Categoria: 2018

Título

FABRICAÇÃO E ANÁLISE DE TIJOLOS DE SOLO-CIMENTO

Orientador(a)

Orientador: Gustavo Vaz de Mello Guimarães
Coorientador: Leandro Torres Di Gregorio

Resumo

   Neste trabalho, através de uma metodologia experimental, foram analisados aspectos de tijolos modulares compostos por misturas binárias e ternárias de solo-cimento e solo cimento com pó de brita produzidos em prensa manual, com a finalidade de se obter parâmetros e diretrizes que visam um melhor desempenho do material. O solo utilizado na fabricação dos tijolos foi caracterizado através dos ensaios de granulometria, limites de Atterberg, absorção e retração. Os tijolos produzidos foram submetidos à analise dimensional além de terem suas resistência mecânica e durabilidade testados. Também foram construídos painéis de alvenaria com o objetivo de verificar o comportamento das paredes em relação à compressão e comparar com os valores obtidos nos tijolos individualmente. Os benefícios da pesquisa permitem relacionar a tecnologia da fabricação de tijolos de solo-cimento com o contexto de construção sustentável e o aproveitamento de resíduos industriais, além de informações para a elaboração de um portfólio para futuras práticas laboratoriais e produção de tijolos modulares de solo-cimento.

Abstract

  On this work, through an experimental methodology, aspects of modular bricks composed of binary and ternary mixes of soil-cement and soil-cement with stone powder produced in a manual press has been analyzed, in order to obtain parameters and directives that look to a better performance of the material. The soil used in the fabrication of the bricks went characterized by the the tests of granulometry, Atterberg limites, absortion and retraction. The bricks that have been produced were submitted to dimensional analysis as well as mechanical resistance and durability. Masonry panels also were built in aiming to verify the behavior of the walls in relation to the compression and compare it to the values obtained from the bricks individualy. The benefits of the research allow to relate to the technology of the fabrication of soil-cement bricks with the context of sustainable construction and the use of industrial residues, as well as information to elaborate of a portfolio for future laboratorial practice and production of modular soil-cement bricks.

Título

PROJETO E DIMENSIONAMENTO DE UM NOVO PORTO EM MACAÉ

Orientador(a)

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

Resumo

 Através deste trabalho acadêmico pretende-se abordar sobre a implantação de um novo porto na cidade de Macaé, assim como de se aplicar os conhecimentosde engenharia civil relativos ao layout compatível com a região de interesse e,principalmente, ao dimensionamento das obras de hidráulica marítima. No processo de concepção e projeto do porto foram utilizados dados de batimetria, dados de onda do local, informações sobre outros portos brasileiros, assim como informações sobre o navio de projeto. Adicionalmente, foram utilizados métodos consagrados para se dimensionar as obras externas assim como a determinação do layout do porto, os quais consideram equações semi-empíricas obtidas na revisão bibliográfica.O layout escolhido é de um porto offshore, com quebra-mar de berma destacado de 2.360 m de comprimento no total, divididos em 1.360 m para o braço paralelo à costa e 1000 metros para o braço perpendicular à costa, com uma ponte de acesso de 1.940 m de extensão. As outras obras, que tiveram as dimensões definidas, foram o canal de acesso com 14,5 m de profundidade e 216 m de largura, e a bacia de evolução com um raio de 580 m e mesma profundidade, para atender o navio de projeto tipo PANAMAX. A última etapa do processo foi a obra de dragagem com o volume de 56.971 m3 para o canal de acesso e de 2.325.030 m3 para a bacia de evolução.O projeto e dimensionamento das obras externas, aplicadas ao caso real da implantação de um novo porto em Macaé, ressaltou os conceitos teóricos da engenharia hidráulica assim como de ciências oceânicas e costeiras, aliando teoria à prática da engenharia civil, A implantação de um novo porto deve também levar em consideração outros aspectos de ordem logística, política e econômica, pois tende a impactar a cidade em vários aspectos, os quais podem ser abordados em trabalhos futuros.

Abstract

  This academic work has the objective to discuss about a implementation of a new port in the city of Macaé, as well as to apply the knowledge of civil engineering related to the layout compatible with the region of interest and, mainly, to the project and design of the works of hydraulics engineering works. The port project used bathymetry data, local wave data, information on other Brazilian ports and of their respective design ship.The chosen layout is an offshore port, with a detached breakwater of 2360 m in total, divided in 1360 m for the arm parallel to the coast and 1000 meters for the arm perpendicular to the coast, with a bridge of access 1737 m of extension. The other maritime works, that were designed, were the access channel with 14.5 m of depth and 223 m of width, and the basin of evolution with a radius of 580 m and a depth of 14.5 m, to meet the design vessel PANAMAX. The last stage of the process was the dredging work with the volume of 56.971 m3 for the access channel and 2.325.030 m3 for the evolution basin.The project of the external works, applied to the real case of the implantation of a new port in Macaé, emphasized the theoretical concepts of hydraulic engineering just as those of oceanic and coastal sciences, combining theory with the practice of civil engineering. port that must also take into account other logistical, political and economic aspects, since it tends to impact the city in several aspects, which can be approached in future works.

Título

      PROGRAMAS PARA AUXÍLIO AO CÁLCULO ESTRUTURAL EM CONCRETO ARMADO

Orientador(a)

      Orientador: Prof. M.Sc. Anselmo Leal Carneiro

Resumo

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

Abstract

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

Título

      CÁLCULO AUTOMÁTICO DE CARREGAMENTOS E SOLICITAÇÕES PARA PROJETOS DE PONTES RODOVIÁRIAS

Orientador(a)

      Orientador: Prof. M.Sc. Anselmo Leal Carneiro

Resumo

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

Abstract

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

Título

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

Orientador(a)

      Orientador: Prof. M.Sc. Anselmo Leal Carneiro

Resumo

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

Abstract

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

Título

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

Orientador(a)

Orientador: Diego Cunha Malagueta

Resumo

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

Abstract

Título

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

Orientador(a)

Orientador: Diego Cunha Malagueta

Resumo

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

Abstract

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

Título

DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA DE AQUECECIMENTO SOLAR PARA UMA PISCINA RESIDENCIAL NA SERRA DE MACAÉ

Orientador(a)

Orientador: Diego Cunha Malagueta

Resumo

  Este documento apresenta todas as equações que regem o balanço de energia de uma piscina residencial aberta, bem como a aquisição de dados meteorológicos necessários para a determinação das taxas de perdas e ganhos de calor que interagem com o volume de controle estabelecido, e para a determinação da área do coletor de energia solar para o aquecimento da piscina. Ao longo do trabalho, é analisado a viabilidade técnica dos dois tipos de aquecedores solar e ao final, uma comparação custo/benefício dos modelos apresentados, escolhendo o mais apto para ser aplicado a piscina a ser aquecida.

Abstract

  This paper presents all the equations governing the energy balance of an open residential pool, as well as the acquisition of meteorological data necessary to determine the rates of losses and heat gains that interact with the established control volume, and for the determination of the solar collector area for pool heating. Throughout the work, the technical feasibility of the two types of solar heaters is analyzed and at the end, a cost / benefit comparison of the presented models, choosing the most suitable to be applied to the pool to be heated.

Título

      CONFIGURAÇÃO DE UM MOTOR STIRLING GAMA E ANÁLISE OPERACIONAL

Orientador(a)

Orientador: Diego Cunha Malagueta

Co-orientadora: Elisa Rocha

Resumo

      Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento e construção de um Motor Stirling de configuração Gama e a análise operacional do mesmo. Primeiramente o motor foi contextualizado e seu funcionamento descrito. Os itens que compõem o motor, assim como a metodologia de montagem, foram destacados. Experimentou-se o motor desenvolvido utilizando combustíveis distintos, com o objetivo de calcular a eficiência do mesmo a partir de um estudo comparativo com a Máquina de Carnot. Para finalizar, os dados foram obtidos e curvas foram estudadas. As eficiências foram confrontadas com base em seus combustíveis e experimentos. Concluiu-se que a eficiência de Carnot permaneceu maior em ambos os casos, em contrapartida, a troca de combustíveis acarretou em diferentes resultados.

Abstract

      This work aimed to develop and construct a Gama configuration Stirling Motor engine and its operational analysis. First the engine was contextualized and its operation described. The items that compose the engine, as well as the assembly methodology, were highlighted. The engine was developed using different fuels, with the purpose of calculating the efficiency of the same from a comparative study with the Carnot Machine. To conclude, the data were obtained and curves were studied. Efficiencies were confronted based on their fuels and experiments. It was concluded that the efficiency of Carnot remained greater in both cases, in contrast, the exchange of fuels led to different results.

Título

      ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE AQUECIMENTO DE CONCENTRADORES SOLARES FOTOVOLTAICOS E TERMICOS (CPV/T) PARA UM PRÉDIO RESIDENCIAL NA REGIÃO DE MACAÉ

Orientador(a)

Orientador: Diego Cunha Malagueta

Resumo

      O desenvolvimento e pesquisa em fontes de energia renovável no mundo vem crescendo. Um dos campos que mais se destaca é o referente a energia solar. O Brasil possui um enorme potencial de geração de energia solar em diferentes locais espalhados pelo território nacional. Este trabalho tem como objetivo fazer um estudo de dimensionamento para a instalação de painéis concentradores fotovoltaico e térmico (CPV/T) em um prédio residencial na região de Macaé. Foram utilizados dados históricos de temperatura fornecidos pelo Laboratório de Metrologia da Universidade Estadual Norte Fluminense, dos anos de 2004 a 2015. Além disso são apresentadas as etapas do dimensionamento, desde o estudo do potencial da região, passando pelo cálculo das temperaturas atingidas no processo, chegando a quantidade de painéis que são viáveis atender a demanda o prédio. Serão analisados três regimes de escoamento diferentes, dois laminares e um turbulento. Estima-se que para atender a demanda diária de utilização de água sejam necessários, de acordo com os regimes de escoamento propostos, 18 módulos de painéis CPV/T, para o regime mais lento, 13 módulos, para o regime intermediário e 8 para o regime mais rápido.

Abstract

      The research and development of renewable energy sources in the world has been growing. One of the fields that stands out is the solar energy. Brazil has a huge potential for generating solar energy in different locations throughout the country. The objective of this work is to carry out a design study for the installation of photovoltaic and thermal concentrator panels (CPV / T) in a residential building in the Macaé region. Historical temperature data provided by the Metrology Laboratory of the Universidade Estadual Norte Fluminense from 2004 to 2015 were used. In addition, the sizing steps are presented, from the study of the potential of the region to the calculation of the temperatures reached in the process, arriving to the amount of panels that are feasible to meet the buildings demand. Three different flow regimes, two laminar and one turbulent, will be analyzed. It is estimated that, in order to meet the daily demand for water use, 18 CPV / T panels modules are required, according to the proposed flow regimes, for the slower regimen, 13 modules for the intermediate regime and 8 for the system.