Essa pesquisa explora o potencial da síntese de combustíveis sintéticos e da produção de amônia no Brasil através do bagaço de cana-de-açúcar e o Resíduo Sólido Urbano, ambas biomassas consideradas como importantes no cenário energético brasileiro pelo Programa Nacional de Energia 2030 e 2050. Os estudos de caso consideram primeiramente uma gaseificação com 2 diferentes agentes da gaseificação, apenas com ar e outro com ar e vapor adicionados simultaneamente para a obtenção do hidrogênio, que será utilizado para a síntese dos demais produtos. As plantas são analisadas pelo indicador termodinâmico de 1a lei para determinação da eficiência geral sem considerar um cenário de aproveitamento térmico por regeneração. Também são analisados os custos nivelados de H2, NH3, GNS e CH3OH a fim de quantificar a produção desses produtos através de uma rota renovável perante às rotas convencionais de energia fóssil. Observa-se que a gaseificação utilizando a adição de ar e vapor favorece a produção de hidrogênio em todos os cenários avaliados, reduzindo os custos nivelados e obtendo maiores eficiências da planta. O aumento na produtividade de hidrogênio tem por consequência obtenção de amônia, GNS e metanol com menores custos de produção e maiores eficiências.

Materiais e estruturas auxéticas têm atraído atenção devido às suas propriedades mecânicas, notadamente sua alta capacidade de absorver energia. Alguns tipos de estruturas tubulares auxéticas têm sido estudados e projetados para aplicação em diversos campos da engenharia, como engenharia mecânica, aeroespacial e médica. No presente estudo, inspirado pela forma da asa da libélula, uma nova célula unitária auxética foi desenvolvida e aplicada em uma estrutura tubular com o objetivo de propor uma nova estrutura com menor concentração de tensões e, consequentemente, maior absorção de energia. As células unitárias em forma de asa de libélula (DFW) foram integradas em uma estrutura tubular, e amostras experimentais foram produzidas utilizando um processo de manufatura aditiva. Para validar a capacidade de absorção de energia da nova célula unitária, foi feita uma comparação com a estrutura tubular auxética reentrante clássica usando dois parâmetros diferentes: peso e número de células unitárias, que foram desenvolvidas em duas diferentes estruturas DFW. Os resultados dos testes de compressão mostraram que a forma inspirada na asa da libélula, em ambas as configurações propostas, demonstrou excelente absorção de energia em comparação com a estrutura reentrante clássica. Especificamente, a estrutura com a mesma quantidade de células unitárias e a estrutura com o mesmo peso absorveram 163% e 79% mais energia, respectivamente. Subsequentemente, foi conduzido um processo de otimização para aprimorar as propriedades mecânicas da estrutura. Um framework de otimização foi implementado para minimizar simultaneamente três objetivos estruturais críticos: razão de Poisson, massa e tensões. Simulações numéricas facilitaram a metamodelagem via o método de superfície de resposta, criando modelos substitutos que representam com precisão cada variável de resposta. Uma técnica de otimização metaheurística, o Algoritmo Genético de Ordenação Não-dominada (NSGA-II), foi então empregada para otimizar essas respostas para desempenho em compressão. A validação experimental corroborou os achados numéricos, com duas configurações otimizadas propostas. O primeiro design (TOPSIS 1) apresentou reduções na razão de Poisson de até 3% e nas tensões de 45%, enquanto o segundo design (TOPSIS 2) demonstrou uma redução nas tensões de 537%. Adicionalmente, a validação experimental revelou melhorias significativas nas capacidades de absorção de energia, com TOPSIS 1 e TOPSIS 2 aumentando a absorção de energia em 58% e 545%, respectivamente, em comparação com a estrutura de referência. O presente estudo apresenta o potencial significativo das estruturas auxéticas bio-inspiradas para aplicações de alta complexidade que exigem alta capacidade de absorção de energia.

Na reciclagem mecânica de refrigeradores, surge um desafio significativo: o resíduo em pó de poliuretano rígido (PUR), que é difícil de reciclar, possui custos elevados de descarte e representa um potencial risco de contaminação ambiental. Este estudo visa explorar uma solução inovadora: a produção de uma nova espuma de poliuretano rígido a partir desse resíduo, combinando-o com um pré-polímero à base de Metileno Diisocianato (MDI) e água como agente de espumação. Adotou-se um planejamento de experimento (DOE) de mistura para otimização da densidade aparente, módulo de compressão e absorção de água dessa nova espuma. Foram investigados teores em massa de resíduo de PUR entre 10% e 30% e de água entre 20% e 40%. Adicionalmente, tanto o resíduo de PUR quanto as espumas produzidas foram avaliadas por espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), termogravimetria (TGA), calorimetria diferencial de varredura (DSC) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). O comportamento térmico de todas as espumas e do resíduo de PUR foi semelhante, com um início de degradação por volta dos 245ºC e uma transição vítrea em cerca de 150ºC. As espumas produzidas possuem densidade aparente variando entre 0,228 a 0,425 g/cm³ e módulo de elasticidade em compressão entre 23 a 250MPa. O DOE indicou que uma formulação ideal deve conter 50% de pré-polímero de MDI. Espumas com menores densidades são produzidas com proporções iguais de resíduo PUR e água (~25%) enquanto espumas com maior módulo de compressão contém menos água (~20%) e mais resíduo PUR (30%). Embora ainda exista a necessidade de testar mais formulações para aprimorar e aumentar a confiabilidade do modelo gerado, este estudo demonstra a viabilidade de produção de uma nova espuma utilizando um resíduo desafiador. As espumas rígidas de poliuretano obtidas têm potencial de aplicação no setor civil, na indústria de refrigeradores ou em aplicações mais especializadas, como espumas estruturais em núcleos de painéis sanduíche.

Este trabalho tem como objetivo contribuir com o desenvolvimento, entendimento e avanço da detecção de danos em materiais compósitos utilizando a técnica da vibrotermografia. Esta técnica classificada como uma técnica de termografia infravermelha ativa, utiliza de vibrações para adicionar energia ao sistema e do mapeamento térmico da superfície do material para identificar perfis ou gradientes de temperatura que indiquem a possibilidade da existência ou não de danos internos à estrutura. Na busca pela inovação nas análises numéricas aplicadas ao tema, a formulação proposta para avaliar a resposta viscoelástica do material foi aplicada, e permitiu realizar a detecção do dano induzido na interface entre os materiais Prepreg e Rohacell Hero 71\textregistered. A mudança no perfil de temperatura gerado na superfície do material após análise numérica da estrutura, permitiu detectar pontos com maiores gradientes de temperatura, como na região de engaste, na região de aplicação da força e a na região onde o dano foi inserido. Além da analise numérica inicial realizada para excitação do tipo senoidal, testes experimentais foram realizados para avaliar a geração de calor interno na estrutura durante a excitação. Nesta etapa, a utilização de diferentes frequências (naturais e não naturais) e de diferentes tipos de sinais (compostos por ondas senoidal, triangular ou quadrada) propostos para investigar a presença de danos na viga sanduiche foram avaliadas, obtendo-se diferentes respostas para as combinações utilizadas. Observou-se uma maior taxa de geração interna de calor para a excitação utilizando sinal do tipo quadrado e menor para a excitação do tipo triangular. A medição das acelerações nos pontos de referência definidos no planejamento dos ensaios, em conjunto com a análise dos termogramas gerados para as diferentes combinações, permitiu verificar para a região do dano, maiores trocas de calor entre a viga e o ambiente quando excitado na frequência de 545.65 Hz. Já para a frequência de 938.96 Hz, para a região do dano, a menor troca de energia entre a viga e o ambiente e a maior geração de calor interno quando comparada com a mesma região não danificada, permitiu observar uma mudança no perfil de temperatura, indicativo da possibilidade de existência de um dano.

Com a crescente demanda energética, o surgimento de legislações ambientais cada vez mais rigorosas e com os carros elétricos longe de se tornarem uma realidade em larga escala, novos vetores energéticos têm sido propostos como soluções para motores de combustão interna. Neste sentido, biogás, biometano e gases de síntese representam opções que, embora ainda não amplamente utilizadas no transporte brasileiro, merecem atenção. Além do uso de novas fontes energéticas, técnicas inovadoras – como o modo dual fuel – podem aproveitar ainda mais o potencial de diferentes combustíveis, como o HVO (do inglês “óleo vegetal hidrotratado”), para otimizar o funcionamento do motor dos pontos de vista de eficiência e das emissões de poluentes. Desta forma, na presente tese propõe-se uma análise experimental e numérica de um motor diesel monocilindro operando em modo dual fuel com combustíveis adaptáveis à matriz energética brasileira. Foi observado o potencial destes combustíveis na substituição parcial do diesel, com potencial redução nas emissões de NOx (até 25,8%) e material particulado (até 86%), associado a um pequeno decréscimo nas eficiências térmica (até 12.5%) e de combustão (até 4.2%). No caso da substituição de diesel por HVO, foram observadas melhorias tanto nas emissões (NOx, CO, CO2, HC e material particulado) como na eficiência térmica. Por fim, a combinação dos combustíveis gasosos com o HVO levou à mesma tendência observada para o diesel, porém com resultados superiores em termos de eficiência e emissões. Em todos os casos, o modelo CFD em ANSYS Forte® forneceu análises adicionais dos resultados experimentais, e representa uma opção para extrapolação de resultados, otimização e predição da operação do motor sem a necessidade de testes adicionais.

A utilização de resíduos industriais em materiais cimentícios é um grande desafio para a indústria da construção. Em muitos setores, os resíduos geralmente apresentam heterogeneidade em termos de volume e composição de produção, o que dificulta sua utilização em larga escala. No entanto, materiais cimentícios como argamassas de
assentamento e revestimento, bem como concreto, se bem dosados, podem tolerar uma certa quantidade de resíduo. Para garantir uma análise sistemática e precisa do sistema formado por resíduos mais compósitos cimentícios, é necessário o uso de métodos semiempíricos que combinem resultados experimentais com modelos matemáticos. O presente estudo apresenta uma análise de argamassas com resíduos industriais de poliuretano (PU) e areia de exaustão de fundição (FES). Esta análise é apresentada em  diferentes cenários. Primeiramente, foi criada uma pesquisa bibliométrica para mapear os principais autores, periódicos e palavras-chave utilizadas. Segundo um estudo do comportamento mecânico, físico e trabalhabilidade de argamassas convencionais com substituição parcial de areia natural por resíduos de poliuretano, neste modelo foi utilizado um Projeto de Experimentos (DOE) para planejar e analisar as respostas. Terceiro, foi realizada uma delimitação da faixa de porcentagens utilizadas para as variáveis de controle do segundo experimento, essas variáveis foram porcentagem de areia por cimento (S/C), teor de areia grossa (SC), porcentagem de substituição de FES por natural areia (FES), percentual de substituição de PU por areia natural (PU). Desta forma foi possível realizar uma superfície de resposta (RSM) através de um modelo quadrático por meio do DOE desenvolvido. O quarto cenário do estudo envolveu a análise dinâmica das argamassas com resíduos em que foi possível obter o comportamento dinâmico da estrutura da argamassa. Foram criados modelos numéricos para todas as situações testadas, estes modelos mostraram-se capazes de fornecer dados para ajustar os índices preditivos que influenciam a qualidade mecânica, física e dinâmica das argamassas testadas. Os resultados servem de base para o desenvolvimento de métodos mais sofisticados e otimizados de dosagem e incorporação de resíduos em compósitos cimentícios em larga escala.

Neste trabalho foi analisado o comportamento térmico de um transformador trifásico à seco de 5 kVA, quando sujeito à aplicação de cargas distorcidas e obtida a eficiência de um sistema de resfriamento forçado utilizando o software 〖COMSOL〗^®. Testes experimentais mostraram temperaturas acima do limite de isolamento do transformador. A emissividade da superfície do núcleo foi determinada com um termovisor. O programa 〖COMSOL〗^® também foi utilizado para modelagem do fluido na simulação numérica do aquecimento do núcleo do transformador sob o efeito de carga e resfriamento. Foram feitas comparações entre as temperaturas experimental e numérica para validar a metodologia. Valores dos coeficientes de transferência de calor por convecção locais e médios, e número de Nusselt local e médio foram calculados numericamente e comparados com a literatura. Os resultados obtidos mostraram que os resíduos de temperatura apresentaram diferenças médias inferiores 1% após 300 min de teste. Foi observada uma melhora, em comparação com a literatura, nos resultados numéricos ao modelar o fluido. Como não foram encontradas na literatura correlações empíricas para número de Nusselt e coeficiente de transferência de calor que se aproximassem da geometria do núcleo, este trabalho foi uma grande contribuição para suprir esta falta. As temperaturas experimentais e numéricas atingiram 20 °C acima do limite de isolamento do transformador, sendo uma confirmação da necessidade de utilização de um sistema de resfriamento eficiente.

A busca por fontes de energia limpas e renováveis para substituir os combustíveis fósseis tem impulsionado pesquisas no desenvolvimento de um sistema energético baseado no hidrogênio. Nesse contexto, os hidretos metálicos surgem como uma alternativa segura e promissora para o armazenamento de hidrogênio no estado sólido, devido à sua alta capacidade volumétrica. As ligas de alta entropia (LAE), também conhecidas como High Entropy Alloys (HEA), são materiais metálicos inovadores compostos por pelo menos cinco elementos principais, capazes de formar soluções sólidas multicomponentes. A distorção da rede cristalina dessas ligas multicomponentes afeta suas propriedades mecânicas, físicas e químicas. Essa deformação pode ser benéfica para a formação de hidretos, pois cria novos sítios intersticiais que facilitam a absorção de hidrogênio. Hidretos de metais com estruturas cúbicas de corpo centrado (CCC), que oferecem uma maior quantidade de interstícios por átomo, e fases de Laves têm demonstrado uma alta capacidade de armazenamento de hidrogênio à temperatura ambiente. Dentro deste contexto, o projeto desenvolveu cinco Ligas de Alta Entropia (LAE) do sistema Ti-V-Nb-Cr-Mn utilizando simulações baseadas no método CALPHAD. Essas ligas foram produzidas por fusão a arco elétrico e submetidas a tratamentos térmicos com o objetivo de obter soluções sólidas com estrutura cúbica de corpo centrado (CCC) e fases de Laves em diferentes proporções. O foco foi analisar as propriedades de armazenamento de hidrogênio e as cinéticas de absorção e dessorção, tanto nas amostras nas condições brutas de fusão quanto nas tratadas termicamente. Os resultados obtidos mostraram que as ligas Ti32V32Nb18Cr9Mn9, e Ti27,5V27,5Nb20Cr12,5Mn12,5, nas condições brutas de fusão, possuem capacidades de absorção de hidrogênio variando entre 2,09% e 3,38% em peso, valor citado por Long Luo et al. (2024) como um dos maiores obtidos na atualidade pelas LAEs na literatura. No entanto, essas ligas apresentaram perdas na capacidade e cinética de absorção. Em contraste, as ligas tratadas termicamente mostraram um aumento significativo na proporção da fase de Laves, o que resultou em melhorias promissoras na reversibilidade e nas cinéticas de hidrogenação. Após o tratamento térmico, a liga Ti32V32Nb18Cr9Mn9 manteve uma capacidade de absorção de 2,5% em peso de H₂ ao longo de quatro ciclos de absorção e dessorção.

HVO e hidrogênio verde são combustíveis alternativos bastante promissores, com grande potencial para atender às legislações ambientais cada vez mais rigorosas quanto às emissões de poluentes em motores de combustão interna. Nesse contexto, este trabalho propõe uma análise experimental de desempenho, combustão e emissões de um motor de ignição por compressão operando com o diesel verde (HVO) em modo dual-fuel, utilizando injeção port-fuel de hidrogênio e gás natural veicular (GNV). O trabalho inclui uma revisão de literatura sobre motores de ignição por compressão operando com HVO e em modo dual-fuel com combustíveis gasosos, com ênfase no hidrogênio e no GNV. Em seguida, é apresentada uma fundamentação teórica sobre os motores de ignição por compressão operando em modo dual-fuel, além de uma revisão sobre os combustíveis utilizados nos testes. Como a revisão de literatura indicou que tanto o uso de HVO em motores de ignição por compressão quanto o uso de hidrogênio em motores dual-fuel são alternativas eficazes para a redução de emissões, espera-se que a combinação de ambos permita atingir resultados ainda mais satisfatórios. Tal combinação poderia, eventualmente, competir com os motores elétricos e células a combustível em aplicações onde estas tecnologias enfrentam maiores barreiras de mercado, dado que os motores de combustão interna têm menor custo e já estão amplamente desenvolvidos. Neste sentido, um motor de ignição por compressão, modelo FPT NEF 67, foi adaptado para operar em modo dual-fuel, com injeções piloto de HVO/diesel e injeção port-fuel de hidrogênio/GNV. O objetivo é discutir as características de desempenho, emissões e combustão deste motor, oferecendo um estudo inovador sobre o uso de HVO e hidrogênio.

Diante de um mercado cada vez mais competitivo e exigente, as siderúrgicas produtoras de aços inoxidáveis vêm desenvolvendo produtos cada vez mais resistentes e de melhor custo benefício às aplicações recomendadas. Estes aços desfrutam de um cenário propício para aplicações nos mais variados campos da engenharia. Entretanto, nota-se um desprovimento de informações em relação aos impactos dos parâmetros do processo de soldagem na qualidade final do cordão de solda. Desta forma, o objetivo desse trabalho é avaliar a influência do aporte térmico de soldagem na microestrutura da zona afetada pelo calor (ZAC) dos aços inoxidáveis comerciais Endur 300. Assim, o desenvolvimento de estudos que visam determinar a melhor faixa de energia de soldagem se faz necessário de modo a garantir que tanto o balanço de fases quanto as propriedades mecânicas do material não sejam severamente prejudicadas numa posterior aplicação. O trabalho é composto pela caracterização da ZAC das juntas soldadas através do processo GMAW (Gas Metal Arc Welding) com aportes térmicos de 4,2, 6,7 e 9,1 kJ/cm. Foi realizada a soldagem nos três aportes térmicos escolhidos, e após seguiu-se para a análise do metal base e dos cordões de solda mediante ensaios de Microdureza Vickers, tração, dobramento guiado 180°, macroscopia, microscopia óptica (MO), análise de fratura (MEV) encerrando com a quantificação de fases via software. Os resultados demonstraram que a taxa de resfriamento natural das três condições testadas não foi suficiente para provocar mudanças microestruturais significativas no balanço das fases Ferrita e Martensita encontradas na ZAC. Em relação às propriedades mecânicas, a alteração de aporte térmico também não gerou impacto na qualidade final das juntas soldadas.

No setor aeronáutico, um tipo de geometria bastante utilizado nos estudos em aerodinâmica são os dispositivos hipersustentadores. Esses corpos localizados nos bordos de ataque e de fuga das asas do avião, são responsáveis no aumento de sustentação, como por exemplo nos momentos de decolagem e aterrissagem onde as condições aerodinâmicas são tão diferentes que tal asa necessitam desses dispositivos para obter o coeficiente de sustentação necessário. Apresenta-se neste trabalho, um estudo da dinâmica dos escoamentos envolvendo o perfil aerodinâmico NACA0012 com e sem dispositivos hipersustentadores, com o objetivo de uma melhor compreensão dos efeitos envolvidos bem como definir dentre as geometrias avaliadas a de melhor desempenho em maximizar a sustentação e reduzir o arrasto. Para os estudos numéricos, as equações de Navier-Stokes foram resolvidas para obter os resultados por meio do software COMSOL Multiphysics que é baseado no Método dos Elementos Finitos. Todas as simulações foram realizadas no Laboratório de Transferência de Calor (LabTC) da Universidade Federal de Itajubá. Inicialmente as simulações foram feitas sobre o perfil NACA0012, chamado de perfil base e em seguida foi adicionado um flap a 10° no seu bordo de fuga. Observou-se que o a adição do flap gera um ganho nos valores dos coeficientes de sustentação e arrasto para um mesmo ângulo de ataque. Um terceiro teste foi realizado para o perfil base com a adição do flap, onde fixou-se o perfil base a 7° e variou-se o ângulo do flap, mostrando que a medida que o ângulo aumenta o coeficiente de sustentação aumenta também, isso ocorre devido ao aumento da curvatura do perfil. Outra simulação realizada foi adicionando um slat no bordo de ataque, comprovando que esse dispositivo adia o estol. Por último, realizou-se um teste adicionando um slat e um flap no perfil base, afirmando que a combinação desses três elementos gera um valor maior do coeficiente de sustentação e uma melhor distribuição do coeficiente de pressão. Com base na variação do ângulo de ataque, foram realizadas análises qualitativas e quantitativas dos resultados dos campos de linhas de corrente, vorticidade e pressão e dos coeficientes aerodinâmicos para um número de Reynolds igual a 1000.

As ligas de alumínio são amplamente empregadas nas indústrias aeronáuticas, automobilísticas, construção civil e bens de consumo, principalmente devido a sua baixa densidade e alta resistência a corrosão. As pesquisas visando a reciclagem e reutilização vêm aumentando ao longo dos anos, inclusive se encontram dentro dos objetivos 9 e 12 da ODS. Porém uma das grandes dificuldades encontradas durante a reciclagem é a impureza do elemento ferro, que quando presente forma fases ricas neste elemento, sendo estas grosseiras e deletérias, que prejudicam as propriedades mecânicas. Portanto, este trabalho visa analisar o efeito de diferentes teores de ferro na densidade e na microdureza da liga 7075 produzida pelo processo de moagem de alta energia/metalurgia do pó a partir de cavacos. Para isto, cavacos da liga 7075-T6 foram moídos por 40 horas a 400 rpm, depois peneirados e misturados em moinho por 2 horas a 250 rpm com 2, 4 e 6% em peso de ferro. Para compactação foram utilizados os valores de 400 MPa e 700 MPa em prensa uniaxial e 250 MPa em prensa isostática, já o tempo de sinterização utilizado foram de 60 e 120 minutos para as temperaturas de 500°C e 600°C. Os resultados de densidade e microdureza foram medidos e analisados usando o planejamento de experimento (DOE) no software Minitab®, por meio dele foi possível verificar os parâmetros ótimos para cada condição de adição de ferro e criar fórmulas matemáticas para a densidade e microdureza, bem como avaliar o efeito de cada parâmetro nas respostas. A melhor amostra foi produzida com adição de 4% de ferro, pressão de 700 MPa na prensa uniaxial e 250 MPa na prensa isostática, a temperatura e tempo de sinterização utilizadas foram de 600 °C e 60 minutos respectivamente, sendo nesta condição obtido uma microdureza média de 107,5 HV e densidade de 2,58 g/cm3.

As turbinas a gás aeroderivativas são amplamente utilizadas em plataformas de produção de petróleo e gás do tipo FPSO, isto é, unidades de produção, armazenagem e transferência de petróleo (Floating Production Storage and Offloading), seja para a geração de energia elétrica, quando acopladas a um gerador elétrico, seja para o acionamento mecânico de bombas e compressores, quando acopladas a essas máquinas. A produção de óleo e gás é intermitente e exige das turbinas a gás disponibilidade e flexibilidade para uma operação segura e confiável. Para alcançar tais condições, o seu monitoramento é fator fundamental para garantir a segurança da operação. Outro fator é a realização do diagnóstico de falhas da turbina, ou seja, identificar de forma eficiente e confiável onde essas falhas estão ocorrendo, de forma que o planejamento da manutenção seja eficaz para manter a máquina disponível. Considerando esse cenário, este trabalho tem como objetivo principal a desenvolver um método para auxiliar na realização do diagnóstico de falhas que afetam o desempenho da turbina a gás. Para isso, um modelo de turbina a gás aeroderivativa de composta por gerador de gás de dois spools turbina livre (PT) foi desenvolvido em MATLAB/Simulink com auxílio da biblioteca T-MATS. O modelo desenvolvido é capaz de representar o comportamento da turbina quando operando em regime permanente, uma vez que o objetivo é gerar dados para diferentes condições de operação e diferentes condições ambientes, para posterior utilização dos mesmos em um modelo de rede neural. O modelo da turbina a gás apresentou comportamento satisfatório, apresentando desvios não maiores que 1%, quando comparados com dados reais de operação. Em seguida, condições de falhas foram impostas ao modelo, o que possibilitou levantar informações sobre parâmetros operacionais do turbogerador operando sob degradação de alguns dos seus componentes. Os dados gerados pelo modelo da turbina a gás em MATLAB/Simulink foram utilizados para alimentar um modelo de machine learning para o diagnóstico das falhas. O modelo proposto é composto por duas redes neurais de propagação direta atuando em paralelo, sendo uma de regressão e outra de classificação. A rede de regressão tem o objetivo de atender os valores numéricos e o comportamento da turbina; a rede de classificação tem o objetivo de identificar e classificar as falhas. Ambas as redes apresentaram bons desempenhos para ambos os problemas de falhas isoladas e de falhas combinadas, não gerando erros quadráticos médios maiores que 5x10-6 para a rede de regressão e um erro percentual de 0.37% para a rede de classificação.

A utilização de materiais compósitos nos mais variados setores industriais tem aumentado consideravelmente nos últimos anos, principalmente os reforçados com tecidos de fibra de carbono/resina epóxi bidirecionais. Estes, nas mais variadas aplicações em que são utilizados, experimentam vários tipos de solicitações possíveis, sendo uma delas, as solicitações em compressão. Com esse uso crescente e relatos de falhas em estruturas, quando submetidos a solicitações em compressão, existe a necessidade de compreender melhor seu comportamento quando expostos a este tipo de solicitação. Neste contexto, um conjunto experimental de dados para mensurar a progressão de danos, considerando, carregamentos cíclicos em compressão de um laminado compósito bidirecional é apresentado, envolvendo desde a caracterização mecânica estática e em fadiga, identificação do limite de deformação em fadiga para vidas até 120.000 ciclos e 240.000 ciclos, mapeamento dos danos por meio de parâmetros de danos extraídos dos ciclos de histerese, dados de gradientes de deformação extraídos por Correlação Digital de Imagens (DIC), dados de temperatura obtidos por câmera termográfica, caracterização dos modos de falha e resultados de um estudo sobre os mecanismos de falha, realizados por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Embora muitos estudos tenham sido relatados na literatura sobre a progressão de danos em materiais compósitos, muito poucos se concentraram na análise de fadiga por compressão de compósitos bidirecionais, utilizando análises analíticas, numéricas e experimentais. A termografia mostrou-se útil na avaliação rápida do dano por fadiga, e na determinação do limite de resistência à fadiga. Com a obtenção dos ciclos de histerese, um mapeamento da progressão de danos para tensões próximas ao limite de deformação foi realizado, por meio de índice de danos acumulados, fator de perda e degradação da rigidez. Com os mapas de deformações obtidos por DIC, observou-se que as deformações não são uniformes ao longo da superfície da amostra, evidenciando que o material compósito exibe uma heterogeneidade mecânica intrínseca. Por fim, aspectos fractográficos das superfícies de fratura das amostras dos ensaios estáticos, fadiga e de histerese foram analisados por microscopia eletrônica de varredura. As análises mostraram que as superfícies de fratura eram ricas em aspectos fractográficos e o quão importante é o uso desta ferramenta para a compreensão de como a combinação de diferentes mecanismos de falha se interagem e levam a falha do material compósito.

Os mares e oceanos oferecem uma fonte de energia limpa, renovável e amplamente disponível próxima aos principais centros de consumo. Isso a torna uma opção valiosa no processo de transição energética e descarbonização da matriz. Dentre as energias oceânicas, destaca-se a energia das ondas e seu dispositivo conversor coluna de água oscilante (CAO) costeiro. O uso desse dispositivo requer localidades com afloramentos rochosos e uma declividade mais acentuada, a fim de garantir a instalação física do dispositivo e uma menor dissipação energética pelo atrito com o leito marinho. O Brasil possui aproximadamente 7.490 km de costa, apresentando diversas geometrias e geomorfologias de orla, algumas extremamente propícias para a instalação de um CAO. Estima-se que o litoral brasileiro possua uma capacidade de exploração de 114 GW, sendo esses distribuídos entre energia ondomotriz e maremotriz, demonstrando grande potencial para contribuir com o esforço de descarbonização mundial. Este trabalho teve como objetivo identificar e quantificar o potencial energético de locais adequados para a instalação de parques geradores ondomotrizes equipados com o dispositivo CAO costeiro. Para tanto, foi realizada uma prospecção desses locais por meio do software QGIS, e que resultou em um mapa georreferenciado contendo um banco de dados com 319 localidades. Com isso, identificou-se uma capacidade de exploração de 9,73 GW em dez dos dezessete Estados costeiros e uma energia estimada em 83,7 GWh/ano. Esse valor corresponde a duas vezes o consumo de energia do Estado do Rio de Janeiro, o qual possui uma população de aproximadamente 17,5 milhões de habitantes. Conclui-se que, substituir a mesma porção de energia de geração térmica a gás por energia de ondas reduziria as emissões de CO2 em aproximadamente 44,52 milhões de toneladas de gás de efeito estufa anualmente. Esse resultado sugere que a geração ondomotriz pode ser incluída em estudos de expansão sistema elétrico brasileiro, colaborando como um fator de aceleração na transição energética.

Diante da necessidade de minimizar os impactos ambientais do setor de geração de eletricidade, do baixo número de estratégias para a descarbonização do setor termelétrico brasileiro, decidiu-se analisar as tecnologias de Captura, Sequestro e Utilização de CO2, como ferramentas de descarbonização no cenário nacional, especificamente, para Usinas Termelétricas que operam com carvão nacional. A metodologia incluiu indicadores termodinâmicos e econômicos, além de avaliações acerca dos trade-offs entre desempenho e custos, da tomada de decisão e dos impactos na eficiência, geração e custos de operar a malha térmica brasileira integrada às tecnologias de Captura de Carbono. Os resultados indicaram que, independentemente do índice de captura, o desempenho econômico inviabiliza a competitividade de uma central termelétrica integrada à cadeia de processos referente à Captura, Sequestro e Utilização de CO2. A adaptação das plantas de geração causou entre 9% e 40% de decréscimo na eficiência do ciclo de potência; e entre 14% e 61% de penalidade energética. Essa penalidade resultou também na penalidade econômica, que elevou o custo de geração de 37 USD/MWh para até 118 USD/MWh, considerando as condições dos Cenários Futuros. Concluiu-se que ações em busca de diminuir o consumo energético são mandatórias para promover a competitividade econômica da captura por absorção química. Também há de se mencionar que o uso de Piperazina se mostrou favorável economicamente, pois implica em menores equipamentos; e, também, se apresenta como melhor solução para índices de captura referentes à neutralidade em carbono. A interferência governamental deve ser baseada em ações além das políticas de subsídio, as quais não se mostraram relevantes. Mostrou-se que a estratégia de aplicação das tecnologias de Captura de Carbono no Brasil seria capaz de evitar entre 6 e 6,5% das emissões na Região Sul do Brasil. Entretanto, até 58% do investimento anunciado para fins de descarbonização nos próximos anos seria comprometido.

Os metais duros são formados pela associação de partículas de pó muito finas de carbonetos duros com metais tenazes. Geralmente são compostos por carboneto de tungstênio (WC), que proporciona elevada dureza e resistência ao desgaste, e cobalto, que aumenta a tenacidade do material. Devido a essa boa combinação de propriedades, podem ser aplicados em diversas áreas de engenharia, como usinagem, mineração e construção civil, diminuindo os custos e aumentando a vida útil de ferramentas, quando comparados ao aço convencional. O cobalto é o ligante mais utilizado nos metais duros devido à sua superioridade em relação aos outros ligantes em vários fatores, tais como: boa molhabilidade no WC, alta solubilidade do WC em cobalto na temperatura de sinterização e, sobretudo, a largura da janela de carbono. No entanto, diversas pesquisas em busca de ligantes alternativos ao cobalto têm sido realizadas, pois a resistência à corrosão dos metais duros convencionais de carboneto de tungstênio/cobalto não é satisfatória em certas aplicações, como nas indústrias química e de alimentos. Deste modo, este trabalho comparou o comportamento à corrosão dos metais duros WC-NiSi, WC-NiAl com o do metal duro convencional WC-Co. As amostras foram caracterizadas por microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de raios X por dispersão de energia, difração de raios X e ensaios de microdureza Vickers. As microscopias de todas as amostras apresentaram uma microestrutura típica de metal duro, com uma distribuição apropriada do ligante pelos grãos de WC facetados e sem a presença das fases indesejáveis grafita e η. A inserção de alumínio e silício ao ligante de níquel aumentou consideravelmente a dureza do metal duro, com a amostra com silício proporcionando valores de dureza similares ao do metal duro WC-Co. Todas as amostras apresentaram diminuições contínuas nas taxas de perda de massa durante o período de ensaio de corrosão por imersão, com a amostra de WC-NiAl apresentando a melhor resistência à corrosão neste ensaio. Nos ensaios eletroquímicos de potencial de circuito aberto, polarização potenciodinâmica linear e espectroscopia de impedância eletroquímica, as amostras com ligante de níquel apresentaram potenciais mais nobres, diminuição nos valores de densidade de corrente e uma impedância total superior a amostra com cobalto. A amostra de WC-NiAl apresentou a melhor resistência à corrosão, com a melhor resposta tanto no ensaio de imersão quanto nos ensaios eletroquímicos.

Apresenta-se neste trabalho um procedimento experimental e numérico para estimação do aporte térmico no processo de soldagem por descarga capacitiva de termopares. O objetivo do trabalho é promover melhorias em um dispositivo importante na medição de temperaturas, o termopar. O trabalho propõe melhoria na fixação desse dispositivo em metais e propõe também a estimação da energia necessária para soldá-lo com eficácia. O modelo térmico utilizado é baseado na equação da difusão de calor tridimensional transiente com mudança de fase, modelada em função da entalpia. As propriedades térmicas do cromel e alumel, materiais que compõem os dois fios dos termopares tipo K, foram consideradas dependentes da temperatura. O modelo foi resolvido usando o programa COMSOL Multiphisics. A equação da curva de potência em relação ao tempo foi definida a partir de conceitos teóricos de descarga de capacitores. A técnica de problema inverso não linear usada para resolver o problema de condução de calor foi o Método da Função Especificada iterativa. Esta técnica estima o fluxo de calor que minimiza uma função objetivo, definida como o quadrado da diferença da temperatura experimental e numérica para cada intervalo de tempo. Um código numérico foi usado no MATLAB em conjunto com o software COMSOL Multiphisics para a aplicação da técnica de problema inverso. O método experimental foi utilizado para obter temperaturas próximas da região de soldagem, as quais foram utilizadas na execução da técnica de problema inverso. Para calcular a eficiência do processo foram utilizados a integral da potência estimada pelo tempo, a qual define a energia em forma de calor utilizada na fusão dos fios dos termopares, e a energia armazenada no BC (Banco de Capacitores) do equipamento, definido por conceitos de eletricidade. A metodologia proposta foi viável para a estimação do aporte térmico e eficiência para o processo de soldagem por descarga capacitiva. A taxa de calor foi estimada a partir de dados experimentais de temperaturas, as temperaturas calculadas computacionalmente, a partir da taxa de calor estimada, apresentaram baixa diverência em relação aos dados experimentais. Além disso, apresenta-se o desenvolvimento de um equipamento de soldagem por descarga capacitiva. O equipamento consiste em um BC que armazena a energia fornecida por uma fonte chaveada. A quantidade de energia armazenada no BC é  controlada por um microcontrolador Arduíno. A interface do equipamento conta com um display de cristal líquido e uma botoeira, os quais possibilitam que o operador selecione o tipo de termopar que deseja soldar. Este equipamento foi capaz de soldar termopares com bitolas de até 24 AWG, correspondente ao diâmetro de 0,511 mm.

O diagnóstico de falhas é fundamental para qualquer indústria de manutenção, a detecção precoce de falhas pode evitar falhas catastróficas, bem como perda de tempo e dinheiro. Tendo em vista esses objetivos, a análise de vibração através do domínio da frequência é uma técnica madura. Embora bem estabelecidos, os métodos tradicionais envolvem um alto custo de tempo e pessoas para identificar falhas, fazendo com que os métodos de aprendizado de máquina cresçam nos últimos anos. Os métodos de Machine learning (ML) podem ser divididos em dois grandes grupos de aprendizagem: supervisionado e não supervisionado, sendo a principal diferença entre eles é o conjunto de dados que está rotulado ou não. Este estudo apresenta um total de quatro métodos diferentes para detecção e diagnóstico de falhas. A análise da frequência do sinal de vibração foi a primeira abordagem empregada. foi escolhida para validar os resultados futuros dos métodos de ML. O Gaussian Mixture Model (GMM) foi empregado para a técnica não supervisionada. O GMM é um modelo probabilístico em que todos os pontos de dados são considerados gerados por um número finito de distribuições gaussianas com parâmetros desconhecidos. Para a aprendizagem supervisionada, foi utilizada a Convolutional Neural Network (CNN). CNNs são redes feedforward que foram inspiradas por processos de reconhecimento de padrões biológicos. Todos os métodos foram testados por meio de uma série de experimentos com motores elétricos reais. Os resultados mostraram que todos os métodos podem detectar e classificar os motores em várias condições de operação induzida: íntegra, desequilibrado, folga mecânica, desalinhamento, eixo empenado, barra quebrada e condição de falha do rolamento. Embora todas as abordagens sejam capazes de identificar a falha, cada técnica tem benefícios e limitações que as tornam melhores para certos tipos de aplicações, por isso, também e feita uma comparação entre os métodos.

A utilização de fontes limpas e renováveis é uma prática que ganha cada vez mais espaço e visibilidade tratando-se do setor de geração de energia. Diariamente, recursos são despendidos em busca de novas tecnologias e novos combustíveis que se adequem às exigências de redução de emissão de poluentes, emissão de gás carbônico e uma política de desenvolvimento sustentável. Dentre as soluções encontradas, a utilização de biomassas como fontes de energia e tecnologias aprimoradas para a combustão, como a técnica Dual-Fuel, são opções que promovem a descarbonização e a redução de emissões de gases poluentes no geral. Neste contexto, no presente trabalho objetivou-se o estudo experimental do HVO como combustível renovável a ser aplicado em um motor de combustão interna monocilíndrico, de maneira pura ou em Dual-Fuel com o etanol hidratado, em uma bancada dinamométrica, onde foram avaliados parâmetros de desempenho e emissão de gases poluentes e também realizada a Avaliação do Ciclo de Vida do berço ao túmulo do HVO. A metodologia adotada consistiu no desenvolvimento de uma bancada de teste com instrumentação, métodos de análise dos dados e cálculo das incertezas de medição, incluindo planejamento de ensaios voltado para aplicação de moto-geradores, e análise dos parâmetros de interesse. Foram realizados testes utilizando o HVO puro em comparação ao Diesel convencional puro e testes utilizando a combustão dual de Diesel-Etanol e HVO-Etanol. Para a Avaliação do Ciclo de Vida, foi utilizado o software SimaPro 9 e o método de cálculo ReCiPe 2016 Midpoint (E). Os resultados obtidos com o HVO puro apresentaram reduções dos níveis específicos de emissões de NOx, HC, CO e material particulado (MP) de 30%, 75%, 81% e 55,3%, respectivamente. A redução ocorre por conta das propriedades físico-químicas do biocombustível, como a ausência de compostos aromáticos e maior número de cetano que o diesel comercial. A aplicação Dual-Fuel proporciona redução significativa das emissões de CO2, NOX e MP. A análise de ciclo de vida mostrou que o HVO puro produzido a partir do óleo de palma possui desempenho ambiental superior ao da soja, com redução do Potencial de Aquecimento Global em até 75%. Categorias de impacto como Acidificação Terrestre, Formação de Ozônio e Consumo de recursos não renováveis reduzem quando comparados ao diesel mineral. O impacto ambiental da operação ¬Dual-Fuel¬ apresenta diminuição dos níveis de Potencial de Aquecimento Global, Depleção de Recursos Fósseis e Formação de Ozônio.

O estudo sobre o fresamento de topo do aço inoxidável duplex vem ganhando destaque, devido aos desafios encontrados em sua baixa usinabilidade. Isso ocorre, pois, esses materiais apresentam baixa condutividade térmica, alta tenacidade e alta taxa de encruamento. Entretanto, para garantir qualidade final em produtos manufaturados, é importante que o processo de fresamento seja bem planejado, visando menores desgastes nas fresas durante o processo e ao mesmo tempo apresentando bons indicadores de produtividade. Assim, este trabalho tem como objetivo realizar uma otimização robusta multiobjetivo no processo de fresamento de topo do aço inoxidável duplex UNS S32205. Foram realizados experimentos seguindo um planejamento composto central combinando as variáveis de controle: velocidade de corte, avanço por dente, profundidade de corte e largura fresada e as variáveis de ruído: desgaste de flanco (vb), vazão de fluido (Q) e o balanço da ferramenta (lt0). As variáveis de respostas avaliadas foram a rugosidade da peça usinada e a taxa de remoção de material. Foram aplicadas as metodologias de superfície de resposta, de projeto de parâmetro robusto, do erro quadrático médio e da interseção normal à fronteira. Em seguida, foram analisados e discutidos os efeitos das variáveis de controle e de ruído, bem como as interações destas sobre as características de interesse. O desgaste da ferramenta foi a variável que mais influenciou a rugosidade Ra. A taxa de remoção de material foi influenciada por todas as variáveis controláveis do processo. Os valores obtidos para a rugosidade Ra variaram entre 0,24 a 1,10 µm e a taxa de remoção de material variou entre 40,39 a 187,52 mm³/s. A otimização da média e da variância de cada característica de interesse foi realizada, bem como a otimização do erro quadrático médio. Assim, 21 soluções Pareto-ótimas foram obtidas, contribuindo para a melhoria da qualidade superficial e da produtividade no processo de fresamento. Nos ensaios de confirmação empregou-se um arranjo ortogonal de Taguchi (L9) onde obteve-se os setups ótimos capazes de mitigar a influência das variáveis de ruído, o que corroborou a boa adequação da metodologia proposta.

O crescimento populacional e urbano no Brasil nas últimas décadas resultou no aumento da frota veicular nacional que, em geral, utiliza combustíveis fósseis cuja queima resulta em emissões de poluentes. Aliando-se a fatores econômicos, há uma urgente preocupação para substituição desses combustíveis por àqueles provenientes de fontes renováveis. Grande parte de pesquisas nessa área utilizam técnicas experimentais, que nem sempre são viáveis. Assim, aliar análises computacionais à essas técnicas são de grande relevância. Nesse contexto, esse trabalho apresenta análises computacionais do ciclo de combustão de um motor Diesel operando com diesel fóssil, HVO e HVO com biogás. Para tal, modelou-se a geometria 3D da sua câmara de combustão e empregou-se o software ANSYS/Forte nas simulações CFD. Na etapa de modelagem considerou-se um modelo cinético com 35 espécies e 74 reações químicas, o modelo RANS RNG 𝑘-𝜀, o modelo KH-RT, um perfil de injeção uniforme e valores experimentais para pressão e temperatura inicias. Além disso, realizou-se uma análise 0-D no software ANSYS/Chemkim-Pro a fim de estimar alguns parâmetros não mensurados experimentalmente e, também para seobter dois modelos cinéticos adaptados para a combustão do HVO puro e da mistura HVO-Biogás, o que foi feito juntamente com um processo de otimização mono-objetiva
pelo algoritmo de Lichtenberg. Ambas as abordagens, 0-D e 3D, foram validadas com dados experimentais. Foram obtidas curvas para: pressão no cilindro e sua taxa de aumento; taxa de liberação de calor e seu acúmulo; características de turbulência e emissões em função do ângulo do virabrequim. Campos 3D de velocidade, de temperatura, do spray do diesel e das frações molares de CO, CO2, NO e NO2 também foram obtidos. Os resultados para a pressão no cilindro obtidos computacionalmente apresentaram boa concordância com os experimentais, que foram obtidos durante o projeto P&D ROTA 2030 realizado pelo GETEC-UNIFEI em 2021 e 2022, porém com maior atraso de ignição. Observou-se que a pressão no cilindro possui forte dependência com a duração da injeção. Verificou-se também que as regiões próximas ao PMS são as que mais causam variações nos parâmetros analisados e onde a maioria das curvas apresentam seus valores máximos. Além disso, a combustão do HVO e do HVO com biogás reduziu os picos de pressão e de liberação de calor, bem como as emissões de NOx e fuligem, apresentando maior homogeneidade nos campos de velocidade e temperatura.

O setor industrial brasileiro tem sofrido grandes prejuízos devido ao desgaste abrasivo, uma vez que este tipo de desgaste é um dos principais fatores de parada de maquinas e equipamentos. A fim de mitigar este problema, os metais duros tem sido cada vez mais utilizados em aplicações que envolvem desgaste abrasivo.
Metal duro convencional é um material de cobalto e WC, este, apresenta certas desvantagens, sendo uma das principais, a baixa resistência à corrosão devido o ligante cobalto. Assim pesquisas realizadas por Penrice (1987), Almond e Roebuck (1988), Tracey (1992), apontam o níquel como mais promissor e de menor custo.
O ligante níquel é um material menos oneroso, tem desempenho superior quanto a oxidação e corrosão em ambientes ácidos e meio aquoso comparados ao cobalto, porém perde em resistência ao desgaste por apresentar dureza inferior. Assim surge a combinação com carbonetos auxiliares para elevar a dureza do compósito.
Um fator importante com relação a fabricação do metal duro, que é pela metalurgia do pó, é o fato, de que o compósito produzido apresenta um certo nível de porosidade. Essa porosidade é responsável por perdas de desempenho ao desgaste abrasivo. Sendo assim um bom produto final deve ter baixo nível de porosidade.
A avaliação do desgaste abrasivo consistiu em submeter três corpos de prova com ligante níquel e carbonetos auxiliares distintos e um com ligante cobalto a um ensaio microabrasivo, monitorando a evolução do desgaste, os micromecanismos atuantes e posteriormente comparar os resultados entre ambos os corpos de prova.
A microscopia eletrônica de varredura foi utilizada para avaliar a superfície desgastada e estudar os mecanismos de desgaste atuantes, onde foi possível observar a ação dos mecanismos de dois corpos e três corpos.
No teste de desgaste, comparado as amostras com o metal duro convencional 90WC-10Co, a amostra 90WC-9,5Ni-0,5Al teve desempenho superior, a amostra 90WC-8Ni-2Mo2C desempenhou comportamento de desgaste similar e por fim a amostra 90WC-8Ni-2Cr3C2 que apresentou o menor desempenho.
Diante dos resultados é possível dizer que metais duros produzidos com níquel e acrescidos de carbonetos para melhorar desempenho são eficientes desde que mantenham qualidade na fabricação em relação a porosidade e assim podem ser uma excelente opção a substituir o metal duro convencional.

O ferro fundido nodular é um dos materiais ferrosos mais utilizados pela engenharia atualmente, seja como componentes para a indústria automotiva, para indústria de saneamento básico ou para as indústrias de componentes em geral. Uma das principais matérias-primas para a produção do ferro fundido é a sucata de aço. Atualmente, essa matéria-prima é coletada de diferentes fontes geradoras e é composta por diversos tipos de aços com composições químicas diferentes. Muitos elementos químicos presentes na sucata de aço, mesmo em pequenas concentrações percentuais, são indesejáveis na produção do ferro fundido, visto que alguns deles têm o efeito de provocar alterações significativas da microestrutura dos mesmos. A contribuição desse estudo é investigar o efeito dos elementos cobre, níquel, molibdênio e cromo, comumente presentes na sucata de aço, como promovedor da matriz martensítica em um ferro fundido nodular no estado bruto de fundição. Foram utilizados teores inferiores à 1% para cada elemento investigado e as peças foram produzidas utilizando-se a fundição por centrifugação horizontal. Pela análise das imagens de microscopia eletrônica de varredura e análise semiquantitativa via Energy Dispersive Spectroscopy observou-se que o níquel e o cobre ficaram distribuídos uniformemente na matriz, enquanto o cromo e o molibdênio formaram carbonetos nos contornos intercelulares. Dentre os quatro elementos investigados, o molibdênio revelou-se como forte promovedor da formação da martensita e as frações dessa fase aumentaram com o aumento da quantidade adicionada desse elemento (35%, 40% e 50%). Os resultados obtidos indicam o caminho provável para a obtenção da matriz totalmente martensítica no estado bruto de fundição e a possibilidade de eliminação de custos relacionados à produção em escala industrial, como o tratamento térmico de austenitização seguido de têmpera que tem um custo operacional estimado em 26173.35 USD ao mês. Ressalta-se que a análise da viabilidade da eliminação do tratamento térmico deve considerar o custo com o consumo da liga ferro-molibdênio e as particularidades de processo de cada fundição.

Em várias regiões do mundo e diferentes países existe uma transição da matriz elétrica em andamento, movida principalmente pelas questões ambientais. Entretanto, há aspectos geopolíticos envolvidos, como os interesses dos países com forte presença do carvão em sua matriz energética. Nesse contexto, o gás natural surge como um combustível para essa transição energética. Essa perspectiva está alinhada com o aumento de investimentos em infraestrutura do mercado de gás natural e o fato de, entre os combustíveis fósseis, o gás natural ser o combustível com menores emissões de gases de efeito estufa. Além disso, centrais térmicas a gás natural são interessantes para a complementariedade e confiabilidade do sistema e segurança energética. Diante disso o presente trabalho teve como objetivo realizar uma análise comparativa de quatro sistemas térmicos de geração de potência, sendo três centrais a carvão (subcrítica, supercrítica e ultrassupercrítica) e uma central de ciclo combinado a gás natural, do ponto de vista exergético, emissões de CO2 e custo de eletricidade anualizado. A partir dessa comparação realizou-se uma discussão a respeito de que em quais condições o uso do gás natural pode ter o seu uso ampliado no contexto da transição energética. Demonstrou-se que uma central termoelétrica de ciclo combinado movida a gás natural com 57,95 % de eficiência exergética chega a ter um fator de emissão 60 % menor que de uma central a carvão subcrítica, e evita cerca de 3,5 Mt de emissões de CO2 anuais. Uma análise econômica também foi realizada e determinou-se que a volatilidade dos preços dos combustíveis tem forte influência no custo da eletricidade. De acordo com as condições do mercado, oferta e demanda, as centrais de ciclo combinado apresentaram custos competitivos.

A presente investigação tem como finalidade determinar os potenciais técnicos e econômicos da geração de eletricidade a partir de diferentes tipos de biomassa no estado de Minas Gerais, utilizando para isso diferentes tecnologias de geração de eletricidade, suportadas por diferentes rotas termoquímicas de combustão e gaseificação. Foram selecionadas as cinco biomassas de maior disponibilidade no estado de Minas Gerais: milho, soja, café, eucalipto e cana de açúcar, cujas culturas produzem resíduos que podem ser aproveitados para a geração elétrica. Considerando os dados técnicos, logísticos e econômicos das biomassas selecionadas, a pesquisa procurou definir os tipos de biomassa residual mais viáveis para a geração de eletricidade, em diferentes localidades do estado, por meio de uma abordagem de tomada de decisão multicritério (MCDM). Foi realizada uma revisão bibliográfica da maturidade dos diferentes tipos de tecnologias de geração de eletricidade a partir da biomassa a partir de informações disponíveis, esquemas e parâmetros operacionais de instalações reais. O nível de prontidão tecnológica das diferentes alternativas também foi avaliado através de uma pesquisa com especialistas do setor, concluindo-se que as tecnologias com maior nível de prontidão são o ciclo Rankine convencional, o ciclo Rankine orgânico e o uso de gaseificadores integrados com motores de combustão interna. Essas três alternativas tecnológicas foram adotadas como opções para a geração de eletricidade a partir da biomassa, obtendo-se uma escala dos tipos de biomassa disponíveis, através de uma metodologia multicritério. A determinação do peso dos critérios foi realizada a partir de uma integração com o processo de hierarquia analítica (AHP). Em conjunto com uma abordagem GIS-MCDA, foram avaliadas diferentes microrregiões considerando os seus respectivos recursos de biomassa, permitindo a estimativa dos custos e o desempenho de diferentes tecnologias de produção de eletricidade. Foi desenvolvido um algoritmo lógico para a seleção das alternativas de produção de energia a partir da biomassa, dando prioridade à viabilidade técnica, e considerando fatores como a disponibilidade da biomassa e suas características tais como poder calorífico, umidade e granulometria. Foram levantados os custos de investimento, custos operacionais, bem como custos logísticos para a geração de energia elétrica da usina, de acordo com a tecnologia empregada. As eficiências energéticas típicas destes ciclos situam-se entre 8 e 30 %, com a eficiência de conversão aumentando com a escala de geração. Para serem analisados, os sistemas de produção foram divididos de acordo com os seus intervalos de potência em aplicação industrial através de curvas de potências, sendo usinas com potência acima de 5 MWe utilizando o ciclo Rankine convencional, potência entre 0,5 e 4,1 MWe utilizando ciclos Rankine orgânicos, e os potenciais de menor capacidade adotando os ciclos de gaseificação e queima do gás de síntese em motores de combustão interna. Verificou-se que o eucalipto prevaleceu como a biomassa mais adequada para a maioria dos casos analisados, devido ao seu alto poder energético, vindo em seguida os resíduos da cana de açúcar, que são produzidos em maiores quantidades no estado. O ciclo Rankine convencional foi identificado como a tecnologia mais madura e também apresentou os menores custos de geração. Nos aproveitamentos que apresentaram viabilidade econômica, os custos da geração ficam entre US$ 0,10/kWh e US$ 0,24/kWh.

Visto que simulações de CFD para problemas de escoamento externo podem ocasionar elevados custos computacionais, o presente trabalho apresenta um método de interação viscosa/não-viscosa que permite simular o escoamento viscoso em domínio computacional reduzido, que abrange a região rotacional do escoamento (também chamado de subdomínio viscoso). Para tal, é proposta uma metodologia interativa que consiste em: calcular o escoamento potencial fora da região rotacional; impor a velocidade daquele escoamento como condição de contorno na fronteira do subdomínio viscoso; calcular velocidades de transpiração para corrigir o escoamento potencial; recalcular o campo de velocidades do escoamento potencial fora da região rotacional; e atualizar as condições de contorno no subdomínio viscoso. Para determinar a velocidade de transpiração, foi utilizada a abordagem de decomposição de velocidades, que vem sendo explorada para desenvolver métodos de interação viscosa/não-viscosa. Nessa abordagem, para calcular a transpiração, é necessário primeiro determinar uma fronteira onde a vorticidade seja desprezível (denominada fronteira rotacional). Determinar a fronteira rotacional pode ser uma tarefa complexa. Duas propostas foram então apresentadas para tratar dessa questão: usar uma superfície auxiliar de transpiração para facilitar a determinação daquela fronteira (e para servir de superfície de colocação do escoamento potencial), e usar critérios alternativos para avaliar a vorticidade desprezível. Foram realizados cálculos no subdomínio viscoso para problemas de escoamento bidimensional, incompressível, permanente, laminar ou turbulento, sobre o perfil NACA 0012, corpos rombudos e múltiplos corpos. O uso da metodologia proposta permitiu reduzir os custos computacionais, e os resultados dos coeficientes aerodinâmicos e dos campos do escoamento viscoso obtidos no domínio reduzido, em geral, foram satisfatórios para os níveis de engenharia.

O estudo e análises do som gerado por escoamentos, tem se tornado cada vez mais importante em diversas áreas da indústria desde equipamentos eletrodomésticos até sistemas de propulsão aeronáutica. Um caso particular é o ruído gerado por ventiladores axiais aplicados nos sistemas de resfriamento nos grupos geradores. Estes equipamentos representam fontes de ruído consideráveis que devem ser tratadas de forma a não ultrapassar os limites admissíveis. Nesse sentido diversos estudos vêm sendo realizados com o intuito de analisar e propor técnicas de controle de ruído ocasionado pelo escoamento do ventilador.
Sendo assim, a aeroacústica tem-se tornado um tópico importante a ser considerado para o estudo e identificação das fontes de ruído e para a análise de técnicas de redução do ruído gerado pelo escoamento do rotor que possam ser incorporadas desde a fase do projeto.
Este trabalho apresenta uma metodologia para o projeto aeroacústico de rotores de ventiladores de fluxo axial, considerando a teoria da asa de sustentação, a condição de equilíbrio radial, a condição de vórtice livre e forçado e a incorporação do efeito sweep com base numa função cúbica, como técnica de controle de ruído aerodinâmico. A metodologia de análise utilizada baseia-se na integração de técnicas de Dinâmica dos Fluidos Computacional (DFC) e modelos de predição de ruído para determinar as principais características de desempenho dos ventiladores e para avaliar a influência das variações geométricas (sweep) incorporadas, nos campos acústicos e aerodinâmicos do ventilador.
As análises numéricas foram realizadas a partir de simulações em regime permanente para a obtenção das curvas características do ventilador e a identificação das fontes de ruído local. Numa segunda abordagem, em regime transiente foi analisado o nível de pressão sonora em função de frequência para a análise do comportamento aeroacústico considerando a norma ISO 13347-3: 2004 para o posicionamento dos receptores. A metodologia da simulação para obter as grandezas aerodinâmicas foi validada através dos ensaios experimentais de um ventilador de pás de espessura constante sem torção.
Os experimentos foram realizados no banco de testes adequado às normas ASHRAE (Norma 5175) / AMCA (Norma 210-74) do Laboratório de Ventiladores (LabVent) do IEM/UNIFEI.
A principal contribuição da metodologia proposta neste trabalho é a incorporação de mecanismos de controle de ruído aerodinâmico desde a etapa do projeto através de uma abordagem com baixo custo computacional que consiste numa análise de sensibilidade para determinar os parâmetros que permitem diminuir as fontes locais de ruído aerodinâmico sem comprometer o as características de desempenho aerodinâmico.
Os resultados mostraram que os projetos com a incorporação do sweep com base na condição de vórtice livre e vórtice forçado reduzem as fontes de ruído e melhoram o desempenho aerodinâmico do ventilador em comparação com a geometria base do rotor. É importante destacar que os rotores dos ventiladores axiais projetados apresentam um comportamento aerodinâmico consistente em termos de rendimento hidráulico e pressão total, uma vez que os valores máximos de rendimento estão distantes da região de estol.

Neste trabalho, a liga Al-7%Si-0,4%Mg e a liga com adição de Fe, Al-7%Si-0,4%Mg-1,2%Fe foram submetidas a um experimento de solidificação horizontal através de um dispositivo refrigerado a água e equipado com termopares para obtenção de dados como temperatura e tempo, que por sua vez permitiram a obtenção de parâmetros térmicos de solidificação como velocidade de crescimento (VL) e taxa de resfriamento (TR), a serem determinadas. O comportamento mecânico de amostras com diferentes espaçamentos dendríticos secundários (2) e comprimento da fase β-Al5FeSi (βFe) foram avaliados por meio de ensaios de desgaste por esfera rotativa fixa, foram obtidos dados como volume (WV) e taxa de desgaste (WR), dois dos principais parâmetros de desgaste investigados. A metalografia quantitativa por microscopia óptica e eletrônica de varredura (MEV), juntamente com a espectroscopia por energia dispersiva (EDS), permitiu a caracterização das microestruturas fundidas, quanto às crateras desgastadas e o comprimento da fase. Variações mais significativas na resistência ao desgaste da liga investigada foram encontradas para faixas de2 e β-Al5FeSi que se situam dentro de
12-20 μm e 14-36 μm, respectivamente, composta predominantemente por fases primárias ricas em Al e estruturas eutéticas α-Al+Si+-Mg2Si+β-Al5FeSi favorecendo valores reduzidos de volume (WV) e taxa de desgaste (WR). Para valores de 2 e
β-Al5FeSi superiores a 24 e 48 μm, respectivamente, o volume (WV) e taxa de desgaste (WR) estabilizam assumindo valores constantes que dependem da distância de deslizamento. Além das equações do tipo potência relacionando 2 e β-Al5FeSi a VL e TR, também são propostas expressões matemáticas para variações de WV e WR com 2 e β-Al5FeSi. O comportamento elétrico foi obtido para avaliar alterações elétricas na presença do ferro para diferentes espaçamentos dendríticos secundários (2), essa propriedade elétrica foi obtida por medidas de condutividade elétrica (%IACS). A presença das fases -Al5FeSifunciona como um obstáculo para a condução elétrica na liga, e menores tamanhos de fase -Al5FeSi são encontrados para altas taxas de resfriamento e menores valores de espaçamento dendrítico secundário (2), é onde a condutividade elétrica é maior. Assim, maiores medições de espaçamento dendrítico secundário (2) foram solidificadas com menores taxas de resfriamento, apresentando elevada quantidade da fase -Al5FeSie diminuindo os valores de condutividade com o elevado teor de Fe.

Esta tese aborda estudos feitos no sentido de se integrar as técnicas de controle adaptativo e do Regulador Integrativo Universal (RIU). Os estudos começaram com a implementação de um ganho não constante, mas em função do erro. Este controlador foi chamado de RIUM (Regulador Integrativo Universal Modificado). Isso será o primeiro passo rumo a implementação de ganhos adaptativos. Foram feitas simulações com o controle de voo de um quadrirotor. Com o intuito de validar a técnica proposta, foram feitas comparações com as técnicas RIU, MRAC (Model Reference Adaptive Control) e combinações destas técnicas. As comparações foram feitas a partir dos resultados plotados nos gráficos e no cálculo de dois índices de desempenho: o erro acumulado (EA) e a demanda de controle (DC). Uma demonstração analítica de estabilidade da técnica de controle RIUM também foi apresentada. Depois disso, foram analisadas formas de se integrar controle adaptativo com RIU, e foram testadas as formas obtidas. As contribuições deste trabalho foram a apresentação e estudo detalhado do controlador RIUM aplicados a um quadrirotor, e os estudos inicias feitos no intuito de projetar um Regulador Integrativo Universal com ganhos adaptativos (RIUA).

O aço ferramenta Vanadis R 8 é um material fabricado por metalurgia do pó, amplamente utilizado nafabricação de matrizes, punções, ferramentas para corte e conformação a frio. Este aço de altíssimo desempenho possui em sua composição química alto teor de carbono, combinado com os elementos de liga cromo, molibdênio e vanádio, com propriedades mecânicas de alta resistência ao desgaste, alta tenacidade, grande estabilidade dimensional, sendo aplicado em ferramentas que necessitam de alta durabilidade. Além disso, o Vanadis R
8 possui alto valor agregado, e quando este material é usinado, o processo gera cavacos que são vendidos como sucata para empresas que utilizam em seus processos a refusão, uma técnica custosa que degrada o meio ambiente. Sendo assim, este estudo tem como objetivo o reaproveitamento do aço Vanadis 8, utilizando a rota de metalurgia do pó.
Para isso, foi realizado a obtenção dos pós pela Moagem de Alta Energia em duas fases. Na 1 fase da MAE foram adicionados carbetos de (vanádio VC e molibdênio Mo2C) durante o processo de moagem com concentração de 3%, com a finalidade de se reduzir o tamanho das partículas com distribuição mais homogênea possível dos pós. Os parâmetros utilizados foram rotação 350 rpm, relaçao massa/bola (1:15) e tempo de moagem 4, 8 e 12 horas. Foram feitas análises como: MO, MEV, DRX, Difração a Laser, tamanho médio de cristalito e grau de cristalinidade. Na 2a fase da MAE, utilizou-se o DOE fatorial e o DOE RSM para definir os parâmetros mais significativos e equacionar o modelo obtido pelas respostas dos experimentos difração a laser e peneiramento. Os intervalos dos parâmetros utilizados na 2a fase da MAE foram rotação 300–400 rpm, relaçao massa/bola (1:15) etempo de moagem 12–50 horas. A análise de variância (ANOVA) dos experimentos, mostraram que
para a difração a laser, os ajustes para as respostas foram inconclusivos, isto, devido ao baixo valorde R2 ad j representado pelo ajuste. Para o experimento peneiramento o ajuste das respostas mostraram uma modelagem dentro dos limites aceitáveis, na qual pode-se obter o seu equacionamento. Através dos resultados foi possível concluir que a mistura do pó do V 8 com a adição de 3% de VC foi a configuração mais eficiente para a redução das partículas, e com o DOE RSM , determinou-se que a energia dada ao processo através da rotação foi o parâmetro mais estatisticamente significativo. Além disso, foi possível notar pela modelagem DOE RSM, que com rotação e tempo máximos de 400 rpm e 50 h, o processo conseguiu transformar 78% dos pós em partículas com as mesmas características das vendidas comercialmente, enquanto que com 400 rpm e 28 horas de moagem o processo conseguiu alcançar 60% de eficiência, sendo esta configuração a mais viável economicamente.

Esse trabalho apresenta um procedimento de otimização através da variação da curva de sweep de uma Turbina Eólica de Eixo Horizontal de duas pás, previamente ensaiada pelo laboratório estadunidense denominado National Renewable Energy Laboratory (NREL). A metodologia utilizada para realizar a simulação numérica foi: uso de malha não estruturada em todo o domínio, regime permanente, com dois referenciais, sendo um não inercial no domínio do rotor, e um inercial no campo distante, modelo de turbulência k-ω SST, o esquema de discretização do momento foi o de primeira ordem a montante, algoritmo de acoplamento SIMPLE. Foi realizado critério de independência de malha, e também validação através da comparação com dados experimentais do momento da pá, tendo concluído que a metodologia foi validada para velocidades de vento entre 5 m/s e 16 m/s. Posteriormente , foi realizada uma integração de processos de geração de geometria, malha e simulação numérica, para otimizar o coeficiente de potência, através da introdução do ângulo de sweep nas pás, sendo variados o expoente da curva, a posição radial de início da curvatura e o deslocamento máximo da ponta da pá durante o processo de otimização.

Este processo foi feito utilizando p algoritmo NSGA-II, que é uma modificação do Algoritmo Genético, com o coeficiente de potência (Cp) sendo a função objetivo. No processo, foi possível obter duas geometrias otimizadas para a pá, sendo uma com sweep para frente, que resultou em um aumento de 4,58% no Cp, e outra com sweep para trás, que resultou em um aumento de 5,62% no Cp para velocidade de vento de 11 m/s, que consistiu no ponto mais alto da região estável. Também foi construído um metamodelo para, tentar conseguir um ótimo ainda melhor de maneira rápida, e que permitiu a obtenção de uma turbina com 5,93% mais Cp do que a original.

Além disso, as geometrias otimizadas forneceram um aumento do coeficiente de potência para toda a faixa de operação entre 10 m/s e 15 m/s.

Este trabalho apresenta uma metodologia para o projeto conceitual de turbinas Pelton,
onde as configurações ou dimensões são determinadas em função da condição de carga
nominal. Para a determinação da energia e eficiência hidráulica da turbina, são introduzidas as perdas em termos de energia específica, sendo posteriormente consideradas as fugas e as perdas mecânicas. Esta metodologia permite obter as coordenadas espaciais que representam a superfície côncava da concha. Os resultados preliminares do projeto são comparados com um modelo numérico em regime transiente (CFD), procedimentos e metodologias para a simulação são apresentados em detalhes, como a construção da malha no domínio não inercial, representado por cinco conchas e interfaces de mistura deslizantes entre os domínios inerciais e não inercial. Os modelos multifásico, VOF e turbulência k-ω / SST foram selecionados considerando valores de passo tempo em torno de 0,000185 s., a fim de representar o torque instantâneo resultante da interação entre as conchas e o jato. Resultados da simulação foram estendidos para analises da eficiência hidráulica, no ponto de projeto e em carga parcial.

Os escoamentos bifásicos são amplamente encontrados nas mais diversas aplicações práticas, tais como sistemas de refrigeração, reatores nucleares, refinarias de petróleo, unidades de geração de energia e muitas outras. Entre os equipamentos que empregam os escoamentos bifásicos, vêm ganhando cada vez mais destaque os dispositivos microfluídicos. Esses dispositivos possuem dimensões da ordem de alguns mícrons e são empregados em diferentes ramos da indústria (farmacêutica, eletrônica, cosmética, médica, etc.). Nesse contexto, destacase a importância de se estudar as características dos escoamentos bifásicos e os processos neles envolvidos, como, por exemplo, a formação, a ruptura e a coalescência de gotas/bolhas. O presente trabalho tem como objetivo estudar o escoamento de uma gota em um microcanal bidimensional com junção em formato de T. Investiga-se o comportamento da gota na junção e os regimes de ruptura ou não-ruptura da gota, assim como a influência que parâmetros como o número de capilaridade e o comprimento da gota exercem sobre seu escoamento. O estudo é conduzido por meio de simulações numéricas realizadas no software comercial COMSOL Multiphysics®, o qual emprega o Método dos Elementos Finitos para discretizar as equações governantes de um fenômeno físico. O Método Campo de Fase, disponível no COMSOL, é utilizado para representar a interface entre a fase contínua e a fase dispersa do escoamento bifásico. Além disso, são aplicadas técnicas de refinamento local e de refinamento adaptativo da malha computacional em regiões de maior interesse do domínio, como as paredes e a
interface entre os fluidos, a fim de melhorar a precisão da solução numérica. Foram estudados diferentes casos, cada qual com uma combinação de número de capilaridade e de comprimento da gota no momento que ela atinge a bifurcação em T. Obteve-se dados como o regime de ruptura da gota e a evolução temporal da espessura mínima do pescoço da gota na junção. Todos os resultados foram comparados com resultados presentes na literatura, a fim de se validar a metodologia empregada. Por fim, constatou-se que os resultados numéricos obtidos apresentaram uma boa concordância com a literatura de referência.

Minas Gerais é o Estado brasileiro que mais produz carvão vegetal, e esta produção se dá através de fornos de carbonização que emitem gases nocivos à atmosfera, desperdiçando energia útil e causando um impacto ambiental. Este trabalho se propõe a realizar uma avaliação do potencial de geração de eletricidade proveniente dos gases efluentes da produção de carvão vegetal em Minas Gerais a partir de diferentes tecnologias de conversão de eletricidade. Foi realizado um levantamento dos produtores de carvão vegetal no Estado e da sua produção a fim de conhecer o potencial energético disponível em 2020 com uma projeção até 2030. Nos estudos de geração de eletricidade, foram consideradas três tecnologias, a saber: o ciclo Rankine à vapor (SRC), o ciclo Rankine orgânico (ORC) e a turbina a gás de queima externa (EFGT). Para cada tecnologia, calcularam-se as eficiências de conversão que foram aplicadas em cada um dos empreendimentos previamente levantados. As eficiências variaram de 5% à 24%, dependendo do tipo de tecnologia para as faixas de potência de 100 kW à 2000kW. Mapas temáticos dos potenciais de geração em Minas Gerais foram criados, evidenciando uma concentração da produção nas regiões Norte e Nordeste do Estado. O maior potencial de geração para o estado foi de 1348 GWh/ano utilizando o ciclo ORC com regeneração e superaquecimento tendo como fluido de trabalho o n-decano. Também foi conduzida uma análise econômica levando em conta a venda de energia em leilões no mercado de energia, juntamente com uma análise de sensibilidade para cada variável de potência, preço de venda da energia, taxa mínima de atratividade, impostos, horas de operação da planta e preço de aquisição de bens consideradas. Os menores custos específicos de investimento foram do SRC, variando de 2.371,03 US$/kW à 2000 kW e 3.795,25 US$/kW à 500 kW. Os resultados demonstram que os atuais cenários técnicos e econômicos não são favoráveis para a implantação de usinas de geração de eletricidade baseadas na recuperação de gases residuais em plantas de produção de carvão vegetal no Estado de Minas Gerais, sendo praticamente impossível a viabilidade em plantas menores que 10 MW em um horizonte de 10 anos. Todas as tecnologias apresentaram preços de venda de energia acima dos 100 US$/MWh, que é acima da média dos últimos 3 anos. Contudo, o amadurecimento tecnológico dos meios de produção de carvão e tecnologias de conversão de eletricidade, aliados à um incentivo econômico baseado nos benefícios ambientais, podem propiciar uma melhora deste cenário futuramente.

RIBEIRO, A. R. B. (2021), Análise de Vibração em Estruturas Sanduíche com Materiais
Compósitos e Núcleo Viscoelástico Utilizando o Método da Transformada Diferencial, 208pp.
Tese de Doutorado, Instituto de Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Itajubá.
Nesta tese faz-se uma análise dinâmica através da solução da equação diferencial de movimento de um modelo de viga compósita composta por três camadas, duas com material compósito e uma com núcleo viscoelástico. Inicialmente se obtém a equação diferencial que governa o movimento de vibração livre por meio da Teoria de vigas compósitas aplicando-se o Princípio de Hamilton. Essa equação é resolvida com a utilização do Método da Transformada Diferencial. Obtém-se os parâmetros modais como frequências naturais e modos de vibração.
Descreve-se passo a passo o desenvolvimento dos corpos de prova feitos com o material tipo fibra de vidro e resina epoxy, onde a camada viscoelástica é embutida juntamente entre as camadas da manta de fibra de vidro no processo de infusão a vácuo conhecido como VARTM.
Determina-se os fatores de amortecimento para as vigas compósitas com núcleo viscoelástico, utilizando-se a resposta da velocidade no tempo do ensaio de vibração livre, utiliza-se para isso a representação de um sistema com um grau de liberdade. Finalmente os resultados numéricos obtidos são comparados com outros autores, resultados teóricos e experimentais, com o objetivo de analisar a efetividade do equacionamento teórico e do método de solução utilizado. Uma boa concordância entre os resultados teóricos e experimentais é observada.

A descarbonização da matriz elétrica é um componente chave das estratégias de mitigações dos impactos ambientais que visam a redução dos níveis de concentração de dióxido de carbono na atmosfera. A redução do uso de fontes fósseis para maximização de fontes renováveis é uma medida adequada para gerenciar a redução das emissões de gases de efeito estufa (GEE) decorrentes do processo de geração de energia, além de promover o desenvolvimento socioeconômico das regiões onde esta estratégia é aplicada. O estudo tem como objetivo avaliar as mudanças de longo prazo no desempenho ambiental e econômico da matriz elétrica do Brasil, com base no plano de do EPE/MME. Para atingir esse objetivo, foram definidos cenários prospectivos: o cenário de referência está baseado no plano de expansão de energia do governo para o horizonte 2030-2050, e a partir deste foram elaborados outros três. Para estes foi considerado que não haveria crescimento das fontes de energia fósseis no futuro, e a participação destas seria constante, de acordo com os valores de geração do ano de 2019. Deste modo, no segundo cenário considerou-se que o possível crescimento no consumo de combustível fóssil seria substituído pela penetração máxima de biomassa no plano de governo 2030-2050, assim como no terceiro cenário, considerou-se que esta substituição fosse feita pela penetração máxima da fonte eólica. Finalmente, no quarto cenário, considerou-se a penetração máxima da fonte fotovoltaica (FV). O aumento da fonte fóssil só aconteceria caso a quantidade da penetração máxima de energia renovável não fosse suficiente para a suprir o incremento de energia futuro. A fim de analisar o desempenho ambiental dos cenários analisados, foi utilizada a metodologia da Análise do Ciclo de Vida (ACV) e para o desempenho econômico, o custo nivelado de energia (LCOE). Os resultados apontam que o melhor desempenho para o Potencial de Aquecimento Global (GWP) foi para o cenário de maximização da fonte eólica, com o valor médio de 0,121 kgCO2/kWh e o pior desempenho para o cenário de expansão de energia do governo, com o valor médio de 0,167 kgCO2/kWh. O menor custo nivelado médio de eletricidade foi para o cenário de expansão eólica, com 0,0438 USD/kWh e o maior custo nivelado de eletricidade foi para o cenário de expansão de biomassa, com 0,0476 USD/kWh. Os resultados deste estudo podem apoiar a formulação de políticas para o planejamento futuro da bioenergia brasileira.

Na indústria aeroespacial, polímeros reforçados com fibra de carbono oferecem diversas vantagens, como uma melhor relação entre resistência por peso ou mesmo resistência a corrosão. A análise de sinais obtidos pela emissão acústica tem sido bem sucedida para avaliar ensaios mecânicos e também para determinar defeitos no material. Esse trabalho é focado no processo de usinagem por fresamento de materiais compósitos de resina epóxi e fibra de carbono, em termos de avaliação da qualidade superficial e com compreensão da fenomenologia do processo por ensaios não destrutivos, principalmente emissão acústica e análise de temperatura por infravermelho. Durante o processo de usinagem, o monitoramento do processo com vistas à detecção e predição da qualidade superficial e ocorrência de defeitos é industrialmente útil, podendo aumentar a automatização dos sistema de fabricação, incrementar a produtividade e prover maior controle de qualidade. O objetivo deste estudo foi de mostrar que é possível implementar um sistema de monitoramento em tempo real do processo de corte, com o entendimento dos mecanismos e variáveis de influência. As comparações dos diferentes parâmetros empregados durante o fresamento e seus efeitos nos sinais obtidos pela técnica de emissão acústica e variações de temperatura, permitiram relacionar esses métodos com a qualidade superficial. Os resultados indicam que os ensaios não destrutivos podem servir de indicativo para o estado de qualidade superficial das placas de fibra de carbono-epóxi, também são sensíveis às alterações dos parâmetros de usinagem. Além disso, a análise por emissão acústica obteve melhor desempenho do que a análise por termografia infravermelho no monitoramento do fresamento desses materiais.

Este trabalho investiga numericamente o efeito de novos padrões de interferência sobre escoamentos com números de Reynolds no regime subcrítico, os quais se desenvolvem ao redor de dois cilindros circulares in tandem. Os novos padrões de interferência estão atrelados à inclusão de efeitos de rugosidade e, consequentemente, as interações esteira-corpo e esteira-esteira impõem nova dinâmica de vorticidade para o problema. Em geral, os resultados numéricos indicam as potencialidades da abordagem numérica para capturar redução de força de arrasto associada com aumento da pressão de base, intermitência na geração de estruturas vorticosas e destruição de esteira, para certos padrões de interferência. A literatura é escassa de resultados de escoamentos ao redor de arranjos de cilindros com interferência de rugosidade, o que motivou este estudo. A análise dos principais resultados numéricos permite tirar conclusões importantes e, principalmente, propicia a evolução da ciência. Duas contribuições deste trabalho podem ser destacadas: (i) implementação de um algoritmo para a inclusão de efeitos de interferência de rugosidade, a partir de um método de vórtices puramente Lagrangeano com modelagem de turbulência do tipo LES implementado em um código caseiro; e (ii) aplicação de processamento paralelo usando OpenMP com Fortran para todos os casos de testes. Os resultados numéricos ratificam que o modelo de rugosidade é mais sensível para capturar fenômenos físicos do que somente a modelagem bidimensional de turbulência. No passado, a modelagem de turbulência propiciou o desenvolvimento do atual modelo de rugosidade, que, em essência, distribui pontos ao redor de um corpo para combinar geração de vórtices discretos e mudança instantânea do campo de vorticidades no interior da camada limite por injeção de quantidade de movimento.

Os tubos protéticos geralmente são estruturas tubulares sem juntas ou partes móveis. Em amputações
de membros inferiores substitui o papel dos ossos tíbia e fíbula como estrutura de suporte e transferência de carga durante a caminhada ou corrida. Comumente, os tubos protéticos são fabricados utilizando materiais metálicos como aços inox, alumínio e titânio. A massa destes tubos geralmente é elevada em comparação com os tubos fabricados em compósito de matriz polimérica reforçado com fibra de carbono. Sendo assim, este trabalho tem como principal objetivo otimizar um novo conceito de tubo, fabricado em material compósito, que faz uso de estrutura de travessas rígidas e camada interna de suporte estrutural. Para o desenvolvimento do trabalho, foi utilizado uma técnica de Superfície de Resposta (RSM), sendo esta,
utilizada para definir quais dados, em que quantidade e em que condições devem ser coletados durante um determinado experimento, buscando, basicamente, satisfazer dois grandes objetivos: a maior precisão estatística possível na resposta e o menor custo. Após a análise inicial da RSM, foi utilizado o método de elementos finitos para os cálculos estruturais e validação do tubo para cada condição do experimento gerado pela RSM, sendo que para validar o tubo são necessárias análises de compressão e torção. Com os resultados obtidos, foi possível encontrar equações que regem o problema. Porteriormente, obtendo as equações do meta-modelo, foi possível otimizar os parâmetros das equações que traduzem as respostas estruturais do tubo de travessas rígidas por meio do algoritmo de enxame de partículas (PSO) e do algoritmo genético (GA). Estas configurações ótimas foram analisadas computacionalmente e verificadas que são viáveis para utilização. Partindo de um modelo existente e otimizando a configuração para o melhor coeficiente de Tsai-Wu, quando a estrutura está submetida a compressão, conseguiu-se diminuí-lo aproximadamente 83%. Já otimizando a massa, foi possível diminuí-la em 14% e ter um coeficiente de Tsai-Wu 22% menor. Na otimização multi-objetivo, reduziu-se o Tsai-Wu de compressão em 63%. Sendo assim, o objetivo de se obter uma configuração ótima para um novo conceito de tubo para próteses de membros inferiores foi alcançado.

Com o aumento do consumo de matéria-prima, energia e geração de resíduos, a reciclagem se faz necessária por razões ambientais e industriais. Assim o processo de moagem de alta energia juntamente com a técnica de metalurgia do pó, proporciona a produção de pós de aço inoxidável duplex com a adição de carbetos se torna um novo método para a reciclagem de cavacos. O objetivo deste trabalho foi a produção de pós do aço duplex UNS S31803 utilizando moagem de alta energia partindo do cavaco, com adição de carbetos de Vanádio como reforços. O carbeto de vanádio proporcionou um maior poder de cominuição no processo de moagem, sendo obtido um tamanho médio das partículas de 42,27 μm. O planejamento fatorial completo foi utilizado para obter as melhores condições de sinterização do aço inoxidável duplex, levando em consideração os três fatores mais importante na sinterização que são temperatura, pressão de compactação e tempo. Foram utilizados dois níveis para cada fator; temperatura de sinterização (1200, 1240 e 1280 °C), pressão de compactação uniaxial (700, 800 e 900 MPa), e tempo de sinterização (1, 1,5 e 2 horas). A análise do tamanho de partícula, microscopia eletrônica de varredura e difração de Raios X foram utilizadas na medição do tamanho de partículas e caracterização dos pós. Dados estatísticos revelaram que a temperatura e pressão de compactação são os termos mais influentes, no processo de sinterização. A maior densidade obtida foi de 82% e o valor de dureza obtido foi de 72% em relação à amostra conforme recebido. O material sinterizado apresentou as fases ferrita, austenita, além da fase martensítica induzida pela deformação. E a partir da análise das propriedades foi conferido que este método é viável, tornando-se uma rota alternativa para o reaproveitamento de cavacos de um aço inoxidável.

Usinas de ciclo combinado estão, cada vez mais, apresentando um papel de destaque na geração de eletricidade mundial. Estas usinas se destacam pelas suas maiores eficiências, menores custos de produção de eletricidade e menores emissões de gases de efeito estufa. No Brasil, um país com geração majoritariamente renovável, estas usinas têm aumentado, cada vez mais, sua participação na produção de eletricidade. Destaca-se que as usinas de ciclo combinado podem servir como alternativas para diversificar a matriz energética brasileira e aumentar a confiabilidade do sistema, evitando que crises de fornecimento se repitam. Neste contexto, este trabalho realiza uma análise energética, exergética e exergoeconômica de uma usina de ciclo combinado real, a partir da utilização de um simulador full-scope, que reproduz digitalmente, e de forma fiel, a operação da usina EDF Norte Fluminense, localizada em Macaé-RJ. Em resumo, este simulador apresenta uma duplicata exata da usina real e sua operação é idêntica a operação da usina real.
Os resultados apresentaram, para a usina estudada, uma eficiência energética de 51,47% e uma eficiência exergética de 49,25%. Além disso, verificou-se que os equipamentos responsáveis pelas principais irreversibilidades foram: câmara de combustão, turbinas a gás e caldeiras de recuperação. Da análise exergoeconômica verificou-se que o custo de produção de eletricidade, para o caso base, foi calculado em como sendo 0,3891 R$/MWh, o que é 10% inferior ao CVU calculado pela ANEEL para a usina em questão. Por fim, verificou-se que, quanto maior o tempo de operação anual da usina, menor o custo de produção de eletricidade, o que pode motivar a construção de novas usinas de ciclo combinado para operar na base do sistema elétrico brasileiro, reduzindo a dependência de hidrelétricas e proporcionando ao consumidor tarifas inferiores àquelas observadas nas operações de térmicas convencionais.

O Brasil vem se destacando ao longo dos anos por ser um dos países que mais se desenvolve em termos de geração de energia elétrica através de fontes renováveis, dentre estas fontes estão aquelas cuja geração se dá através do movimento das águas em conjunto com obras civis denominadas por Usinas Hidrelétricas, sendo estas de pequeno, médio e grande portes. Neste processo de geração pode haver perdas, sendo que estas podem ser estimadas via estudo das vazões dos mananciais ao longo dos períodos mais rigorosos dos anos em conjunto com fatores internos da própria instalação geradora. Portanto, este trabalho apresenta um estudo da redução da energia elétrica gerada em algumas unidades geradoras devido ao envelhecimento de tubulações forçadas da instalação e consequentemente aumento da rugosidade superficial destas tubulações. Esta redução é calculada usando dados físicos da planta comparando com o período hidrológico crítico do sistema. Um aumento na perda de carga e consequente redução de capacidade de geração do sistema foi calculado através da evolução temporal da rugosidade interna das tubulações. Este estudo mostra os efeitos deste fenômeno descrito em termos de performance do sistema, ao logo dos anos.

Essa pesquisa explora a produção de biocombustíveis de aviação por diferentes rotas, em
biorrefinarias integradas a extração de óleo de palma. As biorrefinarias são divididas em quatro
estudos de caso, com plantas de extração, biodiesel, etanol de segunda geração e plantas de
produção de biojet fuel, via processos HEFA e via ATJ. Além disso, estão incluídas também
estações de cogeração, que são abastecidas com a biomassa residual da extração e permitem
que todos os casos estudados tenham suas demandas por energia térmica e elétrica supridas. As
biorrefinarias são analisadas por indicadores de 1a e de 2a Lei, exergoeconomicamente e exergoambientalmente,
tal como, faz-se uma análise de ciclo de vida e uma análise econômica dos
casos estudados. Aanálise termodinâmica aponta para o caráter ainda emergente das tecnologias
usadas para produção de biocombustíveis aeronáuticos, devido às suas grandes irreversibilidades.
A análise exergoeconomica indicou que o processo de obtenção de biocombustíveis que
conta com os maiores custos unitários, exergéticos e monetários, é o processo ATJ. A produção
de eletricidade excedente tem os maiores custos obtidos. A análise econômica indica que a
planta que apresenta maior atratividade é a do Caso 2, devido ao menor investimento. Ambientalmente,
os resultados indicam que a produção de biojet fuels é favorável à mitigação dos
efeitos de aquecimento global para os combustíveis obtidos pela rota HEFA. A diversificação
dos produtos das biorrefinarias contribui para as finanças do sistema, entretanto, tecnicamente
ainda não se mostram vantajosos, pois as melhores eficiências são encontradas para o Caso Base.

Um dos efeitos bastante conhecido na aerodinâmica é o efeito estol que consiste de uma queda brusca do coeficiente de sustentação devido à separação do escoamento do corpo. Diversos estudos são realizados na tentativa de suprimir este efeito tanto para evitar acidentes aéreos quanto para melhorar a aerodinâmica das aeronaves e sua eficiência. Apresenta-se neste trabalho um estudo numérico de escoamentos viscosos e incompressíveis de fluidos newtonianos, sobre um perfil NACA0012 em movimento de arfagem com o objetivo de analisar alguns mecanismos de atraso e supressão do estol dinâmico. Para realizar os estudos numéricos utilizou-se o programa de simulação COMSOL Multiphysics com o modelo de turbulência k-ω e todas as simulações foram realizadas no Laboratório de Transferência de Calor (LabTC) da Universidade Federal de Itajubá. O primeiro estudo na supressão do efeito de estol dinâmico foi feito com a introdução de slats ao aerofólio gerando um atraso no estol e diminuindo o pico de arrasto em 15,52%. No segundo estudo foi realizada a implementação de jatos insufladores em três diferentes posições no bordo de ataque com velocidades variando de uma à quatro vezes a velocidade de escoamento. Em todos os casos com jatos insuflados ocorreu o atraso no estol dinâmico e para os casos com posicionamento de 2,5%c e 5%c, onde c é a corda do aerofólio, com velocidade de insuflação igual a quatro vezes a velocidade do escoamento livre houve a supressão total do estol. O terceiro foi direcionado à adição de um ponto de sucção no extradorso do perfil NACA0012, onde a sucção não inibiu o estol dinâmico, mas possibilitou o atraso deste efeito. Foram realizadas as análises qualitativas e quantitativas dos resultados através dos campos de pressão e de velocidade e dos coeficientes aerodinâmicos para demonstrar o atraso e supressão do efeito de estol dinâmico. Também foi realizado um estudo de validação da metodologia utilizada comparando os resultados obtidos com resultados numéricos e experimentais de outros autores para demonstrar a boa confiabilidade da metodologia.

O presente trabalho consiste no estudo de dois fenômenos envolvidos em análises de interação fluido-estrutura, isto é, o efeito solo e as Vibrações Induzidas por Vórtices (V.I.V.). Utiliza-se o Método de Vórtices Discretos (M.V.D.) de caráter puramente Lagrangeano para a solução numérica do problema da oscilação forçada sobre um cilindro circular imerso em um escoamento fluido, tendo o corpo um grau de liberdade para oscilar apenas na direção in-line, isto é, na direção do escoamento incidente. Nessas condições, há uma intensa interação entre fluido e estrutura, e manifestam-se complexos fenômenos que caracterizam os estudos de V.I.V., como o surgimento de diferentes regimes de formação e desprendimento de estruturas vorticosas, a competição entre esses regimes e o fenômeno de atrelagem síncrona, lock-on ou lock-in. Para o estudo e acurácia dos carregamentos fluidodinâmicos na situação de vibração forçada, esse trabalho contribui com o desenvolvimento teórico e a implementação numérica no cálculo de efeitos inerciais na formulação integral da entalpia específica de estagnação. Separadamente, são realizadas investigações a respeito da influência causada puramente pela proximidade de uma superfície plana em relação ao cilindro imerso em um escoamento, utilizando-se de um artifício numérico, o qual desacopla a camada limite (C.L.) originada junto à parede plana, o que produz um efeito semelhante a situação em que o chão se move na mesma velocidade do fluido. Verificou-se a ocorrência de fenômenos como a mudança do ponto de estagnação e dos pontos de separação da C.L. sobre o corpo rombudo estacionário, variações significativas dos carregamentos e supressão do regime de desprendimento de vórtices quando a distância entre o chão e o cilindro é muito pequena. Ao final, realizou-se investigações onde as situações de efeito solo e V.I.V. se fazem presentes simultaneamente, investigando a dominância de um fenômeno sobre o outro em situações em que os efeitos eram concorrentes. Todas as simulações são realizadas para um número de Reynolds (𝑅𝑒) igual a cem mil. De modo geral, os estudos tiveram ótima correspondência com a literatura. No entanto, um estudo que envolva a situação análoga com a atuação dos dois efeitos de interferência é raramente encontrado na literatura para a comparação.

Desenvolvimento de um equipamento para a obtenção de amostras circulares (diâmetros
de 4mm) na Metalurgia do Pó (PM) por Compactação por Descarga Elétrica (EDC) e
Sinterização por Descarga Elétrica (EDS), capaz de realizar a Compactação à Quente
(HP) e Sinterização por Plasma em Corrente Elétrica (SPS) com a união das duas etapas
do processo num único equipamento sem a necessidade de desmoldagem da amostra.
Dimensionar transformadores de alta amperagem e baixa voltagem (HALV) e
desenvolver um molde (matriz e/ou punções) tendo como fonte de calor a energia
térmica gerada por Efeito Joule (JE) proveniente de corrente elétrica alternada (AC) sem
que ocorra a fundição da amostra. As faixas de operação são: temperatura (ambiente a
400ºC), tempo de cada descarga elétrica (0 a 16s), pressão (0 a 9GPa) e curso do
atuador (0 a 150mm) todas variáveis independentes, simultâneo ou instantâneo. A forma
final dos eletrodos possui características comerciais, adaptado para moldes de peças
com reentrâncias e espessuras de 20mm em uma matriz estacionária, de simples ação,
uniaxial e atmosfera livre com registro de parâmetros aplicável aos pós cerâmicos,
polímeros, metais, óxidos, silicatos e suas misturas em quaisquer composições.

Os algoritmos de otimização multi-objetivo comumente usados em projetos reais de engenharia são baseados em estratégias evolutivas que requerem frequentemente um grande número de avaliações das funções objetivo para atingir uma boa aproximação da frente de Pareto. Quando esses algoritmos são usados para resolver um problema de otimização real de engenharia, em que as funções objetivo são computacionalmente custosas, o tempo necessário para atingir a convergência pode ser proibitivo. Nesse sentido, o foco desta pesquisa foi desenvolver um algoritmo de otimização multi-objetivo, acoplado a uma estratégia de metamodelagem, para aprimorar os processos de otimização em problemas de engenharia. O algoritmo foi desenvolvido com base na construção de metamodelos usando funções de base radial para aproximar as funções computacionalmente custosas. Esses metamodelos são otimizados num processo de amostragem iterativo para obter novos pontos no espaço de decisão, com os quais as próximas avaliações das funções custosas devem ser feitas. Além de poder aplicar-se a problemas multi-objetivo, a estratégia desenvolvida faz com que o algoritmo derive para o algoritmo CORS, no caso de problemas mono-objetivo. Os resultados mostraram um desempenho muito satisfatório do algoritmo desenvolvido quando aplicado, tanto nos problemas de teste selecionados quanto em problemas específicos de engenharia relacionados ao projeto otimizado de pás de turbinas eólicas, otimização aerodinâmica da geometria de asas e projeto otimizado de grades lineares de máquinas de fluxo axiais. Na maioria dos casos, o número de avaliações das funções custosas usadas pelo algoritmo desenvolvido baseado em técnicas de metamodelagem, foi pelo menos três vezes menor do que as empregadas pela aplicação direta de um algoritmo de otimização multi-objetivo até atingir a convergência com valores médios semelhantes das métricas de cobertura e diversidade da frente de Pareto.

Atualmente processos de combustão representam a maior quantidade de energia gerada no mundo, energia utilizada para sustentar o estilo de vida atual. Devido a isto ela é também uma importante fonte de poluentes que fomentam os principais problemas ambientais contemporâneos. Com o decorrer do tempo devido a sua importância, a pesquisa no aprimoramento dos processos de combustão tem sido conduzida em vários âmbitos como, por exemplo, a melhora do rendimento e o emprego de novos tipos de combustíveis. Dentro das novas tecnologias utilizadas, a combustão sem chama (flameless combustion), oferece basicamente um bom rendimento com uma baixa emissão de NOx e CO, sendo pesquisada amplamente com combustíveis gasosos. A utilização de combustíveis líquidos e sólidos vem sendo explorada nos últimos anos ainda em forma limitada, comparada aos combustíveis gasosos. Nesta tese, foi projetada e construída uma câmara de combustão que trabalha em regime de combustão sem chama, utilizando combustíveis líquidos não tradicionais (Óleo Pirolítico de pneu usado) e diesel. Para isto foi projetado um injetor efervescente para garantir a atomização e vaporização dentro da câmara. Um modelo de simulação computacional foi criado e validado utilizando o software comercial Fluent/ANSYS® Academic Student 2019 R2 para determinar numericamente as condições nas quais se desenvolveria a combustão sem chama utilizando diesel S-10. Os resultados das simulações foram comparados com trabalhos realizados em câmaras flameless de geometria similar observando-se os resultados das temperaturas e os padrões de recirculação interna (linhas de corrente) dos gases queimados. As melhores condições de recirculação e de homogeneidade das temperaturas foram obtidas para coeficientes de excesso de ar (λ) superiores a 1,2. Com os resultados da simulação fluidodinâmica, foram projetados e construídos um injetor do tipo efervescente e uma câmara de combustão de pequeno porte para uma potência de até 20kW. Esta câmara foi testada com Diesel S-10 e com misturas de Diesel S-10 e TPO (tyre pyrolysis oil) em concentrações mássicas de: 98% Diesel S-10 & 2% TPO, 95% Diesel S-10 & 5 % TPO e 90% Diesel S-10 & 10 % TPO. Os testes realizados resultaram na obtenção do regime de combustão sem chama (flameless) com a extinção da chama tradicional, homogeneização das temperaturas dentro da câmara e a redução das emissões de gases NOx.

Existem duas técnicas para controle do comportamento destrutivo da esteira e do desprendimento de estruturas vorticosas atrás de corpos rombudos. Na primeira está o método ativo, que necessita de alguma fonte externa de energia para controle do escoamento. Na segunda está o método passivo, que se caracteriza pela modificação da geometria do corpo. Assim, a combinação da rugosidade superficial de um corpo (controle passivo) e a aproximação desse corpo de uma superfície plana horizontal móvel (controle ativo) foi recentemente classificada como uma “técnica de controle híbrido de desprendimento e supressão de vórtices”, durante o desenvolvimento desta Tese de Doutorado. Contudo, é relatado na literatura que algumas restrições impostas pelos atuais modelos de rugosidade necessitam ser superadas. Além do mais, há escassez de resultados na literatura para combinação dos efeitos de rugosidade e solo. E para certas condições de escoamento, são muito raros os resultados de uma terceira sobreposição, que seria o efeito de vibração estrutural do corpo induzida pelo desprendimento de vórtices. Principalmente, se são considerados altos números de Reynolds de interesse prático. Nesta Tese de Doutorado é concebido e desenvolvido um novo modelo de rugosidade, que é integrado ao Método de Vórtices Discretos que já apresenta uma adaptação com a inclusão de um modelo de turbulência de Simulação de Grandes Escalas. Com essa contribuição, simulações e investigações do efeito da rugosidade superficial de um cilindro bidimensional no controle do desprendimento de vórtices deste, são realizadas para escoamentos em uma ampla faixa de altos números de Reynolds. Outras configurações de escoamentos são também simuladas para testar a sensibilidade do método computacional. A programação paralela no padrão OpenMP é implementada para redução do tempo de processamento final. O novo modelo de rugosidade foi implementado com sucesso, e foi nomeado de Modelo Lagrangeano Dinâmico de Rugosidade – MLDRVL. Os regimes de formação de vórtices a jusante do corpo e a redução da força de arrasto foram mapeados em concordância com a física do problema. A crise do arrasto foi capturada e investigada para oito diferentes superfícies do cilindro, incluindo escoamentos nos regimes crítico e supercrítico, os quais apresentam maior dificuldade para serem numericamente simulados. Particularmente, os resultados para o coeficiente de arrasto apresentam boa aproximação aos valores obtidos experimentalmente. Sendo que o método desenvolvido foi capaz de capturar, inclusive, a chamada bolha de separação, que é um fenômeno de difícil reprodução, tanto por simulação numérica como por investigação experimental. A rugosidade superficial do cilindro isolado de outras fronteiras sólidas foi capaz de reduzir em até 51,6% o coeficiente de arrasto, em comparação com uma superfície lisa nas mesmas condições de escoamento. A aplicação da técnica híbrida de controle de desprendimento de vórtices permitiu reduções do coeficiente de arrasto da ordem de 45,4% para o cilindro estacionário e de 57,7% para o cilindro vibrando na direção longitudinal ao escoamento incidente. Por fim, a programação paralela permitiu significativa redução no tempo de processamento de uma simulação típica, em torno de 67% em média.

O uso do alumínio nas mais diferentes áreas de fabricação é uma tendência, justificada pela ampla gama de propriedades de suas ligas, além da relativa facilidade de sua conformação; dentre elas, a liga de alumínio-zinco, 7075-T6, se destaca por sua combinação de baixa densidade com boa dureza e resistência à corrosão. A princípio de uso aeronáutico, essa liga tem sido empregada para diversas atividades, desde estrutural até moldes de injeção de plástico. Portanto, é justificável que os processos de usinagem da mesma sejam mais estudados e compreendidos. Nesse contexto, este trabalho propõe o estudo do torneamento da liga 7075-T6, por meio de uma análise baseada em Projeto de Experimentos das variáveis explicativas Velocidade de Corte (Vc), Avanço (f) e Profundidade de Corte (ap) sobre as respostas Rugosidade Média (Ra) e Vibração (Sentidos de Corte e de Avanço), utilizando ferramentas de metal duro revestido e sem revestimento, com geometria idêntica. Os resultados mostram que o inserto revestido gerou piores valores de rugosidade, se comparados aos valores obtidos com o inserto sem revestimento. Observou-se, também, maior desgaste do inserto revestido, o que poderia indicar reação entre os elementos do revestimento com o alumínio. Ademais, observou-se que o Avanço (f) da ferramenta influenciou significativamente na rugosidade da superfície torneada, havendo certo grau de correlação desta com a vibração no sentido de corte. Finalmente, verificou-se que a vibração, apesar de influenciada pelas três variáveis explicativas, sofre influência de outros fatores não previstos no estudo.

Em muitas aplicações é necessário projetar, de forma controlada, as propriedades mecânicas dos materiais utilizados. Exemplos disso são encontrados nas aplicações biomecânicas (próteses, implantes, entre outras), onde a quantidade de materiais que podem ser utilizados é limitada. Adicionalmente, estes materiais possuem propriedades mecânicas muito diferentes das encontradas nos materiais componentes das estruturas naturais do corpo. Tais diferenças acabam ocasionando desconforto, dor e inclusive desgaste nas articulações. Assim, a possibilidade de projetar as propriedades mecânicas das estruturas, amplia e melhora as aplicações, permitindo um controle maior nas mesmas. Motivado pela evolução dos materiais arquitetados – Metamateriais - e com a evolução das técnicas de manufatura aditiva, neste trabalho foram desenvolvidas estruturas de treliça repetitivas com comportamento mecânico controlado. Os metamateriais aqui desenvolvidos são compostos por uma repetição de células cúbicas que possuem barras com comportamento de treliça espalhadas no seu interior. Este trabalho visa otimizar a configuração interna dessas células para que se obtenha o coeficiente de Poisson desejado, simulando o contínuo de um material com propriedades diferentes daquele material que compõe a estrutura treliçada. Uma metodologia para otimizar uma célula base, a fim de atingir o coeficiente de Poisson, foi elaborada com um algoritmo genético e o método dos elementos finitos. A formulação utilizada é escrita em função das posições nodais, realizando uma análise não linear geométrica. Os resultados mostram que a metodologia proposta permite projetar as propriedades mecânicas de forma controlada, especificamente o coeficiente de Poisson, permitindo obter materiais arquitetados para aplicações diversas.

Os sistemas Dish-Stirling são comumente instalados em campos abertos, os quais
apresentam apreciável disponibilidade eólica, portanto estes sistemas de conversão de energia
solar estão freqüentemente sujeitos a fortes ventos (Sun et al., 2014). A incidência de ventos
em concentradores solares dish a determinadas velocidades torna imperativo que o sistema de
conversão de energia seja desativado afim de que não ocorram danos ao mesmo (Sun et al.,
2014). Portanto, a disponibilidade eólica estabelece uma limitação intrínseca ao período de
operação deste sistema de conversão de energia solar. Contudo, a principal limitação
estabelecida ao período de geração de energia elétrica dos sistemas Dish-Stirling, concernente
a todos os sistemas de conversão de energia solar, consiste em sua restrição ao período
diurno, visto que não há disponibilidade de energia solar no período noturno.
A proposta estabelecida nesta dissertação consiste na integração de conversão de energia
eólica ao sistema Dish-Stirling, originando um novo conceito de sistema híbrido. Esta
hibridização oportunizará o acréscimo no período de geração de energia elétrica dos sistemas
Dish-Stirling referente ao período noturno, possibilitado fornecimento de energia elétrica
durante todo o dia.
A proposta técnica apresentada na dissertação consiste na hibridização do sistema Dish-
Stirling fundamentada no desenvolvimento de um novo conceito de concentrador dish, o
concentrador híbrido dish. O concentrador híbrido dish consiste conceitualmente em um
concentrador solar dish associado a pás eólicas, estabelecendo nesta mesma estrutura, a
conversão de energia solar e a conversão de energia eólica. Portanto, o desenvolvimento do
concentrador híbrido dish compreende fundamentalmente seu projeto solar e eólico.
O projeto solar do concentrador híbrido dish foi efetivamente estabelecido mediante
aplicação da metodologia de dimensionamento geométrico e térmico de sistemas Dish-
Stirling estabelecidos por Castellanos et al. (2017) e Hafez et al. (2016). O projeto eólico do
concentrado híbrido dish foi desenvolvido mediante aplicação da teoria da quantidade de
movimento do elemento de pá (BEM) associada à metodologia de dimensionamento de
ventiladores e a análise fluidodinâmica computacional (CFD).
A viabilidade do sistema híbrido foi analisada mediante estudo comparativo estabelecido
entre a geração de energia elétrica anual do sistema híbrido proposto e a geração de energia
elétrica anual de um sistema Dish-Stirling correspondente, ambos instalados numa mesma
localidade brasileira.
Os resultados do estudo comparativo demonstram que o sistema híbrido apresenta pequeno
incremento na geração de energia elétrica em relação ao sistema Dish-Stirling correspondente,
corroborando a viabilidade técnica da hibridização proposta. As análises estabelecidas sob
determinados parâmetros de projeto demonstram que a aplicação de estudos de otimização ao
desenvolvimento do sistema proposto resultaria em ganhos significativos na geração de
energia elétrica. Portanto, são identificados e analisados estes parâmetros que se constituem
determinantes na ampliação da geração de energia elétrica do sistema proposto.

A crescente produção de biodiesel no Brasil e no mundo tem gerado um excesso de glicerol, cujos preços têm se tornado cada vez menores. A grande quantidade deste subproduto somada a seu decrescente valor econômico tem tornado a valorização energética do glicerol objeto de vários estudos, o que pode configurar uma opção de suprimento energético para a própria indústria de biodiesel por meio da chamada técnica de cogeração. Neste contexto, a viabilidade do suprimento de eletricidade e calor em uma planta de produção de biodiesel por meio de glicerol foi avaliada. Para tal, uma usina de biodiesel previamente simulada por Galarza (2017) foi utilizada para estimar a quantidade de glicerol e a demanda energética a serem aplicadas na simulação dos processos de queima e reforma a vapor do glicerol, ambos por meio do software computacional Aspen HYSYSTM. Em seguida, o potencial de geração elétrica por meio de uma célula a combustível de óxido sólido foi avaliado por meio de modelagem matemática por meio do software MATLABTM. Por fim, uma análise econômica foi utilizada para avaliar a viabilidade da configuração proposta em um sistema real. Foi constatado que, embora a células de óxido sólido tenha apresentado ótimo potencial de conversão energética do gás de reforma, sendo capaz de gerar os 5,8 kW de eletricidade necessários, o aspecto econômico ainda se apresenta como uma dificuldade para a implementação de sistemas similares em situações reais. Tanto o custo de produção de hidrogênio quanto o custo final de eletricidade se mantiveram acima do valor de mercado, sendo a eletricidade, para todos os cenários, gerada a mais de 0,40 USD/kWh contra um valor médio de 0,12 USD/kWh praticado pela concessionária.

Turbinas a gás híbridas solar-biocombustível são interessantes do ponto de vista econômico e ambiental. Desta maneira diversas pesquisas estão sendo desenvolvidas nesse campo, assim como implementadas em indústrias nos últimos anos. O objetivo desta dissertação é avaliar o desempenho de uma microturbina híbrida operando com etanol ou gás natural e energia solar, além da viabilidade econômica da hibridização da turbina. A microturbina simulada computacionalmente foi a Capstone C30, a qual é uma turbina a gás regenerativa que opera com gás natural em condição padrão. A fim de simular as condições específicas de operação, foi utilizado o software GateCycleTM 6.1.2, utilizando como combustíveis o etanol e o gás natural, simulando um receptor solar posicionado tanto na linha de alta pressão como na linha de baixa pressão. Os resultados mostraram uma redução significativa em consumo de combustível conforme o receptor aumenta a temperatura do ar, principalmente quando este está posicionado na linha de alta pressão, afetando diretamente o custo da energia gerada. No ciclo híbrido, apesar da maior potência obtida utilizando-se gás natural, a relação energia do combustível por potência produzida é menor ao utilizar o etanol. O custo de geração de energia elétrica sem energia solar é mais atrativo para o combustível gás natural, mas a turbina a etanol é mais atrativa à solarização. O menor tempo de retorno financeiro foi de 4,4 anos, obtido para a microturbina híbrida solar-etanol com o receptor solar na linha de alta pressão e o maior de 14,3 anos, obtido para a microturbina híbrida solar-gás natural com o receptor posicionado na linha de baixa pressão. A solarização destas duas turbinas representa uma receita em 20 anos de US$ 376 227 e US$ 39 221, respectivamente.

Visando reduzir o consumo de energia, várias inovações tecnológicas têm sido incorporadas no processo de produção de cimento. Pode-se mostrar como exemplo, as seguintes tecnologias que foram utilizadas neste trabalho pré-aquecedores de ciclones de cinco e seis estágios e o sistema de by-pass. Os pré-aquecedores de ciclones de cinco e seis estágios, permitem obter um maior aproveitamento do calor residual dos gases da exaustão do forno rotativo, gerando uma redução no consumo específico de calor do processo. Um outro exemplo é o sistema de by-pass, onde o objetivo é retirar o teor de cloro e álcalis presentes nos gases de exaustão, e oriundos das matérias-primas, para se evitar a formação de incrustrações nos ciclones e da formação de fissuras no concreto. Este trabalho apresenta uma análise de energética e exergética de três diferentes fábricas de cimento, além de avaliar os fatores que levam a formação e as emissões gasosas. O estudo de caso 1 apresenta um sistema de produção de clínquer com forno equipado com pré-aquecedores de quatro estágios e um pré-calcinador. Esta instalação possui um sistema de by-pass com desvio de 100% do volume total de gás de exaustão do forno. Já o estudo de caso 2 é referente a uma instalação com um forno com pré-aquecedores de cinco estágios e pré-calcinador, equipado com sistema de by-pass que faz o desvio de 15% do volume total de gás de exaustão do forno. No estudo de caso 3, o sistema de produção de clínquer é composto por um forno que possuí pré-aquecedores de seis estágios e pré-calcinador. Os resultados apontam que para os três estudos de casos, o pré-aquecedor/calcinador se mostra como a principal fonte de irreversibilidades, conforme esperado. A eficiência exergética global obtida para o estudo de caso 1 foi de 30,87%, para estudo de caso 2 foi de 28,94% e para o estudo de caso 3 foi de 32,09%. A emissão de CO2 proveniente da matéria-prima das plantas dos estudos de casos 1 e 2, foi maior do que a emissão proveniente da matéria-prima no estudo de caso 3. Foi verificado, portanto, um importante aumento na eficiência do estudo de caso 3, assim como uma redução significativa do impacto ambiental originado pela emissão de CO2.

Este trabalho apresenta o estudo da gaseificação de borra oleosa (BO) de petróleo derivada do processo de refino de petróleo. O processo de gaseificação foi modelado mediante o software Aspen-Hysys® (v.8.6), a fim de avaliar a produção de gás de síntese rico em H2 e seu potencial uso em processos de conversão termoquímica. Assim, foram considerados cinco casos de estudo para valorizar os resíduos do BO de petróleo, os quais incluem a produção de hidrogênio a partir da reforma do gás de síntese e seu potencial uso no processo de hidrodessulfurização do óleo diesel (Caso 1), produção de combustíveis líquidos sintéticos (Caso 2), geração de energia elétrica (Caso 3), produção de amônia (Caso 4) e metanol (Caso 5), principalmente. A simulação do processo de gaseificação de BO baseia-se em modelos cinéticos para a velocidade de reação química dos principais compostos da BO. Também, foram utilizadas misturas ar e vapor superaquecido como agentes de gaseificação, visando sua influência na temperatura de gaseificação, rendimento do gás, composição química e conteúdo energético do gás, produção específica de cinzas e eficiência de gaseificação a quente e frio. Os resultados da simulação mostraram que a conversão termoquímica da BO de petróleo requer de uma temperatura de operação do gaseificador acima de 1300°C, a fim de garantir uma alta conversão (> 90%) dos hidrocarbonetos presentes. O requerimento de energia térmica para a gaseificação foi estimado entre 0,80 e 1,25 kWh/kg BO, considerando uma razão de equivalência (ER) e uma razão vapor/borra (SB) entre 0,25-0,37 e 0,20-1,50 kg de vapor/kg BO, respectivamente. O índice específico de gás síntese obtido variou na faixa de 2,14-3,34 Nm3/kg BO, com uma composição molar de H2 em torno de 10-25%, o que por sua vez indica uma produção específica de hidrogênio na faixa de 0,21-0,84 Nm3 H2/kg BO gaseificado. Entretanto, o poder calorífico inferior do gás produzido (PCI) variou na faixa de 7,0 e 11,1 MJ/Nm3, enquanto a produção de cinzas oscilou entre 0,10 e 0,17 kg/kg BO. Para o Caso 1, observou-se que uma produção potencial de H2 em torno de 1,87 Nm3/kg BO poderia ser obtida conforme o gás de síntese é reformado, indicando que aproximadamente 28% do H2 total requerido no processo de hidrodessulfurização do óleo diesel pode ser substituído pelo H2 derivado do processo de gaseificação de resíduos de BO de petróleo. Para os Casos 2 e 3, uma produção específica de combustíveis líquidos sintéticos e um índice de geração de eletricidade em torno de 0,48 L/kg BO e 1,54 kWh/kg BO foram obtidos, respectivamente. Com relação, aos Casos 4 e 5, uma produção de amônia e metanol sintético de aproximadamente de 1,41 L NH3/kg BO e 1,61 L CH3OH/kg BO foi calculada, respectivamente. Finalmente, os casos de estudo analisados em este trabalho representam cinco alternativas tecnológicas promissoras para o tratamento e gestão ambiental dos resíduos BO procedentes do refino de petróleo e sua valorização energética antes da disposição final.

O conhecimento sobre a soldabilidade dos aços inoxidáveis ferríticos é de grande importância acadêmica e industrial pelo potencial de ampliação da aplicabilidade desta liga em diversos ramos da indústria. Muito embora a natureza dos processos de soldagem possa interferir na microestrutura, união de materiais pela mescla da atuação simultânea de calor e deformação ambos presentes no processo de soldagem por resistência elétrica (Resistance Spot Welding - RSW), alteram as propriedades magnéticas, de tensão residual e de tamanho de grão dos aços inoxidáveis ferríticos. As alterações além de auferir baixa resistência a soldagem limitam o campo de aplicação deste material. Além disso, os elementos intersticiais presentes colaboram para diminuição da tenacidade e resistência a corrosão. Dependendo da utilização final, a magnetização presente no aço também torna-se um fator complicador. Assim esta tese teve por finalidade quantificar a influência da soldagem RSW sobre as propriedades magnéticas, microestruturais e de tensão residual do aço inoxidável ferrítico AISI 444. Métodos estatísticos DOE (Design of Experiments) foram utilizados como ferramenta de análise. As variáveis do processo escolhidas foram a corrente, o tempo, a pressão e a rampa de descida da corrente de soldagem. Foi avaliado a possibilidade de desmagnetização do ponto soldado durante o processo de soldagem. Partindo-se de uma condição otimizada os testes de soldagem foram realizados juntamente a um sensor de deslocamento indutivo para quantificar a deformação da soldagem. Evidências mostraram que a parametrização da soldagem RSW possui significativa influência sobre o tamanho de grão e este por sua vez pode influenciar algumas das propriedades magnéticas e tensionais do material. A minimização das alterações magnéticas pode ser obtida durante o processo de soldagem.

A energia nuclear é uma fonte de energia com geração firme, elevado fator de capacidade,
emissão de gases de efeito estufa similar às centrais renováveis, e seus altos custos de
implantação são compensados pelos baixos custo de geração e manutenção. Como tais centrais
apresentam elevadas potências e operam por longos períodos ininterruptamente, pequenas
oscilações ou mau funcionamento de seus equipamentos implicam em perdas significativas de
energia. Logo, uma operação eficiente da central é importante para garantir uma máxima
produção de energia. O uso de técnicas de monitoramento e diagnósticos nas centrais nucleares
são fundamentais neste processo, a fim de localizar pontos de perdas de energia não planejada,
permitindo compreender a sua origem e buscar alternativas de mitigar ou mesmo eliminar essas
perdas. Este trabalho faz uso da exergia para realizar a avaliação de três centrais nucleares com
reatores PWR buscando identificar e quantificar as irreversibilidades dos equipamentos, quando
a central operar na condição de projeto e para condição de válvulas completamente abertas
(VWO). As análises das turbinas de alta e baixa pressão das centrais nucleares foram avaliadas
a partir de normas da ASME (ASME PTC 6, ASME 6A e ASME 6S). A utilização das normas
da ASME permitiu obter para a turbina de baixa pressão: entalpia corrigida na sua exaustão, a
curva de expansão do vapor, a sua eficácia e a quantificação da água extraída. Os resultados
permitem concluir que a variação das vazões mássica na central nuclear pode contribuir para a
elevação da irreversibilidade de alguns equipamentos, porém pode favorecer a redução em
outros, de acordo com a condição de operação do circuito secundário. De modo geral, observouse
que as irreversibilidades dos equipamentos irão seguir uma tendência de crescimento ou
redução de acordo com as diferentes condições de operação da central, mas esta tendência de
crescimento ou de redução não é observada para as eficiências exergéticas dos equipamentos,
que apresentaram resultados bem distintos entre as condições e as centrais analisadas. As
análises permitiram perceber ainda que a turbina de baixa pressão na condição de válvulas
completamente abertas (VWO) tem uma irreversibilidade maior que para a condição de projeto,
porém o seu ganho de potência é substancialmente maior, compensando assim a elevação da
sua irreversibilidade nesta condição.

Este trabalho propôs analisar a influência nas propriedades mecânicas, reológicas e de durabilidade de um Concreto Autoadensável (CAA) que teve substituição de diferentes porcentagens de areia por cavaco metálico e o uso simultâneo de resíduo pó de mármore como filler. Para tanto, foi desenvolvido um traço referência de CAA, que atendeu a todos os parâmetros da ABNT NBR 15823:2017. Este CAA-REF foi alterado com inclusão de quatro proporções crescentes de cavaco metálico (25, 37,5, 50 e 75%) e então, estes novos concretos foram ensaiados e suas propriedades, tanto no estado fresco quanto no endurecido foram comparadas. A elaboração do traço partiu do princípio de empacotamento de partículas e otimização da pasta. O traço do CAA-REF teve o fator (a/c) água/cimento=0,35, (SA/c) sílica ativa/cimento=0,06, (SP/C) superplastificante/cimento=0,008. Foi adotada nesta pesquisa uma nova sequência de mistura dos componentes do concreto na betoneira que se mostrou muito eficiente. Os ensaios de pasta e argamassa do CAA-REF demonstraram as características de alta fluidez e moderada viscosidade.  O CAA-REF atingiu todos os parâmetros de um concreto autoadensável no estado fresco e no estado endurecido em que apresentou excelentes resultados para os parâmetros de resistência e durabilidade. Para produção dos traços com cavacos metálicos houve necessidade de pequenas correções de SA/c e a/c para algumas substituições. Os traços de CAA-CM atingiram todos os parâmetros de um CAA no estado fresco com exceção do CAACM 75 que não alcançou os parâmetros da caixa L. Comparando os resultados de todos os concretos pode-se concluir que a substituição de areia pelo cavaco metálico é muito viável e com substituição de até 50% não se altera significativamente nenhuma das propriedades registradas pelo CAA-REF tanto no estado fresco como no endurecido. Segundo a ABNT NBR 8953:2015 todos os concretos atingiram resistência à compressão que os classificam como estrutural e de alto desempenho.  A resistência à tração de todos os concretos se encontra em torno de 10% das suas resistências à compressão. Os valores do módulo de elasticidade decresceram com o aumento da substituição. O CAA-CM 75 apresentou módulo de elasticidade 20% menor que do REF. A dureza superficial dos concretos cresce com até 37,5% de substituição, acima deste valor decresce, mas mantendo valor equiparado ao do CAA-REF. A absorção A% e índice de vazios Iv% dos concretos cresceram com o aumento da substituição, mas seus índices baixos os enquadram como concretos duráveis. Apenas O CAA-CM 75 é classificado como deficiente. Todos os concretos apresentaram baixos valores de absorção capilar. Todos os concretos apresentaram resistividade elétrica aos 28 dias entre 100 e 200 Ω.m, significando baixa probabilidade de corrosão. Já o CAA-CM75 apresentou alta probabilidade de corrosão.  
Palavras

Este trabalho apresenta uma metodologia de otimização para o incremento da eficiência hidráulica de um protótipo de turbina de queda ultrabaixa através da modificação geométrica do tubo de sucção, tendo como função objetivo a maximização do coeficiente de recuperação de pressão, Cp. Em uma primeira abordagem, no plano meridional 2D, foram parametrizadas curvas e a introdução de um hidrofólio no tubo de sucção. Para o cálculo do escoamento utilizou-se ferramenta comercial de Dinâmica dos Fluidos Computacional - DFC (ANSYS Fluent®), integrado com algoritmos de otimização estocástico MOSA (Multi-Objective Simulated Annealing), baseado no Recozimento Simulado, através da população de combinações de 12 variáveis geométricas realizada através de um plano de experimentos aleatório. O resultado obtido com a otimização foi comparado com outras configurações geométricas do tubo de sucção caracterizando um maior valor de Cp. Com base na abordagem 2D, os casos analisados foram estendidos para as análises tridimensionais, com o objetivo de comparar quantitava e qualitativamente os resultados do comportamento hidrodinâmico no tubo de sucção. Por fim, uma análise comparativa por DFC entre a turbina composta pelo tubo de sucção original e a turbina com tubo de sucção otimizado foi realizada, comprovando um aumento na eficiência hidráulica da turbina de 82% para 84%. A metodologia aplicada foi satisfatória considerando a otimização da geometria do tubo de sucção, que representou um aumentar a eficiência hidráulica da turbina. Esta metodologia de análise 2D-3D, tem como vantagem o baixo custo computacional na integração de DFC e algoritmos de otimização, mesmo com uma considerável quantidade de variáveis de projeto.