Navegando por Orientador "Mello, Paulo Eduardo Batista de"

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Análise comparativa das laternativas para simulação CFD de tanque de mistura operando em regime turbulento
(2010) Sophia, L. V. G
Os tanques de mistura são amplamente utilizados nos processos industriais: químicos, petroquímicos, farmacêuticos, alimentícios e nas estações de tratamento de efluentes. O comportamento de um sistema de agitação tem um grande impacto na qualidade do produto e no custo de produção. O projeto adequado de um sistema de mistura pode minimizar os gastos energéticos do equipamento e seu tempo de processamento, além de melhorar a uniformidade do produto. O número de Potência é um parâmetro fundamental para o dimensionamento do tanque e também para estimar o consumo energético. Nas aplicações industriais de mistura, o consumo de potência por unidade de volume é um dos parâmetros mais utilizados para aumento e diminuição de escalas (scale-up e scale-down) de projeto. A CFD (Computational Fluid Dynamics) tem apresentado um papel importante para ajudar a entender o complexo comportamento do escoamento no interior do tanque agitado. O presente trabalho apresenta uma comparação dos diferentes modelos para tratamento do domínio rotativo utilizados na simulação CFD de tanques de mistura. As simulações foram realizadas para um impelidor do tipo pás inclinadas 45°, operando em regime turbulento. Além disso, é proposto um procedimento para o cálculo do número de Bombeamento no interior do tanque agitado. Os resultados obtidos através das simulações numéricas são validados através da comparação com resultados experimentais disponíveis na literatura. Os resultados obtidos mostraram que os números de Potência obtidos pelo modelo Frozen Rotor são bastante próximos aos resultados obtidos pelo modelo Stage, mostrando que o número de Potência permanece praticamente constante em função do número de Reynolds. Conseqüentemente, os modelos ofereceram resultados próximos para a estimativa de consumo energético do sistema de agitação. Os diferentes modelos para tratamento do domínio rotativo apresentaram diferenças nos resultados para o número de Bombeamento, linhas de corrente e relação número de Potência / número de Bombeamento (Np/NB), mostrando que a qualidade dos resultados é influenciada pelo modelo escolhido.
Análise de uma alternativa para o acionamento da bomba de água de um sistema de arrefecimento automotivo através de simulação computacional
(2010) Bussacos, F. H.
O presente trabalho apresenta um modelo numérico do sistema de arrefecimento de um veículo de porte médio trabalhando com etanol. O levantamento dos parâmetros necessários para a simulação é discutido em detalhes. Foi utilizado um software específico para a simulação de sistemas de veiculares. O modelo foi validado através da comparação com dados experimentais obtidos com um veículo real. A validação foi feita várias condições de utilização, entre elas: subida de serra; velocidae máxima; velocidade constante em estrada, marcha-lenta; ciclo padrão de consumo urbano e ciclo padrão de consumo rodoviário. A comparação dos resultados numéricos com os resultados experimentais mostrou que o modelo numérico descreve adequadamente o comportamento do sistema real, permitindo a avaliação de diferentes alternativas de projeto para o sistema de arrefecimento. O presente trabalho sugere o uso de uma bomba de água com acionamento através de um motor elétrico, como alternativa ao acionamento mecânico. Esta proposta visa melhor estabilização da temperatura de trabalho do motor e por consequência reduzir consumo de combustível e emissões de poluentes do veículo..
Análise experimental dos efeitos dos vazamentos internos no desempenho de um expansor tipo Scroll
(2017) Romão, D. A.
Avaliação da influência da inclinação sobre a capacidade de transporte de uma calha fluidizada
(2014) Prado, Jonas Gonçalves.
Sistemas de transporte pneumático são utilizados para o transporte de partículas sólidas secas em diferentes segmentos da indústria, dos quais se destacam o de mineração, petroquímica, alimentos, farmacêutico, entre outros. O método de transporte pneumático com calha fluidizada consiste em transportar as partículas sólidas enclausuradas em um canal inclinado, utilizando uma condição de fluidização. A calha fluidizada é dividida em duas câmaras; superior por onde passa o material e inferior por onde entra o ar de fluidização. Estas câmaras são divididas por uma tela que permite a passagem do ar para fluidizar o material durante o funcionamento da calha. Por necessitar de inclinação descendente, a calha fluidizada pode exigir certos desníveis para o transporte de material por longas distâncias. Considerando as necessidades da indústria de projetar com confiabilidade este tipo de equipamento, este trabalho apresenta um estudo experimental sobre a influência da inclinação da calha sobre a quantidade de material transportado. Todos os estudos foram realizados utilizando duas diferentes composições de alumina, com tamanhos de partícula semelhantes, em torno de 100um. As características do material transportado foram avaliadas de forma rigorosa, através de caracterização granulométrica, determinação da velocidade mínima de fluidização e análise em microscópio eletrônico de varredura (MEV). Os testes experimentais com a calha fluidizada permitiram quantificar a quantidade de material transportado em diferentes inclinações e a energia requerida pelo ar para a realização do transporte. Os resultados obtidos foram comparados com correlações disponíveis na literatura.
Avaliação de vazamentos internos em expansores scroll com o uso de simulação CFD
(2017) Oliveira, F. V.
A geração de energia distribuída tem se tornado uma alternativa interessante para o fornecimento de energia ao economizar investimentos em linha de transmissão e reduzir as perdas. O aproveitamento de fontes de calor de baixa temperatura, geralmente rejeitadas ao meio ambiente, e a utilização da energia proveniente de fontes renováveis surgem como possíveis aplicações. Nesse contexto, a seleção do expansor (ou turbina) que deve apresentar uma alta eficiência isentrópica para otimizar a geração de energia requer uma atenção especial. Para aplicações de baixa potência (1 kW até 10 kW), o expansor scroll é o mais recomendado, de acordo com trabalhos recentes. Estudos anteriores mostram que os vazamentos internos são as principais fontes de ineficiência desse tipo de máquina. Embora o desempenho do expansor possa ser caracterizado pelo fator de preenchimento e eficiência isentrópica, não é comum observar tais resultados em pesquisas na área de simulação numérica, juntamente com a validação. Neste trabalho é estudado o efeito dos vazamentos internos sobre o desempenho de um expansor scroll ao realizar simulações transientes do escoamento compressível utilizando a Fluidodinâmica Computacional (CFD). A potência gerada, o fator de preenchimento e a eficiência isentrópica são obtidos e comparados com os resultados experimentais do grupo de pesquisa. Foi verificado que o fator de preenchimento não se altera com a variação da razão de pressão, ou seja, os vazamentos internos permanecem praticamente constantes com o aumento da pressão de entrada. O aumento da folga tangencial reduz o valor da razão de pressão onde é observada a máxima eficiência isentrópica. Se comparado aos valores experimentais, as simulações mostraram potência gerada 22% superior e fluxo de massa 20% inferior. Os valores de potência são bastante satisfatórios e essa diferença pode ser atribuída ao atrito presente na máquina real. O desvio no fluxo de massa leva a concluir que no experimento estavam ocorrendo vazamentos de topo, não considerados nas simulações numéricas
Avaliação experimental da eficiência isentrópica de um expansor tipo scroll
(2017) Fanti, Gabriel Rossi
Diversos autores apontam para o crescimento na demanda de energia no mundo nos próximos anos, onde a energia elétrica representa uma parcela significativa desse crescimento. Visando suprir esse aumento na demanda mundial, há grande interesse na otimização da utilização da energia disponível e na geração de energia limpa. Dentro deste escopo, duas tecnologias se destacam: o Ciclo Rankine Orgânico (ORC) e o sistema de Armazenamento de Energia por Ar Comprimido (CAES). Ambas apresentam adequação à geração de energia em pequena escala ou descentralizada. Como a máquina de expansão possui grande influência na eficiência global de um dado ciclo de geração de potência, esta deve ser cuidadosamente escolhida. Diversos estudos apontam para o potencial uso da máquina de expansão do tipo scroll em ciclos de geração de potência de pequena escala. Sendo assim, visando ampliar os resultados experimentais da literatura, o presente trabalho tem por objetivo avaliar o desempenho de um expansor scroll operando com ar comprimido como fluido de trabalho. Para tal, um protótipo foi projetado, fabricado, montado e ensaiado. Foram realizados diversos ensaios e foram levantadas as curvas de potência gerada e eficiência isentrópica em função da relação de pressões. Ao final dos experimentos, o protótipo foi capaz de gerar 1043 W quando testado a 2114 rpm com relação de pressão de 3,9. A eficiência isentrópica apresentou pico de 29%, abaixo do esperado. O maior causador do baixo rendimento foram os vazamentos internos, sobretudo provenientes das folgas tangenciais. Observaram-se vazões volumétricas elevadas ao longo dos experimentos, fato esse evidenciado pelos valores igualmente altos do fator de preenchimento. Os resultados experimentais permitem concluir que as folgas internas do protótipo devem ser reduzidas para a melhoria da eficiência do dispositivo.
Estratégia para simulação CFD de um expansor scroll
(2017) Silva, F. M. F.
O consumo energético mundial tem aumentado exponencialmente nos últimos anos, demonstrando uma evolução econômica global, um aumento na qualidade de vida da população e sinalizando um possível esgotamento de alguns recursos naturais para geração de energia. Alternativas de recuperação do calor rejeitado e o uso de fontes renováveis têm sido cada vez mais estudadas. O Ciclo Orgânico Rankine (ORC) tem sido estudado recentemente para realizar a conversão do calor rejeitado em trabalho e o Armazenamento de Energia em Ar Comprimido (CAES) tem sido avaliado para amenizar o problema de intermitência na geração de energia com fonte solar e eólica. As duas tecnologias são altamente influenciadas pela eficiência isentrópica do expansor (ou turbina). Expansores do tipo scroll são indicados para ciclos de baixa potência (geralmente inferiores a 10 kW). Este tipo de expansor têm sua eficiência isentrópica diminuída por vazamentos internos, conforme demonstrado em trabalhos recentes. Neste trabalho é apresentada a estratégia para realizar simulações transientes 2D e 3D utilizando Fluidodinâmica Computacional (CFD) de um expansor do tipo scroll com a técnica de remesh para quantificar o escoamento interno e os vazamentos internos. Os resultados são comparados entre si e com resultados experimentais de outros trabalhos do grupo de pesquisa.
Estudo de potenciais melhorias em eficiência energética veicular por meio de simulação dinâmica longitudinal
(2020) Kira, Lucas de Carvalho
Este trabalho apresenta o estudo de potenciais melhorias em eficiência energética veicular, tendo como base o contexto do programa Rota 2030 e a utilização de simulação dinâmica longitudinal por meio do software comercial AVL CRUISE. Um veículo em produção foi modelado em sua configuração inicial e simulações foram conduzidas utilizando os ciclos FTP-75 (NBR 6601), HWFET (NBR 7024) e também manobras de retomadas. Os resultados foram validados por meio de testes experimentais realizados em dinamômetro de chassi, utilizando os mesmos ciclos, manobras e condições das simulações. Para entender o efeito de diferentes tecnologias, parâmetros do motor e do sistema de transmissões foram variados, permitindo simulações com análises de sensibilidade da eficiência energética. As modificações avaliadas foram: mudança para transmissões de seis velocidades, adição de sistema stop-start, alteração da relação de compressão de 12,5:1 para 13,9:1 e redução da massa veicular. Por fim, uma das propostas foi validada com testes experimentais nos ciclos e manobras inicialmente definidos, permitindo também a comparação do desempenho veicular, que melhorou em manobras de retomadas. Os resultados do estudo mostraram excelente concordância entre as simulações e testes experimentais, resultando em desvios em consumo acumulado de combustível de no máximo 1,49 %. Tais resultados suportam a redução do número de protótipos construídos, testes experimentais realizados e prazos envolvidos no desenvolvimento de um novo veículo, o que diretamente reduz os custos de um projeto. Foram propostas melhorias em consumo acumulado de até 14,27 % para o ciclo FTP-75 (NBR 6601) e 10,08 % para o ciclo HWFET (NBR 7024), suportando a demanda inicial do programa Rota 2030. Os resultados permitem a obtenção dos incentivos fiscais oferecidos pelo programa sem a necessidade de componentes com alto custo de produção, além de reduzirem também as emissões de CO2
Metodologia para dimensionamento de um expansor scroll para ciclo rankine
(2018) Bellé, S.
Com o objetivo de assegurar o fornecimento de energia, reduzir mudanças climáticas e otimizar a utilização das fontes de energia disponíveis por meio da geração de energia limpa, tecnologias de recuperação de calor e o uso de fontes renováveis têm sido incentivadas e desenvolvidas. Neste cenário, surgem novas tecnologias promissoras como o Armazenamento de Energia com Ar Comprimido, do inglês Compressed Air Energy Storage (CAES), visando amenizar o problema de intermitência na geração de energia com fonte solar e eólica; e o Ciclo Orgânico Rankine, do inglês Organic Rankine Cycle (ORC), visando o aproveitamento do calor rejeitado a baixa temperatura para a geração de potência. Diversos estudos apontam para o potencial uso da máquina de expansão do tipo scroll em ciclos de geração de potência de pequena escala, por apresentarem alta eficiência isentrópica. Sendo assim, uma metodologia para dimensionamento de expansores scroll operando em um ORC é proposta, levando em consideração fatores construtivos e operacionais. Uma análise de um novo protótipo é realizada seguindo a metodologia, considerando como fluido de trabalho o R245fa, razão volumétrica de 3,5 e potência de 1,5 kW. No entanto, a aplicação da metodologia para o dimensionamento de expansores pode ser aplicada para outros fluidos. O presente trabalho está inserido em uma linha de pesquisa em andamento na FEI, que teve início com testes experimentais de um protótipo de expansor scroll trabalhando com ar comprimido. Desta forma, a experiência do grupo de pesquisa é utilizada na avaliação e discussão de fatores importantes como o balanceamento do dispositivo, a vedação como fator importante para a aplicação em ORC e a relação direta entre as dimensões do dispositivo, sua razão volumétrica e sua eficiência isentrópica
Metodologia para simulação do consumo de combustível em veículos automotores
(2015) Pellegrino, Marcio Augusto Pereira
Durante estágios iniciais do projeto de um veículo, a seleção adequada de um determinado trem de força dentre as opções disponíveis reduz o tempo e o custo de desenvolvimento. A correta seleção evita a repetição de testes dispendiosos e longos. A simulação é uma ferramenta importante que conduz o projetista a uma seleção de trem de força mais apropriada a dado veículo e, ao mesmo tempo, satisfazendo as especificações de consumo de combustível. Neste trabalho, um modelo numérico baseado na dinâmica longitudinal do veículo é apresentado. O programa de simulação que implementa o modelo é capaz de predizer o consumo de combustível quando o veículo é submetido à ciclos em que o perfil de velocidades em função do tempo é conhecido. Os resultados obtidos na simulação são validados através de comparação com testes conduzidos com veículos reais. O erro do consumo de combustível médio dos casos analisados é de aproximadamente 5% ou menor. O consumo para o veículo 1 medido foi de 20,354 km/l e o simulado 20,517 km/l. O veículo 2 apresentou consumo medido de 18,44 km/l e simulado de 19,40 km/l.
Modelo termodinâmico para avaliação das perdas de desempenho em expansores do tipo scroll
(2019) Maiochi, V. H.
Simulação computacional do comportamento térmico de um disco de freio ventilado
(2010) Ciolfi, M. J.
O comportamento térmico de um sistema de freio tem influência direta sobre os demais fatores que determinam seu desempenho, como a distância de frenagem, estabilidade do veículo, coeficiente de atrito e força necessária no pedal para acionamento do freio. Devido à dinâmica e distribuição de massa do veículo, os discos de freio dianteiros são os componentes que devem dissipar a maior parte da energia cinética do veículo sob a forma de calor, durante o processo de frenagem. Considerando o objetivo da indústria automobilística mundial de desenvolver discos de freio com custos e tamanhos reduzidos, é apresentada, neste trabalho, uma metodologia capaz de simular as condições de um veículo de passeio em frenagem, em conjunto com as características de dissipação de energia, considerando suas características físicas. Para tanto é utilizada a técnica de simulação conhecida na literatura por Computational Fluid Dynamics (CFD), ou dinâmica dos fluidos computacional. Os resultados obtidos na simulação são validados com base em resultados de ensaio em veículo
Simulação térmica e estrutural de um trocador de calor cerâmico para operação em altas temperaturas
(2015) Villanueva, H. H. S.
Diversas aplicações que utilizam trocadores de calor alcançariam maiores rendimentos com o uso de temperaturas mais altas em seus processos. No entanto, a temperatura máxima possível de operação do trocador de calor costuma ser o fator limitante, seja por questões estruturais ou de corrosão. A utilização de materiais cerâmicos para fabricação de trocadores de calor é reportada na literatura como uma possibilidade para se conseguir aumentar a temperatura poucos estudos específicos estão disponíveis. Visando ampliar os resultados experimentais da literatura, o presente trabalho teve por objetivo discutir aspectos relativos à fabricação, aos ensaios em bancada e ao tratamento dos dados experimentais de um trocador de calor cerâmico, fabricado e testado para operar em contracorrente. O desempenho do trocador de calor cerâmico foi avaliado em regime permanente dentro da faixa de número de Reynolds entre 200 e 2.900. Nessa faixa, o trocador apresentou efetividades entre 0,620 e 0,901 e perda de carga entre 0,13 e 4,67 mbar. Por fim, foram realizados ensaios destrutivos, nos quais a temperatura de operação foi elevada em etapas até a falha do trocador, que ocorreu a 800ºC. Como objetivos secundários, foi escopo deste trabalho a modelagem numérica da região afetada do trocador através da Mecânica dos Fluidos Computacional (CFD), com a qual foram obtidas correlações para os fatores f de atrito e j de Colburn em função do número de Reynolds e parâmetros geométricos. Um modelo tridimensional do trocador completo também foi desenvolvido com o objetivo de obter a distribuição de temperatura nas paredes cerâmicas do trocador e utilizá-las como condição de contorno em um modelo de elementos finitos, no qual, o critério de Coulomb-Mohr modificado foi aplicado para fins de previsão de falha em função das temperaturas dos ensaios destrutivos.
Trocadores de calor cerâmicos para aplicações em altas temperaturas:uma análise experimental
(2013) Scuotto, S.
Quando se trata de altas temperaturas (acima de 800 oC), um trocador de calor metalico nao e uma alternativa economicamente viavel. Uma das opcoes e se usar trocadores de calor construidos com materiais ceramicos. O presente trabalho apresenta o desenvolvimento completo de um ensaio experimental em bancada de um trocador de calor ceramico (TCC). As investigacoes contemplaram as escolhas do material ceramico, do tipo de trocador de calor, do sistema de aquecimento para a linha de fluido quente e passaram pela construcao da bancada de ensaios e do proprio TCC, culminando com os testes, que alcancaram temperaturas maximas proximas de 1000 C. Os resultados dos ensaios foram discutidos a luz da metodologia para calculo de trocadores de calor compactos difundida pelo trabalho de Kays e London (1984). O trocador de calor escolhido e do tipo placas, para operar em contracorrente com ar em ambos os lados, a temperaturas maximas proximas de 1000 C. A partir da coleta de dados de temperatura e pressao de entrada e saida do ar no TCC foi possivel a determinacao da efetividade e do trocador de calor. Com esses parametros, determinaram-se os coeficientes j de Colburn e f de Fanning.
Trocadores de calor cerâmicos para aplicações envolvendo altas temperaturas:um estudo numérico através de simulação com dinâmica dos fluidos computacional
(2010) Monteiro, Deiglys Borges
Sistemas como os de geracao de energia eletrica ou aqueles em que se deseja o aumento da eficiencia energetica necessitam de trocadores de calor capazes de operar a altas temperaturas, tipicamente superiores a 800º C. Para suportar as condicoes de operacao desses sistemas esses trocadores de calor devem ser construidos com materiais ceramicos. Entretanto a literatura traz poucas informacoes sobre as tecnicas de projeto destes componentes. O presente trabalho utiliza a tecnica conhecida por CFD (Dinamica dos Fluidos Computacional) para um estudo inicial de uma geometria de um trocador de calor ceramico (TCC) do tipo placas para aplicacoes envolvendo altas temperaturas. A metodologia de calculo para trocadores de calor compactos pode ser aplicada. O trocador de calor ceramico proposto ira operar com gases escoando em contra-corrente. Buscando suprir a carencia de informacoes sobre o projeto termico do TCC o presente trabalho levantara valores para os fatores j de Colburn e atrito f em funcao do numero de Reynolds a partir dos quais foram desenvolvidas correlacoes adequadas para a geometria proposta. E feita uma validacao da ferramenta de simulação usando configuracoes geometricas similares para trocadores de calor compactos. A partir das correlacoes desenvolvidas e possivel se obter a efetividade, as temperaturas de saida dos fluidos e a queda de pressão provocada por este tipo de trocador de calor ceramico.