Programa de Pós-Graduação de Mestrado e Doutorado em Engenharia Mecânica
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Dissertação Thermal simulation of green roof in container buildings(2024) Gonçalves, Fernanda BarrosThe increasing number of environmental issues has been encouraging the use of green technologies in civil construction. Over time, technologies emerge and their use is encouraged by the government, by the benefits they bring to users and also by the economy it generated. One of these technologies is the green roof, which helps to increase the permeable area of the city, and in terms of thermal and acoustic comfort. Another solution is the use of containers to replace masonry in civil construction, which reduces expenditures and construction timing. Previously both solutions were studied experimentally in reduced-scale modules in order to analyze the influence of the substrate thickness on the heat flow. In order to evaluate the influence of the substrate thickness in an environment closer to a real construction, simulations were carried out using the EnergyPlus program to evaluate the internal temperature of an environment with a green roof in its construction and with natural ventilation- 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 eficaz
- 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 trabalho
- 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
- 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