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Sistemas de aquecimento a água com superfícies radiantes: simulação e verificação de parâmetros de projeto

Palavras-chave: Painéis radiantes,Conforto térmico de edifícios

O conforto térmico que os edifícios proporcionam aos seus ocupantes é um aspeto de grande importância. Por essa razão, sempre houve grandes investimentos por parte de muitas empresas com o objetivo de encontrar materiais e sistemas que contribuíssem para o aumento do conforto térmico dos edifícios. O sistema de pavimento radiante é um dos exemplos de sistemas de aquecimento que surgiram nas últimas décadas. Por se tratar de um sistema recente, existem alguns aspetos que ainda não foram totalmente analisados. Este trabalho tem como objetivos fazer um estudo paramétrico e obter ábacos de apoio a projeto, com base em modelação com o Método dos Elementos Finitos, aplicado ao problema de condução de calor. É utilizada a modelação de um sistema de pavimento radiante, através do software Matlab. No estudo paramétrico, é analisada a influência que as espessuras e propriedades térmicas do revestimento do pavimento e da camada de betonilha, o diâmetro dos tubos e o espaçamento entre tubos têm na quantidade de calor que é transmitida através do pavimento. Numa segunda fase do trabalho são obtidos ábacos, que permitem determinar a temperatura de impulsão da água, de acordo com as necessidades térmicas dos espaços, para vários revestimentos de pavimento e vários espaçamentos entre tubos. Percebeu-se que, considerando individualmente os parâmetros estudados, a condutibilidade térmica do revestimento e o espaçamento entre tubos são os parâmetros que mais influenciam o comportamento térmico do sistema de pavimento radiante. E concluiu-se que a resistência térmica é o principal parâmetro a que se deve ter atenção no momento do dimensionamento. Este trabalho é enquadrado na Iniciativa Energia para a Sustentabilidade da Universidade de Coimbra e apoiado pelo projeto Energy and Mobility for Sustainable Regions - EMSURE (CENTRO-07-0224-FEDER-002004).

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Estruturas metálicas para suporte de turbinas eólicas offshore

Palavras-chave: Turbinas eólicas

A busca de soluções para a produção de energia alternativas aos métodos convencionais baseados em combustíveis fósseis tem revelado a energia eólica como um caminho fiável, sólido e com resultados já amplamente demonstrados. Nas últimas décadas as torres eólicas têm vindo a ser localizadas em zonas costeiras, conseguindo-se assim orografias mais homogéneas e menos obstáculos, resultando deste modo ventos mais fortes e estáveis. Por outro lado essa transferência de torres onshore para offshore acarreta maiores custos, já que são necessárias estruturas mais robustas para acomodar os esforços do vento e das ondas. Para melhorar a viabilidade de um projeto offshore, é necessário ter em conta todas as condicionantes de implantação: a sua localização, as cargas de dimensionamento, conhecimento do funcionamento de turbinas offshore e da própria fundação, e é importante ter disponíveis instrumentos de cálculo que permitam melhorar o aproveitamento do material. Nesta tese é apresentado um resumo de diferentes tipologias adoptadas para as estruturas de suporte de turbinas eólicas offshore e a sua adequabilidade a diferentes profundidades. Apresentam-se também um modelo de uma estrutura de suporte metálica e o dimensionamento dos seus elementos, em particular as barras e respectivas ligações. É também estudado o efeito da fadiga na estrutura, e é feita uma análise dinâmica, comparando as frequências e os modos de vibração entre uma torre encastrada e uma torre apoiada sobre a fundação estudada. Finalmente, apresenta-se uma proposta para a ancoragem da estrutura de suporte no fundo oceânico. O caso de estudo da estrutura de suporte apresentada aplica-se a uma torre de 100 m com turbina de classe II-A situada no mar do norte. A estrutura de suporte tem 50 m dos quais 35 m estarão submersos.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Estabilização química do solo mole do Baixo Mondego por recurso a nanomateriais

Palavras-chave: Estabilização química de solos,Nanotubos de carbono

A Engenharia Civil depara-se constantemente com o problema da escassez de áreas nobres para a construção sob o ponto de vista geotécnico, surgindo deste modo a necessidade de construir sobre solos com pobres características geotécnicas, o que conduz à procura de uma solução técnica adequada para melhorar tais características. A constante evolução da Engenharia Geotécnica acarretou toda uma série de avanços que se reflectiram na criação de diversas técnicas de melhoria do solo de fundação. Destacam-se neste trabalho as técnicas que envolvem a estabilização química dos solos. A presente dissertação pretende estudar o comportamento do solo mole do Baixo Mondego (caracterizado por fracas características mecânicas), depois de estabilizado quimicamente com ligante e adicionado um segundo elemento: nanotubos de carbono. O estudo foi suportado experimentalmente com a realização de ensaios de compressão simples. As propriedades intrínsecas dos nanotubos de carbono acarretam problemas relacionados com a aglomeração das partículas. Para solucionar o problema, pode-se recorrer à utilização de líquidos com propriedades dispersantes (surfactantes). A dispersão das nanopartículas foi complementada com recurso a ultra-sons, sendo a qualidade da dispersão controlada mediante análise da distribuição dos tamanhos das partículas. Na procura da melhor dispersão, foram também utilizados diferentes surfactantes, bem como várias percentagens de nanotubos de carbono. O estudo deste trabalho contemplou ainda vários tipos e dosagens de ligantes, diferentes teores em água do solo e diferentes tempos de cura, procurando-se deste modo caracterizar alguns dos parâmetros mais influentes no comportamento mecânico do solo quimicamente estabilizado. Do trabalho experimental realizado constata-se que a composição do ligante (tipo, proporções e dosagens) é de extrema relevância sob o ponto de vista do comportamento mecânico do solo estabilizado. Depreende-se também que os nanotubos de carbono podem promover um efeito estabilizador benéfico no que respeita à resistência à compressão do solo estabilizado, quando conseguida uma boa dispersão com um surfactante com propriedades adequadas.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Análise comparativa de sistemas de impermeabilização

Palavras-chave: Impermeabilização de edifícios

A existência de edificações com patologias originadas pela infiltração de água é um fenómeno frequente. A ocorrência deste tipo de patologias pode ser uma consequência de tentativa de redução dos custos durante a construção, mas também por deficiências de conhecimento aprofundado sobre esta temática por parte dos profissionais da construção civil. A ausência de projetos de impermeabilização é outro fator que proporciona a ocorrência de defeitos na aplicação dos sistemas. As patologias originadas por um deficiente ou inexistente projeto de impermeabilização podem conduzir a situações de grande desconforto do ponto de vista estético, problemas estruturais e de insalubridade. Para além disso, os custos decorrentes de intervenções corretivas aumentam consideravelmente o valor global do investimento. Para um desempenho satisfatório dos sistemas de impermeabilização com a durabilidade desejada, é necessário um conhecimento aprofundado dos produtos, do campo de aplicação e dos seus agentes de degradação, assim como, das técnicas e sistemas de aplicação relativas a cada produto e ao elemento construtivo a impermeabilizar. Desta forma, surge a necessidade de analisar as várias alternativas existentes no mercado, com o intuito de obter a solução, ou soluções, mais adequadas para a impermeabilização de determinados elementos construtivos. O presente trabalho pretende contribuir para o conhecimento acerca deste tema. Ao longo desta tese, serão analisados diversos produtos de impermeabilização utilizados na construção civil, identificando-se as suas características e formas de aplicação, as suas vantagens e desvantagens dos mesmos. Serão descritas as técnicas de impermeabilização apropriadas para cada elemento construtivo. Efetuar-se-á ainda uma comparação de diferentes produtos de impermeabilização em situações idênticas.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Problemas inversos na análise de estruturas de madeira-betão

Palavras-chave: Problemas inversos,Lajes mistas,Estruturas mistas betão-madeira

Neste trabalho, utiliza-se uma abordagem determinística num problema inverso com o objetivo de determinar parâmetros de rigidez num caso prático de uma laje mista madeira-betão onde são aplicadas cargas estáticas. Este objetivo surge no âmbito dos processos indiretos de identificação paramétrica a usar, por exemplo, em avaliações estruturais. A resolução deste tipo de problemas requer uma minimização da diferença entre resultados numéricos e medições experimentais em função da variação dos parâmetros. A modelação numérica da estrutura foi feita com recurso a um programa comercial de elementos finitos. Os dados experimentais usados forma obtidos de ensaios laboratoriais, obtidos de um outro trabalho. Para minimizar as diferenças, aplicou-se um algoritmo quasi-Newton, com recurso a um programa de análise numérica computacional. O objetivo foi descobrir os valores dos módulos de elasticidade dos materiais e a rigidez das ligações entre madeira e betão. Numa primeira abordagem não se utilizaram restrições na minimização, o que levou a valores absurdos. A utilização de restrições na variabilidade dos parâmetros no processo de minimização permitiu melhorar a solução. Os resultados sem sentido devem-se principalmente aos erros na modelação numérica e nos testes experimentais. Estudou-se as fontes desses erros. Alguns exemplos são os erros de medição experimental, erros provocados por simplificações e hipóteses no modelo numérico ou provenientes da variabilidade das propriedades dos materiais. Produziu-se um estudo da influência que esse erro tem no processo de identificação paramétrica.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Associação de quebramares submersos com diferentes configurações: Análise de eficiência

Palavras-chave: Quebra-mares

Atualmente, a costa Portuguesa encontra-se bastante fragilizada, necessitando de urgentes medidas reparadoras que satisfaçam simultaneamente os requisitos essenciais de proteção, salvaguardem a atração turística e promovam o desenvolvimento sustentável. Uma das possíveis medidas reparadoras é o recurso a quebramares destacados submersos, ou recifes artificiais, adequadamente localizados em relação à linha de costa e com dimensões, formas e materiais construtivos que satisfaçam aqueles requisitos. Mais concretamente, pretende-se que um recife artificial a instalar não tenha apenas funções de proteção de sistemas naturais, como praias e dunas, mas que contribua também para a valorização ambiental e para a viabilização de práticas desportivas como surf, mergulho e pesca. É neste contexto que se insere o estudo a desenvolver nesta dissertação. Para tal recorre-se a um modelo numérico com vastas aplicações e resultados sobejamente conhecidos - o GENESIS. Este modelo permite analisar o comportamento de um quebramar ou associações de quebramares destacados, ondas com diferentes alturas, períodos e direções, sequência de ondas, efeitos da difração e o transporte de sedimentos. Por conseguinte, satisfaz os requisitos essenciais para a elaboração dos estudos preliminares que são objeto de desenvolvimento no âmbito deste trabalho

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
A reformulação da regulamentação sobre redes prediais de água e as normas europeias no domínio

Palavras-chave: Redes de abstecimento de água -- normas europeias

O tema desta dissertação prende-se com a necessidade de atualizar a regulamentação portuguesa relativa às redes prediais de distribuição de água e de drenagem de águas. Na verdade, a regulamentação portuguesa em vigor data de 1995, verificando-se que atualmente existem requisitos relativos a estas redes que a regulamentação não atende. Por outro lado, a partir do ano 2000 publicam-se as normas europeias EN 806 e EN 12056 que poderão ser adotadas na reformulação da regulamentação. Nesta dissertação analisam-se as metodologias estabelecidas nas normas EN 806 e EN 12506, bem como o contexto da sua eventual aplicação em Portugal e o enquadramento da reformulação da regulamentação vigente.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Avaliação experimental de perdas por transmissão em soluções multicamada

Palavras-chave: Materiais de construção,Desempenho acústico de edifícios

Na seleção de materiais de construção e de sistemas construtivos é importante conseguir conciliar o cumprimento dos requisitos de desempenho acústico com aspetos estéticos e operacionais, como a espessura e o peso reduzidos. As soluções multicamada apresentam assim um grande interesse, uma vez que procuram tirar partido, não só do comportamento individual dos materiais, mas também da solução que se obtém pela sobreposição de vários materiais diferentes. Partindo de um conjunto de materiais, correntes e inovadores, com potencial para integrar soluções multicamada, foram inicialmente realizados ensaios experimentais para avaliar o seu desempenho acústico. Numa fase seguinte, foram então desenvolvidas várias soluções multicamada a partir de alguns destes materiais, cujas propriedades acústicas foram igualmente analisadas. Os trabalhos experimentais consistiram na determinação do parâmetro de perda por transmissão sonora, através de um tubo de impedância, recorrendo a amostras de pequenas dimensões. Durante a realização dos ensaios experimentais, o método de ensaio foi analisado detalhadamente, de forma a tentar determinar as limitações provenientes da sua utilização. Foi possível concluir que as condições de selagem das amostras assumem uma grande importância nos resultados obtidos. Para além de se realizar uma análise comparativa entre os vários materiais e soluções testadas, os resultados experimentais foram ainda comparados com os que se obtiveram por aplicação de um modelo teórico simples. Este trabalho enquadrou-se no âmbito do projeto FCOMP-01-0202-FEDER-030191 (DoorTECH), financiado pelo QREN através do Programa Operacional Factores de Competitividade.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Estudo da adequação de áreas urbanas aos modos suaves de transporte - Utilização de tecnologia SIG em aplicação à cidade de Coimbra

Palavras-chave: Mobilidade sustentável -- Coimbra

A crescente escolha por modos de transporte mais rápidos (principalmente o automóvel privado) alterou profundamente a organização espacial das cidades. O aumento das distâncias percorridas incentivado pelo aumento das velocidades de deslocação e pela dispersão urbana, conduziu a um aumento do consumo de energia. Actualmente o sector dos transportes é responsável por um enorme consumo de energia, correspondente a cerca de 61.5% do consumo total mundial de petróleo e 32% do consumo de energia global na EU-27 (dados EUROSTAT de 2011). Devido às insustentáveis condições dos transportes, muitas cidades sofrem hoje com congestionamentos e vários outros problemas de tráfego. Tais situações agravam-se com soluções que têm em vista o desenvolvimento de novas infraestruturas motorizadas e infraestruturas de estacionamento. Sob o ponto de vista energético, a bicicleta é considerada o modo de transporte mais eficiente, mesmo considerando o modo pedonal, e contribui para a sustentabilidade urbana dadas as vantagens ambientais, económicas e sociais, associadas. Em muitos países, um grande número de iniciativas políticas tem-se centrado em desencorajar o uso do automóvel particular, incentivando a utilização de modos de transporte mais sustentáveis, como o transporte colectivo e a bicicleta. Dada a importância do desenvolvimento de iniciativas que favoreçam o uso da bicicleta como modo de transporte urbano, uma análise de adequação da cidade, incluindo distâncias e declives da rede urbana, é fundamental a fim de ajudar decisores no planeamento da cidade para o uso da bicicleta. Neste estudo, foi usada tecnologia de Sistemas de Informação Geográfica (SIG) para esse fim, e são apresentados alguns resultados obtidos para a cidade de Coimbra.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Análise fotogramétrica de movimentos em modelos reduzidos de quebra-mares de taludes

Palavras-chave: quebra-mares de taludes,modelação física,evolução dos danos no manto resistente,análise de movimentos,métodos baseados em imagens,programas desenvolvidos em MatlabR,piers slope,physical modelling,evolution of damage-resisistant mantle,analysis of movements,methods based on pictures,programs developed in MatlabR

Durante a vida útil de uma estrutura de proteção costeira, nomeadamente de um quebra-mar de taludes, pressupõe-se a realização de obras de manutenção ou reparação sendo recomendável um acompanhamento eficaz, baseado em planos de observação sistemática. O pré-dimensionamento destas estruturas pode ser confirmado recorrendo à modelação física, mediante a verificação da estabilidade da obra sob ação de diferentes condições de agitação (altura de onda significativa, período de pico do espectro de agitação e direção de agitação). Atualmente, esta análise baseia-se apenas na observação visual das quedas e movimentos que ocorrem ao longo dos ensaios, o que implica a presença e atenção continuada de um técnico experiente neste tipo de ensaios. Essa observação nem sempre é fácil, e especialmente no caso da deteção de movimentos, torna-se ainda mais difícil dado que exige: a) uma atenção permanente do técnico ao longo de todo o ensaio os quais podem ser de longa duração; b) a observação cuidada em zonas do manto difíceis de visualização, tais como aquelas onde existe uma grande mistura do ar e da água (rebentação, por exemplo), ou quando os elementos constituintes são muito parecidos em forma, cor e dimensão como é o caso dos enrocamentos; c) a observação das várias zonas do quebra-mar simultaneamente, que no caso dos ensaios 3D, pode ser uma grande área. Além disso, não é possível determinar as áreas erodidas e acrescidas, fato particularmente importante no caso de quebra-mares de taludes de enrocamento. O objetivo desta tese é a análise dos movimentos e quedas dos blocos constituintes do manto resistente de um quebra-mar de taludes após a atuação das condições de agitação incidente, considerando métodos baseados em imagens e programas desenvolvidos em Matlab®. O presente trabalho consistiu no desenvolvimento de um software que permite a análise sucessiva de imagens, quantificando os sucessivos movimentos que ocorrem ao longo do tempo. Analisaram-se três ensaios onde ocorreram movimentos de blocos, tendo os movimentos sido localizados no espaço e no tempo e quantificada a dinâmica dos blocos nos sucessivos intervalos de tempo.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Aplicação e adaptação de modelos computacinais à análise da viabilidade técnico-económica de pequenos aproveitamentos hidroelétricos

Palavras-chave: Escoamento -- modelos computacionais,Aproveitamentos hidroeléctricos

O presente estudo consiste na aplicação e adaptação de duas ferramentas de cálculo distintas com vista a apoiar estudos de viabilidade técnico-económica de pequenos aproveitamentos hidroeléctricos nomeadamente da adição da componente hidroeléctrica ao açude ponte de Coimbra. A introdução de informação relativamente às descargas na barragem da Raiva e às entradas de caudais na foz do rio Ceira permitirão, através da utilização do programa HEC-RAS (HEC-RAS@ 2010), determinar as afluências ao açude ponte em Coimbra nos anos em que existam registos. Os resultados obtidos serão depois introduzidos no modelo de simulação do aproveitamento, o MACGT (Modelo Açude-Ponte de Coimbra Equipado com Grupos Turbo-Geradores), descrito inicialmente em (Marques, 2010), de modo a obter resultados que apoiem a decisão do investimento. O objectivo deste estudo passa também por testar a resposta perante séries históricas de afluências, características de situações normais e excepcionais (secas e cheias), de modo a auxiliar a investigação sobre a parametrização das regras de exploração e a análise crítica das condições hidráulico-operacionais.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
O sistema construtivo com estrutura leve em aço

Palavras-chave: Construção em aço

A atividade de construção civil é considerada uma das atividades mais conservadoras com características muito próprias, mantendo os seus padrões e origens. Entre os edifícios construídos em Portugal, nomeadamente os residenciais, domina a construção com estrutura em betão e alvenaria de tijolo. Tal como todos os setores de atividade se preocupam em melhorar a qualidade final do seu produto, torna-se necessário recorrer a novas técnicas e soluções. Dada a estagnação e a crise em que se encontra a indústria da construção no país, é ainda mais urgente apresentar novas soluções com vantagens competitivas, relativamente às soluções construtivas tradicionais. Além disso, a sustentabilidade na construção ocupa, cada vez mais, um lugar de peso, não estando apenas relacionada com a eficiência energética (energia operacional), mas também com os materiais usados e os impactes que eles causam (energia incorporada). Uma solução construtiva que está a dar os primeiros passos no setor da construção em Portugal, nomeadamente em edifícios de baixa altura, é o sistema construtivo em “aço leve” – “Lightweight Steel Framing” (LSF). O aço é um material com inúmeras vantagens. De entre elas, a elevada taxa de reciclagem (100%) e a liberdade que oferece na execução de projetos. O presente trabalho tem por objetivo a revisão do estado da arte sobre o método construtivo com estrutura leve em aço. Pretende-se descrever o processo construtivo bem como identificar as vantagens e desvantagens do sistema, do ponto de vista de pré-fabricação, controlo de qualidade, transporte, execução/montagem, estruturais, funcionais, custos, ambientais, entre outros, fazendo deste trabalho um meio de divulgação do sistema construtivo.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias