Teses e Dissertações

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Coordenação ótima de comboios baseada em sistema de sugestão de perfil cinemático
(2022) Dal Bon Tonetto, Paulo Eduardo
Órgãos internacionais como United States Environmental Protection Agency (EPA) e European Environment Agency (EEA) relatam que há tendência de crescimento das emissões dos veículos pesados para os próximos anos. Uma das possíveis explicações para isto é o fato de existir uma projeção indicando que a demanda pelo frete de carga continuará crescendo no mundo inteiro. A busca por novas tecnologias para reduzir as emissões de gases de efeito estufa no segmento de transporte, especialmente para os veículos pesados, torna-se necessária, e a dificuldade para expandir a malha rodoviária faz buscar novas estratégias para otimizar o sistema atual visando uma melhora na eficiência energética. Para atingir tal meta, diversas frentes de estudo estão sendo exploradas. A estratégia do comboio de caminhões, na qual os veículos trafegam com pequenas distâncias entre si promovendo uma economia de combustível, vem mostrando que é uma opção viável na prática, reduzindo o consumo, os custos operacionais e a emissão de gases poluentes, sendo que o método de otimização do perfil de velocidade de forma colaborativa pode auxiliar ainda mais na economia. No presente trabalho os efeitos da inclusão de veículos que não dispõem da tecnologia necessária para a formação de comboio de forma autônoma serão estudados. Na formação, um veículo não autônomo recebe sugestões de velocidades que são calculadas através de uma estratégia de controle ótimo. Foi possível concluir que em média para o perfil ótimo de velocidade os veículos seguidores são 26,9% mais econômicos que um veículo trafegando sozinho utilizando somente a estratégia de controle de cruzeiro. Os veículos seguidores utilizando a estratégia de sugestão apresentam a mesma diferença percentual (26,9%). Portanto a inclusão de veículos HDV na formação do comboio se mostrou eficiente na economia, sendo que o consumo dos seguidores não é afetado e o do líder pouco se altera comparado com a estratégia de controle de cruzeiro
Simulação transiente de um expansor scroll utilizando modelo termodinâmico e linguagem de programação
(2022) Sander, Luís Henrique Cyrillo
Expansores 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
Controle preditivo aplicado à fase de aproximação na formação de comboios veiculares
(2022) Batista, Flávio José Bento
A automação veicular, possui diversos desenvolvimentos que compõe o chamado sistema avançado de assistência ao condutor, (ADAS - Advanced Driver Assistance System), e caminham para a direção autônoma. Um elemento crucial à evolução do ADAS, é o controle da dinâmica longitudinal veícular, realizada pelo sistema de controle de cruzeiro adaptativo (ACC - Adaptive Cruise Control), amplamente utilizado em veículos de passeio e comerciais, com intuito de aumentar a segurança, conforto e economia de combustível à viagem. Sua função é, manter determinada velocidade de cruzeiro e, na presença de veículo lento a frente, adaptar sua velocidade, controlando a distância entre os veículos e formar um comboio com segurança, evitando acidentes e erros de condução. Existem três momentos básicos com o ACC, velocidade de cruzeiro (controle de velocidade), comboio formado (controle de distância) e a fase de aproximação de formação de comboio, no qual ocorrem trocas entre estes controladores. A revisão da literatura indica, que esse gerenciamento de controladores pode ser feito de diversas formas, visando requisitos diversos. O presente trabalho, desenvolve um controlador preditivo baseado em modelo (MPC - Model Predictive Control) para um ACC, com requisitos de consumo de combustível, segurança e conforto em viagem, incluídos explicitamente na fase de projeto e não apenas constatados a posteriori, utilizando-se das propriedades do método de Controle Ótimo, intrínsecas ao MPC. Aplicando em sua formulação, as equações levantadas, referentes a consumo, segurança e conforto. Com atenção a fase de aproximação, o MPC proposto, foi simulado e analisado perante outros dois métodos com este foco, obtendo um bom desempenho em consumo, segurança e conforto, respeitando as restrições impostas em projeto e sem negligenciar um requisito em prol de outro. O controlador concebido, também foi posto à prova em outros cenários, com situações comuns de acontecer em uma rodovia. O algoritmo do MPC, foi refinado durante todas estas simulações, obtendo comportamento que satisfez as restrições de projeto na maioria das situações impostas. No entanto, ocorreram eventos de instabilidades para a segurança do sistema veícular, por parte do algoritmo idealizado, expondo frentes de pesquisa para a continuidade deste trabalho. Por fim, os resultados apresentados pelo MPC projetado, foram alcançados, inserindo na fase de projeto os requisitos de consumo, segurança e conforto, obtendo boa performance, quando comparado as técnicas estudadas
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 resultados
Análise numérica dos efeitos pulsativos em um motor monocilíndrico turboalimentado
(2021) Silva, João Paulo da
Durante os úlltimos anos, houve um crescente estudo em diferentes áreas do setor automobilístico para aplicações de turbocompressores, com o objetivo de aumentar a eficiência global dos motores de combustão interna em favor do ganho de potência, torque, redução de consumo específico e consequentemente a redução de emissão dos gases poluentes. Os fabricantes de automóveis têm utilizado o conceito de downsizing de maneira bastante consistente nesta ultima década, aplicando praticamente em toda a gama de produtos. Os motores estão cada vez menores, tanto em deslocamento volumétrico, como em número de cilindros e associados a uma tecnologia eletrônica avançada. Além disso, a busca por combustíveis renováveis tem ganhado espaço através do mundo, como alternativa ao uso de combustíveis fósseis. Baseado nisso, essa pesquisa tem como objetivo simular a aplicação de um sistema turbocompressor em um motor monocilíndrico movido a etanol e estudar a influência do efeito pulsativo dos gases de exaustão no seu desempenho. O objeto de estudo foi um motor Yamaha WR450 de 450cm³ que equipa o protótipo RS12 da equipe Fórmula FEI. Inicialmente, utilizou-se a aquisição de dados do veículo para o estudo das principais condições de utilização do motor e para entender onde esse motor naturalmente aspirado não atende as necessidades da equipe. Posteriormente, modelou-se o motor com auxilio de um programa de simulação computacional unidimensional AVL BOOST, nele foram inseridos todos os dados construtivos e medidos durante as provas pelas quais o veículo é submetido na competição Fórmula SAE nacional. A partir dos resultados do modelo aspirado, construíu-se um segundo modelo com a aplicação de um turbocompressor comercial e analisou-se como características de um motor com reduzido número de cilindros pode influenciar na sobrealimentação de ar. Foram modeladas duas diferentes configurações de coletor de exaustão para se estudar um melhor aproveitamento da dinâmica dos gases no preenchimento da turbina: uma com volume muito pequeno (com o menor comprimento possível) e outra com um volume grande (2L). Ao final, pode-se decidir qual aplicação proporciona o melhor compromisso para ganho de desempenho em termos de torque e potência, na faixa de rotação determinada.

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