EM - Escola de Minas
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A Escola de Minas de Ouro Preto foi fundada pelo cientista Claude Henri Gorceix e inaugurada em 12 de outubro de 1876.
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Item Otimização de Ciclos Rankine Orgânicos supercríticos : proposta de escolha do fluido de trabalho.(2023) Alves, Izabela Mendes; Rocha, Luiz Joaquim Cardoso; Rocha, Luiz Joaquim Cardoso; Naves, Fabiano Luiz; Leal, Elisângela Martins; Rocha, Ana Maura AraújoOs Ciclos Rankine Orgânicos são uma variação do ciclo Rankine convencional. Neste tipo de ciclo, fluidos orgânicos são utilizados em substituição à água. A principal vantagem deste ciclo é a possibilidade de serem utilizados em fontes de baixa temperatura e pressão, 400 °C e 30 bar, enquanto ciclos de potência a água operam com temperaturas entre 320-620 °C e pressão de 20-250 bar. Isso possibilita que as fontes de calor dos ORCs (Organic Rankine Cycles) sejam energia geotérmica, energia solar, recuperação de calor residual e biomassa. Consequentemente, os ORCs se apresentam como uma fonte alternativa aos combustíveis fósseis para a geração de energia elétrica. Como se trata de uma tecnologia relativamente nova, necessita de mais estudos e investimentos para seu desenvolvimento a fim de se tornar uma opção competitiva e eficiente. Este trabalho propôs a simulação de 14 fluidos orgânicos supercríticos em quatro configurações de ciclo, com o objetivo de encontrar o fluido de melhor rendimento térmico, exergético e maior produção de trabalho líquido. As simulações foram realizadas no Engineering Equation Solver (EES), utilizando dois recursos desse software: tabelas paramétricas e a ferramenta de otimização. O fluido que apresentou o melhor resultado foi o benzeno, com 25,20% de eficiência térmica, 43,85% de eficiência exergética e trabalho líquido de 3086,2 kW.Item Otimização do projeto de vigas de concreto protendido usando algoritmo genético.(2023) Carvalho, Tawany Aparecida de; Silva, Amilton Rodrigues da; Silva, Amilton Rodrigues da; Inoue, Hisashi; Fernandes, Walliston dos SantosA utilização de concreto protendido apresenta diversas vantagens para a construção civil, dentre elas: a possibilidade de seções mais esbeltas e redução do peso próprio; melhor comportamento em relação aos estados limites de serviço de deformação excessiva e de abertura de fissuras; e a redução ou até eliminação das fissuras gerando uma consequente maior durabilidade do elemento estrutural. No entanto, o projeto dessas estruturas ainda possui algumas dificuldades devido ao número de variáveis envolvidas no processo. Visto isso, o objetivo do presente trabalho é implementar e validar um algoritmo evolucionário de otimização estrutural, que buscará minimizar as dimensões da seção transversal de vigas retangulares de concreto protendido para diferentes tipos de carregamentos, vãos, condições de apoios, entre outros, considerando dois métodos de otimização. No processo, são usados elementos finitos de barra para modelar as vigas e elementos finitos de interface para posicionar o cabo de protensão em relação ao eixo da barra, que também representam a interface cordoalha-concreto, simulando o deslizamento entre o concreto e a armadura ativa. Para a busca da solução ótima, é utilizado o algoritmo genético onde o valor de aptidão do indivíduo consiste em definir a menor seção transversal para a viga retangular de concreto protendido, variando o traçado do cabo de protensão e considerando os estados limites de serviço e último. Tal condição é definida através de uma análise não linear da estrutura usando a plataforma de análise de elementos finitos FEMOOP. Após a implementação da formulação apresentada, percebeu-se pelos exemplos e resultados que os métodos implementados neste trabalho se mostraram eficientes para o dimensionamento otimizado de vigas protendidas. A formulação apresentada permite o dimensionamento de vigas com análise estrutural complexa apresentando no final a altura da seção retangular, bem como o traçado do cabo de protensão. Verificou-se que o traçado do cabo de protensão não altera significativamente a capacidade de carga da viga protendida, desde que os diferentes traçados produzam curvaturas inversas ao do carregamento aplicado à viga nos pontos de momentos críticos.Item Planejamento de ordens de manutenção preventiva por meio de simheurística.(2023) Coelho, Diego Gomes; Souza, Marcone Jamilson Freitas; Cota, Luciano Perdigão; Souza, Marcone Jamilson Freitas; Cota, Luciano Perdigão; Martins, Simone de Lima; Fonseca, George Henrique Godim daEste trabalho aborda o problema de alocação de tarefas de manutenção preventiva em um planejamento de 52 semanas. Dado um conjunto de tarefas de manutenção a serem realizadas em um conjunto de máquinas, um conjunto de equipes e um horizonte de planejamento, o problema consiste em designar cada tarefa a uma equipe em um determinado instante do horizonte de planejamento visando a minimizar o numero de equipes necessárias e maximizar o número de tarefas não executadas. Para tratá-lo, inicialmente foi desenvolvido um algoritmo construtivo capaz de testar automaticamente 384 regras de construção e retornar a melhor regra para cada instância. Comparado com a literatura, esse algoritmo construtivo gerou soluções de boa qualidade em tempo computacional muito menor que os algoritmos meta-heurísticos existentes. Foi desenvolvido também o algoritmo meta-heurístico Iterated Local Search (ILS) para aprimorar as soluções geradas pelo método construtivo. O algoritmo ILS atingiu o melhor resultado em 97% das instancias avaliadas. No entanto, tanto o método ILS quanto os demais métodos da literatura para o problema são determinísticos e não levam em consideração as incertezas que podem ocorrer durante a execução de uma tarefa, o que pode resultar em um planejamento insuficiente com um tempo de execução total mais longo do que o previsto. Para contornar essa situação, foi proposto um algoritmo simheurístico, nomeado SIM-ILS. Embora ele apresente um custo levemente superior ao método ILS determinístico, o SIM-ILS e capaz de captar as incertezas da operação de manutenção, tornando suas soluções mais aderentes ao ambiente industrial.Item Otimização de vigas alveolares de aço utilizando método dos elementos finitos e algoritmos genéticos.(2023) Lubke, Gabriela Pereira; Silva, Amilton Rodrigues da; Silva, Amilton Rodrigues da; Neves, Francisco de Assis das; Fernandes, Walliston dos Santos; Sousa Junior, João Batista Marques de; Alves, Élcio CassimiroOs estudos sobre otimização de estruturas têm ganhado destaque na atualidade, a busca por consumir os recursos de forma mais consciente e eficaz incentivam o uso de tais técnicas em todos os campos de atuação, e não seria diferente na indústria da construção civil. Nesse sentido, o presente estudo tem por objetivo empregar técnicas de otimização computacional para determinar a máxima capacidade resistente das vigas alveolares de aço, para dois grupos de linhas de corte diferente, um gerando vigas com alvéolos em formato de hexágonos e outro gerando vigas alvéolos com formato de elipses, este segundo grupo contempla como caso particular as vigas com aberturas circulares. O estudo utiliza o programa de elementos finitos FEMOOP, elaborado em linguagem C++, e são implementados um elemento finito triangular de três nós, submetido a um estado plano de tensão, uma rotina para otimização da forma e uma rotina para detalhar a linha de corte ideal a partir do modelo encontrado. As rotinas implementadas são validadas a partir de modelos numéricos e experimentais encontrados na literatura, demonstrando que o programa desenvolvido encontra resultados consistentes. Alguns exemplos de vigas alveolares são otimizados e os resultados são apresentados, indicando que a forma dos alvéolos e tamanho dos montantes interfere significativamente na resistência do perfil expandido.Item Generative design : information flow between genetic algorithm and parametric design in a steel structure construction.(2021) Cruz, Renato Godoi da; Arcipreste, Cláudia Maria; Pinheiro, Rafael Lemieszek; Ribas, Rovadávia Aline de JesusThis paper describes the construction of an information flow that combines parametric modelling and genetic algorithms to optimise both the total weight of a structured steel roof and the shape of its surface to maximise the generation potential of photovoltaic energy. Through the systematisation of a design process using genetic algorithms integrated with generative design as an architectural design method, architects can work with problem parameterisation, going one step further than the mere formal proposition of solutions. As a result, we present a process in which there is a dialogical relationship between the architect and project in a continuous flow of information in the initial steps of the design process, guided by predefined optimisation objectives. Therefore, it is relevant to note that the designer accepts a reduced creative control over the final shape in favor of control over the core principles that constitute the optimisation algorithms. An approach that involved the designer in a process of post computational processing evaluations is also highlighted, giving him better support to discuss and analyze the design options.Item Otimização de sistemas estruturais em aço para edifícios industriais com ponte rolante.(2021) Ferreira, Jéssica Luciene; Paula, Geraldo Donizetti de; Souza, Flávio Teixeira de; Paula, Geraldo Donizetti de; Souza, Flávio Teixeira de; Ribas, Rovadávia Aline de Jesus; Mazon, Ana Amélia OliveiraExistem diversas configurações possíveis quando se trata de edifícios industriais em aço. Características como a existência ou não de ponte rolante, o tipo de cobertura, a distância entre os pórticos, os vãos transversais livres, entre outros atributos, são de suma importância na elaboração de um projeto viável, técnica e economicamente. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo otimizar sistemas estruturais em aço para edifícios industriais de médio porte com ponte rolante. Para isso, foram considerados 36 modelos, combinados com vãos livres iguais a 20, 24 e 28 metros, distâncias entre pórticos de 6,0 e 7,5 metros, cobertura composta por treliças de banzos paralelos e triangulares e carga da ponte rolante iguais a 100 kN, 250 kN e 500 kN, submetidos a ações permanentes e variáveis. O método empregado no estudo foi o Método dos Elementos Finitos. Inicialmente foi realizado um prédimensionamento dos modelos através do software SAP 2000 e, posteriormente, o pórtico mais solicitado foi otimizado utilizando o método de otimização disponível no software ANSYS Workbench. Como parâmetros de otimização foram consideradas as áreas de seção dos perfis e os deslocamentos no topo dos pilares, obtendo-se o peso total de aço da estrutura com a melhor resposta de análise. Como resultado, observou-se uma redução média de 23,76% no peso total de aço após a otimização, indicando que os modelos com cobertura composta por treliça de banzos paralelos (BP) apresentaram menores pesos de aço em todas as etapas. Considerando as demais características estudadas, a carga da ponte rolante é a que mais influencia no peso do pórtico e a distância entre os pórticos é a característica que menos causa interferência. Os modelos com carga de ponte rolante igual a 100 kN apresentaram a maior redução do peso de aço após a escolha dos perfis comerciais, enquanto os modelos com cargas iguais a 250 kN e 500 kN proporcionaram a menor redução. Outro resultado importante a se observar é que nos modelos com carga de ponte rolante igual a 500 kN, as características geométricas atuam consideravelmente sobre o peso de aço do pórtico. Assim, quanto maiores as dimensões dos modelos mais elevado é o peso do pórtico. Também foi possível notar que, para alguns modelos, a distância entre os pórticos não influencia no peso total de aço. Diante dos resultados apresentados, pode-se afirmar que a padronização da seção dos perfis resulta na economia estrutural e facilita a execução do projeto.Item Otimização de treliças de cobertura utilizando o método dos elementos finitos.(2019) Souza, Flávio Teixeira de; Silva, Sheila Bárbara Ferreira da; Paula, Geraldo Donizetti de PaulaO objetivo de um projeto estrutural é a obtenção de edificações seguras, estáveis e econômicas e, o emprego de algoritmos de otimização possibilita atingir a estes objetivos de forma otimizada, reduzindo o custo e aumentando a eficiência da estrutura. Estes algoritmos de otimização podem ser utilizados associados a métodos de análise, como o Método dos Elementos Finitos, que potencializam sua aplicação. Este trabalho utiliza esta técnica para a avaliação de treliças de cobertura alterando-se os vãos, distanciamento entre elas, suas tipologias e as seções transversais utilizadas, considerando-se a taxa de consumo de aço como parâmetro. Observou-se que a adoção da treliça de banzos paralelos leva a maior consumo de aço, e que a escolha da seção transversal do perfil estrutural não altera este parâmetro, podendo nortear-se por razões construtivas.Item Otimização de colunas em perfis formados a frio de seção transversal tipo rack.(2021) Coimbra, Keitiane Fátima; Alves, Vinicius Nicchio; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Alves, Vinicius Nicchio; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Ribeiro, Diogo Rodrigo Ferreira; Souza, Flávio Teixeira deOs perfis formados a frio têm como uma das suas principais vantagens a facilidade de fabricação e a grande flexibilidade quanto as formas geométricas que podem assumir. Essas características motivam que até mesmo as formas geométricas convencionais sejam estudadas com a finalidade de que tenham seu desempenho melhorado e sejam obtidas seções transversais com maiores relações resistência/peso e, consequentemente, mais eficientes e econômicas. Neste contexto, as técnicas de otimização vêm como uma importante ferramenta auxiliar de busca e, portanto, será utilizada nesta pesquisa com o intuito de se obter seções transversais do tipo rack com melhor desempenho quando submetidas à compressão centrada, já que esta tipologia de seção é usualmente utilizada em colunas de sistemas de armazenagem industrial, além de existirem poucos estudos com foco nesse objetivo. Como técnica de otimização, adotou-se o Algoritmo Genético, responsável por indicar a seção mais eficiente em função da avaliação da sua capacidade resistente, quantificada pelo Método da Resistência Direta (MRD). Este, por sua vez, necessita de uma análise de estabilidade prévia, que foi realizada por meio do Método das Faixas Finitas (MFF) em conjunto com o Método das Faixas Finitas Restringidas (MFFr), sendo utilizados para a obtenção das cargas críticas de flambagem. Realizou-se 126 análises, considerando-se seções com e sem enrijecedores, três funções objetivo, elemento de coluna com contenção lateral contínua e comprimento destravado de 1500 mm e, também, sob diferentes condições de restrições voltadas ao uso e quantidade de material. De maneira geral, os resultados demonstraram que por meio do processo de otimização é possível encontrar seções rack ótimas com maior tensão resistente característica se comparada a seção utilizada como referência. Para o elemento de coluna com contenção contínua, foi possível encontrar seções com aumento da tensão resistente característica de cerca de 38 a 40%. Além disso, a eficiência do processo de otimização mostrou-se dependente do comprimento do elemento de coluna e, principalmente no comprimento destravado de 1500mm, das restrições impostas ao problema.Item Proposta de dimensionamento geotécnico de tirantes por meio de ensaios de recebimento.(2019) Dias, Marcus Vinícius Lima; Gomes, Romero César; Porto, Thiago Bomjardim; Gomes, Romero César; Ferreira, Lucas Deleon; Azevedo, Crysthian Purcino BernardesNo Brasil é notável a escassez de estudos acerca da determinação da capacidade de carga e do dimensionamento do bulbo ancorado em ancoragens reinjetáveis e protendidas. Neste contexto, torna-se importante uma avaliação detalhada da influência da capacidade de carga no correto dimensionamento das ancoragens, buscando a otimização das estruturas. Este trabalho teve como objetivo otimizar duas estruturas ancoradas, propondo novos valores de comprimento ancorado, com a determinação da capacidade de carga por meio da análise dos ensaios de recebimento. Além disso, foi objetivo desta pesquisa propor novos valores do coeficiente de ancoragem (𝑘) para os dois tipos de solos das regiões de implantação das estruturas, mostrando a relevância desse parâmetro na determinação da capacidade de carga das ancoragens. Para o desenvolvimento do estudo, utilizou-se um banco de dados de 40 tirantes executados em uma cortina atirantada do município de João Monlevade e 72 tirantes inseridos em uma contenção no município de Antônio Dias. Através da análise dos ensaios de recebimento, aplicou-se a extrapolação matemática de Van der Veen (1953), obtendo-se cargas de ruptura para cada um dos tirantes executados nessas obras. Com os valores de capacidade de carga obtidos e considerando o critério de exclusão de Aoki (2013) para cada uma das ancoragens, calculou-se, baseado na metodologia de Porto (2015), os comprimentos ancorados dos tirantes considerados aceitáveis e confiáveis, comparando os mesmos com o comprimento ancorado de projeto. Para a cortina de João Monlevade obteve-se um comprimento extrapolado 17% menor que o comprimento de projeto e para a cortina de Antônio Dias, essa diferença foi de 28,5%, obtendo desta forma resultados satisfatórios em relação a um dimensionamento mais eficiente técnico e economicamente. Além disso, foi proposto neste trabalho novos valores de coeficiente de ancoragem (𝑘) para os dois solos predominantes na implantação dessas estruturas: silte argilo arenoso e silte arenoso, sendo esses, de variabilidade baixa, ou seja, resultados consistentes e uniformes, o que contribuiu para o aumento de um banco de dados de referência para a estimativa da capacidade de carga em solos próximos às duas regiões estudadas.Item A aplicação de Simheuristic para operação eficiente de um circuito de britagem.(2019) Santos, Mário Sérgio dos; Euzebio, Thiago Antonio Melo; Souza, Marcone Jamilson Freitas; Cota, Luciano Perdigão; Euzebio, Thiago Antonio Melo; Souza, Marcone Jamilson Freitas; Cota, Luciano Perdigão; Monteiro, Paulo Marcos de Barros; Dórea, Carlos Eduardo Trabuco; Mazzinghy, Douglas BatistaNem sempre a opção de utilizar todos os equipamentos disponíveis em uma linha de produção é a solução de maior produtividade. Neste trabalho, um algoritmo baseado em Simheuristic é aplicado em um sistema de suporte à decisão que busca a quantidade ótima de equipamentos que devem operar no circuito de britagem. O estudo é feito com base em um circuito de britagem de minério de ferro da usina de Conceição II, localizada em Itabira-MG, da empresa Vale S.A., composto por 16 britadores divididos em 4 estágios de britagem. Desenvolve-se um simulador do processo de britagem, considerando-se as dificuldades inerentes às aplicações industriais, tais como erros e/ou indisponibilidade de medições, imprecisão de modelos, dimensão do processo etc. Na sequência implementa-se o otimizador que tem como função objetivo o resultado da simulação. Os resultados de diversos cenários simulados mostram um aumento de produção e uma redução do consumo energético.