O trabalho apresenta um modelo de estação geradora de eletricidade e hidrogênio, para ser aplicada e alocada estrategicamente em postos de combustíveis, considerando-se as condições brasileiras; em que, tais postos de combustíveis respeitam premissas mercadológicas e logísticas, e são provisionados regularmente com o fornecimento de etanol, como também estão usualmente próximos ao público consumidor. Configura-se, como possibilidade, a estratégica de utilizar a ampla rede de postos de combustíveis, em locais relevantes nos centros urbanos e em vias rodoviárias, para fornecimento de hidrogênio e eletricidade. Tal estratégia, permitiria a modernização da infraestrutura brasileira, em termos de fornecimento de hidrogênio-verde e eletricidade, apresentando baixa emissão de poluentes, e se utilizando de um biocombustível amplamente difundido no território brasileiro. Outra vantagem objetiva, refere-se ao uso direto do hidrogênio-verde, após o processamento da reforma do etanol, nesse modelo de estação proposto, evitando-se ou se dirimindo assim, as dificuldades técnicas e econômicas atualmente observadas, relativas ao armazenamento de altos volumes e transporte desse gás; em que, alternativamente, passa-se a transportar e armazenar etanol e água, e os processando via a estação, para o uso do hidrogênio diretamente à demanda de consumo. Para permitir a produção concomitante de eletricidade e hidrogênio, em postos de combustíveis providos de etanol, o modelo proposto de estação visa uma integração operacional entre um reformador a vapor de etanol com uma célula a combustível óxido-sólido (SOFC). A proposta, estabelece a integração operacional que a SOFC fornece energia térmica, para efetivar a reforma a vapor do etanol no reator da reforma, o qual fornece o combustível na forma de gás de síntese à SOFC. Essa proposta se fundamenta nas características em que, a reforma a vapor do etanol é endotérmica, e a SOFC opera em temperaturas na ordem de 900°C, permitindo a transferência de calor como subproduto. Dessa forma, o trabalho consiste na análise termodinâmica, considerando-se o balanço de massa, de energia e exergia; como também, efetua-se a análise econômico-financeira dessa estação geradora de eletricidade e hidrogênio, visando identificar o potencial energético desta proposta, como validação da viabilidade, tanto técnica como financeira. Para isso, efetuou-se a simulação funcional da estação, em condições variadas de produção de eletricidade e hidrogênio foram parametrizadas. O objetivo é identificar os resultados quanto a essas variações operacionais, de tal forma, a considerar as condições mais proveitosas, em termos energéticos e monetários da proposta de estação, alocada em postos de combustíveis, ou em qualquer local em que haja acesso à etanol e água. Como conclusão e resultado, identifica-se a viabilidade técnica, quanto a integração operacional entre reformador e a SOFC, a partir das análises energéticas e exergéticas, nas quais se identificou que a propriedade de geração de energia térmica da SOFC é suficiente para permitir a reforma a vapor do etanol a 650K, apresentando-se 98,2% de eficiência exergética; sendo que a SOFC opera com eficiência exergética de 77,8%. Constata-se a viabilidade econômica da proposta, para a produção de hidrogênio. Entretanto, a remuneração pela geração distribuída de eletricidade necessita de pesquisas futuras, em decorrência das variações tarifárias praticadas regionalmente.

Este trabalho aborda a identificação dos principais parâmetros hidrodinâmicos de um veículo operado remotamente (ROV) empregado para a avaliação e monitoramento de conchas de abanico na costa norte do Peru. Neste trabalho são descritos os sistemas de propulsão e a configuração da estrutura do ROV, assim mesmo também é abordado o sistema de instrumentação e comunicação. O trabalho é composto por quatro artigos três dos quais já foram publicados, e o último é o resultado obtido no artigo enviado para revista científica. Os testes no primeiro artigo consistiram em movimentar o ROV num canal hidráulico impulsado por um carro rebocador a velocidades constantes nas direções de avanço, deriva e afundamento, logo, com os dados de velocidade e força de arrasto, foram determinados os parâmetros de arrasto linear e quadrático empregando o método dos mínimos quadrados. No segundo artigo o deslocamento do ROV foi feito impulsado pelos seus próprios propulsores. Para estes testes o ROV seguiu os deslocamentos de avanço, deriva, afundamento, rolagem, arfagem, e guinada, individualmente com velocidades constantes. Com os dados de velocidade obtidos foram calculados novamente os parâmetros de arrasto linear e quadrático pelo método dos mínimos quadrados. No terceiro artigo um conjunto de testes determinou-se as massas adicionadas nas direções de avanço, deriva e afundamento por meio de testes de oscilação livre amortecida num tanque de água. Para estes testes utilizou-se um modelo em escala 1:3 do ROV que foi juntado a uma estrutura fixa por meio de molas. Os testes consistiram em fazer oscilar o modelo a partir de um deslocamento com amplitude inicial conhecido. Logo isso, a massa adicionada numa direção de movimento foi determinada por meio do modelo usando a equação da frequência natural amortecida para um sistema massa-mola-amortecedor de 1-DOF. Finalmente, o quarto tipo determinou os coeficientes de inercia e arrasto no movimento oscilatório de afundamento do ROV através de testes de oscilação livre com molas. O método dos mínimos quadrados determinou os coeficientes hidrodinâmicos usando o sinal de aceleração e três equações de movimento com diferentes modelos de amortecimento. Em seguida, a resposta simulada obtida com o algoritmo de integração Runge Kutta foi comparada com a resposta experimental para encontrar o modelo de amortecimento que melhor descreve o sistema. A faixa de números de Reynolds testada ficou entre  e e Keulegan Carpenter na faixa de 0,5 a 2.  Os valores dos coeficientes de arrasto, massas adicionadas e coeficientes hidrodinâmicos obtidos dos diferentes experimentos deste trabalho foram comparados com aqueles de outros pesquisadores usando ROVs com estrutura aberta. Os resultados foram coerentes e os procedimentos seguidos para cada teste experimental foram validados.

Modelos de vigas são amplamente utilizados em diferentes áreas da engenharia para idealizar uma variedade de estruturas, desde cabos de transmissão de energia até asas de aeronaves e pás de turbinas. O rápido avanço das tecnologias de fabricação e o aumento da capacidade de processamento computacional permitem que essas estruturas sejam altamente otimizadas para reduzir o peso e aumentar sua capacidade de carga. Como resultado, o comportamento dinâmico dessas estruturas pode ser altamente complexo, e técnicas avançadas de modelagem matemática e simulações numéricas são necessárias para entendê-lo. O trabalho aqui apresentado examina a vibração lateral de uma viga simples submetida a uma pré-carga axial. Como uma corda de violão, a presença de uma carga de tração faz a viga vibrar com uma frequência natural mais alta, enquanto o oposto é verdadeiro para uma carga de compressão. Ao contrário do caso de tração, que é limitado apenas pela capacidade do material da viga de operar dentro de seu regime elástico, um carregamento de compressão significa que devemos considerar o parâmetro de flambagem que compreende a geometria da seção transversal e a rigidez. Para entender esse fenômeno, três abordagens analíticas são aplicadas ao caso de uma viga simples sujeita a uma carga axial e excitação lateral: (1) um modelo analítico formulado a partir da teoria de vigas de Euler-Bernoulli; (2) um modelo numérico baseado no método dos elementos finitos implementado através do software Ansys; (3) um arranjo experimental compreendendo uma viga carregada compressivamente ao longo de seu eixo principal e excitada lateralmente. As frequências e modos de vibração dos três modelos foram comparados com relação a várias cargas axiais compressivas até e além da carga de flambagem de Euler.

O escoamento bifásico num sistema oleoduto-riser é modelado via abordagem de volume de controle. Ambos oleoduto e riser são considerados volumes de controle. No oleoduto o escoamento é considerado sempre como estratificado. As equações de governo do oleoduto são as equações de conservação de massa do líquido e do gás. A pressão do gás é constante ao longo do oleoduto, mas varia com o tempo. A pressão no líquido é hidrostática. A fração de vazio no oleoduto é dada por relação de equilíbrio local entre as forças de atrito do líquido e do gás com a parede do tubo, e na interface líquido-gás, além da força gravitacional. As equações de governo do riser resultam da conservação de massa do líquido e do gás e a conservação da quantidade de movimento linear. Para fechar o modelo utiliza-se relação cinemática que especifica a velocidade relativa entre as fases. As equações de governo para o escoamento bifásico em sistema oleoduto-riser resultam em um sistema de três equações diferenciais mais um conjunto de equações algébricas. Esse sistema de equações algébrico-diferenciais (DAE - differential-algebraic equations) tem os requisitos mínimos para que sua dinâmica não linear possa apresentar regime caótico. O principal objetivo desse trabalho é estudar a dinâmica não linear da DAE que modela de forma simplificada o escoamento bifásico em sistemas oleoduto-riser em função dos parâmetros do sistema e condições de contorno. O modelo apresenta somente um estado estacionário cuja estabilidade é estudada via análise de estabilidade linear. A bacia de atração desse estado estacionário é obtida via função de Lyapunov. Mapas de Poincaré são construidos para estudar órbitas periódicas e a estabilidade das mesmas em função dos parâmetros do sistema e condições de contorno. Estes também são utilizados para verificar a possibilidade de regime caótico. Caso essa possibilidade exista, expoentes de Lyapunov serão utilizados como um segundo critério para se determinar a existência de regime caótico.

Esta dissertação tem por objetivo analisar a estabilidade dinâmica de um tubo flexível
engastado na configuração vertical, aspirando fluido interno em seu extremo livre. Um modelo
matemático é revisado considerando hipóteses simplificadoras, o sistema tubo-fluido comportase como: uma viga engastada tensionada (de acordo com a teoria de Euler – Bernoulli) em
combinação com um modelo de um pistão escoando internamente. As equações de movimento
obtidas são derivadas e linearizadas em torno da configuração de equilíbrio usando a abordagem
analítica newtoniana, com base no método de equilíbrio de forças e momentos. A equação
diferencial que descreve o movimento foi discretizada usando o método de Galerkin, obtendo
um conjunto de equações diferenciais ordinárias de segundo ordem. Essas equações são
expressadas na forma matricial considerando que a velocidade do fluido é aumentada
gradativamente, e as frequências naturais complexas são resolvidas numericamente com cada
aumento de velocidade. Em seguida, o diagrama de Argand é apresentado para identificar a
velocidade crítica na qual o sistema se torna instável. Os resultados mostram que o início da
instabilidade ocorre na primeira frequência associada ao primeiro modo em velocidades de
fluido muito pequenas. Finalmente, a análise de sensibilidade do coeficiente viscoelástico do
material do tubo foi apresentado, indicando que esse coeficiente tem um efeito de retardo no
aparecimento da instabilidade do sistema. Como resultado, a primeira velocidade crítica do
sistema é aumentada, independentemente do fluido utilizado (óleo, água, ar).

O presente estudo é motivado pela compreensão do desempenho de materiais leves quando
submetidos a impactos de alta velocidade, uma questão crítica em estruturas leves
aeroespaciais e de segurança balística, onde a capacidade de absorção de energia e densidade
areal são alguns dos fatores cruciais para a obtenção de materiais leves e resistentes a
impactos. Para a abordagem desta questão, investigou-se cinco materiais distintos através da
validação numérica: polipropileno autorreforçado (SRPP), alumínio 2024-T3, titânio
Ti6Al4V, Kevlar/Epoxy e polietileno de alto peso molecular (UHMWPE) DyneemaHB26.
Foram utilizadas simulações de impacto parametrizadas, seguindo a norma NIJ 0101.06 para
que todos os materiais fossem investigados sob as mesmas condições. Foram empregadas
técnicas avançadas de metamodelagem e otimização multiobjetivo para a obtenção de painéis
que atendessem à necessidade de máxima absorção de energia e mínima densidade areal. Isto
inclui a realização de experimentos numéricos com 25 combinações diferentes entre os cinco
materiais validados. Os resultados revelaram que os modelos de painéis otimizados,
especialmente baseados em combinações de UHMWPE Dyneema HB26 apresentaram
desempenho superior em termos de absorção de energia e densidade areal reduzida. Os
métodos de metamodelagem e otimização foram eficazes na busca por soluções leves e
seguras em aplicações de impactos de alta velocidade. Os resultados obtidos possuem
aplicações significativas em áreas que requerem resistência a impactos de alta velocidade,
como a indústria de defesa, segurança balística e aeroespacial. Os modelos de painéis
otimizados podem ser implementados em estruturas que buscam maximizar a absorção de
energia, minimizar a densidade areal e garantir a segurança em situações de impacto.

Esta dissertação visa a modelagem, controle e simulação de um Veiculo aéreo não tripulado (VANT) do tipo quadrirrotor, utilizando-se de uma modelagem dinâmica linearizada baseada no formalismo Newtoniano, fazendo uso da hipótese de pequenos ângulos, resultando em um sistema translacional e rotacional. Tendo em vista que o VANT atuará de forma autônoma, serão utilizadas técnicas que possibilitaram tal controle, elas serão: SDRE (State-Dependent Riccati Equation), Backstepping e Feedback-linearization, tendo que em ambas as técnicas os ângulos de arfagem e rolagem são controlados de forma  indireta de modo que as posições possam ser controladas. O VANT deverá seguir trajetórias pré determinadas, pois o mesmo não terá interferência humana no momento de Voo. É realizada uma análise de desempenho das técnicas de controles aplicadas ao VANT, buscando avaliar qual possui melhor desempenho nas tarefas designadas ao veiculo aéreo.

Com a necessidade de diminuir a emissão de gases de efeito estufa várias tecnologias vem sendo desenvolvidas visando o aumento da eficiência e também a redução da emissão de dióxido de carbono (CO₂) em sistemas térmicos de potência. Uma das propostas para mitigação da emissão de CO₂ e captura de carbono é a tecnologia de oxi-combustão. Nesta tecnologia, a combustão ocorre na presença de uma corrente de oxigênio com alto grau de pureza, de tal forma que os produtos da combustão são uma corrente composta principalmente por água e CO₂ e outras impurezas presentes na corrente de oxigênio e no combustível. A maior vantagem da oxi-combustão está na facilidade do processo de remoção da água dos produtos de combustão, que pode ser removida por condensação. Por outro lado, para a obtenção do oxigênio é necessária uma unidade de produção de oxigênio, esta unidade possui alto consumo energético e penaliza a eficiência dos sistemas de potência com oxi-combustão, nestes sistemas é esperado um decréscimo de eficiência na faixa de 10%. Neste trabalho, foram escolhidos 3 ciclos a gás com oxi-combustão dentre os presentes na literatura para análise comparativa:  SCOC-CC, CES e E-Matiant. Estes ciclos termodinâmicos foram modelados no EES, e como a eficiência dos sistemas de potência também é um fator importante para a mitigação da emissão de CO₂, foi proposta a maximização da eficiência energética destes ciclos através de algoritmo de otimização por enxame de partículas.  A análise comparativa tem como objetivo principal encontrar as vantagens e desvantagens dos ciclos estudados, levando em conta análise de primeira e segunda da termodinâmica. Resultados mostram que a eficiência ótima encontrada pelo algoritmo de otimização para o ciclo SCOC-CC é 8,39% pontos percentuais menor do que para uma planta de referência (ciclo combinado convencional), a eficiência ótima encontrada para o ciclo E-Matiant é 9,35% pontos percentuais menor do que da planta de referência e a eficiência ótima encontrada para o ciclo CES é 10,89% pontos percentuais menor do que da planta de referência.

Estrutura-se este trabalho como uma tentativa de construir ponte entre campos profissionais metodologicamente muito distantes um do outro. A partir de resultados exploratórios obtidos há pouco mais de duas décadas, busca-se, na presente pesquisa, avaliar a possibilidade prática de sistematizar a seleção dos parâmetros aerodinâmicos de controle utilizados na determinação analítica ⎯ e subsequente injeção ⎯ de particular classe de manobras transatmosféricas hipersônicas. Trata-se das manobras ditas de skip tridimensional. Por oposição aos resultados anteriores aludidos acima, a sistematização pretendida visa, sobretudo, eliminar a necessidade de se conhecer, de antemão, o ângulo de apontamento do veículo na saída da manobra, assim conferindo ao analista mui maior flexibilidade na propagação da trajetória de referência a ser seguida. Logo de partida, apresenta-se extensa discussão de equívocos encontrados na literatura pregressa. Dado que as manobras em apreço se mostram, num
conceito mais amplo, generalizado, não-autônomas (ou seja, nalgum sentido, variantes no ‘tempo’), com os coeficientes das equações de movimento dependendo, eles mesmos, da variável livre do problema, o ferramental
matemático escolhido para efetiva seleção dos parâmetros citados é o de dicotomias exponenciais uniformes. Trabalhando em termos estritamente determinísticos, a construção destas em termos do vetor das variáveis citadas constitui um dos pontos notáveis e, nalguma medida, inovadores desta dissertação. Na realidade, a própria abordagem do problema via dicotomias exponenciais, tanto quanto se saiba, constitui, ela mesma, uma novidade deste trabalho, sua materialização tendo demandado, na prática, expressiva sucessão de mudanças de coordenadas. Além disso, como subproduto desta pesquisa, partindo de nossas dicotomias exponenciais, construímos, também, uma definição parcialmente generalizada de expoentes de Lyapunov e estabelecemos sua relação com estabilidade exponencial. A fim de não desviar o foco de nosso objetivo principal, isto é feito num apêndice. Ademais, registramos a observação de que, ao menos em princípio, dicotomias exponenciais podem ser aplicadas com sucesso inclusive a sistemas dinâmicos linearizados apenas em parte, capacidade crucial para nossos desenvolvimentos. Da maneira como nossas dicotomias foram construídas, porém, resultaram muito dependentes de soluções analíticas, foco desta dissertação.

Neste trabalho, estuda-se o fenômeno de localização de modos de vibração em estruturas quase periódicas de comportamento linear. Em particular, aplica-se na área da Engenharia Aeronáutica, nas pás de turbinas a gás aeronáuticas, as quais possuem características periódicas, fracamente acopladas entre si através do disco rotor, levando em conta possíveis pequenas imperfeições. Os sistemas lineares diante da desordem acarretada pelas pequenas imperfeições, pode levar ao confinamento da energia vibracional em determinadas regiões da estrutura, fenômeno conhecido como Localização de Modos. Esse fenômeno pode ocasionar falha catastrófica por elevada amplitude de vibração e fadiga. A identificação e o estudo do efeito de localização sob perspectiva modal, bem como a resposta da estrutura e de seus componentes a solicitações dinâmicas é de fundamental importância, pois é ferramenta de diagnósticos para possíveis ações preventivas de mitigação ou até mesmo utilização desse fenômeno no amortecimento do sistema. Através da implementação de simulação computacional por meio do software MATLAB® ® , baseada no Método dos Elementos Finitos, verifica-se a distribuição, a interferência e a consequência da energia vibracional sobre o modelo adotado com referência às características dinâmicas periódicas e ordenadas ou aperiódicas e desordenadas. O caso real considera as pequenas variações das características (comprimento, rigidez, angulação), resultantes de tolerâncias na manufatura ou impacto de FOD (Detritos de objetos estranhos - Foreign Object Debris). A implementação proposta apresenta graficamente a amplitude de energia vibracional normalizada decorrente do surgimento do fenômeno de localização de modos de vibração nas subestruturas que pode se restringir a uma ou poucas pás da estrutura

Pipelines são tubulações longas de aço que repousam sobre o solo marinho, usadas para o escoamento de petróleo em alto mar. Um vão livre é formado entre os pipelines e o solo marinho devido à erosão deste último. Tais estruturas, quando imersas em uma correnteza, são submetidas a cargas hidrodinâmicas cíclicas. Uma situação crítica se dá quando a correnteza submarina atua paralela ao solo marinho e normal ao eixo do pipeline, produzindo sua vibração pelo desprendimento de vórtices à jusante. Tem-se o problema de vibração induzida por vórtices de pipelines, que pode produzir sua falha prematura por fadiga. Apesar da sua importância na indústria de produção de petróleo offshore, este fenômeno tem sido pouco abordado pela comunidade científica e é aqui onde se insere o presente trabalho de mestrado. Para conduzir uma análise de interação fluido-estrutura de pipelines, que seja de baixo custo computacional, surge a ideia de utilizar osciladores de esteira distribuídos ao longo da estrutura para modelar as cargas hidrodinâmicas. Dentro deste contexto, o presente trabalho de mestrado tem como objetivo o desenvolvimento de um modelo de vibração induzida por vórtices de um cilindro rígido suportado elasticamente com dois graus de liberdade de movimento na proximidade de uma superfície plana. O cilindro é considerado rígido, e não flexível, ou seja, sua deformação não é considerada. O modelo consiste em três equações diferenciais acopladas: duas equações para o movimento do cilindro, chamadas de osciladores de estrutura, e uma equação para a força hidrodinâmica, que é o oscilador de esteira. Este último é desenvolvido baseando-se na equação de van der Pol.

Como resultado dessa pesquisa, foi desenvolvido um modelo matemático baseado em oscilador de esteira para prever as vibrações induzidas por vórtices de um cilindro rígido elasticamente montado com dois graus de liberdade de movimento próximo a uma superfície plana. O modelo foi capaz de prever diferentes resultados experimentais disponíveis na literatura, como região de lock-in, amplitude máxima de vibração e frequências reduzidas.

O escoamento com giro está presente em muitas aplicações de engenharia e alguns
exemplos são em turbomáquinas, câmaras de combustão e separadores ciclônicos.
O foco da presente dissertação está relacionado com a área de aplicação separadores
ciclônicos. O desenvolvimento de separadores compactos, visando atender algumas
demandas da área de produção de óleo e gás é tema dessa dissertação de mestrado
tendo por objetivo a construção de um modelo tridimensional de um separador
ciclônico compacto de entrada axial. O separador consiste em um tubo de entrada,
um dispositivo gerador de giro e um tubo de saída. Os tubos possuem diâmetros iguais
e constantes, e o gerador de giro é estático onde a deflexão do escoamento ocorre
pela fixação de palhetas (palhetas fixas). A partir do modelo geométrico 3D, o
escoamento monofásico e isotérmico é investigado e as principais características são
destacadas, tais como: campo de velocidades (componentes axial e tangencial),
intensidade e decaimento do giro, distribuição de vorticidade e pressão, etc. As
avaliações dos resultados parciais mostram que o modelo construído é capaz de
reproduzir os fenômenos físicos envolvidos no escoamento com giro em regime
laminar e permanente. A consideração do domínio computacional como fatia e
condição de periodicidade reproduz precisamente os resultados do domínio completo
e permite uma redução significativa no tempo de simulação e pós processamento.

Centrifugal compressors are the main type of compressor used in the oil and gas industry. Modern GHG (Greenhouse Gases) mitigating technologies such as the CCS (Carbon Capture and Storage) usually require the compressor to operate with CO2 at the supercritical condition. This work presents a methodology to design the flow path of a centrifugal compressor impeller for future CCS operation on deep Brazilian pre-salt reservoirs. The design process is based on the analysis of the 2D throughflow solution by using a streamline curvature method. The method was modified to use the SW (Span-Wagner) state-of-art EoS (Equation of State) for CO2. A computational code, with a graphical user interface, was developed to facilitate the design process. Automated features expedite the process of data preparation and CAD (Computer Aided Design) model exportation. To avoid the possibility of condensation, three different suction total temperatures were purposed. The impeller’s preliminary 1D sizing was evaluated and some improvements were addressed before starting the flow path design. The software proved its capability to deliver a detailed impeller design required for complex 3D FEM (Finite Element Method) and high fidelity CFD (Computational Fluid Dynamics) analysis. The increment of the suction total temperature showed small impacts on the isentropic efficiencies. At low suction temperatures, however, the phase change can become an issue and further analysis must be conducted to assure a condensation-free operation.

A navegação e controle de quadrirrotores em ambientes GPS negado é uma questão de importante discussão, já que o sistema GPS é inerente a maioria dos métodos de navegação e controle de quadrirrotores, tornando muito difícil a execução de missões em ambientes GPS-nulo com métodos convencionais de navegação. Neste trabalho serão discutidos um sistema controle de velocidade e um sistema de pouso autônomo, ambos baseados em aprendizado de máquina. Estes sistemas possibilitam à um quadrirrotor navegar e aterrissar em um alvo específico, sem informações sobre sua posição atual ou sobre a posição do alvo, utilizando apenas dados de sensores e uma câmera fotográfica a bordo. Os resultados obtidos são promissores, onde foi obtido um controle robusto e comparável a controladores clássicos, como controles proporcional derivativo e reguladores lineares quadráticos, enquanto o sistema de pouso autônomo é capaz de converter 93% dos episódios de estado inicial aleatório em pousos bem sucedidos.

Neste trabalho o modelo matemático de um veículo aéreo não tripulado do tipo quadrirrotor, é obtido com o rigor da dinâmica analítica e o emprego de quatérnios para representar a atitude.
A teoria de controle ótimo de sistema lineares é expandida para uma perspectiva que leva o nome de equação de Riccati dependente dos estados (State-Dependent Riccati Equation – SDRE). Aqui esta teoria é empregada no intuito de controlar a natureza subatuada e altamente não linear de um quadrirrotor.
As simulações apresentam resultados satisfatórios atingindo ângulos distantes dos valores típicos de sistemas lineares, mantendo o veículo estável e sem erro de estado estacionário.

O escoamento com giro está presente na natureza em diferentes aplicações de engenharia como, por exemplo, câmaras de combustão, separadores ciclônicos, intensificadores para troca de calor e turbomáquinas. Os separadores ciclônicos são essenciais na indústria de óleo e gás, sendo utilizados tanto nas linhas principais de produção quanto no tratamento da água residual do processo para descarte. Recentemente, os ciclones de entrada axial têm tido preferência diante do ciclone de entrada tangencial por ser mais compacto. Os fenômenos presentes no escoamento com giro de um hidrociclone de entrada axial é objeto de investigação desta dissertação de mestrado. A partir de um modelo numérico transiente, tridimensional e axissimétrico, o escoamento monofásico turbulento com giro é investigado utilizando o software comercial Ansys® Fluent. O domínio de estudo envolve a cauda e o tubo cilíndrico. Os campos de velocidade axial, radial e tangencial, o decaimento do número de giro, o campo de pressão, bem como as grandezas turbulentas, são examinadas para
diferentes ângulos de deflexão (45°, 63° e 72°) a fim de melhor compreender os fenômenos físicos. Para estimar o comprimento da região de separação, a trajetória de uma única partícula de gás foi obtida através do modelo Euler-Lagrange, variando a massa específica do gás (CH4, H2S e CO2) e o diâmetro da partícula (100µm e 1000µm). O estudo mostrou regiões de recirculação à jusante da cauda, onde as velocidades são negativas próximo ao eixo central do tubo. A velocidade radial é significativa somente na região da cauda e praticamente desprezível nas demais regiões. A velocidade tangencial é alta na entrada do tubo e amortecida ao longo do escoamento devido ao efeito viscoso. Esse comportamento é muito bem quantificado pela determinação do número de giro e o estudo mostra que o decaimento é aproximadamente exponencial. O estudo da partícula mostra que partículas maiores são mais fáceis de segregar e um comprimento de separação é estimado em 0,2m.

Neste trabalho, será discutida a análise dinâmica de duas passarelas a serem instaladas junto à estação Santo Amaro do metrô de São Paulo, as Passarela Norte e Passarela Sul, ambas com 111 metros de vão. Em especial, será estudado o Estado Limite de Serviço (E.L.S.) de vibrações excessivas excitadas pelo movimento de pedestres nas direções vertical e lateral.

Na primeira parte deste trabalho serão apresentados os conceitos necessários para o desenvolvimento do mesmo. Posteriormente será apresentado o modelo utilizado assim como seus resultados, soluções e conclusão.

A estrutura foi modelada utilizando o software de análise estrutural STRAP. Os perfis utilizados foram fornecidos pelos autores dos projetos arquitetônico e estrutural, sendo típicos dessas estruturas. A literatura sobre passarelas fornece um modelo determinístico para o carregamento dinâmico devido ao caminhar das pessoas.

Quando a frequência natural da estrutura é próxima do caminhar das pessoas pode gerar um desconforto muito elevado e até mesmo a sensação de falta de segurança. Além disso, pode diminuir a vida útil da estrutura devido a fadiga do material, sendo necessário uma maior manutenção.

O processamento sugere a presença de acelerações acima do desejado ou previsto por diversas normas internacionais sobre o tema. Para mitigação das mesmas, é proposto controle passivo por Absorvedores de Vibrações (TMD’s), para vibrações verticais e laterais.

A Otimização Topológica (OT) é um método sistemático com vasta aplicação na otimização estrutural. A OT combina algoritmos de otimização com o Método dos Elementos Finitos (MEF), a fim de se obter uma distribuição ótima de material dentro de um domínio de projeto, visando atender uma função objetivo especificada e satisfazendo as restrições características do problema de otimização. Manufatura Aditiva (MA) é um termo generalizado, utilizado para designar as técnicas de manufatura que utilizam o princípio de fabricação por adição de material camada por camada para obter a geometria final de um produto. Este princípio é eficaz para fabricar geometrias de maior complexidade quando comparado às técnicas de manufatura tradicionais como usinagem, forjamento e outras. A OT é uma ferramenta de projeto totalmente desenvolvida e já é utilizada na indústria mecânica, automotiva e aeroespacial. Com o presente estado de desenvolvimento das técnicas de MA e a sua capacidade de criar geometrias complexas, a MA complementa a OT, no sentido de que é o processo de fabricação mais capaz de produzir as geometrias complexas obtidas pela OT. Embora as técnicas de MA possuam ampla capacidade de produzir as geometrias da OT, sem comprometer muito sua optimalidade, essas técnicas ainda possuem inerentes restrições de manufatura. As geometrias exequíveis pelas técnicas de MA têm requisitos associados, como tamanho mínimo de membros, ângulo máximo de inclinação de saliências e espaçamentos mínimos admissíveis, por exemplo. O objetivo deste trabalho é desenvolver um algoritmo de otimização estrutural, incluindo na formulação do problema de OT um filtro de projeção que, implicitamente, aplica uma restrição de manufatura imposta pelo processo de fabricação por MA conhecido como FFF (Fabricação por Filamento Fundido), cuja técnica possui um ângulo de inclinação de saliências no qual a estrutura não se autossuporta. Neste caso, uma função de projeção e mapeamentos de variáveis são definidos para impor a restrição de inclinação máxima de saliências (overhang angle). Especificamente, objetiva-se evitar ou eliminar o material de suporte utilizado no processo de FFF e, consequentemente, reduzir os custos de fabricação do processo. Alguns resultados são apresentados para demonstrar o potencial do algoritmo de OT proposto.

O desenvolvimento tecnológico demanda a produção de componentes com dimensões em escala reduzida. Nesse cenário, a microusinagem mecânica se apresenta como uma alternativa viável para a fabricação de componentes de geometrias complexas, grande precisão com diferentes tipos de materiais. No entanto, devido aos fenômenos inerentes ao processo de usinagem, o surgimento de rebarbas pode comprometer a funcionalidade, os requisitos de forma e acabamento dos componentes. Este trabalho investiga a formação das rebarbas em canais produzidas durante a operação de microfresamento de um aço ferramenta H13. Foram realizados experimentos de usinagem com o objetivo de determinar a influência dos parâmetros de corte: avanço por dente e profundidade de corte na formação das rebarbas. Foram consideradas a altura e a espessura da rebarba concordante e discordante. Baseado na metodologia DOE, o avanço por dente foi avaliado em três níveis (2, 4 e 5 μm/dente) e a profundidade de corte em dois níveis (30 e 45 μm) ao longo de um comprimento de corte de 5 mm. Verificou-se que a magnitude da formação das rebarbas concordantes é comparativamente maior em relação à formação das rebarbas discordantes, além disso, identificou-se a correlação entre o raio de aresta da ferramenta de corte , os parâmetros de corte e a formação das rebarbas. Ainda, de acordo com a ANOVA, os fatores de maior influência na formação das rebarbas foram: a profundidade de corte , seguida pelo avanço por dente e, por último, pela interação entre a profundidade de corte e o avanço por dente . Quanto aos níveis dos parâmetros de corte, o avanço por dente de 4 de μm/dente e profundidade de corte de 30 μm se apresentaram como sendo a melhor estratégia de usinagem visando a menor da formação das rebarbas.

Plataformas marítimas do tipo FPSO são navios flutuantes projetados para extração e processamento de gás natural e óleo extraído de regiões de águas profundas e ultraprofundas. A autossuficiência desta unidade produtora é provida pela planta de cogeração, que é o maior emissor de 𝐶𝑂2 da instalação e o foco deste trabalho, visando a redução de emissões e melhoria de desempenho. A planta de cogeração estudada é equipada com 3 turbogeradores principais e um reserva modelo GE LM2500+, responsáveis tanto pelo suprimento elétrico quanto térmico da instalação. Adicionalmente à planta principal, há 2 turbinas a gás GE LM2000 responsáveis pelo acionamento da planta de compressão de 𝐶𝑂2 para reinjeção no poço de petróleo. Ao longo da vida útil de um campo de petróleo as demandas térmica e elétrica variam em função da composição percentual de óleo, gás e água no óleo extraído. Por sua vez, as condições operacionais dos turbogeradores são alteradas em função das oscilações de demanda e de fatores como as condições atmosféricas do local de operação da plataforma. A proposta deste trabalho é, de posse das curvas de produção e de demandas térmica e elétrica previstas, conduzir análise termodinâmica da mencionada planta de cogeração e de configurações alternativas de recuperação de energia sob condições reais de funcionamento, baseadas no estudo de tecnologias presentes no estado da arte. É estudado o funcionamento do sistema com resfriamento do ar de admissão dos turbogeradores com sistema de refrigeração por compressão (SRC) e sistema de refrigeração por absorção (SRA), e com sistemas ORC (Ciclo Rankine Orgânico) para recuperação de calor dos gases de exaustão dos turbogeradores. Os resultados das simulações demonstram viés positivo, já que todas as configurações propostas apontaram redução de emissões de 𝐶𝑂2 de até 19% e aumento da eficiência exergética de até 12%. Por outro lado, análises de área ocupada e peso total da planta de cogeração para algumas configurações mostram que dimensões indesejadas podem ser alcançadas.

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Uma estrutura do tipo viga flexível em rotação é equipada com atuadores e sensores piezoelétricos distribuídos ao longo de sua extensão. Utilizando o efeito piezoelétrico, a excitação elétrica quando a estrutura está sujeita a uma tensão mecânica, atuando como sensor, e, inversamente, a geração de uma deformação mecânica quando sujeita a uma tensão elétrica funcionando como atuador, esta estrutura é considerada um sistema inteligente. Assim sendo, a estrutura possui a capacidade de detectar e corrigir deflexões ao longo de seu comprimento, uma vez que alterações controladas na rigidez do elemento piezoelétrico produz momentos localizados que podem ser utilizados para atuação. As equações de Lagrange são utilizadas para a obtenção das equações governantes do movimento para a viga em rotação. Apenas o primeiro modo de vibração da viga é considerado neste trabalho. O momento e a rigidez da cerâmica piezoelétrica são a posteriori adicionados à equação governante do movimento da da viga. A posição do atuador piezoelétrico varia a partir da extremidade engastada até a extremidade livre da viga. Foram realizadas várias possibilidades de localização desses atuadores. O melhor local para a fixação do elemento piezoelétrico é investigado. Este local encontra-se próximo à estremidade engastada da viga. Foi utilizada a técnica de controle não-linear SDRE com o objetivo de eliminar a vibração mecânica na estrutura flexível e, ao mesmo tempo, posicionar a viga em rotação em um determinado ângulo. Para os objetivos e limitações investigados neste trabalho, este sistema é considerado fracamente não linear.

O objetivo deste trabalho é o projeto e desenvolvimento de uma estrutura auxética, através da modelagem em elementos finitos e otimização estrutural, bem como simulação computacional do comportamento da estrutura. O material que possui coeficiente de Poisson negativo é conhecido como auxético e tem comportamento diferente do convencional, pois expandem lateralmente quando tracionados e contraem todos os lados quando em compressão. Para isso foram utilizadas ferramentas de projeto disponíveis no mercado, como software de CAD para modelagem da geometria e software de elementos finitos para etapa de análise estrutural. Através de simulação computacional, foram feitas análises de sensibilidade em três geometrias, avaliando quais variáveis (parâmetros dimensionais) tem maior influência quanto ao comportamento auxético. Na segunda etapa do trabalho, foi realizado um estudo com otimização paramétrica, usando o software OPTISTRUCT, através do qual foi possível obter a combinação ótima de parâmetros dimensionais da geometria, para que a estrutura tenha a melhor resposta quanto ao comportamento auxético. Nos resultados obtidos, são apresentadas diferentes combinações de parâmetros, que auxiliam a entender o comportamento da estrutura.

O processo de Manufatura Aditiva (MA) de peças metálicas proporciona maior liberdade para o design de produtos com geometria complexa; exemplos de aplicação incluem próteses médicas, pás de turbinas, moldes e matrizes etc. Na fusão seletiva a laser, a direção de construção tem um impacto importante nas propriedades da peça final. Entre as propriedades influenciadas estão a rugosidade superficial, microdureza, microestrutura, etc. Tais fatores são limitantes na MA de peças metálicas, como por exemplo na aplicação de peças que exigem qualidade superficial (Ra<4 µm). Este trabalho busca investigar o efeito da direção de construção na rugosidade superficial de amostras produzidas em Maraging steel 300 por fusão seletiva a laser e pós-processadas por fresamento. Foi realizado um planejamento experimental (DoE) com direções de construção das amostras em 0º, 45º e 90º e velocidades de corte no fresamento de 100 e 200 m/min. Medições de rugosidade, microdureza e densidade foram realizadas e evidenciaram diferenças.  A análise da microestrutura evidenciou alterações nas amostras. O resultado da análise de energia dispersiva mostrou a formação de martensita. A rugosidade mensurada em cada amostra se mostrou distinta para direções de construção diferentes.

No presente trabalho verificou-se a empregabilidade da Teoria de Kirchhoff-Love e
Sophie-Germain – Lagrange para a demonstração da teoria da elasticidade linear, bem como as
condições de contorno necessárias para a descrição de uma placa engastada.
A partir da modelagem da placa plana definiu-se os carregamentos influentes utilizando
acelerômetros e sensores de cordas vibrantes por toda a malha em um fase denominada
experimental, com isso em um dado espaço tempo conseguiu-se analisar o comportamento e
compara-lo ao Método de Diferenças Finitas fase esta definida como numérica.
Assim conforme as diferenças de captação de dados e velocidades dos sensores, sendo o sensor de
cordas vibrantes com poder de captura de até 333Hz e acelerômetros com velocidade de 12Hz,
pode-se verificar a possibilidade de comparação entre o método de análise numérica e o método de
análise experimental.

O presente trabalho visa o estudo do comportamento de uma estrutura celular giroide, a partir de uma abordagem numérica e experimental. As estruturas utilizadas juntamente com os espécimes para caracterização foram fabricadas a partir de um processo de Fusão Seletiva a Laser, utilizando um pó de liga de alumínio AlSi10Mg-0403. A caracterização do material foi feita por meio de ensaios de tração para prover dados do comportamento elasto-plástico da liga de alumínio, sendo avaliados diferentes tipos de estratégias de manufatura e direções de impressão. Os parâmetros constitutivos de Johnson-Cook foram obtidos, sendo avaliados através do software comercial de elementos finitos Abaqus/CAE. Eventos de impacto foram realizados nas estruturas celulares giroide utilizando um martelo de impacto, buscando compreender o comportamento mecânico da estrutura celular em condições dinâmicas. As amostras demonstraram um elevado potencial para absorção de energia, com baixo peso estrutural e sem ruptura do material. Um modelo numérico da estrutura giroide em regime de impacto foi desenvolvido em ambiente numérico, sendo observada uma substancial concordância com os resultados obtidos experimentalmente. O estudo da resposta mecânica da estrutura celular foi realizada em ambiente computacional, buscando-se identificar configurações promissoras em aplicações de absorção de energia de impacto. Aspectos como espessura de parede, número de células e a modificações na estrutura foram explorados, sendo possível identificar alterações no comportamento geral da estrutura. Foi observado que a partir da mudança do formado do giroide, alterações em níveis de aceleração e deslocamento máximo durante o impacto são obtidos, possibilitando a utilização deste aspecto para o desenho de elementos absorvedores de energia, como capacetes de motocicletas.

Modelo simplificado para sistema de tanque automotivo é composto por um duto retilineo inclinado acoplado a um tanque. O escoamento gás-líquido no duto é modelado utlizando-se modelo de deriva e o tanque é modelado como um volume de controle. O objetivo desse trabalho é utilizar o modelo descrito acima para estudar o problema de parada prematura de abastecimento em função dos parâmetros do sistema duto-tanque. Análise de estabilidade linear é utilizada para estudar se a parada-prematura esta associada a perda de estabilidade do regime permanente verifricado experimentalmente após um transiente inicial no processo de abastecimento em função dos parâmetros do sistema. Como o modelo de deriva permite dois estados estacionários para escoamento contra-corrente, a análise de estabiliadade linear tambem é utilizada para determinar qual dos dois estados estacionários é o regime permanente verificado experimentalmente. Resultados são apreentados na forma de mapas de estabilidade em função dos parâmetros do sistema.

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