PRPPG32003013002D7 PRPPG - PÓS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO Telefone/Ramal: Não informado
Dissertações/Teses

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2019
Dissertações
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  • RODRIGO YUGI IKUTA TOBISAWA
  • SIMULACÃO NUMERICA DE EFEITOS TERMICOS SOBRE VIBRAÇÕES INDUZIDAS POR VORTICES  UTILIZANDO UM METODO DE PARTICULAS DE TEMPERATURA LAGRANGEANO.

  • Orientador : LUIZ ANTONIO ALCANTARA PEREIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALEX MENDONÇA BIMBATO
  • LUIZ ANTONIO ALCANTARA PEREIRA
  • NELSON MANZANARES FILHO
  • Data: 26/04/2019

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  • O efeito de empuxo e um mecanismo natural de controle de separac~ao da camada limite
    ao redor de um corpo rombudo. Na literatura esta tecnica e classi cada como ativa; os metodos ativos requerem energia externa para afetar o escoamento de um fluido. Este trabalho tem como objetivo, atraves de simulac~oes numericas, estudar a inu^encia do uso de vibraçõoes forcadas combinadas com efeitos termicos para controlar os padrõoes de esteira e a frequ^encia de desprendimento de vortices a jusante de um cilindro oscilando transversalmente ao escoamento incidente. A abordagem numerica utiliza um metodo de partculas puramente Lagrangeano em associac~ao a um metodo de paineis do tipo fonte e a uma formulac~ao integral derivada da equac~ao de Poisson para press~ao. O cilindro aquecido e forcado a oscilar longe do solo, de forma a não se considerar o efeito solo. Ao introduzir forca de empuxo na regi~ao proxima a esteira devido ao aquecimento do cilindro oscilando forcadamente, o fen^omeno lock-in permaneceu insensvel, e ha uma tendência de dessincronizacão quando o numero de Richardson, que representa a raz~ao entre a convecc~ao natural e a convecção forcada, e superior a Ri = 1. A reduc~ao de 40% do arrasto foi obtida para um elevado numero de Richardson e o ponto de separação da camada limite se move a jusante do corpo, com um angulo aproximado de 123o. Os resultados numericos são bastante encorajadores para a inclus~ao de outros efeitos de interferência ao problema.


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  • O efeito de empuxo e um mecanismo natural de controle de separac~ao da camada limite
    ao redor de um corpo rombudo. Na literatura esta tecnica e classi cada como ativa; os metodos ativos requerem energia externa para afetar o escoamento de um fluido. Este trabalho tem como objetivo, atraves de simulac~oes numericas, estudar a inu^encia do uso de vibraçõoes forcadas combinadas com efeitos termicos para controlar os padrõoes de esteira e a frequ^encia de desprendimento de vortices a jusante de um cilindro oscilando transversalmente ao escoamento incidente. A abordagem numerica utiliza um metodo de partculas puramente Lagrangeano em associac~ao a um metodo de paineis do tipo fonte e a uma formulac~ao integral derivada da equac~ao de Poisson para press~ao. O cilindro aquecido e forcado a oscilar longe do solo, de forma a n~ao se considerar o efeito solo. Ao introduzir forca de empuxo na regi~ao proxima a esteira devido ao aquecimento do cilindro oscilando forcadamente, o fen^omeno lock-in permaneceu insensvel, e ha uma tendência de dessincronizacão quando o numero de Richardson, que representa a raz~ao entre a convecc~ao natural e a convecc~ao forcada, e superior a Ri = 1. A reduc~ao de 40% do arrasto foi obtida para um elevado numero de Richardson e o ponto de separação da camada limite se move a jusante do corpo, com um angulo aproximado de 123o. Os resultados numericos são bastante encorajadores para a inclus~ao de outros efeitos de interferência ao problema.

2
  • GUSTAVO FERREIRA RABÊLO GARCIA
  • ESTUDO DO TORNEAMENTO DA LIGA DE ALUMÍNIO 7075-T6, UTILIZANDO FERRAMENTAS COM E SEM REVESTIMENTO

  • Orientador : JOAO ROBERTO FERREIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS ALBERTO CARVALHO CASTRO
  • EDMILSON OTONI CORREA
  • JOAO ROBERTO FERREIRA
  • WANDERLEY XAVIER PEREIRA
  • Data: 04/05/2019

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  • 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.



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  • The use of aluminum in the most varied industries areas is a trend, justified by the range of properties of his alloys, besides the relative ease of their conformation; among them is the aluminum-zinc alloy Al 7075-T6, that stands out for its combination of density with good hardness and resistance to corrosion. Made in principle for aeronautical use, that alloy has been used for various activities, from structurals to plastic injection molds. Therefore, it is justifiable that the machining processes of this alloy must be more studied and understood. In this context, this work proposes the study of the Al 7075-T6 alloy turning, through an analysis based on Design of Experiments of the explanatory variables Cutting Speed (Vc), Feed (f) and Depth of Cut (ap) on the responses Roughness average (Ra) and Vibration (Cutting and Feed Direction) using coated and uncoated carbide tools with the same geometry. The results show that the coated insert gave slightly inferior surface roughness values when compared to the values obtained with the uncoated insert. It was also observed a bigger tool wear of the coated insert, which could indicate reaction between the elements of the coating with the aluminum. Therefore, it was observed that the Feed rate had a statistical significance influence on the surface roughness, and it was a significant relationship between roughness and cutting direction vibration. Finally, it was verified that the vibration, although influenced by the three explanatory variables, is influenced by other factors not foreseen in the study.

3
  • THIAGO JUNQUEIRA REZEK
  • Metodologia de Projeto Hidrodinâmico de Turbinas Hidrocinéticas Carenadas Baseada na Otimização e Simulação em Dinâmica dos Fluidos Computacional

  • Orientador : RAMIRO GUSTAVO RAMIREZ CAMACHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • RAMIRO GUSTAVO RAMIREZ CAMACHO
  • NELSON MANZANARES FILHO
  • WALDIR DE OLIVEIRA
  • ANDRE LUIZ AMARANTE MESQUITA
  • Data: 17/06/2019

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  • Este trabalho apresenta uma metodologia de projeto de turbinas hidrocinéticas carenadas baseada na integração entre processos computacionais envolvendo geração de malha, simulação fluidodinâmica e otimização.
    A metodologia foi dividida em duas partes, sendo a primeira responsável por fornecer  a geometria do difusor, do canal meridional e os parâmetros para o pré-projeto do rotor através de uma abordagem simplificada do problema e a segunda responsável pelo projeto hidrodinâmico do rotor a partir dos dados obtidos na primeira fase.
    A primeira parte foi executada considerando condição de simetria axial do escoamento e modelando o rotor por um disco atuador que cria um salto de pressão no interior da máquina. Essa fase teve os processos de geração de geometria, malha e simulação computacional automatizadas e integradas por meio de um algoritmo de otimização (simulated annealing), permitindo obter o melhor conjunto de variáveis de projeto, com o objetivo de maximizar a potência hidráulica.
    A segunda parte da metodologia envolve o projeto do rotor a partir das grandezas resultantes do processo de otimização que gerou o projeto preliminar (vazão e variação de pressão total). O rotor foi projetado com base na teoria da asa de sustentação com condição de equilíbrio radial de vórtice livre. A partir do projeto do rotor, foi possível modelar a geometria da máquina completa e simular o funcionamento a partir de uma análise tridimensional em dinâmica dos fluidos computacional. Esse procedimento gerou como resultados as curvas de comportamento da máquina, revelando um coeficiente de potência máximo de
    aproximadamente 0,8 (com relação à área do rotor) muito próximo ao ponto de projeto.


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  • This work presents a design methodology for diffuser-augmented hydrokinetic
    turbines based on the integration of computational processes involving mesh generation,
    fluid-dynamics simulation and optimization.
    The methodology is divided in two main parts: the first one is responsible to provide
    the diffuser geometry and the parameters for the preliminary project through a simplified
    approach of the problem. The second part is responsible for the hydrodynamic design of the
    runner from the data obtained in the first part.
    The first part has been developed by considering the condition of axial symmetry of
    the flow and modeling the runner through an actuator disk which creates a pressure drop
    inside the machine. This phase has been executed by the integration and automation of the
    geometry and mesh generation process and the fluid dynamics simulation through an
    optimization algorithm (Simulated Annealing), in order to obtain the best set of design
    variables to maximize the hydraulic power.
    The second part of the methodology involves the runner project from the parameters
    obtained from the first part (flow rate and pressure drop). The runner has been designed based
    on the lift theory with the radial equilibrium condition for a free vortex flow. Through the
    runner project, it was possible to model the machine and simulate its behavior through a
    complete tridimensional computational fluid dynamics analysis. This analysis has been
    capable of obtaining the machine’s characteristic curves, which revealed a 0,8 power
    coefficient (based on the runner’s area), obtained very near the design point.
    Keywords: Diffuser-Augmented Hydrokinetic Turbine, Optimization, Axial Runner,
    Diffuser, Power Coefficient, Turbomachinery, Computational Fluid Dynamics.

4
  • MATHEUS HIPOLITO ALMEIDA TORNELI
  • SIMULAÇÃO DO CONTÍNUO PELA OTIMIZAÇÃO DE ESTRUTURAS DE TRELIÇA REPETITIVAS USANDO O MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS ESCRITO EM FUNÇÃO DAS POSIÇÕES DOS NÓS

  • Orientador : ANTONIO CARLOS ANCELOTTI JUNIOR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTONIO CARLOS ANCELOTTI JUNIOR
  • AREF KALILO LIMA KZAM
  • JESUS ANTONIO GARCIA SANCHEZ
  • NELSON MANZANARES FILHO
  • OSCAR JAVIER BEGAMBRE CARRILLO
  • Data: 27/06/2019

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  • 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.


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  • In many applications is necessary to, in a controlled way, project the mechanical properties of the materials applied. Examples can be found in biomechanical applications (implants and prosthesis), where the variety of materials that can be used is limited. Additionally, this material behaves in a completely different way from the ones found in the body natural structure component material. Such differences end up inflicting pain, discomfort and even wearing the joints. In this way, the possibility of defining the mechanical properties of structures allows a better control of the last improving and increasing the variety of applications. Motivated by the architected materials evolution – Metamaterials – and by the evolution of the additive manufacture techniques, the present work developed truss like structures with controlled mechanical behavior. The metamaterials here developed are compound of a repetitive cubic cell with truss like elements spread across its interior. This work aims to optimize these cells internal configuration to achieve the desired Poisson coefficient, simulating a material continuum with different properties from the one which the truss structure is made of. A methodology to optimize the base cell, in order to achieve a specific Poisson Coefficient, was formulated with a genetic algorithm and the finite element method. The formulation used is written in function of the nodal position, realizing a geometric non-linear analysis. The results show that the methodology adopted allows to project, in a controlled way, the mechanical properties, specifically the Poisson coefficient, allowing to obtain architected materials to diverse applications.

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  • LUIZ FELIPI RIBEIRO SIQUEIRA
  • Rastreamento de Modos e Análise Intramodal de Aeroelasticidade de uma Aeronave Muito Flexível com o uso de Autovalores e Autovetores

  • Orientador : SEBASTIAO SIMOES DA CUNHA JUNIOR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FLÁVIO LUIZ CARDOSO RIBEIRO
  • MARCELO SANTIAGO DE SOUSA
  • SEBASTIAO SIMOES DA CUNHA JUNIOR
  • YOHAN ALI DIAZ MENDEZ
  • Data: 28/06/2019

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  • Uma aeronave flexível modelada com a metodologia NFNS_s foi utilizada como base para a
    realização de análises em aeroelasticidade. Rotinas adicionais foram implementadas para que o
    processo de aquisição das matrizes de autovalores e autovetores obtidas em cada condição
    trimada se tornasse rápido e possibilitasse o correto manejo dos dados, em especial para que o
    ordenamento estivesse na sequência correta (rastreamento de modos). Além disso, as rotinas
    possibilitaram a filtragem dos dados e extração das informações relativas à frequência, taxa de
    amortecimento, fase e amplitude. Estes resultados foram utilizados em uma análise intramodal
    como meio para realizar a proposição do mecanismo físico do flutter. Isto é, uma avaliação das
    componentes de torção e flexão foi feita internamente nos modos aeroelásticos filtrados para
    identificar regimes de instabilidade e o que ocorre dentro de cada um dos modos aeroelásticos
    selecionados. Em adição, dois estudos de sensibilidade foram efetuados para mensurar os
    principais efeitos originados pela variação do posicionamento do eixo de flexão e mudança das
    rigidezes das asas da aeronave. Dentre os principais resultados obtidos com a pesquisa, podese
    destacar a importância da fase nas análises físicas do mecanismo de flutter, visto que os
    saltos de fase modificaram o mecanismo físico de ação, e que o modo em que o fenômeno foi
    encontrado é aquele em que a componente de torção é equiparada à flexão em termos de
    amplitude. Já no primeiro estudo de sensibilidade feito, pode-se diagnosticar que a alteração do
    eixo de flexão sentido ao bordo de fuga tende a incrementar a componente de torção e reduzir
    a componente de flexão. No segundo estudo de sensibilidade, referente à alteração de rigidez,
    os valores mostraram que a rigidez exerce papel fundamental na prevenção de flutter, pois altera
    o comportamento das curvas de amplitude e fase, sendo que uma rigidez maior inibe saltos nos
    valores de fase e variações bruscas nas amplitudes das componentes do modo. Para reforçar os
    resultados encontrados, duas simulações não lineares foram realizadas, sendo uma abaixo da
    velocidade de flutter e outra na velocidade de flutter calculada.


  • Mostrar Abstract
  • A flexible aircraft modeled with the NFNS_s methodology was used as the basis for aeroelastic
    analysis. Additional routines were implemented to permit that the acquisition process of the
    eigenvalues and eigenvectors matrices obtained in each trimmed condition became fast and
    allowed the correct data management, especially so that the ordering was in the correct
    sequence (mode tracking). In addition, the routines enabled the data filter and the extraction of
    information related to frequency, damping rate, phase, and amplitude. These results were used
    in an intramodal analysis as a means to show the proposition of the flutter physical mechanism.
    An evaluation of the twist and bending components was done internally in the filtered
    aeroelastic modes to identify instability regimes and what occurs within each of the selected
    aeroelastic modes. In addition, two sensitivity studies were carried out to measure the main
    effects caused by the variation of the position of the flexural axis and changes in the stiffness
    of aircraft wings. Among the main results obtained with the research, it was possible to
    emphasize the importance of the phase in the physical analysis of the flutter mechanism, since
    the phase jumps modified the physical mechanism of action, and the aeroelastic mode that the
    phenomenon was found is the one that the twist component is equated to bending in terms of
    amplitude. In the first study of sensitivity made, it can be diagnosed that the alteration of the
    flexural axis towards the trailing edge tends to increase the twist component and reduce the
    bending component. In the second study of sensitivity, associated with the change in stiffness,
    the values showed that the stiffness plays a fundamental role in the prevention of flutter, as it
    changes the behavior of the amplitude and phase curves, and a greater stiffness inhibits jumps
    in the phase values and variations in the amplitudes of the mode components. Reinforcing the
    results found, two nonlinear simulations were performed, one below the flutter velocity and the
    other at the calculated flutter velocity.

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  • ALEX ANDERSON CALBINO DA SILVA
  • SISTEMA HÍBRIDO EÓLICO SOLAR DESENVOLVIDO PELA INTEGRAÇÃO DE PÁS EÓLICAS AO CONCENTRADOR SOLAR DE SISTEMA DISH-STIRLING

  • Orientador : OSVALDO JOSE VENTURINI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • GAYLORD ENRIQUE CARRILLO CABALLERO
  • OSVALDO JOSE VENTURINI
  • RAMIRO GUSTAVO RAMIREZ CAMACHO
  • WALDIR DE OLIVEIRA
  • Data: 03/07/2019

  • Mostrar Resumo
  • 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.


  • Mostrar Abstract
  • The Dish-Stirling systems are commonly installed at open fields with high wind
    availability, so these solar energy conversion systems are often exposed at strong winds (Sun
    et al., 2014). The incident winds on solar dish concentrators at high speeds makes the energy
    conversion system be turn off in order to avoid damage to the solar concentrator (Sun et al.,
    2014). Therefore, wind availability establishes a limitation in the operating time of this solar
    energy conversion system. However, the main limitation of Dish-Stirling systems, intrinsic on
    all solar energy conversion systems, concerning at the operating time of these systems limited
    at the daytime, therefore there is no conversion of energy at night.
    The presented proposal consists at the integration of the wind energy conversion in Dish-
    Stirling systems, creating a new concept of the hybrid system. The hybridization will allow
    the increase in the operating time of Dish-Stirling systems for the night time, allowing the
    electrical power generation during the twenty-four hours of the day.
    The technical proposed of the dissertation consists in Dish-Stirling system hybridization
    based on development of a new concept of dish concentrator, the hybrid dish concentrator.
    The conception of the hybrid dish concentrator consists in a solar dish concentrator associated
    at wind blades turbines in the same structure, making the conversion of solar energy and the
    conversion of wind energy. Therefore, the hybrid dish concentrator design basically includes
    its solar project and its wind project.
    The solar project of the hybrid dish concentrator was developed by applying the
    geometrical sizing and thermal design methodology of the Dish-Stirling systems proposed by
    Castellanos et al. (2017) and Hafez et al. (2016). The wind project of the hybrid dish
    concentrate was developed by applying the blade element momentum theory (BEM)
    combined by the fan sizing methodologies, and the computational fluid dynamics (CFD).
    The technical feasibility of the hybrid system was analyzed through a comparative study
    between the annual electricity generation of its system and the annual electricity generation of
    the suchlike Dish-Stirling system, both installed in the same localization.
    The results of the comparative study shown that the hybrid system presents a small
    increase at the annual electricity generation than the Dish-Stirling system, confirming the
    technical feasibility of the proposed hybridization. The analysis established by the design
    parameters shown that the optimization studies applied on the hybrid system would result in
    relevant increase of the electric power generation.

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  • LEANDRO BERNARDES SERRANO
  • OBTENÇÃO DA LIGA Fe-Nb POR MECHANICAL ALLOYING

  • Orientador : GILBERT SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTONIO AUGUSTO ARAUJO PINTO DA SILVA
  • DURVAL RODRIGUES JUNIOR
  • GEOVANI RODRIGUES
  • GILBERT SILVA
  • Data: 05/07/2019

  • Mostrar Resumo
  • Neste estudo, foram obtidas ligas Fe15Nb e Fe40Nb predominadas pelas fases Fe-alfa, Laves (Fe2Nb) e μ (Fe7Nb6), utilizando o método de Mechanical Alloying (MA). No experimento foram utilizados três diferentes Agentes Controladores de Processo (Process Control Agent – “PCA”) para investigar seu efeito no processo MA: Metanol, Hexano e Ácido Esteárico, comparando também todos os resultados com o processo sem PCA. A liga foi analisada após 20, 40, 60 e 80 horas de moagem em um moinho planetário de alta energia, em atmosfera inerte com gás argônio a uma rotação de 350 rpm. Os resultados apresentados na técnica de difração a laser indicam uma grande redução no tamanho das partículas dos pós quando o PCA metanol e hexano são utilizados. Subsequentemente, os tratamentos térmicos a 600, 800 e 1000 °C por 48 horas, e 1200 °C por 3 horas para formação de fase e sinterização da liga. O PCA afeta diretamente a morfologia das partículas, alterando sua compressibilidade e densificação após o tratamento térmico e têm ainda um papel importante na cinética de formação das fases.


  • Mostrar Abstract
  • In this study, Fe15Nb and Fe40Nb alloys, mainly constituted by phases Fe-α, Laves (Fe2Nb) and μ (Fe7Nb6) were produced via Mechanical Alloying (MA). Three different Process Control Agents ("PCA") were used to investigate their effect on the process: Methanol, Hexane and Stearic Acid, comparing with the process without PCA. Alloys were analyzed after 20, 40, 60 and 80 hours of milling in a high-energy planetary mill with inert argon atmosphere and rotation of 350 rpm. Results using laser diffraction technique indicate a large reduction in the powders particle sizes when methanol and hexane are used. Subsequently, heat treatments at 600, 800 and 1000 °C for 48 hours and 1200 °C for 3 hours were performed aiming the analysis of alloys’ phase formation and sintering. PCA directly affects the particles’ morphology, as well as, its compressibility, densification, and also has important role in the kinetics of phase formation.

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  • JONATHAN OLIVEIRA NERY
  • Estudo experimental, via análise de vibrações, acerca da caracterização de desgaste em componentes mecânicos com diferentes combinações de lubrificantes e aditivos

  • Orientador : SEBASTIAO SIMOES DA CUNHA JUNIOR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS ALBERTO CARVALHO CASTRO
  • FELIPE DE SOUZA ELOY
  • SEBASTIAO SIMOES DA CUNHA JUNIOR
  • Data: 30/08/2019

  • Mostrar Resumo
  • A eficiência de um lubrificante no controle do atrito e do desgaste de sistemas mecânicos está ligada à confiabilidade, consumo energético e vida útil de máquinas e equipamentos. A falta de controle da condição destas máquinas pode causar graves perdas de produção devido às falhas inesperadas. O monitoramento por vibrações mecânicas busca criar condições de identificar e avaliar potenciais falhas mecânicas ou elétricas em programas de manutenção preditiva, aplicada na identificação de defeitos como desbalanceamento, desalinhamento, defeito em rolamentos, falha de lubrificação, dentre outros. Neste trabalho, desenvolveu-se um estudo experimental, via análise de vibrações, a partir de amostras submetidas a desgaste por deslizamento, para diferentes combinações de óleos lubrificantes e aditivos. Realizou-se a correlação entre o desgaste gerado nas amostras, com os sinais vibracionais coletados durante os ensaios, para diferentes faixas de frequência. Analisou-se a superfície do desgaste via microscopia eletrônica de varredura (MEV) e sua composição por eletroscopia de energia dispersiva (EDS). Os resultados demonstram boa correlação entre algumas das faixas de frequência estudadas e o desgaste. Uma redução do desgaste médio foi registrada com o uso de aditivos, na condição de extrema pressão e velocidade de deslizamento de 0,49 m/s.


  • Mostrar Abstract
  • The efficiency of a lubricant in controlling friction and wear of mechanical systems is linked to the reliability, energy consumption and life of machines and equipment. The lack of control the condition of these machines can cause serious production losses due to unexpected failures. Mechanical vibration monitoring seeks to create conditions to identify and evaluate potential mechanical or electrical failures in predictive maintenance programs, applied to identify defects such as unbalance, misalignment, bearing defect, lubrication failure, among others. In this work, an experimental study was developed, via vibration analysis, from samples submitted to sliding friction, for different combinations of lubricating oils and additives. The correlation between the wear generated in the samples and the vibrational signals collected during the tests was performed for different frequency ranges. The wear surface was analyzed by scanning electron microscopy (SEM) and its composition by energy dispersive spectroscopy (EDS). The results show a good correlation between some of the studied frequency bands and the wear. A reduction of the average wear was registered with the use of additives, in the condition of extreme pressure and sliding speed of 0.49 m/s.

Teses
1
  • IVAN FELIPE SILVA DOS SANTOS
  • Análise técnica e econômica de parques hidrocinéticos com base em previsões numéricas (CFD) e dados experimentais

  • Orientador : RAMIRO GUSTAVO RAMIREZ CAMACHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTONIO CESAR PINHO BRASIL JUNIOR
  • BENEDITO CLAUDIO DA SILVA
  • GERALDO LUCIO TIAGO FILHO
  • MARCELO ASSATO
  • OSVALDO JOSE VENTURINI
  • RAMIRO GUSTAVO RAMIREZ CAMACHO
  • Data: 03/05/2019

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  • Dentre os grandes desafios para a difusão do desenvolvimento hidrocinético em rios está à dificuldade em estimar o potencial energético, a análise de viabilidade econômica e o arranjo de turbinas do sistema. O presente trabalho propõe e aplica uma metodologia para estimar o potencial hidrocinético em termos energéticos e econômicos e para estudo do arranjo de um parque hidrocinético para dois rios do Norte do país. A metodologia aqui aplicada se baseia em simulações numéricas dos rios por meio dos softwares ANSYS CFX® e ANSYS FLUENT®, com auxilio de dados experimentais como batimetria e campanhas de medição de velocidade e vazão, para estudo dos pontos de velocidade máxima e planejamento da configuração das turbinas dentro das regiões de maior velocidade das seções transversais de um rio. Com a configuração do parque definida, fatores como número de turbinas, potencial disponível e aproveitado e viabilidade econômica puderam ser estimados. O projeto de uma turbina hidrocinética para operação nesta região de máxima velocidade e o estudo da esteira resultante da operação da mesma em um dos pontos de alta velocidade do rio também foi efetuado por meio da teoria do disco atuador. A potência obtida nos parques estudados foi de respectivamente, 109,5 e 31,5 kW. Os custos nivelados de geração estiveram situados entre de 75 e 125 USD/MWh, valores em geral pouco competitivos frente outras fontes renováveis no Brasil, como as eólica e PCHs. Quanto à viabilidade econômica de parques hidrocinéticos, conclui-se que a inserção dos parques no mercado de geração distribuída e o desenvolvimento de turbinas mais eficientes são aspectos que podem auxiliar a ampliação da atratividade financeira desta forma de geração. Quanto ao arranjo físico do parque a conclusão é que a esteira produzida pela inserção das turbinas se revelou influenciada pelas características do rio e das demais turbinas implantadas. Em âmbito geral conclui-se que metodologia desenvolvida se mostrou satisfatória para estudo das posições de turbinas em um rio sem que haja sobreposição dos efeitos das esteiras, para prospecção energética e estudo de viabilidade econômica do parque, auxiliando a superar os desafios ainda remanescentes para a difusão da tecnologia hidrocinética.


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  • Dentre os grandes desafios para a difusão do desenvolvimento hidrocinético em rios está à dificuldade em estimar o potencial energético, a análise de viabilidade econômica e o arranjo de turbinas do sistema. O presente trabalho propõe e aplica uma metodologia para estimar o potencial hidrocinético em termos energéticos e econômicos e para estudo do arranjo de um parque hidrocinético para dois rios do Norte do país. A metodologia aqui aplicada se baseia em simulações numéricas dos rios por meio dos softwares ANSYS CFX® e ANSYS FLUENT®, com auxilio de dados experimentais como batimetria e campanhas de medição de velocidade e vazão, para estudo dos pontos de velocidade máxima e planejamento da configuração das turbinas dentro das regiões de maior velocidade das seções transversais de um rio. Com a configuração do parque definida, fatores como número de turbinas, potencial disponível e aproveitado e viabilidade econômica puderam ser estimados. O projeto de uma turbina hidrocinética para operação nesta região de máxima velocidade e o estudo da esteira resultante da operação da mesma em um dos pontos de alta velocidade do rio também foi efetuado por meio da teoria do disco atuador. A potência obtida nos parques estudados foi de respectivamente, 109,5 e 31,5 kW. Os custos nivelados de geração estiveram situados entre de 75 e 125 USD/MWh, valores em geral pouco competitivos frente outras fontes renováveis no Brasil, como as eólica e PCHs. Quanto à viabilidade econômica de parques hidrocinéticos, conclui-se que a inserção dos parques no mercado de geração distribuída e o desenvolvimento de turbinas mais eficientes são aspectos que podem auxiliar a ampliação da atratividade financeira desta forma de geração. Quanto ao arranjo físico do parque a conclusão é que a esteira produzida pela inserção das turbinas se revelou influenciada pelas características do rio e das demais turbinas implantadas. Em âmbito geral conclui-se que metodologia desenvolvida se mostrou satisfatória para estudo das posições de turbinas em um rio sem que haja sobreposição dos efeitos das esteiras, para prospecção energética e estudo de viabilidade econômica do parque, auxiliando a superar os desafios ainda remanescentes para a difusão da tecnologia hidrocinética.

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  • ALDEMAR MARTÍNEZ GONZÁLEZ
  • Avaliação termodinâmica de alternativas de tratamento de resíduos de borra de petróleo a partir da gaseificação

  • Orientador : ELECTO EDUARDO SILVA LORA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ELECTO EDUARDO SILVA LORA
  • JOSE CARLOS ESCOBAR PALACIO
  • OSVALDO JOSE VENTURINI
  • RAFAELA FROTA REINALDO
  • SILVIO DE OLIVEIRA JUNIOR
  • VLADIMIR RAFAEL MELIAN COBAS
  • Data: 10/05/2019

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  • 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.


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  • In this study, gasification of oil sludge (OS) from crude oil refinery process has been investigated. Gasification process was simulated by Aspen-Hysys® (v.8.6) tools to evaluate the possibilities of hydrogen-enriched syngas production and its potential use in thermochemical conversion process. Five cases of study were evaluated in order to valorize OS wastes from oil refining. These cases include hydrogen production from syngas reforming and its potential use in the diesel oil hydrodesulphurization process (Case 1), synthetic liquid fuels production (Case 2), power electric generation (Case 3), ammonia (Case 4) and methanol (Case 5) production. Simulation of OS gasification process was carried out considering a kinetic model for main chemical reaction rate, according to OS compounds. Air and superheated steam mixtures were used as gasifying agents and its influence over gasification temperature, gas yield, chemical composition and heating value of gas, ash specific production, hot and cold gasification efficiencies were evaluated. Results from simulation work showed that OS thermochemical conversion require an operational temperature of gasifier above 1300 °C in order to ensure high conversion (> 90%) of heavy hydrocarbons content in OS waste. Thermal energy requirement for gasification was estimated between 0,80 and 1,25 kWh/kg OS, considering equivalence ratio (ER) and steam/oil sludge (SOS) ratio between 0,25-0,37 and 0,20-1,50 kg steam/kg OS, respectively. Specific gas yield from OS gasification between 2,14 and 3,34 Nm3/kg OS is expected, with hydrogen molar composition of about 10-25,0 mol%, indicating that a specific hydrogen production in the range of 0,21-0,84 Nm3 H2/kg OS gasified could be obtained as syngas reforming is reformed. Furthermore, a lower heating value (LHV) of produced gas in the range of 7,0-11,1 MJ/Nm3 was achieved,  while  ash production ranged between 0,10 and 0,17 kg ash/kg OS. For Case 1, hydrogen potential production was found to be 1,87 Nm3/kg OS, indicating that 28% of total hydrogen required for diesel oil hydrodesulphurization process could be replaced by hydrogen from OS gasification. For Case 2 and Case 3, a specific production of synthetic liquid fuels and electricity index close to 0,48 L/kg OS and 1,54 kWh/kg OS were calculated, respectively. Likewise, for Case 4 and Case 5, simulation results showed a synthetic ammonia and methanol production of about 1,41 L NH3/kg OS and 1,61 L CH3OH/kg OS, respectively. Finally, the five cases analyzed in this work represent promising technological alternatives to treatment and environmental management of OS wastes from crude oil refinery and its energetic added value before final disposal.  
     

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  • ERIC ALBERTO OCAMPO BATLLE
  • Avaliação Termodinâmica e Ambiental de Complexos Integrados de Biorrefinarias que utilizam Cana e Palma.

  • Orientador : JOSE CARLOS ESCOBAR PALACIO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DIMAS JOSÉ RÚA OROZCO
  • ELECTO EDUARDO SILVA LORA
  • JOSE CARLOS ESCOBAR PALACIO
  • MARCIO MONTAGNANA VICENTE LEME
  • OSVALDO JOSE VENTURINI
  • VLADIMIR RAFAEL MELIAN COBAS
  • Data: 24/06/2019

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  • O presente trabalho objetivou realizar uma avalição Termodinâmica e Ambiental de
    complexos integrados de biorrefinarias que utilizam cana-de-açúcar e palma africana (Elaeis
    guineensis) para as condições brasileiras. Para tal, foram propostos quatro estudos de casos,
    localizado nas regiões Norte ou Nordeste, visto que nestas regiões existem mais de 31 milhões de
    hectares de terras degradadas que possuem as caraterísticas edafoclimáticas favoráveis para o
    cultivo das culturas de cana e palma. O caso base (C-I) foi concebido com o intuito de ser uma
    referência para os demais estudos, em este não existe nenhum tipo de integração (industrial ou
    agrícola) e encontra-se composto por (i) uma usina de açúcar e álcool, (ii) uma planta de extração
    de óleo de palma, (iii) uma planta de refinação e transesterificação de óleo palma e (iv) um sistema
    de cogeração, já nos estudos de casos subsequentes existe uma integração agrícola e industrial,
    sendo que no caso II é incorporada uma planta de etanol 2G, enquanto que no caso III foi
    incorporado uma planta de metanol 2G e o caso IV é uma extensão do caso III, donde foram
    aplicados conceitos avançados de cogeração, especificamente a tecnologia BIG/GT (Biomass
    Integrated Gasifier-Gas Turbine). Para a avaliação dos estudos sob o ponto de vista termodinâmico
    e ambiental, foi utilizada a ACV e indicadores de desempenho baseados na 1a e 2a Lei da
    Termodinâmica. Os resultados obtidos da avaliação termodinâmica expõem a vantagem de obter
    um maior portfolio energético a partir de diversas matérias primas (cana-de-açúcar e palma), sendo
    que C-IV destaca-se perante os outros, já que tem um desempenho superior na ηGlo (53,4%), Iexced
    (86,6 kWh/tMP), σMP (257 GJ/ha-ano) e ηexe (62,7%), pelo fato de integrar a tecnologia de
    gaseificação e turbina a gás (BIG/GT), verificando o atrativo que é para as agroindústrias. Enquanto
    que os resultados obtidos na ACV mostraram os potenciais benefícios ambientais que traz a
    substituição total do diesel fóssil pelo biodiesel (seja etílico ou metílico), tanto na cultura de cana
    como na de palma, possibilitando a redução do consumo de energia fóssil em 74,7% (cana) e 64,8%
    (palma) pela rota etílica ou 79,6% (cana) e 69,2% (palma) pela rota metílica. Consequentemente,
    se poderia atingir um aumento na Relação energética liquida (NER) de até 9 unidades e uma
    Eficiência energética do ciclo de vida (LCEE) de até 18,4% do bioetanol de cana.


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  • The present work aimed to perform a thermodynamic and environmental evaluation of
    integrated biorefinery complexes using sugarcane and african palm (Elaeis guineensis) for brazilian
    conditions. To this end, four case studies were proposed, located in the North or Northeast regions,
    since in these regions there are more than 31 million hectares of degraded lands that have favorable
    edaphoclimatic characteristics for the cultivation of cane and palm crops. The base case (C-I) was
    conceived with the intention of being a reference for the other studies, in which there is no type of
    integration (industrial or agricultural) and is composed of (i) a sugar and alcohol plant, (ii) a palm
    oil extraction plant, (iii) a palm oil refining and transesterification plant, and (iv) a cogeneration
    system, in the subsequent case studies there is an agricultural and industrial integration, and in case
    II a 2G ethanol plant is incorporated, while in case III a 2G methanol plant was incorporated and
    case IV is an extension of case III where advanced cogeneration concepts were applied, specifically
    the BIG/GT technology (Biomass Integrated Gasifier-Gas Turbine). For the evaluation of the
    studies from the thermodynamic and environmental point of view, the LCA and performance
    indicators based on the 1st and 2nd Law of Thermodynamics. The results obtained from the
    thermodynamic evaluation show the advantage of obtaining a larger energy portfolio from several
    raw materials (sugar cane and palm), and C-IV stands out from the others, since it has a superior
    performance in the ηGlo (53.4%), Iexced (86.6 kWh/tMP), σMP (257 GJ/ha-year) e ηexe (62.7%), by
    integrating the technology of gasification and gas turbine (BIG/GT), verifying the attractiveness
    that it is for agroindustries. While the results obtained in the LCA showed the potential
    environmental benefits that brings the total replacement of fossil diesel by biodiesel (whether ethyl
    or methyl), both in cane and palm cultivation, making it possible to reduce the consumption of fossil
    energy by 74.7% (cane) and 64.8% (palm) by the ethanol route or 79.6% (cane) and 69.2% (palm)
    by the methyl route. Consequently, one could achieve an increase in NER up to 9 units and a
    renewability (LCEE) of up to 18.4% of cane bioethanol could be achieved.

2018
Dissertações
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  • FABIANO BITTENCOURT DOS SANTOS
  • ESTUDO DA DOSAGEM DE CONCRETO UTILIZANDO EMPACOTAMENTO DE PARTÍCULAS SEM E COM ADIÇÃO DE RESÍDUO DE PNEU

  • Orientador : MIRIAN DE LOURDES NORONHA MOTTA MELO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LUISA ANDREIA GACHET BARBOSA
  • MIRIAN DE LOURDES NORONHA MOTTA MELO
  • ROSA CRISTINA CECCHE LINTZ
  • VALQUIRIA CLARET DOS SANTOS
  • Data: 24/08/2018

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  • A análise do comportamento do concreto utilizando resíduo de pneus tem como objetivo uma
    destinação adequada para resíduos industriais que é um problema global. A inserção de
    materiais em concretos é estudada em alguns lugares como a casca de arroz no Paquistão,
    clínquer de óleo de palmeiras na Malásia, resíduo de pneu no Iran e Inglaterra entre outros.
    Um dos maiores avanços na tecnologia do concreto na atualidade é o CAA. Este possui
    diversas qualidades para o uso em grande escala como o uso de menos mão de obra, menor
    ruído, melhor acabamento, maior resistência mecânica, utilização em formas complexas etc.
    Neste trabalho são analisados alguns métodos de dosagem para a produção de CAA e a
    execução de uma primeira tentativa de dosagem projetada com base o Método de Andreasen
    Modificado. Verificando as propriedades mecânicas do concreto sem o resíduo de pneu e
    depois substituindo uma parte da areia por pó de pneu na mistura e comparando a variação da
    resistência à compressão das amostras. Como resultado o traço de controle sem o pó de pneu
    alcançou uma resistência á compressão maior que os concretos convencionais. Com a adição
    do pó de pneu houve uma queda na resistência à compressão e também uma perda na
    trabalhabilidade da mistura, porém foi obtido um concreto com uma resistência à compressão
    razoável para vários serviços como calçadas, sarjetas, pisos de passagem etc.


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  • The analysis of the mechanical behavior of concrete using waste tire aims at a suitable
    destination for industrial waste which is a global problem. The insertion of residue into
    concrete is studied in some places such as rice husk in Pakistan, clinker of palm oil in
    Malaysia, tire residue in Iran and England among others. One of the biggest advances in
    concrete technology today is the CAA. It has several qualities for large-scale use such as the
    use of less labor, less noise, better finishing, higher mechanical strength, use in complex
    shapes etc. In this work some dosing methods for CAA production and the execution of a first
    designed dosing attempt based on the Modified Andreasen Method are analyzed. Verifying
    the mechanical properties of the concrete without the tire residue and then replacing a part of
    the sand with the tire powder in the mixture and comparing the variation of the compressive
    strength of the samples. As a result the control sample without the tire powder achieved a
    higher compressive strength than conventional concretes. With the addition of the tire powder
    there was a decrease in the compressive strength and also a loss in the workability of the
    mixture, but a concrete with a reasonable compressive strength was obtained for several
    services such as sidewalks, gutters, walkways, etc

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