2. Mecânica geral – Mecânica Experimental

CIBEM-2017-Capa

O CIBEM constitui um fórum de discussão que abrange desde os temas mais clássicos, aos mais atuais (biomecânica, novos materiais, nanotecnologias, microfluídos, novas fontes energéticas, novos conceitos de desenvolvimento de produtos, modelações avançadas, manufatura digital) suscitando grandes desafios aos profissionais, como por exemplo a interação e integração com outras engenharias que os novos ambientes baseados na Indústria 4.0 requerem.

A transformação digital a que assistimos suscita desafios interessantíssimos à Engenharia Mecânica. Os profissionais de Engenharia Mecânica, particularmente os oriundos do espaço Ibero-americano, são agentes determinantes para a operacionalização dessa transformação, a qual potenciará a aceleração do desenvolvimento dos países desta importante região. Criando novos produtos, novos processos produtivos ou novos materiais, os Engenheiros Mecânicos concretizam a Inovação!

Áreas Temáticas

A. Ciências Aplicadas

2. Mecânica geral – Mecânica Experimental

ESTUDIO A LA FATIGA DE UN MATERIAL COMPUESTO ENCOLADO LAMINADO REALIZADO A PARTIR DE LA CORTEZA DE LA PALMA DE LATA

Resumo

En el presente trabajo se investiga sobre los materiales alternativos de origen natural que pueden ser usados como insumos de materiales compuestos. Para tal fin se caracterizaron las propiedades tanto estáticas como dinámicas de un material compuesto encolado laminado, el cual usa corteza de la Palma de Lata (Bactris Guineensis) como constituyente esencial. Esto permitió evidenciar que las propiedades de dureza y resistencia a la tracción alcanzan valores de hasta 27,5 [HV] y 354 [MPa] en la zona perimetral del tallo de la Palma de Lata, pero se ven degradadas en medida que se toman fibras de zonas más hacia el interior del mismo. Con base en los resultados se obtuvo el diagrama de esfuerzo-deformación donde se evidencia que la Palma de Lata presenta características de fragilidad y un esfuerzo último de resistencia a la tracción promedio de 247 [MPa]. Finalmente, se estiman las constantes de la curva σ vs N propuesta por Basquin, la cual se representa como (σ = ANb), donde A=322 y b=-0,0601.

Palavras chaves: Palma de Lata (Bactris Guineensis), Materiales Compuestos, Propiedades Mecánicas, Curvas de Tracción (S - e), Curvas de Fatiga ( S – N)

Alberto Pertuz, German Diaz, Daniel Chávez and Fausto Garcia


DISPOSITIVO MECATRÓNICO PARA ENSAYOS MECÁNICOS APLICANDO LA TÉCNICA EXPERIMENTAL DE FOTOELASTICIDAD PARA EL ANÁLISIS DE ESFUERZOS

Resumo

En la práctica, la falla de los materiales por sobre-esfuerzo es algo tan frecuente como económicamente indeseable. El método de la fotoelasticidad consiste en elaborar un modelo de la pieza de estudio con material fotoelástico, generalmente sometido a tensión plana, se le aplica una carga proporcional a la original, se le hace pasar luz polarizada mediante un polariscopio de transmisión, después los esfuerzos se deducen del patrón de franja o patrón de colores que aparece sobre el modelo, que se puede extrapolar al elemento original mediante las correspondientes ecuaciones óptico-tensionales. Además, permite identificar las zonas de máxima y mínima tensión, la orientación de las direcciones de esfuerzos principales, estos datos permiten dimensionar adecuadamente el elemento de estudio y tener claro las zonas que demanden mayor o menor área para reducir el esfuerzo generado, logrando el equilibro entre resistencia, rigidez y costos de manufactura.

Los equipos para ensayos de propósito general (prensas universales) son máquinas muy robustas, diseñadas especialmente para la caracterización de materiales muy resistentes y mordazas que generan una gran carga en las probetas, además de tener un costo considerable, ahora bien, generalmente para realizar ensayos fotoelástico en modelos a escala la carga necesaria es mínima rondando de 0 a 100 kilogramos y la forma de sujetar dichos modelos debe ser sencilla y libre de cargas excesivas, por lo tanto se tiene la necesidad de desarrollar un equipo de propósito específico que permita realizar los ensayos de manera fácil y eficiente. La intensión de éste trabajo entonces, es describir a detalle el dispositivo mecatrónico desarrollado para realizar éstas pruebas, el cual en general su diseño consiste en un marco de carga, un sistema de tracción electromecánica, tornillos de potencia, celda de carga para medir la fuerza aplicada, motor eléctrico, electrónica de potencia, control e interfaz para el usuario. cm.

Palavras chaves: Fotoelasticidad, patrón de franjas, esfuerzo, mecatrónica.

A. Escamilla Navarro, A. Campos Vázquez, J. Gudiño Sánchez

BRACKET TRAPEZOIDAL INNOVADOR PARA EL TRATAMIENTO DE PACIENTES EN ORTODONCIA

Resumo

El Instituto Asturiano de Odontología (certificado su sistema gestión de la Investigación, Desarrollo e Innovación según los requisitos de la Norma UNE 166002:2014 Nº IDI-0040/2009), ha desarrollado el proyecto de colaboración con la Universidad de Oviedo para el diseño y comercialización de un bracket trapezoidal innovador para el tratamiento de ortodoncia en pacientes.

Los brackets actuales cuentan con una ranura de sección rectangular, lo que deriva en una serie de efectos técnicos susceptibles de ser mejorados:  Por un lado, los esfuerzos que transmite el arco, no se distribuyen homogéneamente en toda la superficie de la bracket  Se producen tensiones en los brazos del bracket (o en su estructura principal).  El arco desliza peor y tiene mayores pérdidas.  Transmite peor la tensión del arco. También, es objeto desarrollar un arco con un diseño trapezoidal tal que se pueda insertar sobre la ranura de dicho bracket y que permita superar los inconvenientes apuntados.

Los principales resultados de este proyecto son:  Los estudios realizados mediante el método de elementos finitos ratifican que los brackets trapezoidales provocan menores fuerzas de fricción que los de geometría con ranuras de geometría rectangular.  Concedido el MODELO DE UTILIDAD número U-2013 30 854, de título BRACKET DE ORTODONCIA CON RANURA Y ARCO TRAPEZOIDAL.  Firma del contrato de licencia de modelo de utilidad con la empresa americana ImperOrtho US, Inc. USA para la explotación de la tecnología en febrero de 2017.

Palavras chaves: bioingeniería, proyecto universidad – empresa, bracket trapezoidal, innovación.

Teresa Cobo, Juan Cobo y Alberto A. Suárez

ENERGIA POTENCIAL ACUMULADA EN UN AUTOBUS SOMETIDO A TORSIÓN

Resumo

El objetivo de este artículo es analizar el comportamiento de la estructura de un autobús cuando éste se ve sometido a un momento torsor, originado por su circulación en curva o por el paso por un bache, ya que puede llegar a almacenar una considerable energía potencial. Esta energía se devuelve posteriormente a la calzada cuando cesan las solicitaciones que han provocado la torsión (fuerza centrífuga y/o rugosidad de la calzada) contribuyendo así a reforzar el efecto estabilizador que otorga la suspensión, y aumentando el límite de vuelco del vehículo. Se trata por tanto de un factor adicional de seguridad a tener en cuenta en el diseño del autobús.

Mediante ensayos estáticos se ha determinado la rigidez a torsión de un autobús, como paso previo, para posteriormente calcular la energía potencial a lo largo de la longitud del vehículo.

Los resultados obtenidos muestran que el comportamiento de la carrocería del autobús es asimétrica cuando éste torsiona. Se ha observado que, según sea la perturbación producida en la rueda, la torsión adquiere una dirección privilegiada, obligando a la suspensión a trabajar de una manera determinada y distinta a su comportamiento ante perturbaciones en las otras ruedas. Se observa que existe una correlación directa entre la distribución de masas en el vehículo y la acumulación de energía en las diferentes secciones del mismo.

Palavras chaves: energía potencial, rigidez torsional, seguridad autobús.

Ana Mª Gómez-Amador, Ester Olmeda, Susana Sanz, Vicente Díaz, Jonathan Pajares

MÉTODO DE CALIBRAGEM DO SISTEMA DE QUEDA DE POTENCIAL POR CORRENTE ALTERNADA (ACPD) PARA CORPOS DE PROVA DO AÇO API 5L X65 DO TIPO CT (COMPACT TENSION)

Resumo

O desenvolvimento da técnica ACPD (Alternating Current Potential Drop) foi essencial para monitorar o crescimento de trincas em materiais condutores de eletricidade. Este trabalho apresenta os resultados da calibração feita num equipamento de monitoramento de ACPD em corpos-de-prova de aço API 5L X65 do tipo CT (Compact Tension) dimensionados de acordo com a norma ASTM E1820. O método utilizado consistiu em monitorar a propagação de trinca durante um ensaio de tração com controle de deslocamento com um equipamento de ACPD que monitora o processo de coleta de pontos através de dois canais, um que monitora o crescimento da trinca e outro que monitora uma região isenta de trinca para que seja possível correlacionar uma região com trinca e uma região sem trinca. Com o auxílio de um projetor de perfis e de um software gráfico de tratamento e análise de dados, foi calculada a área da superfície de fratura do corpo de prova, o que permitiu correlacionar um tamanho de trinca a um valor correspondente de queda de potencial e traçar a curva de calibração. Dessa forma foi obtida a equação para o cálculo do tamanho de trinca. Os resultados da calibração apresentaram erros algo dispersos, sendo que os principais fatores dessa dispersão podem estar relacionados com a geometria do corpo de prova e com variações na densidade do fluxo de corrente, que é influenciada por cantos e bordas e a presença de pick-up indutiva. No entanto, os resultados obtidos mostraram-se muito próximos dos valores reais, confirmando a eficácia da técnica ACPD.

Palavras chave: Mecânica da fratura; Queda de potencial; Corpo de prova CT; Sistema ACPD.

Misael Souto de Oliveira, Antonio Almeida Silva, Marco Antonio dos Santos, Jorge Antonio Palma Carrasco, João Vitor de Queiroz Marques

DETERMINACIÓN DE LA FUERZA Y EL ÍNDICE DE EMBUTIDO EN EL ENSAYO ERICHSEN

Resumo

El presente trabajo reporta los resultados de una investigación teórico-experimental para la determinación de la fuerza requerida y el índice de embutido en la realización del ensayo Erichsen. Se propone un modelo teórico que involucra las propiedades mecánicas y el cambio de espesor del material. Se determinan experimentalmente las propiedades físico-mecánicas del material a ensayar y se realiza la validación experimental del modelo teórico propuesto, utilizando una máquina de ensayo de embutido profundo instrumentada para tal propósito, obteniéndose resultados altamente satisfactorios con coeficientes de determinación superiores al 0,8 en la valoración de la fuerza y el índice de embutido

Palavras chaves: Erichsen, Embutido, Índice de embutido, Propiedades mecánicas.

Alexander Díaz PhD, Gabriel Calle PhD, Andrés Felipe Cuartas C.

DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UN VEHÍCULO ELÉCTRICO URBANO, LIGERO, ASEQUIBLE Y SEGURO

Resumo

El trabajo descrito en el artículo se ha desarrollado dentro del Séptimo Programa Marco con el apoyo de la Comisión Europea. El consorcio que lo ha desarrollado está formado por diez socios de cinco países diferentes. El proyecto es coordinado por Fraunhofer LBF, mientras que el liderazgo técnico corresponde a Cidaut. El objetivo principal es diseñar, fabricar y ensayar un vehículo eléctrico urbano ligero y asequible con una autonomía de 150km que cumpla con los requerimientos ante impacto de un vehículo convencional de categoría M1.

Para alcanzar este objetivo se ha desarrollado una estructura multimaterial, consistente en tubos de aluminio unidos a nodos de magnesio y utilizando material compuesto estructural de bajo coste para la absorción de energía en impactos. La unión entre el aluminio y el magnesio se ha realizado mediante fuerzas electromagnéticas para mantener las propiedades de los materiales inalteradas. El comportamiento ante impacto del vehículo ha sido un criterio fundamental durante el desarrollo del proyecto, se ha trabajo diferentes configuraciones de ensayo frontal y lateral y se ha desarrollado un sistema de retención ad hoc para este vehículo. Otra particularidad del vehículo es que un mecanismo modifica la posición de las ruedas traseras para reducir el espacio ocupado cuando el vehículo está aparcado.

Urban-EV es un proyecto que está todavía en marcha. En este momento el diseño está totalmente terminado y se están fabricando tres prototipos, dos de ellos para ensayos de impacto, y un tercero para los ensayos funcionales. Estos ensayos se llevarán a cabo a lo largo de 2017.

Palavras chaves: aligeramiento, electromovilidad, material-producto-proceso, seguridad pasiva..

Javier Romo, Esteban Cañibano, Raúl Diez

DISEÑO DE UNA PLANTA PILOTO DE EXTRACCIÓN BIOBOTÁNICA UTILIZANDO CO2 SUPERCRÍTICO PARA PRODUCTOS AGRÍCOLAS NATIVOS DE PERÚ

Resumo

En el presente artículo se exponen las consideraciones tenidas en cuenta y los resultados del diseño mecánico de una planta piloto de extracción por fluido supercrítico que utiliza dióxido de carbono (CO2) en estado supercrítico como solvente. La planta piloto está diseñada para poder procesar 5 litros de biomateria por cada corrida y trabajar con una presión de hasta 300 bar y una temperatura de 100 °C con un flujo de CO2 de 1 kg/min, los parámetros de estado han sido determinados a partir de un análisis de la biomatería disponible en el Perú con potencial para beneficiarse de la extracción por fluido supercrítico, en el cual destaca el Sacha Inchi con alto contenido de Omega-3 como componente minoritario, como el producto agrícola de referencia debido a que sus parámetros de extracción son los más altos del grupo encontrado (300 bar, 60°C) de modo que la planta sea capaz de procesar productos cuyos parámetros de extracción se encuentren por debajo del límite mencionado. La realización del diseño incluyó un estudio de biomateria disponible en Perú, el dimensionamiento de los componentes de la planta, el estudio del ciclo termodinámico, la configuración del proceso de extracción y los lazos de control básicos de la planta.

Palavras chaves: fluido supercrítico, biomateria, planta piloto, Perú, Omega-3.

M.Eng. Jhul César Ochoa Espinoza, Dipl.-Ing. Eliseo Benjamín Barriga Gamarra

CARACTERIZACION DE LAS INESTABILIDADES DE UN COMPRESOR CENTRÍFUGO

Resumo

Se construyo y caracterizo de un banco de compresores centrífugos para evaluación de inestabilidades de flujo. Se utilizo el compresor centrífugo de un turbocompresor, impulsado por un motor eléctrico. Se evaluaron las inestabilidades de flujo en la región de bombeo del compresor, el de bombeo se produjo incrementando la resistencia al flujo. La potencia requerida por el compresor se incremento de 15 a 20% , con el cambio de operación en condición estable a una condición de bombeo. Las ondas de las fluctuación de presión al variar el flujo, se produce la alineación de las ondas en los distintos puntos de medición de la voluta. Se observa que la zona de bombeo inicia de 1.5 m/s a 4 m/s para las tres velocidades de giro estudiadas. Mediante un análisis de baja frecuencia de muestreo de las señales, se encontró que el bombeo se manifiesta en el intervalo de 0 a 1.3 Hz, la frontera de la zona de bombeo y operación se encuentra en el intervalo de flujo de 1.5 a 8.9 m3/min. En este punto se observa un incremento de las amplitudes de la presión de 70% mayor en la succión evaluadas por un análisis espectral de FFT.

Palavras chaves: Compresor centrifugo, bombeo, inestabilidades de flujo, caracterización

Alejandro Torres Aldaco, Jesús Aureliano García Gómez, Miguel Toledo Velázquez, Raúl Lugo Leyte, Helen Lugo Méndez

ESTUDO DA USINABILIDADE DO AÇO VP 100 COM DIFERENTES TEORES DE TITÂNIO A PARTIR DA ANÁLISE DA INFLUÊNCIA DE ASPECTOS MICROESTRUTURAIS DO MATERIAL NO DESGASTE DE FLANCO DA FERRAMENTA DE CORTE.

Resumo

Durante a fabricação de um molde de injeção de plástico, a usinagem é parte importante dos processos envolvidos. Entretanto, a composição química necessária para se obter propriedades mecânicas tais como dureza, resistência ao desgaste e à corrosão, que são fundamentais nos aços utilizados para esse fim, levam a uma baixa usinabilidade, tendo como consequência um baixo volume de material removido até o fim de vida da ferramenta de corte, devido ao acentuado desgaste gerado. Neste trabalho, é investigado o comportamento em usinagem do aço VP 100 utilizado na fabricação de moldes de injeção de plástico. Para tanto, utilizou-se duas versões do VP100, sendo uma com 270 e outra com 350 partes por milhão (ppm) de titânio. Os testes realizados compreendem oito condições de usinagem diferentes em operações de fresamento frontal. Foram observados aspectos microestruturais relativos à quantidade e distribuição de carbonitretos de titânio em cada uma das modalidades de VP100, considerando-se a influência desses precipitados na evolução do desgaste de flanco das ferramentas. O aço VP 100 com 350 ppm de Ti apresentou um melhor desempenho em cinco dos oito testes realizados evidenciando que, nesse caso, um maior teor de titânio melhorou a usinabilidade do aço em estudo.

Palavras chave: Usinabilidade, microestrutura, desgaste de flanco, aço VP 100.

Mauro Araújo Medeiros, Flávia Cristina Sousa e Silva, Márcio Bacci da Silva, Álisson Rocha Machado, Celso Antônio Barbosa

ESTRATEGIAS DE EFICIENCIA ENERGÉTICA EN VEHÍCULOS LIVIANOS DEL SECTOR TRANSPORTE EN COLOMBIA.

Resumo

La creciente demanda en el consumo de energéticos en el mundo ha fomentado la búsqueda del uso racional y eficiente de la energía en los sectores productivos. Particularmente, el sector transporte en Colombia, es el responsable del 44% del consumo de energéticos, siendo el principal usuario de los combustibles derivados del petróleo y el sector productivo con mayores pérdidas de energía, puesto que los motores de combustión interna ostentan una baja eficiencia de operación. Un camino para la reducción del consumo de combustible en este sector, es efectuar una correcta administración de la energía, denominada “gestión energética”, usando diferentes estrategias enfocadas a la operación adecuada y al aumento de la eficiencia en los vehículos. Lo anterior hace de este sector, un objetivo para analizar, implementar y evaluar estrategias bajo una metodología de medición confiable. Durante el desarrollo de este estudio, se encontró que existen metodologías encaminadas a la medición del consumo energético y emisiones de los vehículos, las cuales son adoptadas en diferentes países. En Colombia, no existe una metodología para esto, evidenciando la necesidad de implementar una metodología de pruebas, que permita medir el comportamiento del consumo de combustible acorde con sus condiciones de operación. Por lo tanto, se identifica que la metodología de pruebas basada en el Regulación CFR 40 de los Estados Unidos y COPANT, es la más representativa para Colombia, se presenta el procedimiento para su implementación en un laboratorio del país, considerando sus capacidades técnicas y tecnológicas, y se evalúa el consumo de combustible en un vehículo liviano de combustión interna. Adicionalmente, se presentan estrategias de eficiencia energética aplicables a los vehículos livianos y se analiza la implementación de conducción eficiente como posible estrategia para reducir el consumo de combustible, adicionalmente, se espera dar soporte a las políticas energéticas del sector transporte en Colombia.

Palavras chaves: Eficiencia, Transporte, Metodología, Energéticos.

Juan Carlos Castillo, Álvaro H. Restrepo, Juan Esteban Tibaquirá, Juan Camilo Lopez, David Andrés Serrato.

ESTUDIO EXPERIMENTAL PARA LA VISUALIZACIÓN DE MODOS PROPIOS DE VIBRACIÓN EMPLEANDO CORRELACIÓN DIGITAL DE IMÁGENES

Resumo

La técnica óptica de medida de desplazamientos en campo completo Correlación Digital de Imágenes (DIC) ha presentado significativos avances en los últimos años en la caracterización de eventos dinámicos gracias al desarrollo de las cámaras de alta velocidad. Todo ello viene propiciado por el carácter en campo completo y no invasivo de sus medidas, lo que permite llevar a cabo estas caracterizaciones de una manera más exhaustiva y próxima al comportamiento real. En cambio, la principal limitación de la técnica se encuentra relacionada con la sensibilidad de medida, que depende de la resolución de las cámaras. Considerando el desarrollo técnico actual de estos sistemas ópticos, no es comparable con la alta sensibilidad de los sistemas de medida tradicionales. En el campo de las vibraciones, altas frecuencias implican bajos desplazamientos, lo que dificulta el análisis con esta técnica óptica en determinados casos.

En este estudio, se exploran las limitaciones de DIC en el análisis y visualización de modos propios de vibración. Para ello, se lleva a cabo un estudio experimental de los modos de vibración de una viga en voladizo para distintos niveles de desplazamiento y en un rango de frecuencia amplio. Complementariamente, se evalúan las mejoras aportadas a esta limitación por algoritmos de tratamiento de imágenes, obteniendo resultados satisfactorios.

Palavras chaves: vibración, modos propios, Correlación Digital de Imágenes, tratamiento de imágenes

Ángel Jesús Molina-Viedma, Luis Felipe-Sesé, Elías López-Alba, Rafael López-García, Francisco Díaz, Javier Rodriguez-Ahlquist, Manuel Iglesias-Vallejo

ESTUDO DA DINÂMICA DO PÊNDULO TRIFILAR PARA DETERMINAÇÃO DA INÉRCIA DE ROTAÇÃO DE PÁS DE TURBINAS EÓLICAS

Resumo

De maneira a aumentar a eficiência e a segurança de funcionamento dos parques eólicos faz-se necessário aperfeiçoar o projeto e o modelamento da dinâmica das turbinas eólicas. Nesse sentido, o conhecimento das reais características dos conjuntos geradores e de seus trens de potência (powertrains) é fundamental para aumentar o desempenho das turbinas eólicas. Uma das características importantes no modelamento dos conjuntos geradores dessas turbinas é a inércia de rotação de seus componentes. A inércia de rotação de corpos e sistemas pode ser determinada usando métodos analíticos (aplicados a corpos de geometria simples) ou métodos numéricos (a partir de aproximações discretizadas de um modelo sólido obtido com um software de CAD). Contudo o uso de métodos experimentais permite levar em conta os efeitos da variabilidade espacial das características do material, aproximando melhor o comportamento do conjunto em situação de trabalho. Além disso, no caso de turbinas de alta eficiência, qualquer discrepância geométrica entre a peça modelada em CAD e a peça real, resultando em diferentes valores de inércia, tem impacto direto na eficiência final da máquina.

Neste trabalho apresentam-se os usos e limitações do pêndulo trifilar para a determinação experimental da inércia de rotação dos componentes de turbinas eólicas. Discutem-se os diferentes modelos matemáticos que tentam representar o comportamento do pêndulo trifilar, visando o uso em aplicações industriais. Apresenta-se o efeito da não linearidade do comportamento do pêndulo e o acoplamento dos modos de vibração, visando aperfeiçoar a metodologia de determinação da inércia de rotação e obter resultados mais confiáveis. São apresentados os resultados de simulações e de experimentos realizados, bem como as sugestões de como aperfeiçoar o experimento tanto no que diz respeito aos equipamentos e montagens quanto à metodologia de ensaio. Mostra-se que os aperfeiçoamentos realizados melhoraram a qualidade dos resultados obtidos.

Palavras chave: momento de inércia, métodos experimentais, inércia de giração, modos acoplados.

Alberto C.G.C. Diniz, Marcus V.G. de Morais, Vinícius de A. Mendonça

INFLUÊNCIA DO PONTO DE OPERAÇÃO NO ESPECTRO DE FREQUÊNCIAS PARA TURBINAS FRANCIS DE ALTA POTÊNCIA

Resumo

Turbinas hidráulicas são projetadas para trabalharem dentro de limites de vazão e queda. Ao exceder esses limites estabelecidos em seu Diagrama de Colina (Hill Chart), a turbina é frequentemente levada a condições de elevada vibração ou, mesmo, desgaste excessivo, devido a cavitação. Entretanto, ainda que esteja operando dentro da sua faixa recomendada, a turbina estará sujeita a fenômenos hidráulicos distintos que podem acentuar as forças radiais aplicadas ao rotor, provocando aumento na oscilação lateral em sua linha de eixo. Assim, o presente trabalho se propõe a apresentar e analisar dados de medições de campo de um hidrogerador vertical movido por uma turbina Francis de alta potência, operando em diversos pontos diferentes dentro do seu Diagrama de Colina. No presente trabalho é apresentado como seu espectro de frequências varia ao mudar o ponto de operação dentro do seu Diagrama de Colina e mesmo fora dele (zona de operação não recomendada). A análise dos dados mostra o papel determinante do regime do escoamento na composição do espectro de frequências, que é significativamente afetado pela mudança do ponto de operação da máquina.

Palavras chave: Turbina Francis, Vibração Induzida pelo Escoamento, Máquinas Hidráulicas, Espectro de Frequências.

F. C. Tralli, D. C. Zachariadis

ESTABILIDAD DINÁMICA DE UNA TUBERÍA HORIZONTAL QUE TRANSPORTA FLUIDO BIFÁSICO GAS - LÍQUIDO

Resumo

Comprender la estabilidad dinámica en tuberías que transportan fluido es parte fundamental del entendimiento del fenómeno de vibración en tuberías. Ello ha conllevado a múltiples investigaciones en las últimas seis décadas, cuyo producto es un amplio conocimiento en la estabilidad dinámica en tuberías que transportan flujo monofásico. Actualmente, los estudios apuntan a entender la estabilidad en tuberías que transportan flujo bifásico, el cual es un tópico que representa un gran desafío por la naturaleza del fluido. El presente trabajo estudia teóricamente la estabilidad dinámica en tuberías horizontales bi-empotradas que transportan flujo interno. El abordaje de este tema parte de la formulación para flujo monofásico a partir de una tubería deformada en un instante genérico, considerando un elemento diferencial de fluido y de tubería. Para ambos puntos se determinan las frecuencias naturales del sistema mediante la teoría de estado de espacios. Por otro lado, para flujo bifásico se establece la fracción de vacío homogénea. El resultado para tuberías que transportan flujo monofásico y bifásico es la perdida de estabilidad en el primer modo de vibración lo cual está asociado principalmente a la velocidad del fluido. Los resultados teóricos para flujo monofásico y bifásico son consecuentes con los resultados disponibles de la literatura abierta.

Palavras chaves: flujo en tubería, flujo bifásico, vibración inducida por flujo, estabilidad dinámica.

David G. Castillo Neciosup, L. Enrique Ortiz Vidal, Quino Valverde Guzmán

ANÁLISE DE ESTABILIDADE MECÂNICA DE POÇOS – FOCO EM ROCHAS CARBONÁTICAS

Resumo

A elaboração de uma análise de estabilidade de poço de petróleo é considerada uma etapa crítica para o desenvolvimento de um projeto de sucesso, pois minimiza os riscos operacionais, viabilizando a construção de poços em cenários cada vez mais complexos. A necessidade de projetos de poços com trajetórias e geometrias especiais, e em regiões exploratórias carentes de informações básicas para o projeto de estabilidade, são ingredientes que demonstram a atual complexidade do estudo. É o caso dos reservatórios do pré-sal, que despertou maior atenção para as rochas carbonáticas, visto que, até então no Basil, a produção ocorria majoritariamente em rochas arenosas. Atualmente vários estudos são desenvolvidos para dar suporte à produção eficiente nesses novos reservatórios de hidrocarbonetos visto que as rochas são muito heterogêneas, apresentando um amplo espectro de propriedades mecânicas. O entendimento dos mecanismos que geram instabilidades no poço é de fundamental importância para minimizar os custos de desenvolvimento de um campo de petróleo e aumentar a qualidade de dados obtidos na perfuração. Para avaliar as propriedades mecânicas das rochas são realizadas medições das velocidades elásticas no laboratório em amostras da formação, sob condições semelhantes às condições in situ. Além disso, para a análise de estabilidade da formação, perfis auxiliares são necessários como o perfil de porosidade, saturação de fluidos e perfis de composição mineralógica da formação rochosa. Exigem-se, ainda, dados dos testes de avaliação da formação e de condições do reservatório, como o teste de absorção. Sendo assim, o objetivo geral deste projeto é o desenvolvimento de um código, em linguagem MATLAB, para simular numericamente e analisar a estabilidade mecânica de poços perfurados em rochas carbonáticas, em função do peso da lama utilizado, das tensões atuantes in situ e das propriedades mecânicas das formações rochosas. Por fim, será obtido um perfil de quebra da parede do poço comparando-se essa quebra máxima com o perfil Caliper registrado naquele poço.

Palavras chave: Estabilidade de Poços, Rochas Carbonáticas, Simulação Computacional.

Nathália Amorim Lima de Moraes, José Agnelo Soares

MODELAGEM E SIMULAÇÃO CFD DA GASEIFICAÇÃO DE BIOMASSA EM REATOR CO-CORRENTE DE DUPLO ESTÁGIO

Resumo

Um modelo estratificado da gaseificação de biomassa em um reator co-corrente de duplo estágio é desenvolvido utilizando biomassa de resíduos sólidos urbanos e misturas ar e vapor como agentes de gaseificação. Propôs-se um modelo geométrico tridimensional para o domínio computacional, já o modelo baseado em ferramentas de dinâmica de fluidos computacional (CFD) inclui o domínio como um meio poroso, isotérmico, isobárico e assumido comportamento de gás ideal para a mistura de produtos gasosos. As cinzas são assumidas inertes. O detalhamento químico das reações no processo de gaseificação é abordado a partir de funções de densidade de probabilidade.

Para as simulações foram escolhidas as ferramentas ANSYS-ICEM®, ANSYS-FLUENT® e ANSYS-CFD POST® para geração da geometria e da malha, solução numérica do processo e pós processamento dos resultados respetivamente. É feita uma análise dos efeitos da operação do reator utilizando dois estágios para reagente mudando a vasão mássica subministrada em cada estágio com o intuito de estudar os efeitos da razão de equivalência nos produtos e os venefícios associados ao craqueamiento de alcatrão.

Como resultado, são conhecidas as espécies da mistura nos produtos gasosos, determina-se o conteúdo de alcatrão gerado/reduzido pelo processo em dois estágios para os diferentes reagentes, perfis de temperatura e eficiência na conversão de biomassa. Por fim são validados os dados das simulações com dados experimentais feitos no laboratório de gaseificação do Núcleo de Excelência em Geração Termelétrica e Distribuída – NEST da Universidade Federal de Itajubá, MG - UNIFEI onde determinou-se uma significância estatística dentre 90 a 97% do modelo frente aos dados experimentais.

Palavras chave: Gaseificação, Co-corrente, Biomassa, Combustível Derivado de Resíduos (CDR), Dinâmica dos Fluidos Computacional, Função de densidade de probabilidade (PDF), Energia de resíduos (WTE)

Diego Mauricio Yepes Maya, Angie Lizeth Espinosa Sarmiento, Cláudio Corrêa, Electo Eduardo Silva Lora, Carlos Andrés Aguirre Rodriguez



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