DISSERTAÇÕES DE MESTRADO DE 2021

AUTOR: HEBER FIGUEIREDO JUNIOR

Título da Dissertação: ANÁLISE DIMENSIONAL DO MÉTODO DE MEDIÇÃO DE DESCONTINUIDADES INTERNAS DE DUTOS ATRAVÉS DO PIG PALITO (TEXTO COMPLETO EM PDF)

Data da defesa: 20 de dezembro de 2021.
Orientador: Prof. Ph.D. Roger Matsumoto Moreira
Coorientadora: Profa. Dra. Fabiana Rodrigues Leta

Resumo: O PIG Palito é um equipamento que utiliza sensor geométrico para fazer a inspeção interna de dutos de tamanhos variados, podendo, por exemplo, indicar pontos de corrosão severa. Diversos experimentos em bancadas de laboratório foram realizados com o intuito de se avaliar a capacidade de medição do PIG Palito, considerando-se um disco metálico rotatório com descontinuidades usinadas em seu corpo e um único sensor para detecção dos defeitos. Até o momento, desconhece-se experimentos em bancada em que o próprio PIG Palito e seu sistema completo de sensores passam pelo interior da tubulação. Neste sentido, o presente trabalho tem como objetivo estudar as incertezas de medição com o PIG Palito, através de experimento em laboratório, comparando os resultados encontrados pela passagem desse dispositivo, em tubulação com diâmetro nominal de 6” em PVC, com descontinuidades sintéticas feitas em impressora 3D calibradas, em laboratório acreditado pelo INMETRO. Os testes foram baseados na utilização operacional do PIG, no qual o mesmo se desloca no interior da tubulação sob diferentes condições de velocidades e com um arranjo de descontinuidades sintéticas com 5 geometrias diferentes. A metodologia empregada foi a mesma utilizada nos laboratórios de calibração de instrumentação, no qual o somatório das incertezas tipo A e B são multiplicados pelo fator de abrangência (k), que mostrou-se capaz de atingir incertezas expandidas da ordem de ± 3,1% a 5,0% utilizando um nível de confiabilidade de 95,45%. A partir da análise dos experimentos, pode-se verificar que o PIG mostrou ser capaz de realizar a função de detecção de defeitos por corrosão na ordem de milímetros.

AUTOR: LUIZ FILIPE COSTA RIBEIRO

Título da Dissertação: APLICAÇÃO DA TÉCNICA DE FLUIDODINÂMICA COMPUTACIONAL A ESCOAMENTOS DO TIPO GOLFADA EM TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS (TEXTO COMPLETO EM PDF)

Data da defesa: 20 de dezembro de 2021.
Orientador: Prof. Ph.D. Roger Matsumoto Moreira

Resumo: As unidades de produção offshore têm como principal objetivo receber a produção multifásica de poços, separá-la e entregar fases únicas e estabilizadas. Dessa forma, dependendo das condições operacionais, das propriedades dos fluidos escoando e da geometria da tubulação, formam-se diferentes regimes de escoamento. Dentre os regimes de escoamentos bifásicos possíveis, o mais crítico é o do tipo slug ou em golfada, pois são intermitentes e podem provocar vibrações excessivas na tubulação. Portanto, a presente Dissertação tem como objetivo desenvolver um estudo aplicando a técnica de Fluidodinâmica Computacional (CFD), utilizando o software Ansys Fluent versão 2021 Academic Research, para simular e melhor entender a dinâmica envolvida em escoamentos bifásicos, tendo como foco o do tipo golfada. Sendo assim, foi elaborado um estudo utilizando a abordagem numérica via técnica de volumes finitos, tendo como base dados experimentais de testes de bancada apresentados por RAEDER (2012). Foram simulados, empregando em conjunto os modelos Volume of Fluid (VOF) e k-ε, seis diferentes cenários, onde foram observados os regimes de bolhas/bolhas alongadas e golfada. Como resultado, foram apresentados um estudo de sensibilidade de malha, além de uma validação, onde foram discutidos e analisados os gráficos de resíduos e de contornos de fração de volume de ar das simulações. Complementarmente, também foram apresentados e discutidos resultados numéricos referentes a variações de pressão em pontos da tubulação, sendo comparados com dados experimentais. Nesta comparação, foi verificado que os gráficos de flutuações de pressão obtidos nas simulações e os provenientes de teste de bancada seguem padrão de comportamento semelhantes, estando atrelados aos regimes de escoamento e dimensões dos bolsões de ar observados. Sendo assim, no regime de bolhas alongadas foram verificadas oscilações menos acentuadas na pressão, porém com uma frequência de oscilação maior. Enquanto que no regime de golfada, as flutuações foram mais acentuadas, porém com uma frequência de oscilação menor.

AUTORA: NATHÁLIA MARTINS MOTA

Título da Dissertação: ANÁLISE DE FALHA POR CORROSÃO DE VÁLVULA BORBOLETA DE NÍQUEL ALUMÍNIO BRONZE EM SISTEMA DE ÁGUA SALGADA (TEXTO COMPLETO EM PDF)

Data da defesa: 09 de junho de 2021.
Orientador: Prof. Dr. Sérgio Souto Maior Tavares

Resumo: O presente trabalho realizou uma análise de falha que caracterizou as propriedades mecânicas e metalúrgicas da liga Níquel-Alumínio-Bronze UNS C95800 usada na fabricação de válvulas borboletas instaladas no sistema de água salgada de uma plataforma do tipo FPSO (Floating Production Storage and Offloading). Tais válvulas falharam por corrosão na região da sede, perdendo assim sua funcionalidade. A avaliação foi feita mediante ensaio visual, caracterização macrográfica, análise de composição química pela técnica de espectroscopia de emissão óptica, análise microesturutural através de microscópios óptico e eletrônico de varredura (MO e MEV), ensaio eletroquímico de polarização cíclica, difração de raios-X, além de ensaios de dureza, tração e impacto. Feita a análise, notou-se que uma segunda liga, o Manganês Alumínio Bronze na forma de metal de adição, foi aplicada durante a construção da válvula e ambas as ligas sofreram um processo de corrosão seletiva de suas fases β’. Ademais, a corrosão foi acelerada por um processo galvânico, visto que as ligas de cobre foram mantidas em contato com o anel de vedação feito em liga de Níquel Inconel 625, estando todas em contato com água salgada. Quanto às propriedades mecânicas, os ensaios de tração e impacto revelaram que o NAB tratado termicamente apresenta um alto potencial de encruamento e dimples em sua fractografia, apesar de mostrar características macroscópicas de fratura frágil.

AUTOR: RICARDO CHAGAS TOLENTINO

Título da Dissertação: ESTIMATIVA E MONITORAÇÃO DA PRODUTIVIDADE NA FABRICAÇÃO DE FÔRMAS DE ALUMÍNIO UTILIZADAS NO MÉTODO CONSTRUTIVO PAREDES DE CONCRETO (TEXTO COMPLETO EM PDF)

Data da defesa: 05 de maio de 2021.

Orientador: Prof. Dr. Miguel Luiz Ribeiro Ferreira

Resumo: Apresenta-se neste trabalho um modelo estatístico para monitorar e estimar a produtividade para a fabricação de fôrmas de alumínio utilizadas no processo construtivo Paredes de Concreto. Foram selecionados três produtos e coletados informações sobre a produtividade intrínseca, ociosidade e produtividade global do processo para a produção das fôrmas de alumínio na Empresa SH Indústria. O experimento consiste em modelar o processo produtivo e realizar simulações utilizando o software @risk da Palisade Corporation. Na análise da produtividade intrínseca apresentou-se as FPA’s para conhecer o comportamento da produtividade, as probabilidades de ocorrência e o gráfico Tipo Tornado para estudar as atividades que potencializam ou diminuem a produtividade intrínseca. No estudo da ociosidade, apresentou-se duas metodologias para a coleta dos dados (carta de amostragem e entrevista subjetiva), dessa forma, foi possível realizar comparações entre as metodologias. Através da bibliografia especializada foi possível validar o experimento, quando comparado com os dados reais da indústria, pois os resultados atenderam os limites mínimos e máximos. No item da produtividade global, avaliou-se as FPA’s e as funções de densidade de probabilidade de cada produto e comparou-se com as simulações dos dados reais apropriados. Os resultados foram bem-sucedidos pois as informações da média, moda e mediana de cada produto corresponderam com as simulações dos dados reais apropriados. Dessa forma, torna-se válido a utilização do modelo proposto no experimento para a monitoração da fabricação das fôrmas de alumínio.

AUTOR: TIAGO PINHEIRO RIBEIRO

Título da Dissertação: ANÁLISE DOS IMPACTOS NOS SISTEMAS ELÉTRICOS DE INDÚSTRIAS DEVIDO À PRESENÇA DE GERAÇÃO DISTRIBUÍDA FOTOVOLTAICA (TEXTO COMPLETO EM PDF)

Data da defesa: 28 de junho de 2021.

Orientador: Prof. Dr. Paulo Roberto Duailibe Monteiro 
Coorientador: Prof. Dr. Thiago Trezza Borges 

Resumo: Este trabalho aborda os conceitos e as implicações da utilização da geração distribuída (GD) fotovoltaica nas redes elétricas de baixa tensão, com ênfase nos possíveis impactos causados às indústrias montadas na rede de média tensão, no que tange a qualidade de energia, considerando o perfil de geração intermitente que lhes é característico. Inicialmente, o trabalho apresenta uma base teórica do contexto das GDs no âmbito mundial e Brasil. Em seguida, são apresentadas as principais normas e regulamentações que devem ser atendidas para a implementação das GDs, além dos principais parâmetros que servem de base para análise da qualidade de energia. Como objetivo principal, este trabalho visa analisar os impactos que as GDs fotovoltaicas, instaladas na rede elétrica de baixa tensão, causam ao sistema elétrico das indústrias existentes ou que planejam sua montagem na rede de média tensão. Por sua vez, o objetivo secundário visa analisar os impactos provocados pelas GDs à própria rede de baixa tensão, pois uma grande quantidade de fluxo reverso pode trazer mudanças nas redes convencionais de distribuição de energia. Tais verificações tornam-se ainda mais relevantes se for considerada a topologia complexa da rede, além da carência de adequações em vários centros urbanos ao longo dos anos. A análise considerou a variação do nível de penetração das GDs em 10 cenários, além do caso base. Os cenários consistem em alocar na rede a potência total de GD em relação a potência nominal do transformador da subestação principal, para dois perfis de geração. Um dos perfis é intermitente, altamente ruidoso, e o outro perfil de geração tem característica flat. Para cada cenário, tais perfis de geração foram implementados nas GDs dos grandes consumidores da rede de baixa tensão. Assim, uma vez definidos os cenários de geração das GDs, os dois perfis de geração para cada um destes cenários, bem como os consumidores em que as GDs seriam consideradas, procedeu-se a simulação no programa computacional OpenDSS. Assim, este trabalho propõe apresentar a análise dos parâmetros de qualidade de energia que são violados nas indústrias da rede de média tensão, pela inserção das GDs fotovoltaicas na rede de baixa tensão, bem como na própria rede de baixa tensão, a saber: Tensão em regime permanente, fator de potência e desequilíbrio de tensão. Adicionalmente, os parâmetros de perdas técnicas e fluxo de potência reverso também são analisados. Tais análises foram realizadas utilizando o caso teste 8.500 barras do IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers).

AUTOR: VICTOR PESSANHA TAMY

Título da Dissertação: EFEITOS DA FRAGILIZAÇÃO PELO HIDROGÊNIO EM ARAMES LAMINADOS DE AISI 1060 EMPREGADOS NA ARMADURA DE TRAÇÃO DE DUTOS FLEXÍVEIS (TEXTO COMPLETO EM PDF)

Data da defesa: 08 de julho de 2021.
Orientador: Prof. Dr. Juan Manuel Pardal

Resumo: Os dutos flexíveis são componentes amplamente utilizados na indústria offshore de óleo e gás, onde sua utilização torna-se exequível em regiões com corrente marinha e ações de onda principalmente em águas profundas. Assim, os dutos flexíveis estão sendo utilizados em campos de petróleo de grande profundidade de lâmina d´água associados a ambientes severos intrínsecos nesses campos, tais como o pré-sal brasileiro. Neste caso, o petróleo extraído apresenta altos índices de gases CO2 e H2S afetando, deste modo, os materiais utilizados na fabricação desses equipamentos. Assim sendo, esses gases podem permear no espaço anular do duto flexível dando lugar a reações que podem originar hidrogênio atômico, fragilização por hidrogênio dos arames metálicos da armadura de tração e, consequentemente, afetar as condições de serviço destes dutos. Portanto, este trabalho visa avaliar a influência da microestrutra, assim como o teor de inclusões presentes em arames da armadura de tração fabricados em aço AISI 1060 laminados perante processos de corrosão sob tensão em ambiente com sulfetos (SSC – Sulfide Stress Cracking) e trincamento induzida pelo hidrogênio (HIC – Hydrogen Induced Cracking). Essas avaliações foram levadas em consideração através de procedimentos de acordo com as normas, API17J, NACE TM0316 (Four Point Bend Test)NACE TM0177 (SSC) e NACE TM 0284 (HIC), em que as amostras foram inspecionadas visualmente, assim como por ensaios ultrassônicos e por microscopia. Com base nos resultados dessas análises, além de se observar uma influência importante da deformação plástica, assim como valores de dureza excessivos, atenta-se principalmente que o teor e morfologia das inclusões não metálicas concentradas no centro do arames constituem em um fator condicionante no processo de fabricação levando esses arames a falharem por SSC e HIC durante ensaios praticados previamente à fabricação do duto flexível.

AUTOR: VICTOR WRIEDT SAPUCAIA

Título da Dissertação: FORMULAÇÃO DE ELEMENTOS DE CONTORNO BASEADA EM PIXELS PARA DETERMINAÇÃO DE CONDUTIVIDADE TÉRMICA EFETIVA DE MATERIAIS HETEROGÊNEOS (TEXTO COMPLETO EM PDF)

Data da defesa: 26 de fevereiro de 2021.
Orientador: Prof. Dr. techn. André Maué Brabo Pereira 
Coorientador: Prof. Dr. Ricardo Leiderman

Resumo: Essa dissertação tem como objetivo desenvolver uma formulação do Método dos Elementos de Contorno Simétrico de Galerkin (MEC) baseada em Pixels para calcular a condutividade térmica efetiva de materiais heterogêneos. Esta formulação utiliza a técnica de Decomposição de Domínio para subdividir a imagem do material em diversos subdomínios, sendo o tamanho máximo de cada subdomínio o tamanho de um Pixel. Como o MEC fornece uma matriz simétrica positiva definida são utilizadas as técnicas de Elemento-por-Elemento (EPE) e o Método do Gradiente Conjugado Precondicionado (GCP) para resolver de forma eficiente o sistema de equações lineares. Também como forma de aumentar a convergência da condutividade térmica efetiva é empregada a técnica de Condições de Contorno Periódicas. De forma a validar a formulação proposta, utiliza-se uma comparação com um método tradicional como o Métodos dos Elementos Finitos (MEF) para três modelos distintos: placa com inclusões circulares periódicas (modelo sintético com solução analítica), placa com inclusões quadradas periódicas (modelo sintético) e uma amostra de ferro fundido nodular. Os resultados adquiridos para os três exemplos indicam que, para o mesmo nível de discretização, o MEC foi mais preciso do que o MEF.

AUTOR: WILSON SILVA DA COSTA

Título da Dissertação: METODOLOGIA DE RECOMISSIONAMENTO PARA AVALIAÇÃO DA PERFORMANCE OPERACIONAL E ENERGÉTICA DE SISTEMAS DE ARCONDICIONADO EM AEROPORTOS (TEXTO COMPLETO EM PDF)

Data da defesa: 31 de março de 2021.
Orientador: Prof. Dr. Paulo Roberto Duailibe Monteiro

Resumo: Os processos de comissionamento de novas edificações, de comissionamento de edificações existentes e de comissionamento contínuo tem sido importantes instrumentos para identificar problemas significativos de performance e de alto consumo de energia, contribuindo para a solução e avanço na direção de sistemas mais eficientes. Considerando a importante participação dos sistemas de ar-condicionado no consumo de energia das edificações, o vigoroso crescimento do consumo mundial de energia e a busca cada vez mais intensa pelas boas práticas para a conservação de energia e preservação do meio ambiente, este estudo propõe uma metodologia baseada nos conceitos do recomissionamento para a análise do desempenho operacional e energético de sistemas de ar-condicionado. Através da sua aplicação no sistema de ar-condicionado instalado no Aeroporto Santos Dumont, na cidade do Rio de Janeiro, o estudo se utilizou dos dados operacionais coletados diariamente, ao longo de 12 meses, para demonstrar as fases do planejamento e da implantação definidas na metodologia. Após a validação e o recorte da base de dados, foram realizadas as análises de capabilidade individual e em conjunto dos 4 chillers instalados, além da identificação da estratégia operacional corrente para a gestão da capacidade instalada, diante da demanda térmica apresentada. Com base nas especificações de desempenho dos equipamentos, informada pelo fabricante, foi apresentada proposta operacional otimizada, a qual identificou redução potencial de 1,61% do consumo de energia dos chillers, somente pela mudança do modo de operação. O Coeficiente de Performance global foi calculado em função do efeito de refrigeração estimado e do consumo de energia do aeroporto registrado para o período. Como resultado, foram identificadas oportunidades de melhoria para o processo, com possível aumento do COP de 5,95 para 6,84, o que representa redução do consumo de energia nos chillers de até 13,0%. Por fim, os resultados demonstrados no estudo de caso e sua comparação com as faixas de valores de referência, levantados na bibliografia, permitiram concluir pela adequação da metodologia proposta.