Categoria: TCC

Título

ESTUDO HIDROLÓGICO E HIDRÁULICO DOS CANAIS DE DRENAGEM DAS MICROBACIAS URBANAS DE MACAÉ MACAÉ, RIO DE JANEIRO 2019

Orientador(a)

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

Resumo

  A cidade de Macaé tem sofrido inundações de grandes proporções devido a eventos de chuvas. De modo a tentar melhorar a qualidade de vida dos habitantes do Município, e entendendo que há a necessidade de minimizar o efeito do acumulo de águas pluviais na cidade, o presente trabalho busca fazer um estudo hidráulico e hidrológico dos canais de drenagem das Microbacias urbanas da região central de Macaé. Para isso, analisou-se as precipitações de eventos de cheia na cidade, e calculou-se a vazão de alguns canais da região para chegar a uma geometria compatível. Observou-se que o tempo de retorno de 25 anos não é adequado para o cálculo da precipitação na cidade, e que alguns canais não atendem à demanda hídrica de sua Microbacia. A geometria inadequada aliada a presença de lixo e esgoto doméstico lançados irregularmente no canal podem ser fatores que atrapalham a eficiência do sistema de drenagem.

Abstract

  The city of Macaé has been badly affected by major flooding due to rains event in a recent time. Trying to improve the quality of life of the population and, understanding the necessity to minimize the effect of the stormwater accumulation in this city, this work aims to develop a study of hydraulic and hydrological conditions of some drain channels of urban microbasins in the central region of the city. To do that, we analyze the frequency for a given rainfall intensity, specially in flooding events. In addition, we calculate the quantity of flow, Q, of some drain channels aiming to obtain a compatible geometry with the rainfall intensity. It was observed that the return time of 25 years seems to be not adequate to the calculation of the rainfall intensity to the city and also, some drain channels do not hold their microbasins hydraulic demand, due mainly to an inadequate geometry joined to the presence of garbage and household sewage. Both factors could explain the inefficiently of the drainage system in the city of Macaé.

Título

OTIMIZAÇÃO DE UM SISTEMA DE COLETA DE RESÍDUOS SÓLIDOS DOMICILIARES A PARTIR DO ROTEAMENTO E IMPLANTAÇÃO DE UMA ESTAÇÃO DE TRANSBORDO E TRIAGEM: O CASO DE CARAPEBUS-RJ

Orientador(a)

Orientador: Conrado Vidotte Plaza

Resumo

  O crescimento populacional nos centros urbanos, a quantidade de resíduos gerados pelas atividades humanas, aliada à escassez de locais apropriados para o descarte de resíduos sólidos urbanos, juntamente com o aumento nas distâncias percorridas para a disposição final têm se apresentado como um dos grandes desafios a serem enfrentados pelas administrações municipais e por toda a comunidade geradora de resíduos. Diante deste cenário, este trabalho teve como objetivo estudar e elaborar propostas de otimização para o sistema de coleta de resíduos sólidos domiciliares do município de Carapebus – RJ, de forma a diminuir os custos relacionados ao transporte e avaliar os benefícios da implantação de uma Estação de Transferência e Triagem na logística da coleta e para a implementação da coleta seletiva. Para isso, utilizou-se de uma metodologia composta por três etapas: i) levantamento de dados; ii) elaboração dos cenários e; iii) modelagem e avaliação dos cenários. A modelagem e simulação foram realizadas através de um software SIG-T, que permitiu modelar cenários e gerar simulações capazes de determinar rotas ótimas, segundo restrições impostas, para o sistema de coleta em estudo. A análise dos resultados obtidos, quando comparados ao sistema atual (Cenário 0), indicou melhora nos índices para todos os cenários modelados. Porém, as maiores reduções, tanto na quilometragem quanto nas emissões de CO2, ocorreram nos cenários no qual foi alterado o sistema de coleta porta-a-porta para o sistema contendo os Pontos de Entrega Voluntária – PEVs e implantado a Estação de Transferência e Triagem – ETT, alcançando uma redução de até 53,7 % desses indicadores. Já a avaliação da coleta seletiva (Cenário 2B), para o modelo mais otimista, indicou uma redução de 154,4t mensais de resíduos encaminhados para a disposição final em aterros sanitários. Assim, em termos gerais, pode-se constatar que os principais problemas logísticos existentes no caso de Carapebus são consequência direta das longas distâncias percorridas até o aterro sanitário e da má estruturação da coleta como um todo. Portanto, espera-se que este estudo possa contribuir para a gestão dos RSU nos municípios e evidenciar a aplicabilidade de ferramentas computacionais para o planejamento logístico da coleta de resíduos sólidos urbanos.

Abstract

Título

PROPOSTAS DE GESTÃO DE ABERTURA DE BARRA: ESTUDO DE CASO DA LAGOA DE CARAPEBUS – RJ

Orientador(a)

Orientadora: Prof.ª Beatriz Rohden Becker

Resumo

 Dentre as 18 lagoas costeiras inseridas no Parque Nacional da Restinga de Jurubatiba (Unidade de Conservação), encontra-se a Lagoa de Carapebus, que sofre constantes aberturas artificiais de sua barra, drenando grandes volumes de água de seu interior para o oceano. Os principais objetivos dessas aberturas são: renovação de suas águas, entrada de peixes para pesca artesanal e redução dos níveis da lagoa em períodos de alta pluviosidade. Partindo desse pressuposto, esse trabalho objetiva propor estratégias de gestão para aberturas de barra, baseando-se nos dados disponíveis e documentos de gestão existentes e apresentando alguns dos impactos negativos que esses ricos ecossistemas podem sofrer. O local de estudo escolhido foi a Lagoa de Carapebus, localizada no município de Carapebus, estado do Rio de Janeiro que, principalmente, durante os períodos chuvosos, o nível da lagoa sobe muito, atingindo o bairro Balneário Praia de Carapebus, causando danos ambientais, sociais e econômicos. Adicionalmente, a Lagoa de Carapebus está inserida em área próxima à Unidade de Conservação de Proteção Integral, o Parque Nacional da Restinga de Jurubatiba, tornando as decisões e a elaboração de propostas de gestão ainda mais complexas e delicadas. A partir do cálculo de indicadores morfométricos pertencentes à bacia hidrográfica da Lagoa de Carapebus, ela foi caracterizada como pouco suscetível a enchentes. Além disso, dados de chuva relacionados ao histórico de abertura demonstram que há outras variáveis contribuintes para o enchimento da lagoa. Ademais, foi feita uma análise do Plano Emergencial de Abertura de Barra existente, elaborado em 2013, considerado um importante documento na tomada de decisões para abertura da barra da Lagoa de Carapebus. Os resultados encontrados evidenciam a necessidade de novos estudos, que embasem um modelo de gestão para essas lagoas costeiras e alertem o poder público do avanço necessário. No que diz respeito à formulação e implantação de políticas públicas a nível nacional voltadas para aberturas de barra, esse trabalho busca destacar a importância da gestão para a conservação de lagoas costeiras.

Abstract

 Among the 18 coastal lagoons inserted in the Restinga de Jurubatiba National Park (Conservation Unit), there is the Carapebus Lagoon, which suffers constant artificial openings, draining large volumes of water to the ocean. The main objectives of these openings are: water renovation, fish inlet for artisanal fishing and to reduce the levels of the lagoon during periods of high rainfall. Based on this, this work proposes management strategies for artificial openings of coastal lagoons, based on management documents and presenting some of the negative impacts that these rich ecosystems can suffer. The study location was the Lagoa de Carapebus,in the city Carapebus, in the state of Rio de Janeiro, which during rainy periods, the level of the lagoon rises a lot, reaching the Balneário Praia de Carapebus neighborhood, causing environmental damage, social and economic. Additionally, the Carapebus Lagoon is located in an area close to the Integral Protection Conservation Unit, the Restinga de Jurubatiba National Park, making the decisions and the elaboration of management proposals even more complex and delicate. From the calculation of morphometric indicators belonging to the hydrographic basin of Lagoa de Carapebus, it is characterized as not susceptible to flooding. In addition, rainfall data related to the opening history shows that there are other contributing variables to the filling of the lagoon. In addition, an analysis was made of the existing Emergency Opening Plan, prepared in 2013, which is considered an important document in decision-making for opening the Lagoa de Carapebus. The results show the need for further studies, which support a management model for these coastal lagoons and alert the public authorities of the necessary progress. With regard to the formulation and implementation of public policies at national level at artificial openings, this work highlight the importance of management for the conservation of coastal lagoons.

Título

PREVISÃO HIDROLÓGICA NA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO MACAÉ COM REDES NEURAIS

Orientador(a)

Orientadora: Profa. Janaina Sant’Anna Gomide Gomes

Co-orientador: Prof. Rafael Malheiro da Silva do Amaral Ferreira

Resumo

A previsão hidrológica é uma ferramenta útil para lidar com problemas socioambientais e técnicos, podendo ser utilizada em sistemas de alertas de desastres naturais, gerenciamento de obras hídricas e como auxílio na tomada de decisão de políticas públicas. Baseado nisso, esse trabalho apresenta a aplicação de um modelo hidrológico baseado em Redes Neurais Artificiais do tipo perceptron de múltiplas camadas (MLP), a fim de prever o nível da estação fluviométrica Fazenda Airis situada na bacia hidrográfica do rio Macaé. Para tal, foram utilizados registros diários de estações fluviométricas e pluviométricas, do período de 2010 a 2013, disponibilizados pela Agência Nacional de Águas (ANA) e pelo Sistema de Alerta de Cheias do Instituto Estadual do Ambiente (INEA). A metodologia adotada investiga a influência das variáveis de entrada e arquitetura nas redes no desempenho dos modelos. Os resultados obtidos foram considerados muito satisfatórios e sustentam a proposição do potencial das Redes Neurais Artificiais para previsão hidrológica. Obteve-se que dos 189 modelos criados 42,3% tiveram o coeficiente de determinação R2 acima de 0,80. A melhor RNA desenvolvida recebeu dados diários de 6 estações pluviométricas e de 1 estação fluviométrica, obtendo para as métricas R2, MAE os valores 0,88 e 7,03 cm, respectivamente. Por fim, os resultados ainda foram comparados com modelos desenvolvidos em trabalhos relacionados.

Abstract

 Hydrological forecasting is a valuable tool for dealing with socio-environmental problems, and it can be used in natural disaster alert systems and as assistant aid in making public policies. This work presents an application of a hydrological model based on Artificial Neural Networks (ANN). The variable modeled was the flood stage of the fluviometric station Fazenda Airis, located in the drainage basin of the Macaé River. To this end, were used daily records of flow and rainfall stations between 2010 to 2013, made available by the National Water Agency (ANA) and the INEA Flood Alert System, were used. The adopted methodology investigates the influence of the input variables and ANN architecture on the models’ performance. The results obtained were considered very satisfactory and support the proposition of the potential of Artificial Neural Networks for hydrological forecasting. It was found that of the 189 models created, 42.3 % had the coefficient of determination R2 above 0.80. The best ANN developed received daily data from six rainfall stations and one fluviometric station, obtaining for metrics R2, MAE the values of 0.88, 7.03 cm, respectively. Finally, The results were compared with related works.

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.