Programa de Pós-Graduação de Mestrado e Doutorado em Engenharia Mecânica
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Navegando Programa de Pós-Graduação de Mestrado e Doutorado em Engenharia Mecânica por Orientador "Albuquerque Neto, Cyro"
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Dissertação Análise de desempenho e emissões de um motor de combustão interna operando com duas diferentes taxas de compressão e diversas misturas de etanol e água(2018) Torres, Darlan J. G.Diante dos problemas ambientais globais, a busca de soluções que podem proporcionar menores emissões em veículos que operam com motores de combustão interna, e também a busca da economia de energia, seja na utilização dos combustíveis nos próprios veículos ou em processos industriais, está continuamente sendo explorada. Combustíveis alternativos e motores de combustão interna mais eficientes são assuntos que poderão decidir o futuro da concepção de propulsão veicular a médio, curto ou longo prazo. Neste trabalho uma análise experimental do desempenho e emissões de um motor ciclo Otto operando com duas diferentes taxas de compressão e diversas misturas de combustível etanol anidro com variação do teor de água é apresentada. Para tanto, o motor foi instrumentado e montado em uma bancada dinamométrica, teve o avanço do ponto de ignição e injeção de combustível calibrados pelo controlador MegaSquirt® de forma a obter o máximo torque por rotação com mistura estequiométrica. Alguns parâmetros característicos do motor e das emissões provenientes do seu sistema de exaustão foram aquisitados. Os resultados mostraram que o motor foi capaz de operar com uma mistura combustível de etanol e 50% de água em volume, condição esta que ainda não havia sido realizada por nenhum trabalho consultado nas literaturas verificadas, além do mais, houve significativa redução de emissão de NOx à medida que aumentou a fração de água na mistura, ficou evidente que o aumento da taxa de compressão reduziu o consumo específico de combustível e também reduziu a temperatura dos gases de exaustão e por outro lado aumentou a eficiência de conversão do combustível.Dissertação Análise do comportamento transiente de um trocador de calor compacto: aplicado ao sistema de arrefecimento de um fórmula SAE elétrico(2016) Rodrigues, KaueA análise do comportamento transiente de um trocador de calor vem sendo estudada cada vez mais por pesquisadores. Este tipo de análise é importante para veículos de competição que estão sujeitos a situação de picos de potência. O objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento de um trocador de calor normalmente usados em veículos automotivos quando em regime transiente. Para tanto foi desenvolvido um aparato experimental em túnel de vento onde este trocador de calor foi testado em diferentes condições de rejeição de calor. Um modelo matemático foi desenvolvido para simular o comportamento transiente do trocador. Este modelo foi validado com os dados experimentais e aplicado em algumas situações típicas de veículos de competição. A ferramenta gerada neste trabalho pode prever o comportamento de trocadores de calor automotivos quando em picos de rejeição térmica.Dissertação Análise exergética de um sistema de compressão de CO2 de uma plataforma FPSO(2022) Lopes, J. G.A descoberta do pré-sal e os investimentos em sua exploração impulsionaram a produção de petróleo e gás natural brasileira a figurar entre as dez maiores do mundo em 2019. As Unidades Flutuantes de Produção e Transferência de Petróleo e Gás Natural (FPSO) se tornaram as opções mais viáveis para a exploração nesta região por permitirem produzir e estocar grandes quantidades de óleo e gás a longas distâncias da costa. Dentre os grandes desafios das FPSO, a necessária autossuficiência energética e o espaço limitado para acomodar uma série de equipamentos são os que se destacam. Os sistemas de compressão de gases são os que se sobressaem por estarem entre os maiores consumidores de energia na plataforma e por contarem com equipamentos de grandes proporções físicas. Por outro lado, os subsistemas de compressão para aplicações em CCS (Carbon Capture and Storage) ou EOR (Enhanced Oil Recovery), responsáveis pela compressão de gases não aproveitados (principalmente CO2) a pressões suficientemente grandes para reinjeção nos poços, tornaram-se primordiais para redução da emissão de gases do efeito estufa, além de maximizar a produção de óleo. Isto posto, a presente dissertação consiste na análise exergética do sistema de compressão de CO2 de uma plataforma FPSO, mapeando o consumo de energia e as irreversibilidades presentes no processo, medindo a proximidade do desempenho ideal dos equipamentos e avaliando o impacto da fração molar de CO2 e da vazão mássica na entrada do sistema de compressão e a influência da unidade de recirculação anti-surge nos resultadosDissertação Análise térmica de coberturas verdes aplicadas em contêineres(2019) Moura, C. A.Dissertação Balanço térmico do copo humano em testes de corrida e de ciclismo a partir da termografia e ergoespirometria(2018) Igarashi, T. L.Durante uma atividade fisica, o sistema termorregulatório é altamente solicitado a fim de manter a temperatura interna do corpo dentro dos parâmentros normais para o seu funcionamento. Este trabalho tem como objetivo o estudo do balanço térmico do corpo humano durante o exercício de corrida e ciclismo, além de realizar uma discussão entre as metodologias para os cálculos dos mecanismos de transferência de energia entre o corpo e o ambiente. A medição da temperatura da pele foi realizada de forma não invasiva, com o uso de uma câmera térmica. Os indivíduos foram submetidos ao exercício de corrida em esteira e de ciclismo em uma bicicleta ergométrica, com variação incremental da velocidade até a exaustão. Foram medidos os dados de metabolismo e ventilação pulmonar com um sistema de calorimetria indireta e, para o exercício da bicicleta, também foi medido o trabalho.A partir desses dados foram calculadas as parcelas de transferência de energia com o ambiente pela pele (convecção, evaporação e radiação), pela respiração e variação de energia interna. Essas variáveis foram analisadas no balanço energético. A temperatura média da pele diminui ao longo do exercício para as duas atividades, com variação maior na corrida. A radiação é responsável pela menor parcela no balanço térmico, enquanto a convecção e evaporação pela pele e respiração tem uma maior influência no troca térmica.Dissertação Controle de emissões evaporativas durante reabastecimentos:um estudo para o Brasil(2015) Maciel, Luís A. C.Mundialmente, os níveis das emissões gasosas por veículos movidos a motores de combustão interna têm diminuído consideravelmente. Porém, esta forma de emissão não é a única fonte de poluição atmosférica causada por veículos; há também as emissões evaporativas de combustíveis, bem mais discretas, mas nem por isso menos danosas. Tanto na rede de distribuição de derivados de petróleo como nos automóveis em si, sistemas de controle das emissões evaporativas dos combustíveis continuam desempenhando papel secundário no contínuo trabalho de tornar os automóveis menos impactantes ao meio-ambiente. Embora praticamente invisível aos olhos humanos, a emissão de Compostos Orgânicos Voláteis (COVs) contribui para a formação de ozônio na baixa atmosfera, além de afetar a saúde de frentistas e demais pessoas que manuseiam combustíveis com muita frequência. Ao prejudicar lavouras, por exemplo, através da penetração do ozônio troposférico nas folhas das plantas, os COVs também demonstram afetar a economia e o meio-ambiente de um modo geral. Atualmente, as emissões evaporativas de COVs já superam as emissões gasosas, e o instante em que isto ocorre de forma mais acentuada é no ato do abastecimento de um automóvel. Ao abrir-se o bocal do tanque de combustível, vapores já existentes no tanque estão livres para escaparem à atmosfera. Quando combustível é bombeado para dentro do tanque, o volume de líquido aumenta dentro deste, e COVs lá existentes são forçados a fluírem para o ambiente externo. A adoção de um sistema O.R.V.R. (“On-board Refueling Vapor Recovery” ou Recuperação a Bordo dos Vapores no Reabastecimento), como já existente nos Estados Unidos, pode praticamente eliminar a liberação de tais vapores. Percebe-se, porém, que o sistema O.R.V.R. resolve apenas o problema quando instalado de fábrica em automóveis novos; para impedir o lançamento de COVs em veículos já existentes, é necessária a adoção de dispositivos de captação dos vapores em postos de abastecimento. Mais ao final do trabalho, uma análise do desperdício é apresentada – com base no resultado de testes feitos nos Estados Unidos e no Brasil – sob a perspectiva individual e também sob a perspectiva de toda a nação, para que se possa avaliar os custos destas ações para a indústria automobilística e para a rede de distribuição de combustíveis, bem como os benefícios ambientais e sociaisDissertação Desempenho térmico de baterias de íons de lítio prismáticas em teste de carregamento: análise numérica e validação experimental(2023) Salmazo, João Victor MáximoA transição para fontes de energia limpa, especialmente no setor de transportes, ganha destaque devido à crescente preocupação com as mudanças climáticas e a poluição. O uso de baterias de lítio em veículos elétricos é comum, mas sua eficiência e segurança dependem de sua temperatura ideal de operação. Esse trabalho teve como principal objetivo realizar uma análise térmica do carregamento de um conjunto de baterias de LiFePo4, com base em um experimento conduzido pela Hion-Tecnologia para o desenvolvimento de um pack de baterias destinado a empilhadeiras. A metodologia envolveu simulações no Ansys-Fluent, utilizando o modelo NTGK. Essas simulações não apenas foram contrastadas com o experimento original, mas também exploraram o efeito de simplificações no modelo, por exemplo a influência da ausência dos cabos de carregamento das células, de desconsiderar o modelo de radiação e do impacto da convecção forçada. Os resultados mostraram que a ausência de cabos aumentou o desvio da temperatura das células em relação ao experimento e reflete menos a realidade por ignorar fenômenos que ocorrem nos cabos (efeito joule, condução, convecção e radiação). Foi visto que a radiação representa uma parcela significativa da troca de calor pelas laterais das baterias e não deve ser desprezada. Na simulação onde foi aplicada a convecção forçada, a temperatura máxima das baterias em 1 hora de carregamento foi reduzida em 6,85°C, em comparação com o experimento, mantendo as células na faixa ideal de temperatura. No entanto, é importante destacar que durante a aplicação real, o volume de ar no pack será muito menor que na incubadora e a convecção forçada pode não ser tão eficazDissertação Dissertação Identificação de parâmetos do sistema respitarótio de pacientes com COVID-19(2023) Hara, Jonathan GenzoA simulação do sistema respiratório do corpo humano permite prever as respostas do corpo às mais severas situações, especialmente em cenários perigosos ou difíceis de reproduzir. Por outro lado, para que as respostas das simulações sejam confiáveis, elas precisam ser coerentes com a realidade, o que pode representar um grande desafio na simulação de indivíduos cujas fisiologias se encontrem demasiadamente longe dos padrões da medicina, como quando há comorbidades ou outras doenças que causem grandes alterações nas capacidades de trocas gasosas do corpo. A solução para isso é a utilização dos parâmetros fisiológicos específicos desses indivíduos nessas simulações. Evidentemente, esses parâmetros não estão disponíveis na literatura, por isso é preciso obtê-los, via experimentação ou otimização. Este trabalho buscou a obtenção dos parâmetros fisiológicos específicos dos sistemas respiratórios de indivíduos simulados, cujas gasometrias arteriais e venosas foram aproximadas às de pacientes internados com COVID-19. Utilizando rotinas de otimização por recozimento simulado, foi desenvolvido e testado um modelo matemático para simular esses indivíduos. Os resultados obtidos confirmaram a capacidade de convergência matemática do modelo comparado a 3 situações controle, mas apresentou dificuldades de representar as condições dos pacientes internados com COVID-19, demonstrando a necessidade de uma filtragem inicial dos valores de entrada, para alcançar uma melhor estabilidade. Essa melhoria de estabilidade e o refinamento da rotina de otimização, incluindo otimização em tempo real, com simulações em regime transiente, são alvos para os próximos estudos a serem desenvolvidos a partir deste trabalhoDissertação Simulação transiente de um expansor scroll utilizando modelo termodinâmico e linguagem de programação(2022) Sander, Luís Henrique CyrilloExpansores dotiposcrollsãoindicadosparaciclosdebaixapotência,geralmentede até 10kW.Nessafaixadepotencia,ousodoexpansorscrolléinteressanteparageraçãode energiadescentralizada,principalmenteemduasaplicações:utilizandooCicloOrgânicode Rankine (ORC)paraaproveitarasfontesdeenergiaalternativas,debaixatemperatura,eno Armazenamento deEnergiaporArComprimido(CAES),utilizadoparaamenizaroproblema de intermitêncianageraçãodeenergiacomfontesolareeólica.Ambasalternativassãosolu- ções estudadasparadiminuiroimpactoambientalcausadopelageraçãodeenergiacomcom- bustíveisfósseis.Conseguirpreverofuncionamentodoexpansornessesciclosédegrande importância, paragarantiromáximoaproveitamentodaenergiadisponível.Nestetrabalho,um modelo termodinâmicodeterminísticoémelhoradoeutilizadoparasimularousodeumprotó- tipo deexpansorscrollemaplicaçõescomarcomprimidoefluidosorgânicos,considerandoos efeitos dasdiferentesirreversibilidadescausadaspelasubesobreexpansão,atrito,vazamentos internos, transferênciadecalorebloqueioparcialdobocaldeadmissão.Estemodelofoivali- dado comosresultadosexperimentaisdisponíveisnaliteraturarevisada,sendocapazdegerar resultados realistasecomumcustocomputacionalmuitomenorquandocomparadocomas simulações CFD.Omodelovalidadomostrou-seútilquandoaplicadonafasedeprojeto,para otimizar oparâmetrosvisandoomáximodesempenhodoexpansor,comotambémparagerar resultados maisrealistasemestudosdeciclos