSP technology, parabolic through, to simulate some dispatch models in order to meet the net demand. The results indicate that the thermal storage is capable of mitigate the production ramp by up to 30% for the studied scenarios. Although, it is not able to allow the entrance of new photovoltaic panels in the system without the renewables curtailment during the day.

Título

      DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA DE AQUECIMENTO SOLAR PARA EDIFÍCIOS RESIDENCIAIS NA CIDADE DO RIO DE JANEIRO

Orientador(a)

Orientador: Diego Cunha Malagueta

Resumo

     É notório o crescimento do uso de fontes renováveis de energia no Brasil. Dentre as fontes disponíveis, pode-se destacar a energia solar, devido a sua abundante disponibilidade no território brasileiro e seu potencial de aproveitamento, uma vez que ainda se faz uso de energia elétrica para aquecimento de água em residências. Este trabalho tem como objetivo a análise de viabilidade econômica da substituição do uso de chuveiros elétricos pela água aquecida por meio de sistemas de aquecimento solar (SAS), baseando a pesquisa em um edifício residencial, para a qual foram determinadas as variáveis necessárias para análise financeira do projeto. São apresentados tipos, configurações dos sistemas de aquecimento, bem como algumas características e foi determinado o uso de energia elétrica como fonte auxiliar para o SAS. Foi feita uma pesquisa de mercado, com auxílio de informações do Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia, para coletores solares disponíveis no mercado brasileiro. Após comparação de custo-benefício dos coletores solares mapeados, foi feito o dimensionamento do sistema, levantamento de custos e projeção financeira, mostrando a economia real ao consumidor final. Determinou-se que o sistema tem seu retorno de investimento em 3 anos e 8 meses, sendo economicamente viável ao usuário final.

Abstract

      The growth in the use of renewable energy sources in Brazil is noteworthy. Among the available sources, we can highlight the solar power, due to the abundant availability in the Brazilian territory and its potential of use, since still is made use of electric power for heating of water in residences. The objective of this work is to analyze the economical feasibility of replacing the use of electric showers by heated water using solar heating systems, based on the research in a residential building, for which the necessary variables for the financial analysis of the project were determined. Types, configurations of heating systems, as well as some characteristics were presented and it was determined the use of electric power as auxiliary source for the SAS. A market research was done, with the help of information from the National Institute of Metrology, Quality and Technology, for solar collectors available in the Brazilian market. After comparing the cost benefit of the mapped solar collectors, the system was sizing, costing and financial projection, showing the real economy to the final consumer. It was determined that the system has its return on investment in 3 years and 8 months, therefore economically viable to the final user.

Título

    DIMENSIONAMENTO GEOTÉCNICO DE FUNDAÇÃO EM ESTACA PARA GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA

Orientador(a)

Orientador: Gustavo Vaz de Mello Guimarães

Resumo

    Este documento tem como objetivo realizar o dimensionamento geotécnico das estacas de um galpão em estrutura metálica localizado em Cabo-Frio, Região dos Lagos/R.J. Para isso foram realizadas estimativas da capacidade de carga geotécnica das fundações utilizando diferentes métodos semi empíricos tradicionais. Para os métodos utilizados foram verificadas algumas premissas adotadas por projetistas daquela região. As análises também consideraram diferentes tipos e geometrias de fundações em estacas. Por fim, o trabalho apresenta um estudo de otimização de custos de execução das estacas da obra. Após todas as etapas, o autor propõe um projeto de fundação em estacas hélice contínua que garante, ao atender os padrões de segurança mínimos determinados pelas normas regentes, qualidade, economia e agilidade na execução.

Abstract

      This document has as main goal, to perform the geotechnical sizing of the foundation of a metallic structural shed, as well the analysis and optimization of this project, as a way of ensure a well-planned project providing quality and less cost of execution and materials. To do so will be estimated the geotechnical loads of foundations using different traditional methods, for different types and geometry of foundation, following these steps an analysis of optimization shall be carried out, comparing the results with its respective costs. Making through all this process the author will provide a foundation project for a metallic structural shed that grants, while attending all the security standards, quality and economy.