Categoria: TCC

Título

    CONFIGURAÇÃO DE UM CICLO RANKINE ORGÂNICO DE 5 KW E DIMENSIONAMENTO TÉRMICO DE SEU CONDENSADOR

Orientador(a)

    Prof. Diego Cunha Malagueta

Resumo

    Atualmente o aumento da demanda energética mundial, a instabilidade dos preços de combustíveis convencionais e a crescente preocupação com o meio ambiente vem tornando cada vez mais necessária a diversificação da matriz energética voltada para fontes renováveis. Uma dessas opções é a energia solar térmica de alta potência, na forma de plantas de geração de energia elétrica através de concentradores solares (CSP). Plantas CSP que operam através de um Ciclo Rankine Orgânico (ORC) têm demonstrado grande viabilidade para o cenário brasileiro, pelo fato de poderem operar com relativamente boa flexibilidade para lidar com variações da DNI (Irradiação solar direta normal) e da carga, num ciclo termodinâmico com temperaturas relativamente baixas e com instalações modulares de fácil implementação.
    O objetivo principal deste trabalho é a configuração do ciclo termodinâmico ORC de 5KW de potência útil, a seleção do fluido de trabalho e o dimensionamento de um condensador que atenderá às demandas deste ciclo. O estudo apresentado possui como principal justificativa o projeto da construção de um protótipo de planta CSP de 5KW no campus UFRJ – Macaé. A metodologia utilizada para as análises do ciclo ORC e seleção do fluido orgânico de trabalho é baseada principalmente nos trabalhos de Tchanche et al. (2009) e Sotomonte (2015). Todo o dimensionamento equacionado do condensador é realizado de acordo com o método presente em Kern (1965). Como resultado deste trabalho foi possível obter o dimensionamento adequado e a apresentação de análises e comentários pertinentes referentes aos resultados e metodologias utilizadas, de maneira que espera-se contribuir para a fabricação deste protótipo, incentivando a nacionalização dos componentes de uma planta CSP-ORC.

Abstract

    Currently, the worldwide increased energy demand, the instability of conventional fuels prices and the rising environmental concerns make the diversification of the energy system focused in renewable sources increasingly necessary. One of these options is the high power solar energy, shaped in concentrated solar power plants (CSP). CSP power plants operating through an Organic Rankine Cycle (ORC) have shown great viability in the Brazilian scenery, due to the fact that it can operate with relatively good flexibility to deal with variable DNI (Direct Normal Irradiance) and load, with relatively low temperatures thermodynamic cycle and modular system of easy implementation.
    The main objective of this project is the configuration of an ORC thermodynamic cycle that generate 5KW of useful power, the working fluid selection and the thermal design of a condenser that meets the demands of the cycle. The major reason of this study is the construction of a 5KW CSP power plant prototype in the UFRJ – Macaé campus. The methodologies used in the analysis of the ORC and selection of the organic working fluid are mainly based in the papers of Tchanche et al. (2009) e Sotomonte (2015). All of the equations used in the condenser design are according with the methodology described by Kern (1965). As result, this work provides a proper design and presents pertinent comments and analysis of the applied methodologies, that contribute to the fabrication of this prototype, encouraging the nationalization of the components of a ORC-CSP power plant.

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Título

    DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA DE COLETORES SOLARES A VÁCUO PARA REFRIGERAÇÃO POR CICLO DE ABSORÇÃO DA OFICINA DO CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA DA UFRJ-MACAÉ

Orientador(a)

    Prof. Diego Cunha Malagueta

Resumo

   O trabalho objetiva dimensionar um sistema de refrigeração solar para a oficina do curso de engenharia mecânica da UFRJ-Macaé. O sistema proposto é composto por um refrigerador a ciclo de absorção que opera a partir do calor gerado em coletores solares a vácuo que seriam instalados no teto dos laboratórios.

    O ponto de partida do projeto é estimar a carga térmica de refrigeração do recinto, o que é feito de acordo com normas nacionais e internacionais. O ciclo de absorção é então dimensionado para atender a demanda máxima de refrigeração, a partir de níveis de radiação de projeto. Em seguida o sistema de coletores é dimensionado de modo a suprir o calor necessário para operar o ciclo de absorção em condições de projeto.

    Do dimensionamento é capaz concluir que a taxa de refrigeração pode ser devidamente suprida pelo ciclo de absorção e que a área disponível de telhado é bem superior a necessária para os coletores, indicando assim a viabilidade técnica da proposta, o que justifica então a recomendação de estudos futuros para aprofundamento da análise das condições de operação fora das de projeto, bem como seus custos.

Abstract

   The study aims to scale a solar cooling system for the workshop of mechanical engineering course at UFRJ-Macaé. The proposed system consists of a refrigerator the cycle of absorption that operates from the heat generated in solar collectors vacuum that would be installed on the ceiling of the laboratory.

    The starting point of the project is to estimate the thermal load enclosure cooling, which is done in accordance with national and international standards. The absorption cycle is then sized to meet the maximum cooling demand from Design radiation levels. The system then collectors is dimensioned to supply the heat necessary to operate the adsorption cycle design conditions.

    Sizing is able to conclude that the cooling rate can be properly supplied by the absorption cycle and the available area of the roof is much higher than required for the collectors, thus indicating the technical feasibility of the proposal, which then justifies the study recommendation future for further analysis of operating conditions outside the project and its costs.

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Título

    QUADRO COMPARATIVO ENTRE METODOLOGIAS DE PROJETO DE CONSTRUÇÃO: CAD (COMPUTER AIDED DESIGN) E BIM (BUILDING INFORMATION MODELING)

Orientador(a)

    Prof. Bruno Barzellay Ferreira da Costa (Orientador)

    Prof. Leandro Tomaz Knopp (Coorientador)

Resumo

   Ao longo do trabalho, serão apresentados aspectos referentes à aplicação da metodologia BIM na elaboração de projetos de infraestrutura civil, além de seu papel na integração entre as diversas disciplinas envolvidas, como os projetos arquitetônico, estrutural e de instalações, suas influências no gerenciamento e desenvolvimento do projeto, e será traçado um comparativo à metodologia comumente utilizada. Serão estudados projetos técnicos baseados tanto na metodologia convencional, quanto na metodologia BIM, utilizando, assim, softwares que suportam tais tecnologias. Ao fim, identificar possíveis incompatibilidades durante o processo de desenvolvimento e propor correções, traçar cronograma de elaboração do projeto e, finalmente, criar um quadro comparativo com análises, vantagens e desvantagens a respeito da utilização de ambas as metodologias, CAD e BIM.

Abstract

  Throughout the work, will be presented aspects concerning the application of BIM methodology in the development of infrastructure projects, and your importance in the integration of the various disciplines involved, such as architectural, structural and facilities projects, as well their influences on the project management and development, always doing a comparison to the methodology commonly used. It is also described the technical development project relying both on conventional methodology, as in BIM, thereby using software that supports these technologies. At the end, integrate all projects in a single one, identifying possible incompatibilities during the development process, propose corrections, tracing the project design schedule, and ultimately create a comparative table with analysis, advantages and disadvantages regarding the use of both methodologies, CAD and BIM.

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    ANÁLISE DE VIABILIDADE TÉCNICA E ECONÔMICA DA IMPLANTAÇÃO DE UM SISTEMA DE REAPROVEITAMENTO DE ÁGUAS PLUVIAIS NO PÓLO UNIVERSITÁRIO DA CIDADE DE MACAÉ – RJ

Orientador(a)

    Prof. Bruno Barzellay Ferreira da Costa (Orientador)

    Prof. Rafael Malheiro Ferreira (Coorientador)

Resumo

    A água é essencial para a vida em nosso planeta, porém encontra-se cada vez mais escassa, sendo, portanto, considerada um recurso natural limitado. Diante disso, torna-se cada vez mais necessário o estudo de tecnologias visando a implementação de projetos que busquem a conservação dos recursos hídricos. Nesse contexto, o reaproveitamento de águas pluviais para usos não potáveis vem se tornando uma ótima alternativa para a conservação da água dos mananciais, além de contribuir para conter as enchentes em áreas urbanas, visto que retira grande volume de água da chuva dos sistemas de drenagem das cidades, e por fim gera economia na conta de água dos usuários do sistema. Este trabalho tem como objetivo realizar o dimensionamento de um sistema de reaproveitamento de águas pluviais no Polo Universitário, local onde encontram-se instalados os campus da Universidade Federal do Rio de Janeiro – UFRJ, da Universidade Federal Fluminense – UFF, e da Faculdade Professor Miguel Ângelo da Silva Santos – FEMASS, na cidade de Macaé. Primeiramente, foram estudados os dados pluviométricos da região, possibilitando assim o dimensionamento do volume adequado do reservatório por meio de métodos de cálculo consagrados. Em seguida, foi realizado o dimensionamento de todos os itens necessários ao funcionamento do sistema, incluindo tubulações, bombas, caixas d’água, cálculo de armadura para a cisterna, entre outros. Essas informações possibilitaram a realização do orçamento do projeto e a análise de viabilidade de sua implantação, com base nos custos totais com mão-de-obra e materiais, e levando em consideração a economia financeira que o sistema irá gerar para as instituições. Dessa forma, o sistema mostrou-se viável, devido ao curto tempo de retorno do investimento e a economia de água potável gerada.

Abstract

  Water is an essential natural resource for life on our planet, but it is increasingly scarce, being considered limited. As a result, the study of technologies that target the implementation of projects that seek water resources conservation become more necessary. In this context, rainwater harvesting for non-potable purposes is becoming a great alternative for water resources conservation, in addition to contributing to withholding floods in urban areas, as it removes a great volumes of rainwater from the cities’ drainage systems, and finally generating an economy off the system users’ water bills. The objective of this work is to dimension a rainwater harvesting system at Polo Universitário, located in Macaé, Rio de Janeiro, on the campus of Universidade Federal do Rio de Janeiro – UFRJ, Universidade Federal Fluminense – UFF, and Faculdade Professor Miguel Ângelo da Silva Santos – FEMASS. Firstly, the rainfall data from the region was studied, which allowed for adequate volume dimensioning from the reservoir through renowned calculation methods. Subsequently, a dimensioning of all the necessary items for the functioning of the system was performed, including pipings, pumps, water tanks, armor calculation for the cistern, among others. With this information, it was possible to estimate the cost of the project and to analyze the viability of its implementation, based on the total cost of labor and material, taking into consideration the financial economy that the system will generate for the institutions. Therefore, the system proved itself viable, due to the short-time return on investment and the generated economy of potable water.

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Título

    O CUSTO DO CERTIFICADO AMBIENTAL SELO CASA AZUL EM UM PROJETO RESIDENCIAL UNIFAMILIAR

Orientador(a)

    Prof. Bruno Barzellay Ferreira da Costa

Resumo

   A indústria da construção civil tem um grande peso na economia mundial. Ela é uma grande geradora de empregos e movimenta bilhões de reais em investimentos que influenciam na economia do país. Porém, apesar de toda obtenção de lucro e geração de empregos, a construção civil é uma das indústrias mais poluentes do mundo. Utilizando uma alta quantidade de recursos naturais e energia, ela produz quantidades significativas de gases poluentes e resíduos totalmente nocivos ao meio ambiente. Baseado nisso, foi realizado uma análise, através do estudo de caso entre dois projetos, para demonstração da viabilidade econômica de um projeto sustentável, visto o alto índice de degradação ao meio ambiente nesta indústria. O objetivo deste estudo foi analisar o custo através da orçamentação de um projeto unifamiliar convencional e um sustentável, que se enquadrou nos requisitos obrigatórios do certificado ambiental Selo Casa Azul. O projeto mostra vantagens econômicas a curto prazo em diversos aspectos do selo, além de vantagens sociais e ambientais e, por fim, o benefício gerado aos usuários e colaboradores em todo ciclo de vida do projeto.

Abstract

   The construction industry holds a heavy weight in the world economy. It is a great generator of jobs and moves billions of reais in investments that influence the economy of the country. But for all profit and job creation, construction is one of the most polluting industries in the world. Utilizing a high amount of natural resources and energy, it produces significant amounts of gaseous pollutants and wastes totally harmful to the environment. Based on this, an analysis was made, through the case study between two projects, to demonstrate the economic feasibility of a sustainable project, given the high rate of environmental degradation in this industry. The objective of this study was to analyze the cost through the budgeting of a conventional single-family project and a sustainable project that met the mandatory requirements of the Selo Casa Azul environmental certificate. The project shows short-term economic advantages in various aspects of the seal, as well as social and environmental advantages and, finally, the benefit to users and employees throughout the project life cycle.

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    DESENVOLVIMENTO DE SOFTWARE DE MECÂNICA DOS FLUIDOS UTILIZANDO A TÉCNICA SMOOTHED PARTICLE HYDRODYNAMICS

Orientador(a)

    Prof. Bernado Mattos Tavares

Resumo

   Desenvolvido em 1977, por duas linhas de pesquisa paralelas para a resolução de problemas astrofísicos tridimensionais de elevada assimetria, o SPH é um método numérico de abordagem lagrangeana, de partículas e sem malha. A versatilidade do método despertou um intenso interesse da comunidade científica e possibilitou uma rápida extensão de sua aplicação para diversas áreas da ciência e da indústria. A natureza do SPH é representar o fluido por um conjunto de partículas, as quais carregam informações sobre as propriedades físicas e termodinâmicas. As aproximações dos campos de interesse se dão por meio da representação integral de uma função através da convolução da mesma com uma função de suavização que em seguida é discretizada para a implementação computacional. Isto permite que as equações diferenciais parciais sejam reduzidos a simples sistemas equações ordinárias que podem ser resolvidos através de métodos de integração de segunda ordem já consolidados na literatura. Neste trabalho foi desenvolvido um código em C++ para a aplicação do método SPH em 2D a problemas simples de hidrodinâmica de fluidos viscosos sob o efeito do campo gravitacional. E a partir dos dados obtidos foram feitas animações para visualização dos resultados e então disponibilizado o acesso remoto através de códigos QR. O ambiente utilizado para programação foi o Geany, para o tratamento de dados o Gnuplot e para as as animações o GIMP, sendo todos softwares livres. As decisões tomadas acerca da formulação empregada e as rotinas pertinentes do algoritmo foram detalhadas. Foi feito um apanhado do formalismo básico do método e exposto em detalhes, incluindo demonstrações e digressões de tópicos pertinentes para a compreensão da essência do SPH.

Abstract

   Developed simultaneously by two research lines in 1977 to solve astrophysical problems of high asymmetry on a three dimensional space, the SPH is a meshfree particle method that makes use of the Lagrangian approach. Its adaptability aroused an intense interest from the scientific community and made possible a quick extension of its applications to an wide set of industrial and science fields. The SPH nature is to represent the fluid as a set of particles, and each of them carry information about physical and thermodynamic properties. The fields of interest are approximated by the concept of integral representation, wich takes the convolutional integral of that field with a smoothing function. Then it is discretized for implementation purposes. This allows partial differential equations to be reduced into a simple set of ordinary differential equations, which can be solved through the application of any well known integration method. In this work a C++ code was developed to apply the SPH method on a two dimensional space to simple hydrodynamics problems with viscous fluids under the effect of gravitational field. Some animations was created from the obtained data to better visualize the results and then released for remote access through QR codes. The programming environment used was the Geany, for data processing the Gnuplot and for animation’s creation the GIMP, being all of then free softwares. The taken decisions beyond the employed formulation and pertinent algorithm routines were detailed. The basic method formalism was fully approached and exposed in details, including some demonstrations and digressions about some important topics for the comprehension of the SPH’s essence.

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    SOLUÇÕES DE SANEAMENTO ECOLÓGICO PARA AS INSTALAÇÕES DO PARQUE NATURAL MUNICIPAL DO ATALAIA, MACAÉ/RJ.

Orientador(a)

    Prof^a. Beatriz Rohden Becker

Resumo

    O tratamento de esgotos é de interesse mundial por questões sociais, ambientais e econômicas. Dentro de áreas ambientalmente protegidas, como as Unidades de Conservação, o tema tem igual importância e exigências específicas. Sendo assim, os projetos de implantação de Tanques de Evapotranspiração, Wetlands e Banheiros Secos como sistemas de tratamento ecológico de esgoto tornam-se uma alternativa sustentável que proporciona experimentação e educação ambiental aos visitantes da unidade, além da melhoria da qualidade ambiental. Neste trabalho, tais sistemas foram dimensionados para o Parque Natura Municipal do Atalaia, localizado na região de Macaé/RJ e, para tal, foram utilizados dados internos de número de visitantes, plantas das edificações, visitas técnicas e comunicação com funcionários. Os projetos e a orçamentação foram feitos a partir dos dados obtidos, com o auxílio de trabalhos já publicados e de normas ABNT. As soluções particulares às instalações do Parque se mostraram economicamente viáveis e em conformidade com o Plano de Manejo da Unidade de Conservação, colaborando também com seus propósitos e suas normas internas.

Abstract

  Sewage treatment is of global concern because of its social, environmental and economic issues. Within the environmentally protected areas, the so-called “Conservation Units” in Brazil, the subject has the same importance and specific requirements. The implementation of solutions such as Evapotranspiration Tanks, Wetlands and Dry Toilets as ecological sewage treatment systems become a sustainable alternative that provides experimentation and environmental education to the visitors inside the Unit, as well as environmental improvement. In this work, these ecological sewage treatments are proposed to be implemented in the Parque Natura Municipal do Atalaia, located in the region of Macaé/RJ. To dimension the system, internal data such as the number of visitors, building projects, technical visits and communication with employees were used. The projects and the budgeting were performed with the data collected and using published works and technical standards. The private solutions to the Park were economically feasible and in agreement with the Management Plan of the Conservation Unit, also collaborating with its internal purposes and rules.

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  PROJETO DE MÁQUINA TRITURADORA DE GARRAFAS PET

Orientador(a)

Esdras Pereira de Oliveira

Coorientador: Maurício Aguilar Nepomuceno

Resumo

    Este projeto é baseado na necessidade de reciclagem de garradas PET (Polietileno Tereftalato), visando o máximo aproveitamento de espaço posterior para armazenagem, além de proporcionar sua reciclagem para outros fins. Será desenvolvido uma máquina trituradora para granular as garrafas PET. O material é colocado no alimentador e desliza para o rotor, sendo triturado por um conjunto de lâminas rotativas e fixas. O que define a granulometria do material é a peneira posicionada abaixo do rotor. Utiliza-se recursos como softwares, normas, livros e dados empíricos para seleção e dimensionamento de todos os componentes que compõem o sistema. Essa temática foi escolhida para desenvolver e aprofundar os conceitos aprendidos nas disciplinas do segmento de Elementos de Máquinas cursadas ao longo da graduação em Engenharia Mecânica. Como resultado obteve-se um bom projeto de máquina, com peças como chavetas, engrenagens, eixos, mancais, rolamentos e lâminas bem dimensionados e respaldados por normas, que estão alinhados entre si para facilitar uma montagem futura e bom funcionamento da máquina.

Abstract

  This project is based on the need to recycle PET (Polyethylene Terephthalate) bottles, aiming at the maximum utilization of posterior space for storage, besides providing its recycling for other purposes. A crushing machine will be developed to granulate the PET bottles. The material is placed in the feeder and slides to the rotor, being crushed by a set of rotating and fixed blades. The granulometry of the material is define the sieve positioned below the rotor. We use resources such as softwares, standards, books and empirical data to select and scale all the components the make up the system. This theme was chosen to develop and deepen the concepts learned in the disciplines of the Machine Elements segment studied during Mechanical Engineering. As a result, parts such as keys, gears, shafts, bearings and blades are well dimensioned and backed by standards, which are aligned with each other to facilitate assembly and smooth operation of the machine.

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    ANÁLISE DO PERFIL DE TEMPERATURA DO TUBO ABSORVEDOR DE CONCENTRADORES SOLARES POR MEIO DE SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL

Orientador(a)

    Profª. Elisa Pinto da Rocha

Resumo

    Esse estudo tem como objetivo a descrição do perfil de temperatura no tubo absorvedor de uma calha parabólica solar, o qual será utilizado como dados de entrada para o projeto CSP na UFRJ-Macaé. Foram desenvolvidas simulações através do software COMSOL Multiphysics® analisando os fenômenos de escoamento e transferência de calor entre o fluido térmico e o tubo. As simulações foram realizadas no regime turbulento, modelo k-ε, avaliando-se a eficiência térmica do sistema para quatro fluidos térmicos distintos (Therminol 66, Therminol VP-01, Therminol VP-59 e Syltherm 800) e em função de variações em parâmetros físicos, tais quais a velocidade e temperatura média de entrada. Para finalizar, foram inseridas aletas longitudinais retangulares para análise da intensificação da troca térmica. O Therminol VP-01 se mostrou o mais eficiente para o modelo criado e a aleta de 6 mm de altura e 6 mm de largura promoveu um aumento de eficiência térmica segundo parâmetros da literatura.

Abstract

    This study objectives the description of the temperature profile in the absorber tube of a parabolic trough concentrator which will be used as an input to the CSP project at UFRJ-Macaé. Simulations were developed with COMSOL Multiphysics® analyzing fluid flow and heat transfer phenomena. A turbulent flow was used, with the k-ε model, evaluating the thermal efficiency of the system for four heat transfer fluids (Therminol 66, Therminol VP-01, Therminol VP-59, and Syltherm 800) and for the variation of physical parameters as the inlet velocity and inlet mean temperature. A tube with longitudinal rectangular fins were built to analyze the heat transfer enhancement. Therminol VP-01 were the most efficient heat transfer fluid and the 6 mm height and 6 mm 6 mm width fin increased the thermal efficiency according to the literature.

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    DESENVOLVIMENTO DE UM SOFTWARE PARA AUXÍLIO NO PROJETO E ANÁLISE DE ELEMENTOS DE MÁQUINAS

Orientador(a)

    Profª. Raquel Jahara Lobosco

Resumo

    O processo de dimensionamento e análise de elementos de máquinas pode ser assistido pelo uso de computadores. Softwares específicos para essa finalidade são de difícil acesso e pouco difundidos pela comunidade. Este trabalho estuda o desenvolvimento de um software rápido e eficaz no auxílio de projetos de engrenagens e molas. A plataforma dispõe de uma interface gráfica intuitiva, permitindo ao usuário visualizar a geometria da peça e exportá-la no formato STL. Além disso, o software possui rotinas automáticas para a seleção ótima de engrenagens. Por fim, relatórios técnicos e arquivos binários são gerados como forma de armazenar as informações obtidas. A validação do software é feita através de estudos de caso comumente encontrados na rotina do projetista. A aplicação é gratuita e de código-fonte aberto para toda comunidade.

Abstract

    The process of sizing and analyzing machine elements can be assisted by the use of computers. Specific softwares for this purpose are difficult to access and are not widespread by the community. This work studies the development of fast and efficient software to aid in the design of gears and springs. The platform has an intuitive graphical interface, allowing the user to view the geometry of the part and export it in STL format. In addition, the software has automatic routines for optimal selection of gears. Finally, technical reports and binary files are generated as a way to store the information obtained. The validation of the software is done through case studies commonly found in the routine of the designer. The application is free and open source for the entire community.

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