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A energia solar fotovoltaica é uma alternativa de energia limpa que está se tornando uma importante opção para se utilizar eletricidade em regiões desprovidas de energia elétrica. Um estudo das condições energéticas da região através de consulta às concessionárias de energia elétrica (Eletricidade de Moçambique - EDM no caso de Moçambique) e do Ministério de Energia do Governo, são fontes importantes de dados para se conhecer o cenário energético de cada região. Outra fonte de dados importante para se estimar o potencial de geração de energia solar fotovoltaico sãoos indices de irradiação da região. Estes podemser obtidos através do órgão meteorológico da região (INAM no caso de Moçambique) que forneceesses dados para as principais cidades através de suas estações meteorológicas espalhadas na região. Laboratórios de pesquisa internacionais sãooutra importante fonte de dados solarimétricos, pois utilizam satélites capazes de cobrir todo globo terrestre e os dados obtidos são publicados e permitem, a partir das coordenadas do local, identificar a irradiação solar em diversos locais do mundo. Os dados desses laboratórios podem ser comparados com dados de órgãos oficiais da região. Utilizando o banco de dados solarimétricospode-se calcular o potencial fotovoltaico de geração de energia de cada localização e também definir qual região seria mais propícia a utilização de energiasolar fotovoltaica conectada à rede. / Photovoltaic solar energy is an alternative clean energy that it is becoming an important option to be used in region that it does not have available electricity. A study about energy condition of region contacting local energy company (Electricity of Mozambique EDM in the case of Moçambique) and the ministry of governmental are important resources of data to know the electric power conditions scenery of each region. Another important data resource to assesss the photovoltaic potencial of a region is to access the solarimetric data of region. It should be got from the region meteorological organ (in Mozambique it is INAM) that provides this information for main cities through its meteorological station spread across the region. Research International labs are another important resource of the data. They use satellites that are able to cover the whole terrestrial globe and make it available. These data allow applications through the coordinates of the location, identify the exact solar irradiance at any point (in the case NREL in the USA). Laboratory data should be validated through comparisons with data from the official bodies of the region. Thus it is possible to build a solarimetric database and assess photovoltaic potential power generation of each location. On the current study done to Mozambique it was observed that some regions without electricity grid are very adequate to the utilization of solar energy for the direct generation of electricity connected to grid.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho o processo não linear de transmissão de calor condução-radiação é abordado num contexto bidimensional plano e simulado com o uso de um esquema linear em diferenças finitas. O problema original é tratado como o limite de uma sequencia de problemas lineares, do tipo condução-convecção. Este limite, cuja existência é comprovada, é facilmente obtido a partir de procedimentos básicos, accessíveis a qualquer estudante de engenharia, permitindo assim o emprego de hipóteses mais realistas, já que não se tem o limitante matemático para a abordagem numérica de uma equação diferencial parcial elíptica. Neste trabalho foi resolvido o problema de condução de calor em regime permanente em uma placa com condições de contorno convectivas e radioativas utilizando-se o software MatLab, vale ressaltar, que a mesma metodologia é aplicável para geometrias mais complexas. / In this work the nonlinear conduction-radiation heat transfer process is considered under a plane two dimensional assumption and simulated by means of a finite difference linear scheme. The original problem is regarded as the limit (which always exists) of a sequence of linear problems like the conduction-convection ones. Such a limit is reached in an easy way by means of standard procedures, available for any undergraduate engineering student, allowing the employment of more realistic hypotheses, since the mathematical complexities are not a constraint for simulating the elliptic partial differential equation. This work solved the problem of heat conduction in steady state conditions on a plate with convective and radioactive contour using MatLab software, it is noteworthy that the same methodology is applicable to more complex geometries.

O aço inoxidável hiperduplex possui alta resistência a corrosão por pite em ambientes contendo cloretos, quando comparado a outros aços inoxidáveis comercialmente conhecidos. Possui boas propriedades mecânicas, com limite de escoamento superior a 700MPa e limite de resistência a tração em torno de 1000MPa. Essas propriedades o tornam muito atrativos para aplicações em ambientes contendo cloretos, e por isso tem tido destaque na indústria de óleo e gás, refinarias, plataformas offshore, etc. A liga hiperduplex é composta por uma estrutura bifásica, contendo proporções aproximadamente iguais de ferrita e austenita. Esse material possui boa soldabilidade, mas por ser termodinamicamente metaestável, em altas temperaturas pode ocorrer a precipitação de fases intermetálicas não desejáveis, o que resulta em perda de propriedades mecânicas e diminuição da resistência a corrosão. A fase sigma tem sido fortemente estudada, pois é comum sua precipitação nos aços inoxidáveis da família duplex durante o procedimento de soldagem se este não for muito bem controlado. A fase sigma precipita preferencialmente na fase ferrítica, devido a maior concentração de Cr e Mo, que são os elementos formadores da fase. A resistência a corrosão é reduzida e as propriedades mecânicas do material são alteradas o tornando frágil devido a presença da fase sigma. É formada entre 600C e 1000C e possui uma estrutura tetragonal complexa. O objetivo do trabalho foi identificar a possível presença da fase sigma na junta soldada do aço inoxidável hiperduplex SAF 2707 HD (UNS S32707) pelo processo TIG autógeno manual através da difração de raios-x. Nessa pesquisa, foram analisadas uma junta soldada do material pelo processo TIG autógeno manual com arco pulsado. Complementando o estudo foram analisadas seis amostras do aço inoxidável superduplex, sendo que cinco amostras sofreram tratamento térmico para a proposital formação da fase sigma. O refinamento do resultado da difração das amostras foi feito utilizando o método de Rietveld no software Topas Academic versão 4.1. O resultado da amostra soldada de hiperduplex apresentou as fases austenita, ferrita e alguns prováveis óxidos. Os resultados das amostras de superduplex tratadas termicamente apresentaram a fase sigma, conforme esperado na pesquisa, e as fases austenita e ferrita. / Hyperduplex stainless steel has high pitting corrosion resistance in chloride enviroments, when they were compared to other commercially stainless steel. It has good mechanical properties, with yield strength exceeding 700MPa and tensile strength limit around 1000MPa. These properties make it very attractive for applications in chlorides environments, and for this reason had been emphasis on applications for oil and gas industry, refineries, offshore platforms, etc. The alloy hyperduplex is composed of a biphasic structure, containing approximately the same proportions of ferrite and austenite. This material has good weldability, but as it is thermodynamically metastable, at high temperatures can occur the precipitation of undesired intermetallic phases, resulting in loss of mechanical properties and reduced corrosion resistance. The sigma phase has been much investigated because their common precipitation in the different kinds of duplex stainless steels during the welding procedure if not well controlled. The sigma phase use to precipitate preferentially in the ferritic phase, because of the higher concentration of Cr and Mo, which are the elements of the phase formation. This phase reduces corrosion resistance and modify the mechanical properties making the material brittle. The sigma phase is formed between 600C and 1000C and has a tetragonal complex structure. The aim of this study is characterize the phases of an hyperduplex welded join SAF 2707 HD (UNS S32707) for TIG manual autogenous process and the cry size. In this research was analyzed an welded joint of the material for autogenous arc pulsed TIG manual. Complementing the study, six superduplex stainless steel samples were analyzed, and five of this were subjected to heat treatment for the purposeful sigma formation. The samples were analyxed for x-ray diffraction technique. The refinement results were done by Rietveld Method in Topas Academic 4.1 version software. The welded join of hyperduplex showed the austenite, ferrite and some probable oxides. The results of the heat treated samples of superduplex showed the sigma phase, as expected in this research, and the austenite and ferrite phases.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / O estudo do fluxo de água e do transporte escalar em reservatórios hidrelétricos é importante para a determinação da qualidade da água durante as fases iniciais do enchimento e durante a vida útil do reservatório. Neste contexto, um código de elementos finitos paralelo 2D foi implementado para resolver as equações de Navier-Stokes para fluido incompressível acopladas a transporte escalar, utilizando o modelo de programação de troca de mensagens, a fim de realizar simulações em um ambiente de cluster de computadores. A discretização espacial é baseada no elemento MINI, que satisfaz as condições de Babuska-Brezzi (BB), que permite uma formulação mista estável. Todas as estruturas de dados distribuídos necessárias nas diferentes fases do código, como pré-processamento, solução e pós-processamento, foram implementadas usando a biblioteca PETSc. Os sistemas lineares resultantes foram resolvidos usando o método da projeção discreto com fatoração LU por blocos. Para aumentar o desempenho paralelo na solução dos sistemas lineares, foi empregado o método de condensação estática para resolver a velocidade intermediária nos vértices e no centróide do elemento MINI separadamente. Os resultados de desempenho do método de condensação estática com a abordagem da solução do sistema completo foram comparados. Os testes mostraram que o método de condensação estática apresenta melhor desempenho para grandes problemas, às custas de maior uso de memória. O desempenho de outras partes do código também são apresentados. / The study of the water flow and scalar transport in water reservoirs is important for the determination of the water quality during the initial stages of the reservoir filling and during the life of the reservoir. For this scope, a parallel 2D finite element code for solving the incompressible Navier-Stokes equations coupled with scalar transport was implemented using the message-passing programming model, in order to perform simulations of hidropower water reservoirs in a computer cluster environment. The spatial discretization is based on the MINI element that satisfies the Babuska-Brezzi (BB) condition, which provides sufficient conditions for a stable mixed formulation. All the distributed data structures needed in the different stages of the code, such as preprocessing, solving and post processing, were implemented using the PETSc library. The resulting linear systems were solved using the projection method implemented by an approximate block LU factorization. In order to increase the parallel performance in the solution of the linear systems, we employ the static condensation method for solving the intermediate velocity at the vertex and centroid nodes separately. We compare performance results of the static condensation method with the approach of solving the complete system. In our tests the static condensation method shows better performance for large problems, at the cost of an increased memory usage. Performance results for other intensive parts of the code in a computer cluster are also presented.

A integridade de dutos ganha importância à medida em que o desenvolvimento da indústria expande a malha para transportar líquidos e gases num contexto de aumento das exigências ambientais. Um importante aliado para manutenção da integridade de dutos são reparos de materiais compósitos. Estes materiais apresentam baixa densidade, capacidade de direcionar resistência de acordo com as direções das solicitações, execução de reparo a frio sem necessidade de interromper produção ou grande maquinário. Este trabalho tem como objetivo desenvolver e implementar um algoritmo de elementos finitos que permita avaliar os esforços e a resistência das paredes de um tubos fabricados ou reparados com laminados de material compósito carregados com pressão interna. Entre as vantagens de desenvolver um programa tem-se: agilidade de avaliação, menor custo com licença, menores exigências computacionais, possibilidade de desenvolver o programa e o melhor entendimento da modelagem dos fenômenos. Utiliza-se como entrada do programa o diâmetro do duto, pressão interna e parâmetros do laminado. A modelagem em elementos finitos é realizada a partir da teoria clássica de laminados. Aplicando o carregamento resultante da pressão interna, determina-se os deslocamentos e são calculadas as tensões e aplicado o critério de falha de Tsai-Hill em cada camada. Estudos experimentais e numéricos encontrados na literatura foram simulados com o programa gerado e os resultados para propriedades do laminado, tensões nos dutos e pressão de ruptura apresentam concordância com os resultados da literatura.O programa ainda tem sua estrutura modificada para encontrar a pressão de falha a partir dos dados do laminado. O programa implementado permite uma avaliação rápida de resistência do reparo e possibilita avaliar rapidamente a resposta a mudanças nos parâmetros de projeto do laminado. / Nowadays the integrity of pipelines gets even more important as a result of the industry growth and strong enviromental requirements. An important ally in the maintenance of the integrity is the repair with composite materials. These materials have low specific gravity, repair can be done at low temperatures and they can orientate the main resistence according to the load. The goal of this work is to develop and inplement an algorithm that allows the assessment of loads and strength in the pipes loaded with internal pressure manufactured or repaired with composite laminates using the finite element method. Among the advantages of the own software development there are agility for the assessment , lower cost with software licence, lower computational demands, possibility of developing the software and a better understanding of the modeling of the fenomena. The inputs of the software are the diameter of the pipe, internal pressure and parameters of the composite laminate. The finite element analysis is constructed according to the classical laminate theory. After the loads resulting of the internal pressure are applied, the displacements are calculated and then the stresses and Tsai-Hill failure criteria are determined for each layer. Experimental and numerical studies were simulated with the developed software and the results for the laminae properties, pipe stress and the failure pressure are in agreement with the results found in the review. The software is modified in order to end the failure pressure to show the versatility of the algorithm. We conclude that the algorithm allows a fast assessment of the strenght of pipeline repair and the changes in the answer of the pipe when the repair parameters are changed.

A integridade de dutos ganha importância à medida em que o desenvolvimento da indústria expande a malha para transportar líquidos e gases num contexto de aumento das exigências ambientais. Um importante aliado para manutenção da integridade de dutos são reparos de materiais compósitos. Estes materiais apresentam baixa densidade, capacidade de direcionar resistência de acordo com as direções das solicitações, execução de reparo a frio sem necessidade de interromper produção ou grande maquinário. Este trabalho tem como objetivo desenvolver e implementar um algoritmo de elementos finitos que permita avaliar os esforços e a resistência das paredes de um tubos fabricados ou reparados com laminados de material compósito carregados com pressão interna. Entre as vantagens de desenvolver um programa tem-se: agilidade de avaliação, menor custo com licença, menores exigências computacionais, possibilidade de desenvolver o programa e o melhor entendimento da modelagem dos fenômenos. Utiliza-se como entrada do programa o diâmetro do duto, pressão interna e parâmetros do laminado. A modelagem em elementos finitos é realizada a partir da teoria clássica de laminados. Aplicando o carregamento resultante da pressão interna, determina-se os deslocamentos e são calculadas as tensões e aplicado o critério de falha de Tsai-Hill em cada camada. Estudos experimentais e numéricos encontrados na literatura foram simulados com o programa gerado e os resultados para propriedades do laminado, tensões nos dutos e pressão de ruptura apresentam concordância com os resultados da literatura.O programa ainda tem sua estrutura modificada para encontrar a pressão de falha a partir dos dados do laminado. O programa implementado permite uma avaliação rápida de resistência do reparo e possibilita avaliar rapidamente a resposta a mudanças nos parâmetros de projeto do laminado. / Nowadays the integrity of pipelines gets even more important as a result of the industry growth and strong enviromental requirements. An important ally in the maintenance of the integrity is the repair with composite materials. These materials have low specific gravity, repair can be done at low temperatures and they can orientate the main resistence according to the load. The goal of this work is to develop and inplement an algorithm that allows the assessment of loads and strength in the pipes loaded with internal pressure manufactured or repaired with composite laminates using the finite element method. Among the advantages of the own software development there are agility for the assessment , lower cost with software licence, lower computational demands, possibility of developing the software and a better understanding of the modeling of the fenomena. The inputs of the software are the diameter of the pipe, internal pressure and parameters of the composite laminate. The finite element analysis is constructed according to the classical laminate theory. After the loads resulting of the internal pressure are applied, the displacements are calculated and then the stresses and Tsai-Hill failure criteria are determined for each layer. Experimental and numerical studies were simulated with the developed software and the results for the laminae properties, pipe stress and the failure pressure are in agreement with the results found in the review. The software is modified in order to end the failure pressure to show the versatility of the algorithm. We conclude that the algorithm allows a fast assessment of the strenght of pipeline repair and the changes in the answer of the pipe when the repair parameters are changed.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Tensões residuais são uma das principais causas de falhas em componentes mecânicos submetidos a processos de fabricação. O objetivo do trabalho foi medir as tensões residuais presentes em um tubo quadrado soldado por resistência elétrica de alta frequência e caracterizar microestruturalmente o seu material. Para a caracterização, foram utilizadas técnicas de microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise química quantitativa. Para a medição das tensões residuais, foi utilizado o método do furo cego, baseado na norma ASTM E837-08, onde rosetas (strain-gages) são coladas à peça para medir as deformações geradas devido à usinagem de um pequeno furo no local de medição. As deformações foram associadas às tensões residuais através de equações baseadas na Lei de Hooke. A caracterização revelou uma microestrutura composta basicamente de ferrita e perlita, típica de aços com baixo teor de carbono, corroborando com a especificação fornecida pelo fabricante. As tensões residuais encontradas foram trativas e mostraram-se elevadas, com alguns valores acima do limite de escoamento do material. / Residual stresses are one of the main failure causes in mechanical components submitted to manufacture process. The aim of this work was to measure the residual stresses present in a seame welded tube welded using a high frequency electrical resistance and to microstruturally characterize its material. Optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM) and quantitative chemical analysis techniques were used for the characterization. The hole-drilling method was applied obeying the ASTM E837-08 norm to measure the residual stresses, where strain-gages are glued to the sample to measure the deformations caused due to the machining of a small hole in the measurement point. The deformations were linked to the residual stresses using the Hookes Law equations. The characterization basically showed a composite microstructure of ferrite and perlite, tipical in lowcarbon steels, as the specification supplied by the manufacturer. The residual stresses found were tensile and high, with some values above the material yield strength.

Neste trabalho é apresentada uma nova modelagem matemática para a descrição do escoamento de um líquido incompressível através de um meio poroso rígido homogêneo e isotrópico, a partir do ponto de vista da Teoria Contínua de Misturas. O fenômeno é tratado como o movimento de uma mistura composta por três constituintes contínuos: o primeiro representando a matriz porosa, o segundo representando o líquido e o terceiro representando um gás de baixíssima densidade. O modelo proposto possibilita uma descrição matemática realista do fenômeno de transição insaturado/saturado a partir de uma combinação entre um sistema de equações diferenciais parciais e uma desigualdade. A desigualdade representa uma limitação geométrica oriunda da incompressibilidade do líquido e da rigidez do meio poroso. Alguns casos particulares são simulados e os resultados comparados com resultados clássicos, mostrando as consequências de não levar em conta as restrições inerentes ao problema. / This work is concerned with a new mathematical modelling for describing the flow of an incompressible fluid (a liquid) through a rigid, homogeneous and isotropic porous medium, from a Continuum Mixtures point of view. The phenomenon is regarded as the motion of a mixture composed by three overlaping continuous constituents: the first one representing the porous matrix, the second one representing the liquid and the third one representing a (very) low density gas. The proposed mathematical modelling allows a realistic mathematical description for the unsaturated/saturated transition process by means of a combination between a system of partial differential equations and an inequality. This inequality represents a geometrical constraint arising from the liquid incompressibility merged with the porous matrix rigidity. The simulation of some interesting particular cases is carried out presenting a comparison between the obtained results and the classical ones, showing the consequences of disregarding the constraints associated to the phenomenon.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho apresenta uma estimativa a priori para o limite superior da distribuição de temperatura considerando um problema em regime permanente em um corpo com uma condutividade térmica dependente da temperatura. A discussão é realizada supondo que as condições de contorno são lineares (lei de Newton do resfriamento) e que a condutividade térmica é constante por partes (quando considerada como uma função da temperatura). Estas estimativas consistem em uma ferramenta poderosa que pode prescindir da necessidade de uma simulação numérica cara de um problema de transferência de calor não linear, sempre que for suficiente conhecer o valor mais alto de temperatura. Nestes casos, a metodologia proposta neste trabalho é mais eficaz do que as aproximações usuais que assumem tanto a condutividade térmica quanto as fontes de calor como constantes. / This article presents an a priori upper bound estimate for the steady-state temperature distribution in a body with a temperature-dependent thermal conductivity. The discussion is carried out assuming linear boundary conditions (Newton law of cooling) and a piecewise constant thermal conductivity (when regarded as a function of the temperature). These estimates consist of a powerful tool that may circumvent an expensive numerical simulation of a nonlinear heat transfer problem, whenever it suffices to know the highest temperature value. In these cases the methodology proposed in this work is more effective than the usual approximations that assume thermal conductivities and heat sources as constants.