Motores de foguetes híbridos combinam elementos dos motores sólidos e líquidos. A confi-
guração mais comum é a de um combustível sólido e um oxidante líquido ou gasoso. Este
sistema propulsivo, quando comparado a motores bipropelente líquido, é vantajoso dada a
simplicidade de projeto, maior segurança e menor custo de desenvolvimento e fabricação.
Contudo, motores híbridos tradicionais de geometria circular apresentam desafios que a
comunidade tecnocientífica busca resolver: a variação na razão 𝑂/𝐹 ao longo da queima tran-
siente do combustível e as baixas taxas de regressão da matriz sólida. O uso de parafina sólida,
com elevadas taxas de regressão, parece ter solucionado o segundo desafio. Já o primeiro,
pode ser resolvido empregando-se uma superfície plana de queima. Este trabalho, portanto,
apresenta uma série de experimentos conduzidos para melhor entender a operação e o
desempenho de um motor-foguete a propelentes híbridos com queima plana e escoamento
em espiral com sumidouro. Foram testados dois tipos de sistema de injeção de oxigênio
gasoso: placa de polietileno com furos e placa metálica com canais retangulares. Ambas
configurações foram capazes de sustentar o motor operando de forma estável com pressão
da ordem de 5 bar e fluxo de oxigênio de 28 g/s ao queimar polietileno de alta densidade
(PEAD) e parafina. A taxa de regressão da parafina variou de 0,17 a 0,25 mm/s e de 0,24 a
0,33 mm/s, quando a injeção de oxigênio gasoso foi realizada pelas placas de polietileno e
metálica, respectivamente. O motor híbrido testado, com diâmetro interno de 130 mm é,
segundo revisão da literatura mundial, o maior já operado de forma estável na configuração
proposta. Por fim, foi estimado um empuxo teórico de 376 N no teste final ao aumentar a
pressão na câmara para 7 bar, o que resultou em uma taxa de regressão da parafina de 0,78
mm/s.

As atividades humanas têm perturbado profundamente os sistemas climáticos e ecossistemas da Terra, levando a uma aceleração sem precedentes das emissões de carbono. Este estudo explora o modelo de desenvolvimento sustentável de Ignacy Sachs, por meio do conceito “B-cube” – biomassa, biodiversidade e biotecnologia – ao aproveitar resíduos florestais oriundos do manejo florestal sustentável (MFS) para a produção de bioenergia. A região Norte do Brasil, que abriga mais de 190 sistemas isolados de energia altamente dependentes de diesel, enfrenta desafios ambientais e socioeconômicos significativos. Esta pesquisa investiga se a integração de sistemas de bioenergia nos mercados emergentes de carbono pode oferecer uma solução escalável e sustentável para a descarbonização dessas regiões remotas. Utilizando resíduos de MFS, os sistemas de bioenergia foram avaliados em Manicoré e Lábrea por meio de uma Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) gate-to-grave. A análise revelou que os sistemas de bioenergia alcançam uma captura de carbono superior a 1.000 kg CO₂-eq por MWh, em comparação com as emissões de 1.200 kg CO₂-eq por MWh dos sistemas a diesel, destacando seu potencial para a neutralidade de carbono. Os principais resultados indicam que integrar a bioenergia aos mercados de carbono, como o programa CBIO do Brasil, pode gerar incentivos financeiros, com valores projetados de créditos de carbono para compensação subindo de USD $7,16 por tonelada de CO₂-eq em 2023 no mercado voluntário. Socialmente, a transição para a bioenergia pode beneficiar mais de 1.500 famílias nas cidades de Lábrea e Manicoré, melhorando o acesso à energia e promovendo o desenvolvimento econômico local. Este trabalho explora o conceito de que os sistemas de bioenergia oferecem um caminho sustentável e escalável para a descarbonização de sistemas isolados na Amazônia e possuem potencial para o mercado de carbono. Abordar temas como pobreza energética e aproveitar incentivos econômicos é uma forma de promover o desenvolvimento social, atingir metas climáticas globais e traçar um caminho mais sustentável.

A estabilidade e o controle de escoamento de emulsões são fundamentais para o
design de produtos em diversas indústrias, como engenharia ambiental, recuperação de
petróleo, indústria alimentícia e farmacêutica. A estabilidade de emulsões depende de
fenômenos interfaciais, nos quais surfactantes iônicos—moléculas anfifílicas com grupos
eletricamente carregados—desempenham um papel crucial ao se adsorverem nas interfaces
de gotas, reduzindo a tensão superficial e proporcionando repulsão eletrostática o
que pode evitar a coalescência. Esses surfactantes se redistribuem na interface das gotas
sob escoamento, acoplando o balanço de forças na interface com mecanismos de transporte
de carga. Este estudo investiga dois aspectos interconectados da eletrohidrodinâmica de
gotas: (1) o efeito da carga e do campo elétrico dos surfactantes iônicos na dinâmica de
gotas sob ação de escoamentos de cisalhamento simples, e (2) a resposta eletrohidrodinâmica
de gotas sob campos elétricos aplicados, com foco na advecção de carga e no
regime de eletrorotação.
Na primeira parte, exploramos por meio de simulações numéricas gotas cobertas
por surfactantes em cisalhamento simples, empregando uma metodologia unificada que
integra efeitos elétricos e hidrodinâmicos. Uma metodologia numérica acoplada combina
o método de projeção para resolver as equações de Navier-Stokes, a técnica de Level-
Set para capturar a interface e o método do Closest Point para resolver a equação de
transporte de surfactante. Essa abordagem captura a competição entre advecção induzida
pelo cisalhamento, difusão de surfactante e eletro-migração de íons na interface da gota.
Demonstramos que a deformação da gota é ditada pelo número de Mason (razão entre
forças viscosas e elétricas), pela razão de mobilidade (eficiência do transporte de carga),
pelo número de capilaridade (razão entre forças viscosas e capilares), pelo número de
Peclet (razão entre transporte advectivo e difusivo), pela cobertura de surfactante e pelo
parâmetro de elasticidade da interface. A densidade de carga superficial, linearmente
dependente da concentração de surfactante, leva ao acúmulo de carga em regiões de alta
curvatura via advecção do escoamento, enquanto a difusão redistribui as cargas e a eletromigração
desloca as concentrações máximas para longe das extremidades da gota.
A segunda parte examina a eletrohidrodinâmica de gotas, sem surfactantes ou imposição
de escoamento externo, apenas sob campos elétricos uniformes. Aqui, a convecção
de carga superficial e a rotação de Quincke—uma rotação espontânea devido ao torque
induzido pela distribuição de carga em relação à direção do campo elétrico aplicado—são
analisadas. A estrutura numérica é estendida com o método de Ghost Fluid para lidar com
descontinuidades interfaciais (por exemplo, permissividade, condutividade) e um modelo
de interface difusiva que suaviza as transições na interface. Ao comparar os tratamentos
de interface do tipo "sharp" (via Ghos fluid) e difusiva, identificamos regimes em que
a convecção de carga domina a deformação e desencadeia a rotação de Quincke. O ângulo
de inclinação durante a rotação alinha-se com a teoria para esferas rígidas em baixos
números de capilaridade elétrica, mas apresenta uma leve divergência sob campos elétricos
fortes, destacando o papel da mobilidade interfacial da gota. Comparações quantitativas
com dados experimentais e modelos teóricos validam nossa metodologia, reforçando sua
capacidade de unir paradigmas de interface "sharp" e difusiva.
Os resultados destte estudo avançam a compreensão da dinâmica de gotas em
ambientes multifísicos, oferecendo insights para otimizar a estabilidade de emulsões e a
manipulação eletrohidrodinâmica em aplicações industriais.

Os Laminados de Fibra-Metal ou Fiber Metal Laminates (FML) são materiais compósitos híbridos fabricados a partir da união de camadas metálicas finas e camadas de materiais poliméricos reforçados com fibras (FRP). As fibras de carbono e de vidro são as fibras mais comumente investigadas e usadas em FMLs. Entretanto, os compósitos baseados em fontes renováveis ou biocompósitos têm surgido como alternativas ecologicamente corretas aos materiais compósitos tradicionais devido a recentes preocupações ambientais e de sustentabilidade. Apesar das suas excelentes propriedades mecânicas, uma limitação dos FMLs está relacionada ao seu modo de processamento, visto que, durante a retração da cura, a diferença entre os coeficientes de expansão térmica (CTE) das camadas metálicas e das camadas de FRP ocasiona o desenvolvimento de tensões residuais. O nível de tensões residuais geradas após o processo de cura/ pós-cura e a manifestação de deformações do componente híbrido final ainda são pouco discutidos na literatura. Neste contexto, o efeito da hibridização nas propriedades mecânicas, mecanismos de falha e tensões residuais de laminados de fibra-metal baseados em fibras sintéticas de carbono ou vidro/ sisal foi investigado. Neste estudo, dois grupos de laminados foram produzidos. O primeiro com três tipos de laminados FRP (fibras de carbono, vidro e sisal), para obter as propriedades individuais de cada material. O segundo com dois tipos de FMLs, incluindo não-híbridos (um único tipo de FRP) e híbridos (alternando entre fibras sintéticas e naturais). As propriedades mecânicas de todos os laminados foram determinadas por meio de ensaios de tração acoplado a técnica de correlação de imagem digital (DIC). A microtomografia de raios-x analisou a região de fratura após os testes de tração para avaliar o mecanismo de fratura. As tensões residuais foram obtidas usando o método de remoção de camada. Os resultados mostraram que a hibridização não modifica significativamente a resistência à tração dos FMLs, com análises estatísticas confirmando a compatibilidade entre os grupos híbridos e não-híbridos. Os FMLs híbridos apresentaram melhor dispersão de tensões, especialmente com fibras de sisal no núcleo das amostras. O uso de camadas de fibras de vidro/sisal resultou em menores taxas de delaminação devido a maior compatibilidade entre os módulos de elasticidade. Também foi constatado que as fibras de sisal reduzem significativamente as tensões residuais nas camadas de alumínio e FRP, destacando seu papel na melhoria do desempenho do compósito e ressaltando o potencial para estruturas compósitas eficientes e mais sustentáveis.

Nesta dissertação, o comportamento reológico de emulsões de gotas polares é caracterizado experimentalmente através do uso de um reômetro de discos paralelos equipado com uma célula magnética. As emulsões trabalhadas variam em termos da razão de viscosidades entre o fluido do interior da gota e o líquido circundante. Nesse contexto foram geradas quatro emulsões, cada uma com sua razão de viscosidade definida e diferentes entre si, mas todas com a mesma fração volumétrica de gota (5% v/v). Foram realizados testes estáticos de microscopia para determinação de diâmetro médio das gotas, bem como polidispersidade. Quando aplicado um campo magnético externo verificou-se também a distribuição de tamanho de cadeias forma-das pelas gotas polares. Três metodologias experimentais foram utilizadas para caracterizar o comportamento reológico das emulsões. A primeira refere-se aos ensaios em regime de cisalhamento permanente na ausência e na presença de campo magnético. Com isso, pode-se examinar o comportamento da viscosidade aparente e da tensão de cisalhamento das emulsões em função da taxa de cisalhamento e da intensidade do campo magnético. Isto permite a verificação da aderência do comportamento reológico de tais fluidos aos modelos de fluido newtoniano generalizado. Além disso, comparações do comportamento da viscosidade na ausência de campo magnético externo com o modelo de emulsão infinitamente diluída de Taylor são realizadas. A segunda metodologia diz respeito aos ensaios experimentais com escoamentos do tipo transiente, em regime de impulso de deformação na presença de campo magnético. A partir desta análise experimental obtiveram-se, para uma emulsão de razão de viscosidade fixa, suas funções relaxação de tensão dependentes da intensidade de campo magnético externo aplicado. Efetuaram-se o cálculo de seus tempos de relaxação associados. A terceira metodologia refere-se a testes em cisalhamento oscilatório na presença de campo magnético externo, em regime de viscoelasticidade linear. Dessa metodologia, obtiveram-se os módulos vis-coelásticos para uma emulsão polar de razão de viscosidade definida. Tais funções materiais foram obtidas em função da frequência e da intensidade do campo magné-tico em uma condição de pequenas deformações. Observou-se a existência de modo elástico de cisalhamento quando a emulsão polar é colocada na presença de campo magnético externo o que indica presença de microestrutura induzida por interações dipolares. Nota-se também que a aplicação do campo magnético injeta elasticidade no sistema dinâmico da emulsão o que é corroborado pelo fato de tempos de relaxação não nulos terem sido obtidos a partir de ensaios experimentais. Verificações de compatibilidade entre o módulo viscoso e a viscosidade aparente para valores iguais de frequência e taxa de cisalhamento são realizadas e, com base nisso, a primeira diferença de tensões normais é calculada usando a regra de Laun.

Fraturas ósseas representam um crescente problema de saúde pública no mundo, principalmente
a considerar o envelhecimento da população. Soluções possíveis para fraturas que não
se regeneram naturalmente são os implantes artificiais. Implantes metálicos possuem boas
propriedades mecânicas, porém problemas de acoplamento com o osso hospedeiro, bem
como o fato de serem materiais bioinertes aumentam os riscos e a manutenção associados.
Scaffolds cerâmicos representam uma classe de enxertos artificiais promissores em termos
de regeneração do tecido ósseo. Neste âmbito, o presente trabalho foi voltado para a
fabricação de scaffolds de hidroxiapatita (HPA), que é a matriz extracelular presente no
esqueleto de mamíferos, utilizando-se BaTiO3 e Zn0 como forma de modificar a estrutura
e propriedades dos scaffolds fabricados por freeze-casting. Observou-se por meio de ensaios
de compressão mecânica que a adição de 0,25 wt.% de BaTiO3 provocou um aumento de
resistência mecânica, em que a melhor amostra apresentou resistência à compressão acima
de 7 MPa, enquanto a porosidade se manteve em torno de 40%. Além disso, observou-se
uma redução na resistência à compressão com a adição de Zn0. Ademais, constatou-se por
meio de DRX e FTIR uma redução da degradação de HPA em OCP 𝛼-TCP promovida
pela adição de BaTiO3. Este efeito relaciona-se com a área superficial obtida por BET
da perovskita de BaTiO3. Por fim, amostras contendo Zn e BT apresentaram a formação
da fase de hidroxiapatita com substituição de Zn na HPA, cuja interação com o BaTiO3
e com o ligante PVA se mostraram reduzidas por contrações nos grupos OH da HPA,
formando-se defeitos observados pela técnica de 𝜇-CT.

A biomassa é uma fonte de energia renovável abundante, que traz consigo benefícios ambientais e socioeconômicos sustentáveis. Esta é obtida a partir de materiais biodegradáveis, como resíduos agrícolas, florestais e urbanos. Sua utilização como fonte de energia renovável ajuda a reduzir o acúmulo de resíduos e mitigar os impactos ambientais relacionados ao seu descarte inadequado. Além disso, a produção de energia a partir da biomassa pode gerar empregos e renda nas comunidades locais, promovendo o desenvolvimento socioeconômico. O pequi (Caryocar brasiliense Camb.) é uma espécie arbórea pertencente à família Caryocaraceae, nativa do Cerrado brasileiro. Os frutos do pequi são muito utilizados na culinária regional, sendo fonte de nutrientes e sabores característicos. Além disso, o fruto possui casca dura e espinhosa, que protege uma polpa amarelada e oleosa, e uma semente (resíduo). Este trabalho investigou o processo de torrefação para conversão de resíduos de sementes de pequi em energia, sendo a torrefação (ou pirólise leve) um processo de pré-tratamento (200-300 °C) que melhora as propriedades químicas e físicas da biomassa bruta. A presente investigação visa compreender o tratamento de torrefação dos resíduos de pequi com e sem extrativos utilizando uma metodologia de resposta de superfície de face centrada explorando dois cenários. Foram estabelecidos dois cenários distintos para delinear as condições ideais de torrefação: um focado na melhoria da qualidade do produto torrado sem considerar os pré-requisitos do sistema (Cenário 1), e o outro enfatizou a redução do consumo de energia, melhorando as propriedades energéticas do produto torrado e maximizando o potencial de retenção de CO2 (Cenário 2). Enquanto isso, a torrefação foi conduzida em um macro-TGA e posteriormente caracterizada (análise imediata, elementar e calorífica). Os resultados revelam a torrefação de PS a 274 °C e 42 min como ótima no cenário 1, resultando em biochar (CH1.30O0.33) com rendimento energético de 76,18% e poder calorifico superior de 24,11 MJ kg–1. No cenário 2, PS também é ótimo, resultando em uma condição ideal de operação com 264 °C e um tempo de residência de 31 min, fornecendo bio carvão (CH1.39O0.36) com rendimento energético de 82,11%, um produto torrado com poder calorifico superior de 23,83 MJ kg–1 e uma retenção de CO2 de 188,65 kg equivalente, considerando a substituição do óleo diesel. O aumento do poder calorífico superior observado, especialmente no caso de PSWE, demonstra o potencial destas matérias-primas como biocombustíveis sólidos, com valorização de até 21% do poder calorifico superior. Assim, isso mostra que a remoção de extrativos é um procedimento interessante, uma vez que o extrativo pode prosseguir como biodiesel. Além disso, os resultados podem contribuir com informações essenciais para o desenvolvimento da economia circular na agricultura familiar e comunidades agroextrativistas, que podem apoiar as pequenas e médias indústrias agroalimentares do Brasil com suas demandas elétricas e térmicas.

Devido ao rápido aumento na demanda por máquinas rotativas de maior eficiência e capacidade, os problemas relacionados à vibração também crescem, exigindo melhores soluções para o controle de vibração. O estado da arte atual consiste em mancais lubrificados a gás, mas novas abordagens estão sendo estudadas, como a utilização de metamateriais em máquinas rotativas. Vários tipos de ressonadores foram estudados; nesses estudos, os problemas de influência giroscópica na resposta de frequência mostraram-se significativos. Além disso, um grande problema identificado foram as dificuldades de fabricação dos ressonadores. Este problema é o foco principal deste trabalho, culminando com uma análise experimental. Para conseguir isso, a metaestrutura será analisada usando métodos numéricos baseados em ondas, os ressonadores serão sintonizados para atenuar as frequências alvo e com base nos parâmetros de sintonia um modelo CAD será projetado e então fabricado. Um teste de bancada é realizado para verificar a atenuação da banda.

Neste estudo, realiza-se uma análise de escoamentos em meios poroso com objetivo de se examinar e entender com maior profundidade fenômenos físicos envolvidos na interface entre dois líquidos imiscíveis de diferentes viscosidades, no qual um fluido de menor viscosidade desloca o de maior viscosidade no interior de uma célula de Hele-Shaw ou matriz porosa. Explora-se diferentes configurações e condições físicas de escoamentos, visando também o desenvolvimento de estratégias que minimizem a formação das chamadas instabilidades de Saffman-Taylor na interface líquido-líquido bem como o aumento da velocidade de deslocamento da mesma interface. Essas instabilidades tipo fingers viscosos podem diminuir de maneira significativa a eficiência o processo de extração de petróleo em reservatórios naturais. Considera-se análises de escoamentos desde a escala dos poros até a escala da matriz porosa, além de se investigar a influência de efeitos magnéticos em escoamentos monofásicos em meios porosos como também efeitos interfaciais no escoamento bifásico de fluidos imiscíveis. Aprofunda-se no estudo das instabilidades geradas na interface entre os dois fluidos pelo controle da razão entre forças viscosas e forças de tensões interfaciais, denotada por número de capilaridade, bem como pelo controle da porosidade da matriz porosa e, consequentemente, da permeabilidade associada. Ademais, verifica-se a influência de efeitos inerciais no escoamento em meios porosos, modelados pelo termo inercial de Forchheimer função do número de Reynolds do escoamento. Os escoamentos referentes a célula de Hele-Shaw são estudados tanto por meio de soluções analíticas como também por simulações numéricas em regimes mais complexos do escoamento, usando-se o método dos volumes finitos no software OpenFOAM. Os resultados da simulações são validados, na medida do possível , por soluções exatas ou assintóticas em casos limites dos escoamentos explorados. Observa-se uma boa concordância entre os resultados preditos pelas simulações e as soluções analíticas, mostrando de certa foram uma excelente acurácia do código computacional e a eficiência da metodologia numérica implementada. Dos resultados obtidos referentes as investigações das instabilidades interfaciais de fingers, verifica-se que o fenômeno de transição da configuração de longos fingers viscosos, penetrando no outro fluido a partir da interface, pode transicionar para regimes multi-fingers em que os efeitos de tensão superficial passam a ser comparáveis ou maiores do que os efeitos viscosos nesse escala de fingers capilares. As configurações de fingers observadas são influenciadas de forma significativa pelo número de capilaridade e pela porosidade do meio poroso, conforme também já observado experimentalmente. Em adição, verifica-se que uma diminuição da permeabilidade do meio poroso causa um efeito equivalente a desaceleração do escoamento que pode ser produzida por efeitos magnetohidrodinâmicos (MHD) controlando-se o campo magnético transversal aplicado a um escoamento interfacial envolvendo de um lado um fluido eletricamente condutor como a água salgada e do do outro óleo. O efeito magnetohidrodinâmico nos escoamentos explorados no presente trabalho pode servir como um mecanismo atenuador das instabilidades tipo fingers observadas.

O objetivo principal deste estudo é o desenvolvimento de uma bancada experimental
de baixo custo para ensaios de estatorreatores a combustível sólido (SFRJ), visando
desenvolvimento tecnológico básico e aplicado bem como ferramenta educacional para o
ensino de graduação. Um código numérico para o estudo de estabilidade de combustão
foi desenvolvido para auxiliar no projeto básico de motores a jato que empregam esta
tecnologia (SFRJ). A bancada é composta por tanques de ar comprimido, aquecedor de ar
para simular a temperatura de estagnação na entrada da câmara de combustão do motor,
combustível sólido e bocal de exaustão. O ar é aquecido por meio de um regenerador
de calor de leito de esferas, evitando a contaminação do mesmo. O modelo matemático
para projeto dimensional do ancorador de chama é baseado na teoria de reatores bem
misturados acoplada ao desprendimento de grandes vórtices da zona de recirculação. Um
modelo matemático para planejamento dos ensaios foi também desenvolvido. Este modelo é
empregado após predições numéricas da estabilidade de chama. A bancada testes de baixo
custo, bem como a metodologia de planejamento de ensaios foram validados. A bancada
foi refinada e está totalmente operacional. Os resultados do modelo de estabilidade de
chama indicam uma forte dependência da taxa de regressão do combustível sólido, da
frequência de oscilação do motor, da temperatura e pressão de entrada do ar, entre outros
parâmetros operacionais.

Polímeros biodegradáveis, como hemicelulose e PLA, têm potencial na indústria de embalagens. A hemicelulose enfrenta desafios de baixa resistência mecânica, enquanto o PLA destaca-se pela sua facilidade de processamento. Assim, este estudo buscou combinar esses materiais desenvolvendo blendas poliméricas, visando sua aplicação em embalagens. A hemicelulose foi obtida a partir da fibra de juta por meio de um processo de tratamento alcalino com KOH. As blendas de hemicelulose/ PLA foram produzidas nas concentrações de 5, 15 e 25% (m/m) de hemicelulose, 5% de glicerol (m/m) e 10 e 20% de ácido cítrico (m/m). Este último adicionado em relação a massa total de blenda. Os filmes foram caracterizados por FTIR, TGA, DSC, MEV, ângulo de contato, propriedades mecânicas e DMA. Além disso, foi avaliado o comportamento dos filmes quando expostos a água e produtos sanitizantes, considerando as taxas de absorção de água, mudanças na morfologia, propriedades térmicas e dinâmico-mecânicas após período de imersão de 240 horas. O período de degradação no enterramento no solo por 10, 50 e 90 dias foi avaliado quanto as taxas de perda de massa, morfologia e propriedades térmicas e dinâmico-mecânicas. A morfologia das blendas puras era parcialmente homogênea, enquanto que após a imersão e enterramento no solo foi possível identificar à degradação da hemicelulose da matriz do PLA. A taxa de perda de massa das blendas após 90 dias foi de aproximadamente 35%, enquanto a perda de peso do PLA puro foi de apenas 7%. Os espectros de FTIR indicaram possíveis reações de esterificação entre os grupos hidroxila da hemicelulose e os grupos carboxila do ácido cítrico. A estabilidade térmica das blendas puras e quando submetidas à exposição à água, sabão e ao período de enterramento no solo foi inferior em comparação com os polímeros puros. Ocorreu a diminuição em ~40% na Tg do filme de PLA (67,1 °C) após a imersão em água (37,1 °C), sabão diluído (44,8 °C) e concentrado (42,4 °C). Essa diminuição pode ser atribuída ao efeito plastificante da água sobre o PLA. Após o período de imersão e biodegradação, observou-se que a Tg e a Tf das blendas não foram afetadas. No entanto, houve um aumento significativo na cristalinidade das blendas, que atingiu um valor máximo de aproximadamente 23% após 90 dias de enterramento no solo. A taxa de absorção de água e sabão nas blendas e os valores de ângulo de contato, aumentaram de acordo com a concentração de hemicelulose na blenda, o que torna os filmes de caráter hidrofílico. As propriedades de tração mostram que as misturas apresentam resistência à tração melhorada em comparação com o PLA puro e o filme de hemicelulose. O alongamento na ruptura das blendas foi substancialmente menor que o do PLA puro. O teor de hemicelulose diminuiu o módulo de elasticidade e de armazenamento dos filmes. As propriedades dinâmico-mecânicas dos filmes após o período de imersão em água e nos produtos sanitizantes variam com o aumento da temperatura, sendo mais sensível nas blendas com menor teor de ácido cítrico. E diminuíram drasticamente conforme o tempo de enterramento no solo. Esses resultados indicam efeitos significativos nas propriedades finais dos filmes das blendas em comparação aos filmes de PLA e hemicelulose pura, o que pode torná-los promissores para aplicações em embalagens 

Ao instalar condutores aéreos em linhas de transmissão, uma carga de alongamento estático é aplicada para manter a folga da linha de acordo com o projeto da linha de energia e proteger o condutor contra vibrações nocivas do vento. A Everey Day Stress (EDS) e o parâmetro H/w, que controlam a carga de esticamento, foram propostos como um meio de projetar linhas de energia com segurança contra a fadiga devido à excitação do vento. À medida que a tensão de esticamento aumenta, o condutor torna-se mais vulnerável à vibração eólica, pois a sua capacidade de autoamortecimento é reduzida e a tensão média aumenta, podendo causar falha prematura. Entretanto, existe uma lacuna na literatura no que diz respeito ao estudo do efeito da tensão média na vida em fadiga dos condutores, como a modelagem do efeito EDS (ou H/w) nos condutores. A diversidade de tipos de condutores (forma, materiais e disposição) é uma das principais razões para esta lacuna. Portanto, este trabalho desenvolve uma curva mestra que permita prever a vida em fadiga de qualquer condutor sobre os efeitos da tensão média a partir de modelos de análise do efeito da tensão média como: Goodman,Gerber, Soderberg,Smith-Watson-Topper e Walker. Para avaliar e parametrizar o efeito da tensão média na vida em fadiga, foram utilizadas as abordagens SWT e Walker com resultados de testes de fadiga (realizados utilizando diferentes valores de carga de estiramento) para criar as curvas mestras e validar a aplicação de tais critérios à vida em fadiga de diferentes condutores. famílias. Esta curva mestra fornece uma ferramenta prática e simples que permite a previsão da vida em fadiga com um nível elevado (três vezes a vida útil) a baixo custo, abrangendo uma variedade de condutores. A comunidade de linhas de transmissão de energia poderia usar uma curva mais conservadora.

O setor de transportes se destaca no cenário mundial com parcela significativa das emissões de gases de efeito estufa, atualmente cerca de 25% das emissões mundiais. Na conjuntura mundial de transição energética associada às mudanças da matriz para fontes renováveis, a eletrificação da mobilidade se mostra como uma das alternativas no sentido da mitigação dos impactos do aquecimento global. No cenário brasileiro, o bioetanol é amplamente utilizado em veículos flex-fuel e corresponde a cerca de 35% do total da energia primária dos veículos leves. Além disso, o mix de geração de eletricidade do país compreende cerca de 83% de fontes renováveis, compostas basicamente por fontes hidráulicas, eólicas e biomassa, sendo razoável considerar a eletrificação do setor de transportes como uma das alternativas no sentido da sustentabilidade. O presente estudo pretende contribuir para o planejamento de políticas públicas no sentido da redução das emissões de gases de efeito estufa, ao analisar o potencial de aquecimento global relacionado ao ciclo de vida dos veículos leves de passageiros no cenário da matriz elétrica brasileira e uso de biocombustíveis, bem como, por meio da projeção de cenários da frota brasileira e inclusão de veículos elétricos e híbridos no longo prazo. Nesse sentido, foram utilizadas metodologias estatísticas aplicadas a séries históricas de dados e algoritmos de regressão para estimar a frota, além da abordagem de avaliação do ciclo de vida aplicada à fabricação e uso dos veículos e produção dos combustíveis visando estimar o potencial de aquecimento global. Os resultados da análise comparativa mostraram que os veículos com motores à combustão interna e híbridos abastecidos a bioetanol apresentaram as menores emissões por quilômetro rodado, em comparação aos veículos elétricos a bateria. A longo prazo, o cenário com maior participação do bioetanol se mostrou mais favorável à redução das emissões ao apresentar emissões anuais de 37 MtCO2eq em 2050 em comparação a 74 MtCO2eq no ano de 2020, o que significaria uma redução anual das emissões em cerca de 50%. De uma forma geral, os resultados indicam que investimentos voltados à ampliação do uso do bioetanol em veículos híbridos com tecnologias flex-fuel se mostram como um caminho promissor no sentido da transição energética para fontes renováveis, não descartadas medidas de incentivo à participação dos veículos elétricos, tendo em vista a característica da matriz de geração elétrica renovável no cenário brasileiro de longo prazo. 

Esta tese propõe uma nova abordagem para a análise da fadiga por fretting utilizando mo
delos de machine learning, especificamente redes neurais artificiais (RNA). A fadiga por fretting
é um fenômeno que ocorre quando há microdeslizamentos entre componentes em contato mecâ
nico sob carregamento de fadiga, comum em cabos de energia, turbinas, fuselagens e discos de
freio. Embora as RNAs existam desde os anos 40, sua aplicação na fadiga por fretting é recente
e inovadora. Neste contexto, este trabalho divide-se em quatro partes. A primeira parte explora
o uso de equações analíticas para o cálculo das tensões, que estão fisicamente relacionadas com
o processo de iniciação de trincas, para serem usadas como entradas para o modelo de RNA,
incorporando o efeito da tensão média na estimativa da vida à fadiga por fretting. Na segunda
parte, a capacidade de generalização destes modelos é explorada com a análise de elementos
finitos. Novos parâmetros de tensão são utilizados como entradas, permitindo ao modelo ex
trapolar a vida em fadiga por fretting para novos materiais, carregamentos e geometrias nunca
vistas durante o processo de treinamento. A terceira parte deste trabalho tem um foco mais
aplicado, baseado na nova metodologia proposta nas partes 1 e 2. São abordados três casos
diferentes de fretting, envolvendo amplitude de carga de cisalhamento variável e aplicações na
fadiga de cabos condutores. A quarta e última parte tem um perfil mais experimental, com
novos experimentos de fadiga por fretting realizadas sob condições de carga não usuais e avali
adas através de análise de fratura e também sob vários vários tipos de modelos de previsão de
vida em fadiga. Especificamente, é reproduzido um novo carregamento inspirado nas condições
experimentadas pela fuselagem de um avião. Esta análise demonstrou a importância de uma
compreensão mais profunda da física do problema, que difere significativamente dos ensaios
clássicos de fadiga por fretting, para então se obter estimativas de vida razoáveis. Em todas as
partes do estudo, também foram efetuadas análises comparativas, de modo que outros modelos
de fadiga multiaxial foram devidamente calibrados e testados para os materiais em estudo. No
entanto, a metodologia proposta, baseada em ciência de dados, demonstrou consistentemente
claras vantagens em todos os cenários estudados. De um modo geral, nas partes 1, 2 e 3,
a maioria das estimativas situou-se dentro das bandas de dois, com uma minoria dentro da
banda de três. No entanto, na parte 4, as estimativas de vida situaram-se em torno da banda
de quatro. Esta discrepância deve-se principalmente ao fato de não ter-se considerado o efeito
de propagação de trincas no novo carregamento proposto. A ampla aplicabilidade desta nova
abordagem baseada em redes neurais é discutida ao longo da tese, destacando o seu potencial
prático e inovador na previsão e estudo da fadiga por fretting

Esta tese desenvolve e aplica um método otimizado para a previsão da vida em fadiga multiaxial em materiais submetidos a condições de carregamento de amplitude variável e constante. O estudo busca aprimorar a precisão e a eficiência computacional na identificação de planos críticos em análises de fadiga multiaxial. Para isso, propõe-se o Método Rápido de Máxima Variância (FMVM), uma extensão do Método da Máxima Variância que emprega autovalores e autovetores da matriz de covariância das tensões cisalhantes, reduzindo o custo computacional sem comprometer a acurácia. A pesquisa segue uma metodologia teórico-experimental, com validação por meio de dados experimentais da literatura. Primeiramente, o FMVM é desenvolvido e testado em condições de carregamento aleatório de amplitude variável, mostrando-se mais eficiente que métodos tradicionais. Posteriormente, o método é adaptado e aplicado a cenários de amplitude constante, mantendo a precisão e reduzindo significativamente o tempo de processamento. As conclusões indicam que o FMVM é uma abordagem robusta para a previsão de fadiga multiaxial, aplicável a condições de carregamento complexas e adequado para usos industriais onde eficiência e precisão são requisitos essenciais. As contribuições deste estudo oferecem uma base para futuras adaptações do método em cenários de carregamento ainda mais complexos.

Neste trabalho, o efeito da utilização de um sistema híbrido de dessalinização por adsorção ativada térmica por energia solar (SACDS do inglês solar thermal-activated adsorption desalination system) para água salobra é avaliado sob as condições climáticas do semiárido brasileiro. O modelo teórico proposto utiliza dados climáticos da estação meteorológica de Campina Grande, PB, e dados da cinética de adsorção da sílica gel Fuji Davison RD 260 para prever os índices de desempenho da produção diária específica de água (PDA), da potência específica de resfriamento (PCR) e do coeficiente de desempenho (COP) ao longo de um dia caraterístico. Obteve-se um valor de PDA de 6,26 m³/tonelada, uma PEA variando de 50 a 300 W/kg e um COP diário de 0,46, considerando variações na irradiância horizontal global no sistema ACDS e na temperatura ambiente transiente. Observou-se que tanto a produção de água dessalinizada como o efeito de refrigeração aumentam com o aumento da irradiância solar diária. A variação do número de colectores solares utilizados no sistema e a sua otimização, bem como a variação do índice de salinidade da fonte de alimentação, tiveram impacto nos coeficientes de desempenho avaliados.

Materiais cerâmicos têm despertado cada vez mais o interesse dos pesquisadores em estudos para sua utilização em implantes dentários osseointegrados. O desenvolvimento de materiais compósitos a base de alumina e zircônia demonstraram possuir biocompatibilidade. São esteticamente atrativos devido à similaridade com a cor dos dentes naturais e apresentam ótimas propriedades mecânicas, sendo uma alternativa ao uso dos implantes de titânio. O objetivo deste trabalho foi avaliar o limite de resistência à fadiga do compósito cerâmico de zircônia estabilizada com ítria e céria reforçado com plaquetas de alumina (Ce, Y) − TZP/AlଶOଷ e caracterizar as propriedades físicas e mecânicas de corpos de prova sinterizados. No presente trabalho foi utilizado o pó comercial de (Ce, Y) − TZP/AlଶOଷ (uprYZe-Intense G, ZirPro). Corpos de prova em forma de barras foram compactados por prensagem uniaxial em uma matriz rígida, com pressão de 100 MPa durante 60 segundos, seguida de sinterização a 1500°C. As fases subsequentes incluíram a determinação da densidade, quantificação das fases cristalinas presentes por difratometria de raios-X, determinação do modulo de elasticidade, microdureza, tenacidade à fratura, resistência à flexão em quatro pontos e limite de resistência a fadiga. Observações nos mecanismos de fratura foram realizadas com auxílio de microscopia óptica e eletrônica de varredura. As amostras sinterizadas de (Ce, Y) − TZP/AlଶOଷ sem ligante e polidas apresentaram resultados de 98,56% de densidade relativa. Foram observadas por MEV microestruturas mais complexas com grãos submicrométricos equiaxiais, homogeneamente distribuídos e uma forma planar alongada das plaquetas de alumina. O módulo de elasticidade encontrado para o compósito foi de 247,51 GPa e a dureza Vickers de 13,68 GPa. As amostras do compósito apresentaram altos valores de tenacidade à fratura, em torno de 7,07 MPa. m భ మ. Esse alto valor ocorre devido a transformação de fase tetragonal para monoclínica, criando zonas de compressão ao redor da trinca e dificultando assim a sua propagação, essa compressão atua devido ao aumento de volume pela transformação t-m. Os valores de resistência a flexão foram de 460,36 MPa, módulo de Weibull (m = 16,82), revelando baixo espalhamento dos dados de tensão de ruptura à flexão. A resistência à fadiga encontrada para os espécimes foram de 286,64 MPa. No compósito avaliado neste trabalho, a ocorrência da transformação tetragonal - monoclínica que ocorre nos grãos Ce -TZP presentes nos pontos triplos e nos contornos de grãos durante o carregamento cíclico produz o “crack tip shielding”, ou seja uma zona elástica restringida ( zona de blindagem) que envolve a ponta da trinca. Esse fenômeno acarreta a redução do fator de intensidade de tensões na ponta da trinca e retarda seu crescimento, gerando aumento na resistência a fadiga do compósito.

Nos escoamentos através de turbinas eólicas de eixo horizontal, dois elementos que afetam as condições de conversão de energia são a altura do rotor em relação ao solo e a rugosidade do terreno. O presente trabalho apresenta um estudo experimental sobre a influência desses dois fatores na curva de potência de modelos em escala reduzida de turbinas livres de eixo horizontal. Os experimentos foram realizados no túnel de vento do Laboratório de Energia e Ambiente da UnB. São avaliadas três alturas diferentes e duas condições de rugosidade da superfície da seção de testes. A técnica de anemometria de fio quente é utilizada para determinar o perfil de velocidade longitudinal média e intensidade de turbulência em regiões específicas de interesse no escoamento. Para simular um terreno rugoso, correntes foram instaladas sobre a superfície originalmente lisa da seção de testes do túnel. Foram realizados testes com a superfície lisa e com a superfície rugosa. Observou-se que, para a superfície lisa, existe a influência simultânea de dois mecanismos concorrentes em relação à geração de potência pelo rotor: o confinamento parcial do escoamento, observado à medida que o rotor se aproxima da superfície, com tendência de elevar o coeficiente de potência; e o déficit de velocidade média na camada limite sobre a superfície do túnel, que tende a reduzir o coeficiente de potência. Identificou-se que quando a altura da turbina é próxima da mínima altura possível em relação à superfície, o confinamento parcial do escoamento eleva a velocidade média através do rotor, resultando em um expressivo aumento do coeficiente de potência, em comparação ao caso em que a turbina está livre da influência do solo. Por outro lado, em alturas intermediárias, o déficit de velocidade do escoamento na camada limite prevalece e uma redução do coeficiente de potência é observada. O estudo considerando uma superfície rugosa indicou que a rugosidade pode alterar de maneira significativa a dinâmica observada na situação em que a superfície é lisa. Quando há rugosidade, a elevação de potência para o caso com menor altura não foi observada nos mesmos níveis. Todos os resultados são discutidos em articulação com os campos de velocidade média e intensidade de turbulência do escoamento a montante e a jusante do rotor. Do presente estudo, conclui-se que o uso de turbinas eólicas com torres muito altas, para isolar o rotor da influência do terreno, não é necessariamente vantajosa, quando apenas a geração de energia é considerada.

Devido a necessidade de aumentar a eficiência dos processos operacionais, máquinas são submetidas a operações de trabalho severo. Com isso, observa-se cada vez mais o desgaste prematuro de componentes mecânicos, o que resulta na diminuição de sua vida útil e aumento de custos com manutenção. Para prolongar a vida útil dos componentes de máquinas nessas condições severas de operação são utilizados materiais para proteções superficiais como eletrodos, polímeros, compósitos, arame tubular, dentre outros. Este trabalho apresenta um modelo numérico do teste de compressão com configuração esfera-plano. São estudados dois materiais de base (aço SAE 1045 e SAE 1020) e quatro revestimentos (Eletrodo Duro, Nylon, PC-ABS e Poliuretano). O objetivo é avaliar o comportamento dos revestimentos superficiais ao serem submetidos a cargas compressivas com a finalidade de proteger o material base, bem como seus resultados da tensão equivalente de von Mises, profundidade de indentação e deformação plástica equivalente obtidos no nó crítico de contato. Testes de compressão de configuração esfera – plano são realizados em amostras utilizando o revestimento eletrodo duro com a finalidade de obter informação das propriedades mecânicas desse revestimento. Já para o Nylon, PC-ABS e Poliuretano são utilizadas informações obtidas da literatura do seu comportamento mecânico. Todas essas informações são utilizadas para a calibração de um modelo de elemento finito. A simulação consiste em cinco configurações, sendo uma apenas o material base e quatro com revestimentos superficiais. Todos os modelos são submetidos a quatro condições de carregamento: 500N, 1000N, 1500N e 2000N. Dados os resultados, conclui-se que o uso de revestimento pode levar a um aumento significativo na vida útil dos equipamentos em que estão aplicados. Porém, para a escolha do revestimento, faz-se necessário avaliar as cargas de trabalho que o revestimento pode sofrer. Recomenda-se o uso de eletrodo para cargas elevadas e dos polímeros para aplicações em que se tem cargas compressivas com baixa magnitude e alto número de cíclos.

Em cabos condutores um dos principais agentes externos que podem levar à fadiga, e consequentemente a diminuição do seu tempo de vida é a excitação eólica. A ruptura dos cabos condutores causam enormes prejuízos dos pontos de vista econômico e social. O objetivo deste trabalho é investigar o comportamento dinâmico de amostras de cabo via Método de Elementos Finitos. Foram realizadas análises modais e harmônicas, com o intuito de encontrar as frequências de ressonância e compreender a dinâmica da estrutura na faixa de frequência de 30 Hz. As soluções encontradas via Metódo de Elementos Finitos por meio do software ANSYS Mechanical APDL, foram comparadas com estudos existentes na literatura para a validação dos resultados. Os resultados provenientes das análises modais e harmônicas foram bem condizentes com os resultados existentes na literatura. Depois foram refeitas as análises modais e harmônicas para a faixa de frequência de 0 à 65 Hz. Em seguida, na primeira análise transiente, foram aplicadas cargas impulsivas para um tempo de 50 s na amostra de cabo de 13.385 m , a fim de avaliar a resposta transiente da estrutura. Foi observado que quanto mais próximo dos apoios (nó 128) maior será o espectro de frequência quando comparado ao meio do cabo (nó 513). Outro fato observado é que o sistema responde a frequências de baixa amplitude. Foi notado que as frequências menores induziram os maiores deslocamentos no cabo, podendo levar a ruptura por fadiga. Por último, foi excitado senoidalmente o cabo nas frequências de 5.2205 Hz e 36.5 Hz , e foi notado que o sistema vibra harmonicamente nessas frequências

Este trabalho apresenta um estudo do escoamento de um ferrofluido termossensível em uma cavidade bidimensional aquecida por baixo. A influência de campos magnéticos externos sobre os padrões de escoamento e a transferência de calor, bem como o efeito da introdução de um obstáculo retangular na cavidade, são analisados. O escoamento é considerado incompressível, laminar, com ferrofluido newtoniano superparamagnético com susceptibilidade dependente da temperatura. O campo magnético externo é imposto considerando a indução magnética pela passagem de corrente elétrica através de um fio condutor adjacente à cavidade. O problema é resolvido numericamente por meio da solução das equações de conservação de massa, quantidade de movimento e energia usando uma discretização de diferenças finitas em malha regular. O acoplamento pressão-velocidade é realizado usando o método de projeção de $2^{a}$ ordem para o avanço no tempo. Os resultados mostram que, com o fio condutor fixo em posição à metade da altura de uma das paredes isoladas, o campo magnético gerado é capaz de distorcer as linhas de corrente do escoamento, promovendo um aumento do número de Nusselt médio. Em adição, verificou-se que a posição do fio pode modificar significativamente a topologia do escoamento e produzir variações abruptas do número de Nusselt. Um estudo dos efeitos da presença de um obstáculo no interior da cavidade foi conduzido. Considerou-se o caso no qual o obstáculo é isolado termicamente e o caso em que a temperatura é mantida constante. Os resultados revelam que a presença do obstáculo altera a forma como o campo magnético modifica o escoamento, de maneira que a posição que maximiza o número de Nusselt varia consideravelmente entre as situações com e sem o obstáculo. Observou-se que a presença desse objeto, a depender das condições de contorno térmicas, pode induzir a formação de estruturas no escoamento similares às células de Bérnard. Motivado por essa observação, um estudo preliminar sobre o efeito do campo magnético sobre um escoamento de convecção natural no regime de células de Bérnard foi conduzido. Mostrou-se que a presença do campo magnético pode alterar a quantidade dessas células e elevar em mais de 50% o número de Nússelt médio do escoamento.

As abordagens mais comuns em aeroacústica computacional são a computação direta do ruído, através da solução das equações governantes, e o uso de equações lineares para descrever a propagação do som. Uma alternativa interessante a esses métodos é o uso de um modelo de ordem reduzida (ROM). A Decomposição em Modos Dinâmicos (DMD) e a Decomposição Ortogonal Própria (POD) são ferramentas de análise direcionadas por dados que têm sido utilizadas como base de ROMs. Neste contexto, esta dissertação visa utilizar os métodos POD e DMD para estudar o escoamento transônico bidimensional em torno de um cilindro com números de Mach 0,5 e 0,75, modelado com as equações de Euler. O escoamento ao redor do cilindro foi escolhido como objeto deste trabalho por ser um escoamento relativamente simples, especialmente para $M_{\infty}=0.5$, mas que apresenta uma dinâmica rica. A aceleração do escoamento ao passar pelo cilindro causa a formação de ondas de choque, e o gradiente de pressão adverso resultante causa a separação do escoamento. À medida que os vórtices são emitidos e formam uma esteira de von Karman, as ondas de choque também se separam e se propagam pelo domínio como ondas sonoras. Os números de Strouhal para ambos os casos ficaram em torno de 0,2, o valor clássico para o escoamento ao redor de um cilindro. O POD e o DMD são métodos que decompõem um conjunto de dados, neste caso composto por campos de pressão, em estruturas coerentes, também conhecidas como modos. Os modos do POD são estruturas espacialmente ortogonais, enquanto os modos do DMD têm frequências e taxas de crescimento específicas. A análise das estruturas dos modos revelou que o cilindro emite ruído de forma semelhante a um dipolo acústico, com contribuições de outros multipolos. Além disso, os modos para $M_{\infty}=0.75$ revelaram que a esteira de vorticidade também é uma fonte de ruído no escoamento. A decomposição em modos dinâmicos (DMD) também forneceu frequências associadas aos modos que corresponderam aos picos nos espectros de pressão. Os modos POD e DMD também foram usados para reconstruir os escoamentos. Os resultados obtidos com o POD conincidiram quase exatamente com os dados originais. Por outro lado, os resultados obtidos com o DMD apresentaram grandes discrepâncias. Para $M_{\infty}=0.5$, o erro da raiz da média quadrática das flutuações de pressão ficou entre 15\% e 25\% na maior parte do domínio, mas teve um valor máximo de mais de 200\%. Os resultados mostraram que o DMD é uma ferramenta de análise capaz de revelar características importantes sobre o sistema estudado, mas o POD é melhor para a reconstrução dos escoamentos.

A dinâmica de nuvens é relevante para diversas áreas como, por exemplo, meteorologia, agricultura e operação de aeroportos, dentre outras. Em particular, para previsão solar de curto prazo, importante para gerenciamento de usinas solares e de redes de distribuição com elevada participação de energia solar, a caracterização mais precisa do movimento de nuvens pode melhorar previsão de geração pois a presença delas é a maior responsável pela variabilidade da irradiância em escalas de tempo intra-diárias. Assim, neste trabalho, é proposto uma metodologia que utiliza triangulação de imagens de duas câmeras com lentes olho de peixe para medir a posição de objetos no espaço, visando sua utilização em plataformas de previsão solar de curto prazo baseados em imagens do céu. Um sistema de duas câmeras, juntamente com um roteador sem fio, foi instalado na laje do Laboratório de Energia e Ambiente da Universidade de Brasília. A metodologia desenvolvida é baseada em um modelo de visão estéreo, usado para processar as imagens e determinar a localização de objetos visíveis nas imagens. O modelo proposto para processamento das imagens não requer a remoção de distorção da imagem para imagens pinhole, normalmente utilizado em câmeras com lente olho de peixe, nem a retificação das imagens originais, sendo essas as principais contribuições em comparação com outros modelos existentes. Para a validação do modelo, utilizou-se um drone para servir de objeto com posição conhecida. Para tal, o drone, em voo noturno estacionário, foi posicionado em vários pontos e altitudes desejadas e, com sua luz inferior acesa, capturou-se imagens do céu com as câmeras. Verificou-se então as coordenadas do drone nas imagens obtidas pelo modelo e comparou-se com as relatadas pelo drone. Os resultados mostraram um erro médio percentual em torno de 10% (em relação ao valor relatado pelo drone) em altitudes de 90 até 490 metros. Esses valores são aceitáveis para aplicação desejada, com incertezas de medição comparáveis com a altura de nuvens obtidas por ceilômetros, com a vantagem de possibilitar um campo de visão amplo, e com custos computacionais menores do que modelos tradicionais.

Este trabalho apresenta uma investigação dos efeitos de campos magnéticos uniformes na
reologia e magnetização de emulsões diluídas de ferrofluido sujeitas a escoamentos
extensional planar. Para isso, realizamos simulações numéricas tridimensionais de uma única
gota de ferrofluido superparamagnético suspensa em um fluido viscoso não magnetizável.
Este sistema corresponde à unidade microestrutural da emulsão. As equações de
Navier-Stokes incompressíveis para um sistema bifásico, com a adição do termo magnético,
são resolvidas usando um método de projeção. O problema de interface é tratado com o
método Level-Set. Nós encontramos que a configuração e magnetização da gota dependem
da intensidade e direção do campo externo. Macroscopicamente, a contribuição da gota para
o estado de tensões da emulsão é anisotrópica. As duas viscosidades extensionais associadas
às tensões normais da emulsão permanecem constantes ou aumentam com a intensidade do
campo; a única exceção ocorre quando a direção do campo é perpendicular ao plano de
extensão, em que a segunda viscosidade extensional diminui. Quando o campo externo não
está alinhado com as direções principais do escoamento, a gota se inclina com relação ao
escoamento e a magnetização da gota não aponta mais na direção do campo externo. Na
escala da emulsão, isso resulta em torques internos que levam a um tensor de tensões não
simétrico. Para levar em conta os inesperados componentes de cisalhamento e caracterizar
completamente a reologia extensional, nós introduzimos novas funções materiais
extensionais, como os coeficientes de viscosidade de cisalhamento e de rotação. Nós também
analisamos as condições para ruptura de gota. O campo externo induz ou impede a quebra da
gota, dependendo da direção do campo. As deformações subcríticas no plano formado pelas
direções de extensão e do campo varia linearmente com a taxa de extensão crítica,
independentemente da direção do campo. No geral, este estudo fornece novas informações
para aplicações de materiais inteligentes controlados por campos externos e manipulação
precisa de gotas de ferrofluido.

O principal objetivo deste estudo é avaliar de forma técnica e ambiental a utilização dos resíduos do Distrito Federal para a geração de energia, utilizando como ferramenta uma Avaliação de Ciclo de Vida, utilizando 1 Mg de resíduo tratado como unidade funcional. Dois principais resíduos são avaliados, o Resíduo Sólido Urbano, de responsabilidade pública, e o Resíduo Agrossilvopastoril, de responsabilidade do produtor. O RSU é avaliado em dois diferentes cenários, a implementação da incineração com recuperação energética e a destinação atual, para aterro sanitário, contabilizando também a etapa de transporte. O RASP é avaliado em três diferentes cenários, a decomposição do resíduo no local de produção e colheita, o recolhimento do resíduo e digestão anaerobia de forma centralizada e descentralizada, contabilizando também seu transporte. Através dessa análise, visa-se a criar insumos para a decisão do gestor público em situações de decisão técnica sobre melhor área de investimento com visão ambiental. Para a análise, foi construído um Inventário de Ciclo de Vida, com avaliação através do software GaBi. Considerando as limitações do estudo, indica-se a utilização de aterro sanitário para o RSU, principalmente em função das características da matriz energética brasileira. Indica-se ainda a utilização do RASP para digestão anaerobia de forma centralizada. Para a análise do gestor público, indica-se a utilização deste estudo como complemento na análise de outros cenários possíveis, não somente para gestão de resíduos, mas para todo projeto de mitigação de impactos ambientais.

Com o crescente interesse na energia eólica em ambientes urbanos, as turbinas de eixo vertical ganham destaque devido à sua instalação e manutenção economicamente vantajosas e a sua capacidade de operar em regiões com ventos em constante mudança de direção. No entanto, esses dispositivos ainda enfrentam desafios em relação a seu coeficiente de potência, que é relativamente baixo em comparação com as turbinas de eixo horizontal. Uma das linhas de pesquisa atuais para aumentar o desempenho dessas turbinas é o estudo do ângulo de pitch de suas pás. O estado da arte aponta uma melhora de até aproximadamente 10% no coeficiente de potência através de alterações do ângulo de pitch. Esse aumento é atribuído ao atraso na liberação do vórtice de estol dinâmico das pás. No entanto, em turbinas de eixo vertical cada pá produz uma esteira individual. Durante a operação da turbina, a esteira de uma pá interage com outra pá. Essa interação afeta a sua produção de torque, fenômeno este ainda inexplorado na literatura para turbinas de eixo vertical. A presente pesquisa concentra-se na modificação que a variação do ângulo de pitch causa nas interações entre esteira e pás de turbinas H-Darrieus. Além disso, é analisado como a variação do ângulo de pitch altera o fenômeno de estol dinâmico nas pás. Para estudar estes fenômenos, foram feitas análises numéricas do tipo URANS, utilizando o modelo de turbulência 𝜅 − 𝜔 SST. Além disso, o estudo incorpora abordagens teóricas com base em dados de forças aerodinâmicas obtidos através do método dos painéis. As análises foram realizadas abrangendo configurações que incluem tanto três pás quanto uma única pá. Estas múltiplas configurações permitem avaliar as diferenças entre a passagem de pá com e sem a interação de esteiras. A análise da interação entre esteiras permite concluir que a alteração do ângulo de pitch causa um aumento na incidência do fenômeno de separação da camada limite e desloca o vórtice que se desprende das pás, mudando a forma com que o mesmo impacta a pá passando pela jusante. Aplicando essas descobertas durante um estudo do ângulo de pitch da turbina, a presente pesquisa revela que a modificação do ângulo de pitch para -5° ocasiona um aumento de 22% no coeficiente de potência da turbina, 12% acima do reportado pela literatura. 

O caos exibe uma riqueza de padrões periódicos explorados pelo controle de caos através de pequenas perturbações, estabilizando uma de suas inúmeras trajetórias. Este trabalho visa explorar uma generalização do método da Realimentação com Estados Defasados Estendidos (ETDF) para estabilizar órbitas periódicas instáveis (OPIs). Essa generalização considera a matriz de ganhos K completa ao invés da abordagem tradicional com ganho escalar. Um pêndulo não-linear foi considerado como sistema para aplicação do método. Foram selecionadas 3 OPIs para controle, de periodicidades 1, 2 e 3. A determinação dos ganhos do controlador foi feita através da estabilidade das OPIs utilizando o expoente de Lyapunov máximo. O parâmetro 𝐾12 da matriz aumentou a instabilidade do Sistema em todos os casos avaliados, sendo desconsiderado. Foram considerados casos com 2 parâmetros combinados, sendo 𝐾11 e 𝐾22, e 𝐾21 e 𝐾22, e o caso com três parâmetros 𝐾11, 𝐾21 e 𝐾22. Todas os casos considerados revelaram uma maior região de estabilidade quando comparados ao caso escalar, mas com valores de magnitudes semelhantes do expoente de Lyapunov. O desempenho do controlador foi avaliado pelas magnitides de atuação e energia consumida. A possiblidade de migração entre as OPIs selecionadas também foi avaliada, mostrando boa flexibilidade de resposta, sendo possível priorizar menores atuações ou consumo energético. Nas implementações do controle sem 𝐾21, foi possível transitar entre todas as órbitas conforme a regra de controle, enquanto nas que consideraram esse parâmetro, a estabilização da OPI de período-1 não foi alcançada.

Uma parte significativa da vida à fadiga dos materiais consiste no crescimento de pequenas trincas. Apesar do progresso na compreensão do crescimento de pequenas trincas de fadiga nos últimos 50 anos, ainda é um tema fundamental e ativo na pesquisa de fadiga. Nesse contexto, os objetivos do presente trabalho foram: (i) caracterizar experimentalmente o crescimento de pequenas trincas em aço carbono 1045 com um pequeno defeito superficial quando submetido a carga cíclica e (ii) avaliar a acurácia dos modelos de crescimento de pequenas trincas na previsão da vida útil à fadiga. Amostras cilíndricas com um furo cilíndrico artificial (com diâmetro e profundidade de 400 µm) foram submetidas a carga axial cíclica sob razões de carga de -1 e 0.1. Os testes foram conduzidos no regime de fadiga de alto ciclo, com vidas variando de 10^4 a 10^7 ciclos. O crescimento da trinca nas proximidades do furo foi monitorado interrompendo periodicamente os testes e medindo o comprimento da trinca usando um microscópio confocal à laser. O método polinomial incremental foi então utilizado para obter a taxa de crescimento da trinca em relação ao seu comprimento. Uma forma modificada do modelo de Fatemi para a taxa de crescimento de pequenas trincas foi desenvolvida substituindo o parâmetro Smith–Watson–Topper por um parâmetro do tipo Walker. As constantes do modelo foram determinadas ajustando os dados de crescimento de trincas obtidos sob carga uniaxial. Para verificar a precisão das previsões de vida útil à fadiga sob carga multiaxial, foram utilizados dados de teste axial/torcional previamente produzidos pelo grupo de pesquisa em Fadiga, Fratura e Materiais da Universidade de Brasília. Os dados incluíam condições de carga em fase e fora de fase, assim como a presença de tensão média. Foi demonstrado que o uso do parâmetro do tipo Walker proporcionou estimativas de vida útil aprimoradas, especialmente para os testes envolvendo tensão média. A maioria das estimativas de vida à fadiga estava dentro de um fator de 3 em relação às vidas medidas.

Esta pesquisa apresenta uma metodologia para o desenvolvimento conceitual da primeira versão naval brasileira de um míssil ramjet supersônico a combustível sólido. Este sistema tático será capaz de desempenhar um papel crucial na proteção de instalações sensíveis e linhas de comunicação marítima na zona econômica exclusiva. O projeto conceitual do míssil proposto segue, como referëncia, as práticas de padronização da Cooperação Europeia para a Padronização Espacial, comumente empregadas em atividades espaciais. Para alcançar os objetivos do estudo, novas ferramentas numéricas para avaliar o desempenho balístico externo e interno são introduzidas, permitindo análise e otimização abrangentes do sistema. Esses programas computacionais utilizam equações de movimento e cálculos de balística interna para estimar várias etapas da trajetória do míssil, incluindo ascensão, cruzeiro e de- scida para o alvo. Eles também facilitam o projeto de um motor ramjet de combustível sólido. Posteriormente, a metodologia proposta é implementada para desenvolver duas versões conceituais de míssil supersônico. A primeira versão incorpora como primeirto estágio um propulsor que foi testado no Brasil, seguido por um motor ramjet como segundo estágio. O segundo míssil conceitual é totalmente definido por uma metodologia específica, apresentando um diâmetro de 600 mm e um comprimento de 8.300 mm. Esse míssil é projetado para voar a Mach 3, a uma altitude de 14.000 m, e é capaz de transportar uma ogiva com peso de 200 kg, com um alcance superior a 300 km. A metodologia descrita neste estudo propõe ferramentas de modelagem de um projeto preliminar de um míssil anti-navio de longo alcance e alto desempenho para a Marinha do Brasil.

Nos últimos anos, o aumento da população e, consequentemente, da demanda por energia têm levado a uma busca por soluções sustentáveis. Uma dessas soluções envolve o aproveitamento dos resíduos florestais urbanos (RFU), que são frequentemente descartados de forma inadequada, causando problemas ambientais. Diante do desafio de garantir energia sustentável e proteger o meio ambiente, é essencial estudar alternativas que minimizem os impactos ambientais e melhorem a gestão desses resíduos na economia. Estudos recentes mostram que a torrefação é uma promissora e importante técnica para o pré-tratamento termoquímico de biomassas lignocelulósicas. O produto torrefado adquire propriedades semelhantes ao carvão e características otimizadas para geração de energia e calor sustentável, melhorando propriedades da biomassa, como densidade energética, hidrofobicidade, resistência à decomposição e desempenho de armazenamento. Neste estudo, foi desenvolvido um modelo de torrefação de biomassa para fornecer informações essenciais para soluções de resíduos para energia, especificamente para análise exergetica futura. Dados experimentais de uma mistura de RFU do ecossistema florestal de Brasília foram usados como entrada de dados para simulações. O modelo, implementado no software Aspen Plus®, foi validado em diversas temperaturas de torrefação (225-275°C), mostrando boa concordância com dados experimentais relatados e estimando diversos parâmetros para qualificação do material torrado (Desvio Absoluto < 9%). A torrefação foi modelada com sucesso usando um reator RYield, empregando um modelo de reação cinética de duas etapas para a decomposição da biomassa. Em um segundo momento, utilizando a Metodologia de Superfície de Respostas (RSM), o potencial do modelo foi explorado, variando o tempo de residência, o teor de umidade inicial da biomassa bruta e a temperatura de tratamento e obtendo modelos matemáticos estatisticamente significativos (p-valor < 0,05) com R2 > 0,99. O modelo demonstrou a capacidade de i) fornecer uma distribuição detalhada de produtos e subprodutos durante o processo de torrefação da biomassa e ii) prever propriedades importantes do combustível, como análises imediatas e elementares. Além disso, o modelo permite a estimativa de propriedades de consumo de energia e de irreversibilidade.

Neste trabalho, estudamos os efeitos combinados da elasticidade (𝐸), do fator de cobertura

(𝑋) do surfactante, do número de Péclet (𝑃𝑒) e do campo magnético no escoamento em

escala de gotas, além de seus impactos na reologia da emulsão e na magnetização média do

sistema. Nossa análise considera uma única gota bidimensional coberta por surfactante de

um ferrofluido superparamagnético suspenso em um líquido imiscível e não magnetizável,

confinado em um canal entre placas paralelas. O sistema é submetido simultaneamente a um

fluxo de cisalhamento simples e a um campo magnético externo uniforme. Uma metodologia

alternativa é proposta aqui, combinando o método level set, para capturar a interface, e

o método closest point para resolver a equação de transporte do surfactante. Separamos

as contribuições das fases diluídas para a viscosidade da emulsão em: viscosidade capilar

(𝜂𝑐), associada ao salto de tensão normal, a viscosidade de Marangoni (𝜂𝑚), relacionada

à tensão tangente à interface, e a viscosidade magnética (𝜂𝑚𝑎𝑔), ligado à intensidade do

campo magnético. Além disso, quando a gota é submetida a um campo externo, também

separamos as partes simétrica e antissimétrica do tensor de tensões ⟨𝜎⟩, dividindo a

viscosidade da emulsão em duas contribuições distintas: viscosidade de cisalhamento (𝜂𝑠)

e rotacional (𝜂𝑟), respectivamente. Nossos resultados mostram que, na ausência de campo

magnético, 𝐸 e 𝑋 afetam a forma das gotas mais intensamente do que 𝑃𝑒. Por outro lado,

𝑃𝑒 afeta diretamente a viscosidade da emulsão. Para 𝑃𝑒 ≫ 1, a viscosidade capilar diminui

com 𝑋, enquanto a viscosidade Marangoni cresce com 𝑋. Tal mecanismo de compensação

permite o aumento da viscosidade da emulsão com 𝑋. Apresentamos também resultados

para a primeira diferença de tensões normais. Na presença de um campo magnético, o

comportamento reológico da emulsão é fortemente alterado, principalmente em regimes

puramente advectivos (𝑃𝑒 ≫ 1), onde o tensoativo é varrido, não mais para as pontas das

gotas, mas para regiões posteriores ou anteriores, dependendo da direção do campo. Este

comportamento, somado ao alinhamento das gotas em relação ao escoamento, resulta em

grandes variações da reologia do sistema, principalmente da viscosidade de Marangoni,

uma vez que os locais das gotas de maior ∇𝑠𝜎 estão em regiões de alta e baixa taxa

de cisalhamento local, respectivamente, quando o campo magnético é perpendicular e

paralelo à direção do escoamento. Verificamos que embora as tensões de Marangoni não

tenham efeito sobre a viscosidade rotacional, [𝜂𝑟] ̸= [𝜂𝑚𝑎𝑔] and [𝜂𝑠] ̸= [𝜂𝑐] + [𝜂𝑚]. A

diferença entre elas aumenta com a intensidade do campo magnético e 𝑋. Por sua vez,

a distribuição do surfactante ao longo da superfície da gota tem um efeito maior na

viscosidade de cisalhamento, aumentando-a à medida que 𝑃𝑒 e 𝑋 aumentam. Em relação

à magnetização média do sistema, nossos resultados mostram que |M*| é uma função mais

forte do comprimento projetado na direção do campo externo, onde as variações ao longo

da faixa 𝑋 são devidas à forma da gota. Finalmente, mostramos que a magnitude do

torque magnético aumenta com 𝑋 quando o campo magnético é perpendicular e quando o

campo é paralelo, 𝑋 tem pequeno efeito sobre o torque magnético.

The study about the mechanical behavior of materials has always been a constant target of research, the most prominent being experimental and numerical approaches. Tensile and compression tests are the most common characterization tests; however, other tests are a viable alternative. Concerning numerical approaches, modeling using constitutive equations coupled to a Finite Element discretization of the solids is another widely accepted option. Artificial Neural Networks (ANN) can be understood as a complex computing system made up of a series of interconnected processing elements inspired by the Biological Neural Networks that have the purpose of processing information aiming to generate a response. Its use is constantly growing, being found in the most diverse fields. Thus, its implementation in parallel with other commonly used tools, such as the case of the Finite Element, can result in several gains, especially regarding the description of behaviors that are difficult to characterize and evaluations that demand high computational cost. This study aims to combine the capabilities of an Artificial Neural Network, developed using a supervised learning algorithm for predicting the mechanical behavior and material properties of the respective constitutive models adopted for metallic and polymeric materials The evaluation of the polymers is restricted to thermoplastic polymers and a viscoelastoplastic model based on the constitutive Mulliken-Boyce model is adopted. The implementation of the model is carried out via VUMAT subroutines (explicit integration) in the commercial software ABAQUS for the study of uniaxial compression in large deformations. The desired predictions for the study of the evaluated polymers are: (1) Prediction of the material parameters of the modified constitutive model of Mulliken-Boyce implemented, from the experimental stress-strain curve and (2) prediction of the stress-strain curve from the material parameters. The study of metals is based on indentation tests at large deformations. Ludwik equation is adopted for the description of the mechanical behavior and is implemented via implicit integration in the same commercial software. The desired predictions for metals are: (1) prediction of the stress-strain curve from the displacement-force curve obtained through indentation test and (2) prediction of the displacement-force curve, residual indentation and contact pressure from the main mechanical properties of metals. All predictions are performed through the implementation of deep neural networks and supervised training. The results achieved are satisfactory, the performance of the predictions made for all evaluated cases show good accuracy with a significant reduction in processing time compared to implementations via Finite Element.

As fontes de energia eólica e hidrocinética têm um grande potencial para suprir as necessidades globais de energia, ao mesmo tempo em que ajudam a mitigar os problemas ambientais. Entre as tecnologias para a conversão de energia renovável, as turbinas de eixo horizontal são as mais avançadas. No entanto, ainda há lacunas de conhecimento quando se trata da influência da energia cinética da turbulência na conversão de energia por turbinas de eixo horizontal. Esta tese tem como objetivo avançar o conhecimento científico relativo aos mecanismos de conversão de energia cinética de turbulência em energia mecânica, em rotores de eixo horizontal sujeitos a escoamentos com altos níveis de intensidade de turbulência. Foram realizados estudos experimentais em túnel de vento e simulações numéricas utilizando a Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD). Nos experimentos, um cilindro foi utilizado a montante da turbina para manter a velocidade média e alterar as flutuações de velocidade no plano do rotor. A potência do ventilador do túnel de vento foi regulada para que a velocidade média do plano do rotor com o cilindro fosse a mesma dos experimentos sem o cilindro. Os vórtices gerados pelo cilindro concentraram energia cinética da turbulência em uma frequência específica. Na modelagem numérica, foi utilizada a técnica de Large Eddy Simulation (LES) e as mesmas configurações dos experimentos foram replicadas computacionalmente. Foram analisados o escoamento médio, os espectros de pontos a montante e a jusante da turbina com e sem o cilindro. Além disso, foi feita uma análise espectral do torque e determinada toda a curva de potência com e sem o cilindro a montante. Também foi realizada uma análise do transporte de energia cinética da turbulência no volume de controle da turbina. Os resultados mostraram que a turbina converte energia cinética da turbulência quando esta é transportada por estruturas turbulentas com frequência igual à frequência de rotação da turbina. Quando as frequências são iguais, ocorre um pico na curva de potência (Cp), indicando a existência de um mecanismo de conversão de energia cinética da turbulência em potência do eixo. A análise numérica identificou que isso ocorre devido à difusão de pressão no volume de controle durante a interação do rotor com as estruturas de grande escala que possuem a mesma frequência de rotação da turbina.

Em projetos de estruturas e componentes mecânicos é comum a presença de entalhes, rasgos, furos, cavidades, inclusões e riscos que na presença de carregamentos cíclicos podem influenciar sua resistência e vida a fadiga. Esta tese tem como objetivo propor uma metodologia para estimativa de curvas ‘SN’ para componentes com microdefeito e utiliza-las para calibrar modelos de plano crítico para estimar vida à fadiga multiaxial. A abordagem do trabalho é formulada baseada em uma estratégia de calibração para os modelos de Fatemi-Socie, Smith-Watson-Topper e Susmel e Lazzarin. A metodologia proposta utiliza os critérios de Murakami, uma estratégia de Bandara et al., propriedades estáticas do material e fator de entalhe para computar o efeito do microdefeito. Os resultados obtidos foram comparados e validados com dados experimentais e também corroborados com dados da literatura para diferentes aços e liga de alumínio, mostrando ser uma estratégia promissora. Dentre os resultados destaca-se o modelo MWCM que apresentou 92% das estimativas dentro de 2 bandas e de 100% dentro da banda de 3 desvios. Para ampliação e aplicação mais generalizada da metodologia proposta recomenda-se realizar comparações de predição de vida para diferentes materiais, carregamentos e geometrias de defeitos.

O uso do concreto armado na indústria da construção é muito difundido pelo mundo, portanto se faz necessário que vários aspectos técnicos sejam analisados quando novos materiais são propostos para fazer conjunto ou substituição no sistema estrutural. Este é um material que não tem bom comportamento em caso de cargas dinâmicas, devido sua grande rigidez e sua pouca deformação. O fato de utilizar um material dúctil como reforço faz com que o sistema estrutural tenha maior liberdade de atuação em vibrações e também reduz a ruptura tão abrupta, o que remete a maior segurança de uma edificação. Portanto, a proposta de utilizar a liga Níquel-Titânio (NiTi) como reforço no concreto tende a favorecer a recuperação de deformações de um elemento estrutural e evitar o colapso abrupto. Esta pesquisa experimental delimita-se na verificação do comportamento mecânico de uma viga à flexão e apoia-se, principalmente, na norma internacional ASTM C78. Os corpos de prova foram fabricados com reforço em aço convencional e com reforço em Níquel-Titânio e testados seguindo criteriosamente os requisitos sugeridos pela norma técnica citada. Os resultados demonstraram que, para o aço convencional, obteve-se resistência mecânica à flexão de 7,37 ± 0,67 MPa e deslocamento de 10,47 ± 0,47 mm, sendo possível verificar que o reforço em aço convencional suportou maior esforço em comparação ao Níquel-Titânio, porém menor deslocamento, sendo que, para o reforço em Níquel-Titânio, a viga apresentou resistência mecânica à flexão de  5,42 ± 0,44 MPa e deslocamento de 67,30 ± 1,46 mm, demonstrando que o sistema resistiu 26.48% menos à flexão, porém o deslocamento foi cerca de 642,79% maior em relação ao reforço de aço e, também, apresentou recuperação parcial da posição inicial da viga mesmo após fratura completa do concreto.

Turbo máquinas como fans, compressores e turbinas estão entre as mais importantes fontes de ruído aeroacústico. Tipicamente, a interação aeroacústica entre as pás do rotor e estator de turbofans aeronáuticos geram ruídos tonais que se propagam ao longo do duto da nacele e tem grande contribuição no ruído aeronáutico total gerado por aeronaves modernas. Os modos acústicos gerados dessa interação dependem do número de pás do rotor e do estator, conhecido como relação de Tyler e Sofrin. Nesse sentido, liners acústicos empregados nas paredes na nacele são comumente utilizados para controle de ruído, utilizando o mecanismo de ressonadores de Helmholtz para atenuação acústica. Neste trabalho, propõe-se uma investigação analítica dos modos acústicos resultantes da interação rotor-estator em dutos com liners e fluxo médio. Apesar da existência de expressões analíticas, estas não se apresentam de forma fechada e requerem esquemas numéricos para busca de raízes em equações transcedentais ao mesmo tempo que se faz o rastreamento dos modos correspondentes em uma certa banda de frequência. Estes resultados são utilizados para se contruir uma curva de dispersão de ondas dos modos acústicos, i.e., seus números de onda como uma função da frequência. A partir destas curvas, o desempenho de atenuação de liners pode ser investigado através da frequência de corte do modo e do comportamento da parte imaginária do número de onda. Primeiramente, propõe-se uma validação da metodologia implementada, que se utiliza do Método de Muller, a partir de resultados encontrados na literatura. Então, três modelos diferentes de liners são investigados, o modelo de Tam and Auriault, um modelo de um e dois grau de liberdade para ressonadores de Helmholtz. A evolução das formas modais radiais ao longo da frequência também é mostrada e discutida. Além disso, apresenta-se uma interpretação física das curvas de dispersão para cada modelo de liner. Mostra-se que eles apresentam diferenças qualitativas e quantitativas em termos de desempenho de atenuação e principal mecanismo de atenuação. A abordagem proposta tem o potencial de ser utilizada como uma metodologia de baixo custo computacional para projeto e desenvolvimetno atenuadores acústicos em dutos com liners.

No Brasil, a gestão de resíduos sólidos urbanos (RSU) é um problema que se alastra há anos. Na cidade de Brasília, os resíduos lignocelulósicos (podas de árvores) apresentam dificuldades particulares que resultam em sobrecarga de aterros e estão intimamente relacionados a problemas ambientais. Como proposta tecnológica para aproveitamento energético e remediação ambiental, o objetivo deste trabalho é caracterizar o biocombustível constituído por resíduos lignocelulósicos de Brasília. Para isso, foi estabelecida uma mistura das seis espécies com maior representatividade no ecossistema florestal da cidade. A mistura (blend) proporcionalmente representativa foi submetida ao tratamento de torrefação em analisador termogravimétrico (TGA) nas temperaturas de 225, 250 e 275 °C por 60 minutos em condições inertes. As amostras in natura e o produto torrefado foram analisados quimicamente (análise imediata e elementar e poder calorífico). Um modelo numérico foi estabelecido para determinar a cinética de degradação termoquímica possibilitando a predição da perda de massa do blend em diferentes severidades de torrefação. A severidade da torrefação foi avaliada utilizando o Índice de Severidade de Torrefação (IST) e o Fator de Severidade de Torrefação (FST) e modelos de predição das propriedades dos produtos torrefados foram avaliados estatisticamente. A gaseificação do produto torrefado foi comparada ao material in natura, proporcionando informações sobre a utilização desse biocarvão para a produção de gás de síntese. Por fim, os dados da caracterização do produto in natura permitiram estabelecer uma mistura ótima através de uma análise multicritério visando sua aplicação como biocombustível. O tratamento da torrefação apresentou melhora significante nas propriedades das amostras (poder de queima, homogeneidade e hidrofobia), aprimorando-o para aplicações posteriores (queima direta e gaseificação). Os índices utilizados para mensurar a severidade da torrefação demonstraram eficácia ix quanto a precisão na previsão das propriedades químicas dos produtos tratados. Os resultados obtidos forneceram informações quantitativas sobre a melhoria térmica e cinética da degradação do biocombustível, permitindo uma análise de sua viabilidade e potencial energético.

Neste trabalho, é apresentada uma metodologia numérica para avaliação do potencial hidrocinético em canais naturais. A metodologia é validada usando um canal de benchmark sinuoso cujos dados são disponíveis na literatura. O canal de benchmark é modelado e simulado empregando métodos de simulação numérica de escoamentos turbulentos considerando. Os resultados de referência são comparados com resultados gerados por três modelos de turbulência diferentes: o modelo k-épsilon padrão, um modelo k-épsilon anisotrópico e um RSM. O RSM forneceu resultados mais consistentes com os da literatura. Este desenvolvimento comprova a metodologia proposta capaz de reproduzir o escoamento no canal benchmark. Portanto, a mesma metodologia pode ser empregada para simular o escoamento em um canal natural, juntamente com o modelo de turbulência provado como o mais consistente e proficiente na replicação do escoamento no canal benchmark. Como modelo geométrico para esta fase da pesquisa, são utilizados os dados batimétricos do canal à jusante da usina hidrelétrica da Sefac. Para avaliar o potencial hidrocinético disponível neste canal, são procuradas áreas com velocidades de ≈ 1 m/s e profundidade de ≈ 1,5 m. Um total de cinco áreas encontram-se em conformidade com esses requisitos. Destas cinco, três são encontradas para conter os maiores valores de velocidade e profundidade. Essas áreas também foram estudadas quanto aos seus níveis de turbulência, para prolongar a vida útil das turbinas, analisando a ocorrência de correntes secundárias e perfis de intensidade de turbulência. Os níveis de turbulência, embora muito baixos em valores absolutos, são os mais altos próximos ao leito do canal, onde nenhuma turbina seria instalada, enquanto as correntes secundárias não foram observadas. Na contemplação de avaliar o potencial hidrocinético produzido anualmente por essas três áreas, foram simulados cenários de vazão adicionais, representando as vazões com ocorrências mais frequentes em um dado ano. Posteriormente, foram estudadas as velocidades nas três áreas previamente selecionadas para encontrar locais potenciais específicos para instalação de turbinas hidrocinéticas. No final, os três trechos têm potencial para instalação de um total de 24 turbinas, capazes de gerar ≈ 70 MWh no ano de 2018.

Neste trabalho, os efeitos reológicos da aplicação de um campo magnético externo a um suspensão composta por cristais de NaCl dispersos em uma solução aquosa supersaturada de do mesmo sal são estudados por meio de protocolos experimentais do Laboratório de Microhidrodinâmica e Reologia da Universidade de Brasília. O aparelho utilizado nos experimentos é um reômetro de disco paralelo equipado com uma célula magnética. Testes estáticos a temperatura constante são realizadas na ausência de fluxo. Os cristais crescem na solução porque as moléculas de sal encontram-se e interligam-se, arranjando-se numa estrutura treliçada. Esses testes indicam, por observação de microscopia, que o comprimento médio da microestrutura dos cristais após a recristalização é maior quanto mais intenso for o campo magnético aplicado às amostras. Por experimentos reométricos (regime de fluxo), avaliamos o comportamento da suspensão viscosidade em um regime de fluxo fraco a uma temperatura controlada por seis cada vez mais altas intensidades de campo magnético. Esses testes mostram que a viscosidade da suspensão diminui em um forma não linear à medida que a intensidade do campo magnético aumenta. Esse comportamento é entendido comoresultado de um enfraquecimento das ligações nas estruturas cristalinas, o que as torna mais suscetível a rupturas sob a ação de um fluxo de cisalhamento. As suspensões apresentam afinamento de cisalhamento para cada campo magnético aplicado, que é bem descrito por uma lei de potência modelo. Também são realizados experimentos em regime de cisalhamento oscilatório de pequena amplitude. Os módulos viscoelásticos são determinados e descobrimos que o módulo de armazenamento não desaparecem em baixas frequências, indicando a existência de um módulo elástico de cisalhamento no equilíbrio. Experimentos usando uma deformação escalonada na presença de um campo magnético também foram conduzidos.A função de relaxamento de tensão em função do campo magnético foi obtida e um espectro de tempos de relaxamento determinado, mostrando memórias complexas do examinado suspensões com três tempos de relaxação. A tensão é encontrada para relaxar a uma tensão residual, que diminui à medida que a intensidade do campo magnético aplicado aumenta. Os resultados de este trabalho pode estar relacionado a mudanças na distribuição da taxa de crescimento e distribuição de tamanhodos cristais de sal com a intensidade de um campo magnético aplicado. O presente estudo pode ser importante nas aplicações envolvendo tratamentos de formação de cálculos renais por monitoramento de um campo magnético externo.

Esta tese propõe uma formulação do método dos elementos de contorno isogeométricos (IGABEM) para a solução de problemas bidimensionais elastostáticos e de contato. A área de aplicação são os cálculos de campos de tensões e de deslocamentos. A diferença entre as formulações isogeométrica e isoparamétrica é que enquanto esta utiliza funções polinomais, aquela faz uso de funções splines racionais não-uniformes (NURBS), T-splines ou similares. Visando a facilitar a incorporação da formulação isogeométrica a códigos BEM existentes, a decomposição de Bézier é utilizada. Desta forma, as funções NURBS são decompostas em outras mais simples, que lembram as polinomais de Lagrange. Para os problemas de contato, utiliza-se a formulação nó-a-nó, tradicionalmente adotada na literatura para a definição dos modos de contato. O tratamento das singularidades nas integrais é feita por meio da transformada de Telles e pela Técnica de Subtração da Singularidade (SST) para singularidades fracas e fortes, respectivamente. Já a colocação é feita de acordo com as coordenadas de Greville, por serem mais adequadas à formulação isogeométrica. O IGABEM possui resultados mais precisos em relação ao BEM padrão por modelar sem aproximações geometrias complexas, as quais são apenas aproximadas por funções polinomiais. Os resultados obtidos corroboram essa hipótese, já que o IGABEM é consistentemente mais preciso do que o BEM padrão considerando o mesmo número de graus de liberdade. São comparados os resultados obtidos e os presentes na literatura, mostrando boa concordância. O IGABEM necessita de mais tempo de processamento para rodar o mesmo problema, como era esperado devido às curvas NURBS serem mais caras computacionalmente do que os polinômios de Lagrange. O BEM também é comparado com NTS-FEM, STS-FEM e DMT-FEM para estimativa de vida à fadiga. Primeiramente, o histórico de tensões ao longo de um ciclo de carregamento é computado por cada um dos métodos. Em seguida, utiliza-se um método de plano crítico para obter a amplitude de tensão cisalhante e a máxima tensão normal. Finalmente, o critério de falha de Fatemi-Socie é utilizado para estimar a vida à fadiga.

Esta tese possui objetivos exploratórios de caráter experimental, cujo objetivo principal visa apresentar uma análise sobre como a influência da temperatura afeta a vida útil em fadiga do conduto Orchid. Neste sentido, para alcançar o objetivo geral foi necessário implementar uma solução de engenharia baseado em um controle PID que fornece condições reais de temperatura, cujos cabos de alta tensão são submetidos diariamente durante sua vida útil. Assim, será apresentado o desenvolvimento do equipamento controlado de aquecimento infravermelho para a conexão entre o cabo condutor e o grampo de suspensão (regiões suscetíveis a falha por fadiga). Nesse sentido, um dispositivo responsável pelo aquecimento e controle de temperatura na região de conexão foi implementado e testado. A série de testes foi realizada para avaliar a operação, o dispositivo experimental demonstrou excelente desempenho e operação satisfatória e os critérios operacionais foram cumpridos, para realizar o teste de fadiga nos cabos sob condições de alta temperatura. Dando sequência à investigação, foram realizadas duas etapas de ensaios sob condições de fadiga, nove ensaios em 75°𝐶 (temperatura máxima do condutor para cálculo da ampacidade) para a etapa um (E1), os quais os resultados foram comparados com dados da literatura em temperatura ambiente. E sete ensaios para a etapa dois (E2), sendo que, quatro ensaios em 21°𝐶 e três ensaios em 75°𝐶. As análises da E1 permitiram verificar uma redução da ordem de 30% na vida útil nas amostras testadas em 75°𝐶, considerando como critério de falha a ruptura 10% do número total de fios de alumínio. Assumindo a primeira quebra do fio de alumínio como critério de falha, a redução média na vida útil do condutor foi de apenas 10%, as análises da E2 corroboraram com este resultado e apresentou uma redução média entre as amplitudes ensaiadas de 9% de redução. Esta comparação permite afirmar que o levantamento das curvas experimentais comparatórias para a montagem cabo/grampo constitui-se em ferramenta interessante e estratégica para o projeto de linhas de transmissão, bem como estabelecer parâmetros capazes de levar a projetos de recapacitação, manutenção preventiva e corretiva de linhas de transmissão já existente. Considerando estes resultados, observou que há espaço para melhorar as abordagens de projeto em altas temperaturas podendo ser uma ferramenta valiosa para definir novos limites de projeto.

Este trabalho foi desenvolvido no âmbito de um acordo de doutorado conjunto entre a Universidade de Paris-Saclay (UPS) e a Universidade de Brasília (UnB). O contexto científico da tese foi escolhido para tentar fornecer dados e soluções para problemas no setor aeronáutico, pois a Safran Aircraft Engines tem sido um importante parceiro industrial para esta e outras teses em ambas as universidades. Neste cenário, uma das motivações para estudar o efeito de uma carga de contato normal variável no problema de fadiga por fretting vem, não só devido ao fato de que existem poucos dados experimentais e análises confiáveis nestas condições, mas também que, em aplicações práticas, como a interface de contato entre a raiz das pás e o disco em uma turbina aeronáutica, essa carga de contato normal também é variável no tempo. Dentro deste contexto, para ser mais preciso, a presente tese tem três objetivos principais. A primeira é projetar e construir um novo aparato de fadiga por fretting capaz de realizar diferentes tipos de testes, onde as cargas e seus respectivos atuadores envolvidos nos experimentos possam ser controlados de forma independente. O equipamento de teste será projetado de forma que experimentos de fadiga por fretting também possam ser realizados em altas temperaturas. O segundo objetivo é avaliar o efeito da carga normal cíclica na resistência à fadiga por fretting da liga de titânio Ti-6Al-4V à temperatura ambiente e da liga de níquel Inconel 718 à temperatura ambiente e elevada. Esses materiais foram especialmente escolhidos devido ao grande interesse da indústria aeronáutica. O terceiro e último objetivo é avaliar a vida de fretting por meio de um modelo de elementos finitos que considera efeitos do desgaste e um parâmetro de fadiga multiaxial. Um novo aparato de fadiga por fretting com quatro atuadores hidráulicos foi inteiramente projetado para solucionar o desafio de como aplicar cargas normal de contato cíclicas. Tal carga agora é aplicada através de dois atuadores servo-hidráulicos MTS posicionados perpendicularmente ao corpo de prova. Além disso, as cargas tangenciais e de fadiga também são aplicadas por atuadores servo-hidráulicos independentes. Devido a essas atualizações, a nova bancada experimental de fadiga por fretting da Universidade de Brasília pode controlar de forma independente todas as cargas envolvidas nos testes de fretting (cargas de fadiga, normais e tangenciais). Todas as referidas cargas podem não apenas variar com o tempo em fase ou fora de fase, mas suas formas de onda também podem ser aplicadas de forma síncrona ou assíncrona. Além disso, dois ignitores cerâmicos foram colocados próximos às partes de contato para realizar testes em temperaturas elevadas. O sistema de aquecimento é capaz de atingir temperaturas de até 750°C e mantê-la estável dentro de uma faixa de erro de ±10°C. A fim de avaliar a influência da carga normal cíclica na resistência à fadiga por fretting, foram realizados ensaios sob a condição de deslizamento parcial com carga normal constante e cíclica à temperatura ambiente para a liga Ti-6Al-4V e à temperatura ambiente e à 540°C para a liga Inconel 718. Os resultados experimentais indicaram que a carga normal cíclica tem um efeito benéfico na vida de fretting (considerando as condições de teste aqui testadas). Este comportamento foi observado para as ligas Ti-6Al-4V e Inconel 718 em ambas as temperaturas testadas. Além disso, também foi realizada uma campanha experimental para avaliar a influência da carga normal variável no coeficiente de atrito. Com base nesta avaliação experimental, a presença de cargas normais cíclicas não parece influenciar o coeficiente de atrito em condições de deslizamento parcial. No entanto, comparando os resultados do coeficiente de atrito da liga Inconel 718 em temperatura ambiente e elevada, observou-se uma redução significativa para ambas as condições de carga normal de contato. Além disso, um modelo de elementos finitos (considerando e desprezando os efeitos de desgaste) foi usado em conjunto com o parâmetro de plano crítico de Smith-Watson-Topper e uma abordagem de tensão não-local para estimar a vida de fadiga por fretting. Em relação às abordagens de estimativa de vida consideradas neste estudo, para os casos de carga normal constante e cíclica, ambas as metodologias numéricas implementadas, seja ela incluindo ou desprezando o desgaste, forneceram resultados satisfatórios, sendo o que desconsidera o desgaste forneceu estimativas de vida mais precisas.

Este trabalho apresenta duas formulações rápidas isogeométricas do Método dos Elementos de Contorno (MEC) aplicadas a problemas de transferência de calor, uma acelerada pelo Método da Expansão em Multipolos e a outra pelo Método das Matrizes Hierárquicas. O Método da Expansão em Multipolos usa variáveis complexas e expansão das soluções fundamentais em series de Laurant, enquanto que o Método das Matrizes Hierárquicas utiliza o método de decomposição de baixo rank CUR acoplado à técnica de clusterização k-Means para amostragem geométrica. Ambas as formulações usam NURBS como funções de forma. Para reduzir o custo computacional e facilitar a implementação, as NURBS são decompostas em curvas de Bézier, tornando a formulação isogeométrica muito similar ao MEC convencional. Descrições da estrutura hierárquica dos dados e dos algoritmos implementados são apresentadas. Validação é realizada através da comparação dos resultados das formulações propostas com aqueles da formulação MEC convencional. O custo computacional de ambas as formulações é analisado, mostrando as vantagens das formulações propostas para problemas de larga escala.