Sistemas Mecânicos
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- 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
Dissertação 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- 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.