Sistemas Mecânicos
URI permanente desta comunidadehttps://repositorio.fei.edu.br/handle/FEI/741
Navegar
101 resultados
Resultados da Pesquisa
Agora exibindo 1 - 10 de 101
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- Otimização do consumo de combustível em comboio de veículos sujeito a percursos envolvendo relevo e curvas(2024) Oliveira, Rafael Velho deSegundo as projeções de órgãos internacionais, como as Nações Unidas (UN), e sites de dados estatísticos, como STATISTA, a tendência é que a população mundial cresça, e com isso ocorra também o crescimento da frota mundial de veículos. Dessa forma, a consequência desse crescimento é o aumento da produção dos gases de efeito estufa, principalmente no segmento de transporte, que utiliza veículos pesados. Com isso, faz-se necessário buscar formas alternativas para reduzir essa produção de gases de efeito estufa e melhorar a eficiência do sistema atual, uma vez que não é possível expandir a malha rodoviária. Para alcançar esse objetivo, diversos estudos estão sendo desenvolvidos. Uma das soluções é a adoção da estratégia de comboio, um método de otimização do perfil de velocidade que funciona de forma colaborativa, na qual veículos trafegam em pequenas distâncias entre si promovendo uma redução no consumo, uma vez que diminui a resistência do ar para o caminhão seguidor. No presente trabalho foi considerado a inclusão de veículos que não possuem a tecnologia necessária para formar comboios de forma autônoma, e por isso esses veículos recebem sugestões de velocidades baseadas no cálculo utilizando uma estratégia de controle ótimo. Além disso, o comportamento preditivo do motorista também pode auxiliar na redução do consumo, e por isso foi incluído a dinâmica lateral considerando dois fenômenos comuns em veículos pesados: escorregamento e tombamento. Dessa forma, o motorista tem que se adaptar a elevações e a um trecho em curva que possui uma aceleração máxima lateral considerando o tombamento de um caminhão. Pelos resultados obtidos foi possível concluir que a estratégia proposta influencia o comportamento dinâmico lateral do veículo e seu consumo, reduzindo-o principalmente em percursos com alta variação de inclinação e com curvas. Além disso, em consequência da redução do consumo, é reduzido a emissão dos gases poluentes
- Análise numérica de um cateter de resfriamento para indução de hipotermia em pacientes pós parada cardiorrespiratória(2024) Cavalcanti, Gustavo MouraEstudos mostram que a indução de hipotermia leve em casos de parada cardiorrespiratória causa efeitos benéficos como: neuroproteção, redução de pressão intracraniana e diminuição de mortalidade. Dos diversos métodos de resfriamento, o cateter de resfriamento intravascular se mostrou eficiente, seguro, estável e prático durante todo o tratamento. Com base nos estudos existentes, este trabalho propõe criar geometrias tridimensionais em ambiente computacional, tomando como referência os produtos fabricados pela montadora Zoll™ Medical Corporation. Em seguida, o programa de simulação CFD ANSYS Fluent carrega os modelos tridimensionais, por onde é definido o domínio computacional que representa o sangue, a solução salina e o sólido que compõe o cateter, assim como a descrição das propriedades termofísicas de cada domínio. Após definir o problema pelo programa ANSYS Fluent, a simulação inicia e parâmetros como temperatura e fluxo de calor são monitorados para garantir a convergência dos resultados. As respostas foram coletadas e a partir delas foi calculado o coeficiente global de transferência de calor. Por último, o comportamento térmico do corpo humano sob a indução de hipotermia por cateter é avaliado por programa escrito em Python, que auxilia a realizar análises exergética. Durante as simulações, a temperatura de solução salina variou de 1? para 30?, que resultou no aumento do coeficiente global de transferência de calor de 3,55 para 4,14 W/K (aumento de 16,6%). Similarmente, a vazão de solução salina aumentou de 100 ml/min para 300 ml/min, no qual resultou no aumento do parâmetro de 3,87 até 8,19 W/K (ganho de 110,9%). A espessura dos balões foi alterada de 0,05mm para 0,2 mm, observando uma perda de 6,40 até 2,59 W/K (decréscimo de 59,5%). Por último, a adição de ranhuras nos balões gerou uma queda no desempenho
- Análise e comparação de diferentes composições de powertrain em base termodinâmica: um direcionamento do desenvolvimento tecnológico automotivo(2024) Feliciano, Henrique Naim FenianosA discussão acerca da hibridização e eletrificação dos veículos leves e pesados tem sido alvo de diversas iniciativas ao redor do mundo, almejando-se reduzir emissões de gases de efeito estufa, baseando-se em uma análise do berço ao túmulo. Sabe-se que existem fortes incentivos governamentais e fiscais, promovendo um aumento na produção e venda de veículos híbridos e elétricos. Apesar da mitigação significativa ou completa, do tanque à roda, existem as emissões decorrentes da geração e distribuição de energia elétrica para recarga destes dos veículos. Desta forma, a eficiência exergética é uma ferramenta para comparação de diferentes tipos de motorização para o mesmo produto, i.e., transporte. Os dados utilizados para tais comparações provém de simulações de dinâmica longitudinal das configurações veiculares. Assim, é possível quantificar a exergia destruída em um ciclo, seja esta proveniente puramente do combustível do veículo (E22 ou E100) ou proveniente da malha elétrica disponível no Brasil (contemplando assim a destruição de exergia nas usinas do país). Ademais, foi realizada uma análise de sensibilidade da avaliação do ciclo de vida (ACV) para quantificar emissões provenientes da produção, uso e descarte dos produtos em diversos cenários. Também foram levantados índices de renovabilidade exergética complementar a ACV. Os resultados apontam uma destruição de exergia duas vezes maior em um veículo à combustão interna quando comparado a um veículo elétrico à bateria (análise do poço à roda), o que pela ótica do uso racional da energia pode trazer benefícios à sociedade. Os resultados em veículos híbridos variam em função da calibração de uso entre motor a combustão interna e motor elétrico, tornando a exergia consumida e emissões de CO2 dependentes de tal. Os resultados de CO2 emitidos nos ciclos estudados indicam que o Etanol Hidratado E100 pode ser uma alternativa viável à gasolina E22 com uma infraestrutura já presente no Brasil, uma vez que os veículos elétricos podem ter emissões do poço à roda que variam em função da matriz elétrica a ponto de inviabilizar seu uso para redução de emissões. Além disso, a mudança de matriz energética é dada como significativa, representando assim a discrepância da destruição de exergia para um mesmo veículo em um mesmo ciclo, mas em diferentes locais, e assim enfatizando a necessidade de direcionamento de cada configuração de powertrain para determinadas aplicações. Em análise de ciclo de vida, observa-se um maior uso de exergia e emissões decorrentes da produção dos veículos elétricos, enquanto tais parâmetros variam durante seu uso a depender da matriz elétrica em que é realizada a recarga, sendo que para importação da Europa e operação no Brasil os elétricos apresentam uma menor pegada de carbono a partir dos 75.000 quilômetros de uso, para E22 e a partir dos 100.000 quilômetros de uso para E100 (comparados com veículos ICEV produzidos e operados no Brasil). O levantamento dos índices de renovabilidade apontam um possível direcionamento dos veículos elétricos para centros urbanos e de veículos a combustão interna para uso rodoviário. Mostrou-se que veículos elétricos na Europa podem ser menos renováveis do que veículos a combustão movidos a E100
- 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
- Ambiente de otimização dinâmica e simulação para obtenção de perfis de velocidade ótimos de veículos pesados com calibração simplificada(2023) Barbosa, Pedro MunizUma quantidade significativa de combustível fóssil consumido e poluentes emitidos em todo o mundo pode ser atrelada ao transporte em modal rodoviário. Além disso, o combustível sempre foi uma das principais parcelas em relação à precificação dos transportes de cargas e com isso, a economia dele se tornou um dos pilares para o desenvolvimento de novas tecnologias veiculares. A ecocondução, que consiste em conduzir o veículo visando condições de alta eficiência energética, tem sido amplamente estudada nos últimos anos devido aos seus possíveis benefícios na redução do consumo de combustível e emissão de poluentes. Uma das frentes de estudo da ecocondução é a otimização de perfis de velocidade, que se traduz em, através de um problema de controle ótimo, minimizar o consumo de combustível de uma rota tendo como variável de controle a velocidade do veículo. Boa parte das montadoras de veículos pesados já possuem soluções que buscam economizar combustível através desta estratégia, porém, tais soluções só são introduzidas no mercado através de veículos novos. Devido à alta idade média dos veículos rodoviários no Brasil e ao constante aumento dela, métodos que sejam também aplicáveis para esta frota já existente poderiam auxiliar no aumento da eficiência energética dela mais rapidamente. Neste trabalho é proposto um ambiente computacional baseado em otimização dinâmica e simulação numérica rigorosa para minimização do consumo de combustível em veículos pesados, através da otimização de perfis de velocidade em trajetos rodoviários que seja de aplicação genérica, ou seja, aplicável em qualquer marca ou modelo de veículo e que não necessite em sua calibração dados altamente custosos a serem obtidos, como fazem as soluções já existentes disponibilizadas por algumas montadoras. A metodologia utilizada consiste em definir um modelo de consumo de combustível de elevada exatidão e de fácil calibração, um modelo de dinâmica veicular que abrange os principais parâmetros de movimento do veículo, elaborar e resolver o problema de controle ótimo e por fim, verificar o desempenho da solução em um ambiente de simulação dinâmica que aborda diversos aspectos dimensionais e cinemáticos do veículo e do trajeto através do programa TruckSim. Os resultados mostraram, nos cenários de estudo, que tal solução tem capacidade de reduzir 8,32% em média do consumo de combustível de um caminhão quando comparado a um perfil de velocidade constante
- Coordenação ótima de comboios baseada em sistema de sugestão de perfil cinemático(2022) Dal Bon Tonetto, Paulo EduardoÓrgãos 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 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
- Controle preditivo aplicado à fase de aproximação na formação de comboios veiculares(2022) Batista, Flávio José BentoA 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