5. Mecânica de Fluídos

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

5. Mecânica de Fluidos

ANÁLISE DE CORRELAÇÕES PARA O COEFICIENTE DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR APLICÁVEIS EM ESCOAMENTOS GÁS-LÍQUIDO INTERMITENTES

[accordion] [toggle title="Resumo" state="closed"]

Escoamentos bifásicos gás-líquido são de grande importância em muitas aplicações, dentre as quais podemos citar a indústria de petróleo, onde gás natural e óleo escoam simultaneamente nas linhas de produção. A transferência de calor é um fenômeno muito importante nestas aplicações e, portanto, estudos têm sido realizados para melhor compreender a sua influência na dinâmica do escoamento. Este trabalho tem por objetivo a realização de uma análise comparativa de correlações para a determinação do coeficiente convectivo de transferência de calor aplicáveis em escoamentos gás-líquido, apresentado suas características e limitações. Deste modo, algumas das correlações disponíveis na literatura foram implementadas computacionalmente utilizando a linguagem do programa MATLAB® versão 2015a, para realizar uma verificação dos desvios destas correlações quando comparadas contra dados experimentais, também disponíveis na literatura, de escoamentos gás-líquido em tubulações no padrão intermitente. Os resultados obtidos por cada uma das correlações foram analisados, em termos do número de Nusselt, considerando limites de ±30% de desvio em relação aos dados experimentais. As correlações que apresentaram menores desvios são aquelas desenvolvidas em condições mais semelhantes as dos dados experimentais utilizados na comparação, visto que seus parâmetros de fechamento são definidos com base nas informações empíricas. As correlações que apresentaram maiores desvios são aquelas que possuem significativas diferenças nas definições dos parâmetros empíricos utilizados.

Palavras chave:Escoamento bifásico; Transferência de calor; Padrão intermitente; Correlações; Coeficiente convectivo.

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Lucas Avosani, Luiz E. M. Lima


ANÁLISE COMPARATIVA DE DOIS MEDIDORES DE TURBILHONAMENTO TRANSVERSAL PARA TESTES EM BANCADAS DE FLUXO COM CABEÇOTES AUTOMOTIVOS.

[accordion] [toggle title="Resumo" state="closed"]

O comportamento do fluxo do ar de admissão influencia diretamente o desempenho resultante nos motores de combustão interna, afetando consumo, emissões e potência e pode ser simulado através de pacotes de CFD, simulação de motores (GT Power) ou medido em ensaios em bancadas de fluxo. Dois fatores têm sido estudados e apresentados na literatura como relevantes: o turbilhonamento (swirl) e o tombamento (tumble). O turbilhonamento é medido em bancada de fluxo empregando um medidor de palheta (swirl meter) que é montado na base da bancada, por onde passa o fluxo de ar, e permite a análise da rotação deste fluxo em função da perda de carga e da abertura da válvula. No mercado são encontrados dois tipos de medidores de tombamento para medições em bancadas de fluxo. As duas concepções fazem uso de medidor de palheta (swirl meter) montado na bancada de fluxo através de adaptadores mecânicos que permitem a medição do tombamento ou, como alguns autores apresentam, o turbilhonamento transversal. A concepção mais simples faz a medição unilateral do tombamento montando um swirl meter perpendicularmente ao fluxo no cabeçote empregando um dispositivo adaptador na forma de uma curva de 90º. A outra concepção faz a medição do tombamento bilateral, permitindo a medição da influência do tombamento de cada uma das válvulas em teste separadamente. Esta segunda concepção faz uma bifurcação no fluxo de ar da bancada, de maneira que metade do fluxo siga por cada uma das laterais do espaço que simula o cilindro sob o cabeçote em teste. Este trabalho apresenta a concepção, simulação, construção, calibração e testes comparativos em cabeçotes, mostrando resultados significativos e relevantes dos dois tipos de medidores de tombamento para cabeçotes. Nos testes foram empregados três cabeçotes que são empregados em uma mesma família de motores, mas com 8, 16 e 20 válvulas.

Palavras chave: tombamento, turbilhonamento, bancada de fluxo, cabeçotes, fluxo

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Marcelo Vandresen,Vinícius Rodrigues Borba, Humberto Reder Cazangi, Alessandra Silveira

METODOLOGIA PARA DISEÑO AERODINAMICO DE ALAS BASADO EM TECNICAS DE OPTIMIZACION MULTIOBJETIVO

[accordion] [toggle title="Resumo" state="closed"]

En el siguiente trabajo se presenta una metodología de diseño aerodinámico de alas rectas de baja velocidad, basada en una técnica de optimización multiobjetivo; El trabajo se centró en la consecución de tres objetivos fundamentales, los cuales constituyen (i) la discretización del ala, (ii) el diseño aerodinámico y (iii) la selección del método de optimización multiobjetivo. Para la discretización del ala, se utilizó un esquema de parametrización geométrica para el perfil del ala basada en curvas de Bézier y restricciones de desigualdad para la cuerda, envergadura, ángulo de flecha y diedro. En el diseño aerodinámico del ala, para el cálculo del coeficiente de sustentación y el coeficiente de resistencia inducido, se utilizó un código computacional basado en el método de los paneles 3D, utilizando fuentes y dipolos, con un número predefinido de paneles basado en un análisis de convergencia previo. Finalmente la búsqueda de las soluciones optimas se efectúa a través del algoritmo evolucionario NSGAII aplicado sobre una población de alas rectas de baja velocidad con perfiles aerodinámicos de alta sustentación. Los resultados obtenidos muestran el frente de Pareto en cada caso, para el inverso del coeficiente de sustentación mínimo y el modulo del coeficiente de momento mínimo, concluyéndose que la metodología es flexible con un costo computacional aceptable además de tener aplicación en cualquier problema ingeniería aeronáutica.

Palavras chave: Optimización aerodinámica, optimización multiobjetivo, parametrización geométrica, algoritmo evolucionario, diseño de alas.

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Nelson Jose Diaz Gautier, Bruno Silva de Sousa, Nelson Manzanares Filho

ESTUDIO DEL FLUJO TURBULENTO BIFÁSICO EN UNA TUBERÍA HORIZONTAL UTILIZANDO DIFERENTES MODELOS NUMÉRICOS DE TURBULENCIA

[accordion] [toggle title="Resumo" state="closed"]

En el presente artículo se estudia el comportamiento de un flujo turbulento bifásico agua-aire en una tubería horizontal mediante simulación numérica. El objetivo del estudio es obtener la distribución de presión variable sobre la pared de la tubería en función del tiempo. En tal sentido se analizaron diferentes modelos de turbulencia descritos en la literatura y se seleccionaron dos modelos, el RANS SST y el LES – WALE, para evaluar cuál de ellos es el más adecuado para cumplir el objetivo planteado. Asimismo, para simular el flujo bifásico se utilizó el modelo VOF. En la investigación se evaluaron diferentes condiciones del flujo, considerando las dimensiones de la tubería y los valores de la velocidad superficial de cada fase, según resultados experimentales reportados en la literatura, para validar así los resultados numéricos. Se ha observado que ambos modelos de turbulencia son capaces de captar los patrones del comportamiento turbulento del flujo y ofrecen resultados similares en los valores máximos y mínimos de la presión. Se confirma lo planteado por otros autores, ya que el modelo LES permite alcanzar mayor precisión en los resultados, pero tiene también mayor costo computacional. Por tanto, se recomienda utilizar el modelo RANS descrito en el presente trabajo, si la variable de interés es la presión sobre la pared de la tubería.

Palavras chaves: modelos de turbulencia, flujo bifásico, CFD, RANS, LES

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Rosendo Franco, Herbert Yépez, Renatto M. Yupa, Daniel Abarca

PULSATILE ELECTROOSMOTIC FLOW OF A NEWTONIAN FLUID IN A MICROCHANNEL

[accordion] [toggle title="Resumo" state="closed"]

In this work, we conduct a numerical analysis of the start-up of an oscillatory electroosmotic flow in a parallel-plate microchannel under asymmetric zeta potentials. It is found that the transient evolution of the flow field is controlled by the parameters, and, which represent the dimensionless frequency, the ratio of the zeta potentials of the microchannel walls, and the electrokinetic parameter, which is defined as the ratio of the microchannel height to the Debye length (EDL). The analysis is performed for both low and high zeta potentials; in the former case, an analytical solution is derived, whereas in the latter, a numerical solution is obtained. These solutions provide the fundamental characteristics of the oscillatory electroosmotic flows for which, with suitable adjustment of the zeta potential and the dimensionless frequency, the velocity profiles of the fluid flow exhibit symmetric or asymmetric shapes.

Palavras chave: Electroosmotic flow, Maxwell fluid, Pulsatile flow

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Manuel Peralta, Oscar Bautista

ANÁLISE HIDRODINÁMICA DE UM DISPOSITIVO DE COLUNA DE ÁGUA OSCILANTE NEAR-SHORE USANDO UM MODELO RANS-VOF 3D

[accordion] [toggle title="Resumo" state="closed"]

Um dispositivo de aproveitamento da energia das ondas de tipo coluna de água oscilante (CAO) near-shore (que pode se assimilar a um cilindro vertical oco com a sua parte inferior aberta e a parte superior equipada com uma turbina Wells) implementada em profundidade intermédia pequena é estudado numericamente recorrendo a um modelo RANS-VOF 3D. O modelo numérico integra técnicas de geração e absorção das ondas por batedores múltiplos que permite dispor de um tanque de onda eficiente, eliminando as ondas reflectidas e difractadas. O dispositivo de CAO near-shore é um dispositivo alternativo ao clássico dispositivo integrado em quebra-mar ou na linha de costa e ao dispositivo off-shore (assimilado a um cilindro vertical oco estabilizado por um sistema de ancoragem por cabos) e tem duas vantagens: a resposta do dispositivo é independente da direcção das ondas e pode ser facilmente afundado no fundo do mar já que o dispositivo é desenhado para ser implementado em profundida pequena (~20 m). No entanto, a proximidade do fundo e a interacção complexa onda-estrutura resultante podem interferir em termo hidrodinâmico e energético na resposta do dispositivo CAO near-shore, comparativamente a um dispositivo off-shore. O artigo apresenta os primeiros resultados deste projecto através da análise pormenorizada de um caso de agitação marítima. Também, permite evidenciar e prever respostas diferentes do dispositivo CAO near-shore de um dispositivo clássico off-shore através da analise das series temporais de elevação de superfície livre, do caudal na turbina, da pressão na câmara-de-ar da CAO, da potência pneumática e dos vectores e campos de velocidade e de vorticidade ao redor e dentro do dispositivo.

Palavras chave:Coluna de Água Oscilante, Modelação numérica, RANS-VOF, near-shore

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Eric Didier, Paulo R.F. Teixeira, Maria G. Neves

AERODYNAMIC ANALYSIS OF A NEW FOLDABLE FIN FOR A CARRIER ROCKET THROUGH CFD MODELING

[accordion] [toggle title="Resumo" state="closed"]

The aerodynamic characterization of a modified wing has significant economic and environmental impact in the aerospace industry. A carrier rocket is use to take a payload up to the space, e.g. satellites or suborbital sounding rockets, and it faces turbulence recirculation of the air that tends to divert the rocket’s orbit. To mitigate this effect, the current research analyzes a new foldable fin design that includes a folding mechanism. At first, the OpenFOAM solver implementation is validated with a stationary, 2D, CFD modeling of the NACA0012 airfoil under the flow conditions of interest: Mach de 0.5 y . Its results are compared with experimental tests from the literature validating the “rhoSimpleFoam” solver by using the “Spalart-Allmaras fv3” turbulence model: a maximum difference of 20% and 0.15 of standard deviation. After that, a 3D modeling is developed for the new foldable sweep fin and its results are compared with another modeling of the same fin without the orbit mechanism. This lets to know that under an attack angle ( ) of , the pressure coefficient distribution of the whole wing raises up to 221% by the orbit mechanism. Besides, the aerodynamic characterization of the fin is described by the and a and the total design generates a and a , concluding that the modification on the fin decreases its aerodynamic efficiency by 53,7%. The new foldable fin for the carrier rocket could be an answer for sustainable flights at the aerospace industry after characterizing the fuel consumption of the rocket without the orbit mechanism.

Palavras chave: aerodynamic, fin, rocket, CFD, compressible.

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Luis. F. Garcia, Julian E. Jaramillo y Domenico Guida

OBTENÇÃO DAS CURVAS CARACTERÍSTICAS DO ESTÁGIO DA BOMBA MULTIFÁSICA HÉLICO AXIAL UTILIZANDO TÉCNICAS DE DINÂMICA DOS FLUIDOS COMPUTACIONAL

[accordion] [toggle title="Resumo" state="closed"]

As técnicas de Dinâmica dos Fluidos Computacional como ferramenta na simulação numérica de escoamentos multifásicos, tem-se tornado indispensável na análise de escoamentos complexos, permitindo o estudo de diferentes geometrias e condições de contorno. No caso das bombas multifásicas, as quais são empregadas nas indústrias de petróleos, química e nuclear, torna-se uma ferramenta muito importante para projetistas no desenho deste tipo de equipamentos. O rotor da bomba multifásica hélico-axial multiestágio é o encarregado de transmitir a energia cinética ao fluido, entre que o difusor homogeneíza e direciona o fluido para o seguinte estágio. Estes dois elementos conformam os componentes principais do estágio da bomba multifásica hélico-axial ou rotodinâmica. Com o intuito de compreender o comportamento do escoamento em cada componente, neste trabalho determinou-se as características de desempenho da bomba, utilizando técnicas de Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD), com a finalidade de identificar as regiões de perdas e dissipação de energia, mediante análises locais dos campos de escoamento, utilizando os modelos de turbulência apropriados. Além disso, forem traçadas as curvas caraterísticas a partir dos resultados das análises numéricos das simulações do conjunto rotor-estator da bomba multifásica hélico-axial, operando uma mistura de água-ar, em una determinada rotação, para diferentes vazões. É importante salientar que os valores dos resultados apresentam correspondência aceitável quando comparados com dados da literatura.

Palavras chave: Bomba Multifásica, Bomba Hélico axial, Campo de escoamento, Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD).

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Yina Faizully Quintero Gamboa, Ramiro Gustavo Ramirez Camacho, Waldir de Oliveira

CRACK PROPAGATION ANALYSIS IN THE END NOTCHED FLEXURE WITH INSERTED ROLLER MIXED MODE I/II TEST

[accordion] [toggle title="Resumo" state="closed"]

The crack propagation performance of the End Notched Flexure with inserted roller test is analyzed. The crack length is determined without any optical measurement, based on the experimental compliance of the specimen. Consequently, energy release rate curves have been obtained at each point during the test. As the mixed mode varies during the test, the linear fracture criterion has been used for fitting experimental data 10 different test conditions. The values of GIc and GIIc obtained after that data fitting agreed with those obtained from pure mode tests.An equivalent energy release rate is proposed taking into account the interaction of the modes I and II, based on the linear failure criterion. Experimental results obtained with specimens of F593/T300 carbon/epoxy unidirectional composite show a good agreement with the proposed approach.

Palavras chave: Interlaminar fracture, mixed-mode, equivalent energy release rate.

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A. Boyano, J. de Gracia, A. Arrese, F. Mujika

CARACTERIZAÇÃO DE BIOFILMES À BASE DE AMIDO DE MANDIOCA

[accordion] [toggle title="Resumo" state="closed"]

Os filmes elaborados a base de amido são facilmente degradáveis, mas apresentam algumas desvantagens: não possuem boa flexibilidade e são pouco resistentes. Para melhorar as propriedades mecânicas, a flexibilidade e o contato com a água, são necessários tratamentos especiais como a adição de cargas, fibras, plastificantes e outros aditivos. Este trabalho teve como objetivo avaliar as propriedades físico-químicas, físicas e microscópicas de filmes elaborados a partir do amido da mandioca com adição de plastificante. Os filmes foram preparados pelo processo de casting usando amido de mandioca, água destilada na proporção de 1:5 e agente plastificante glicerol nas concentrações 0%, 10% e 20% em relação à massa de amido. Os biofilmes foram caracterizados quanto à sua espessura, solubilidade e propriedades térmicas. A termogravimetria (TG) e a calorimetria exploratória diferencial (DSC) foram feitas simultaneamente com o Calorímetro Diferencial de Varredura. O estudo da morfologia das amostras foi feito em microscópio eletrônico de varredura (MEV). A adição do glicerol interferiu nos parâmetros associados com a endoterma de gelatinização possivelmente, devido à natureza higroscópica do glicerol que tende fornecer um teor de umidade adicional. Os filmes elaborados com adição de glicerol ficaram mais flexíveis, tansparentes e não houve diferença significativa na aparência dos grânulos de mandioca com a adição do plastificante.

Palavras chaves: biofilmes amido plastificante

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Neusa Maria Pavão Battaglini, Carlos Alberto Fonzar Pintão, Ana Paula Cerino Coutinho , Pedro Rodrigues Neto, Juliana Gatti Spegiorini, Jéssica Rita Sizuki

STABILITY ANALYSIS OF AN INTERFACE BETWEEN IMMISCIBLE LIQUIDS IN THE PRESENCE OF A MAGNETIC FIELD

[accordion] [toggle title="Resumo" state="closed"]

Hydrodynamic instabilities may occur when a viscous fluid is driven by a less viscous one through a porous medium. These penetrations are common in enhanced oil recovery, dendrite formation and aquifer flow. Recent studies have shown that the use of magnetic suspensions allow the external control of the instability. The problem is non-linear and some further improvements of both theory and experiment are still needed. In particular, the present paper investigates the growth of the instabilities when a magnetic field is applied to the interface between the fluids in a Hele-Shaw cell. A linear stability analysis provides a control criterion as a function of the physical non-dimensional numbers (i.e. ratio of magnetic, gravitational and capillary forces to the viscous force) and the wavenumber of the disturbance. The interfacial tension inhibits small wavelength instabilities. The magnetic field contributes to the interface stability for moderate wavelength when it is applied parallel to the liquid-interface. In particular, we find an explicit expression, as a function of the susceptibility, for a critical angle between the interface and the magnetic field direction, in which its effect on the interface is neutral. In the cases of a nonlinear regime of the interface, we use a regular expansion method to obtain an asymptotic solution. The first correction captures the second order nonlinear effects of the magnetic field, which tends to align the fingers with the field orientation and have a destabilizing effect. However, in general our analysis has shown that a parallel magnetic field on the liquid interface can always produce a significant stabilizing effect.

Palavras chave: Hydrodynamic instability. Porous media. Magnetic interface. Stability analysis. Asymptotic solution.

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Yuri Zeniti Sinzato, Francisco Ricardo Cunha

SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE ESCOAMENTOS BIFÁSICOS COM SUPERFÍCIE LIVRE UTILIZANDO O CÓDIGO NUMÉRICO OPENFOAM

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No presente artigo apresentam-se as simulações numéricas feitas utilizando o código OpenFOAM® para escoamentos bifásicos com superfície livre: a instabilidade de Rayleigh-Taylor; a queda de uma coluna de água; a interacção de uma onda regular com um cilindro horizontal totalmente submerso, colocado paralelamente à crista das ondas incidentes; e a coluna de água oscilante no interior de um cilindro vertical sujeito a ondas regulares. O código numérico resolve as equações de Navier-Stokes em regime transitório e utiliza a técnica VoF (Volume of Fluid) para identificar a superfície livre. É feito um estudo da dependência da solução com o refinamento da malha e com o passo de tempo e comparados os resultados com os obtidos por outros autores em estudos numéricos e experimentais. Constatou-se uma boa correspondência entre os resultados obtidos no âmbito deste trabalho com os experimentais e os obtidos por outros códigos numéricos.

Palavras chave: Simulação numérica, Superfície livre, Equações de Navier-Stokes, VoF, OpenFOAM®

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J. M. P. Conde

VEHÍCULOS TERRESTRES Y/O MARÍTIMOS CON EFECTO MAGNUS Y DETERMINACIÓN DE SUS PARÁMETROS PRINCIPALES

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Muchos de los prototipos que utilizan el efecto Magnus se han considerado tecnología inservible, sin embargo, en la última década se han desarrollado diversos proyectos que han contribuido al ahorro de combustible a través de vehículos marítimos especialmente, en este documento se presentan algunos de estos proyectos, se continúa con los fundamentos matemáticos y se mencionan algunos equipos que permiten la visualización de este fenómeno. En la última parte se comenta el diseño de un equipo de laboratorio que tiene como fin determinar experimentalmente los parámetros fundamentales del efecto Magnus, diseño que se lleva a cabo en el Instituto Politécnico Nacional, el cual no solo permitirá la visualización del efecto sino incluso determinar los parámetros y una gráfica tanto para uso didáctico como para investigación con la facilidad de intercambio de cilindros con diferentes diámetros y rugosidad (en proceso de patentamiento).

Palavras chave: Efecto Magnus, prototipo, mecánica de fluidos, resistencia al avance, levantamiento

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J. Félix Vázquez, Tiburcio Fernández, J. Arturo Correa

ANÁLISIS CFD DE LA COMBUSTIÓN NO PRE-MEZCLADA DE H2 COMO ESTUDIO PRELIMINAR DE LA COMBUSTIÓN DE GAS DE SÍNTESIS PRODUCTO DE LA GASIFICACIÓN DE BIOMASA

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El presente estudio surge como un acercamiento hacia el análisis de la combustión del gas de síntesis producto de la gasificación de biomasa en la cámara de combustión de una microturbina a gas como parte de un sistema de generación de potencia SOFC– MGT, sistema compuesto por una celda de combustible de óxido sólido y una microturbina a gas, al cual se integra una unidad de gasificación con el propósito de evaluar el potencial energético de diferentes biomasas de la matriz bioenergética de Colombia. Asumiendo que el gas combustible es hidrógeno en proporción con un gas inerte como el nitrógeno a condiciones de 300 K y 1 atm a la entrada del combustor se tuvo como propósito analizar la fluctuación de la temperatura de llama adiabática y las fracciones molares de las especies químicas de los productos respecto a cambios en la razón de equivalencia para la combustión. Para proporciones cercanas a la estequiométrica, se estimó un error del 0,9%. Adicionalmente, se encontró que la temperatura de llama adiabática, las fracciones molares de N2 y O2 fueron mayores y la fracción molar de H2O fue menor para razones de equivalencia 𝜙<1>, respecto a los valores calculados basado en el balance de especies químicas.

Palavras chave: Combustión, Combustor, Dinámica de fluidos computacional, Hidrógeno, Temperatura de llama adiabática, Transporte de especies

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David Andrés Serrato Tobón, Ing, Luis Carlos Flórez García, M.Sc, Álvaro Restrepo, Ing. Ph.D

ANÁLISIS FLUIDO-DINÁMICO DE CÁMARAS EN ESPIRAL BASADAS EN LA ESPIRAL DE ARQUÍMEDES SIN ALABES DIRECTRICES

[accordion] [toggle title="Resumo" state="closed"]

Las cámaras en espiral son un elemento constitutivo de gran importancia para los sistemas de generación hidráulica que emplean las turbinas a reacción, estas se encargan de distribuir de forma uniforme el flujo a la entrada del rodete donde el direccionamiento del fluido, se efectúa por medio de los alabes directrices; además dichos alabes cumplen otra función, que es la de regular flujo. El presente estudio, evalúa la posibilidad retirar los alabes directrices de la cámara en espiral, por medio de la implementación de un diseño geométrico basado en un caso específico de la espiral de Arquímedes, el cual busca que el ángulo de salida del fluido, sea constante en toda la región de salida de la cámara en espiral; el comportamiento anteriormente descrito, es evaluado de forma numérica por medio de simulaciones fluido-dinámicas efectuadas en el módulo CFX del software Ansys 17.0®. Posteriormente los resultados son analizados vía MatLAB generando los perfiles de velocidad y evaluando las componentes normal, tangencial y total de la velocidad de salida, las cuales permiten determinar el ángulo de salida por medio de relaciones trigonométricas. Finalmente se prevé, que la no implementación de los alabes directrices, permita reducir costos en la construcción de estos dispositivos y facilitar las operaciones de mantenimiento, al reducir la cantidad de piezas móviles en el sistema; sin embargo, para la regulación del flujo será necesario implementar una válvula comercial adicional aguas arriba de la cámara en espiral.

Palavras chave: Cámara en espiral, Espiral de Arquímedes, Alabes directrices, CFD.

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Sebastian Vélez García, Jorge Andrés Sierra del Rio, Juan José Arbeláez Toro, Brian Quintero Arboleda, Santiago Laín Beatove

COMPARAÇÃO DE DNS E LST PARA O ESCOAMENTO DE POISEUILLE DO FLUIDO OLDROYD-B

[accordion] [toggle title="Resumo" state="closed"]

Diversos escoamentos de interesse prático são de fluidos viscoelásticos e muitas vezes é desejável saber se estes escoamentos propagam-se no estado laminar ou no turbulento. Embora a hidrodinâmica de fluidos viscoelásticos sejam fortemente afetadas pelo balanço entre forças inerciais e elásticas no escoamento, o efeito da elasticidade sobre a estabilidade de escoamentos inerciais não é completamente estabelecida. No presente trabalho, estuda-se a transição laminar-turbulenta, em que é investigada a convecção de ondas de Tollmien-Schlichting para o escoamento incompressível bidimensional de Poiseuille para um fluido viscoelástico, utilizando a equação constitutiva Oldroyd-B. Para isto, utiliza-se a Simulação Numérica Direta (DNS) e a Teoria de Estabilidade Linear (LST) para verificar a estabilidade dos escoamentos de fluidos viscoelásticos a perturbações não estacionárias. Na formulação DNS as equações de Navier-Stokes juntamente com a equação constitutiva Oldroyd-B são resolvidas utilizando métodos de diferenças finitas compactas de alta ordem. Enquanto que na análise LST a equação de Orr-Sommerfeld é modificada para um fluido viscoelástico e resolvida pelo método Shooting. A fim de avaliar as taxas de amplificação máxima, diferentes simulações numéricas foram realizadas variando-se os parâmetros adimensionais para o escoamento de fluido viscoelástico e comparando com o escoamento de fluido Newtoniano. Os resultados numéricos obtidos mostram que as taxas de amplificação obtidas diferem do fluido Newtoniano à medida que o número de Weissenberg aumenta. As técnicas DNS e LST mostraram-se ferramenta eficiente na análise da estabilidade de escoamentos viscoelásticos, capaz de avaliar se o escoamento vai se tornar mais ou menos instável com a adição de solvente, permitindo uma melhor escolha dos parâmetros adimensionais dos escoamentos.

Palavras chave: transição laminar-turbulenta, fluido viscoelástico, escoamento de Poiseuille, simulação numérica direta, teoria de estabilidade linear

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Analice Costacurta Brandi, Márcio Teixeira de Mendonça, Leandro Franco de Souza

ANALISIS COMPUTACIONAL DE FLUIDOS EN UN ASPERSOR DE CONO HUECO.

[accordion] [toggle title="Resumo" state="closed"]

El objetivo de este trabajo consiste aumentar el ángulo de apertura de un aspersor de cono hueco, partiendo desde la ingeniería inversa mediante simulación computacional de la dinámica del fluido (agua-aire), validando la mejor configuración geométrica a condiciones de operación constante. Para el estudio se realizaron 2 geometrías, 1 comercial (Recta) y una modificada (curva). Todo el proceso de simulación computacional se realizó en el programa Ansys Workbench V17.0®. El volumen de control en las 2 geometrías (Recta y modificada curva) corresponden al fluido difásico conformado por el volumen de agua-aire ocupado al interior y a la salida del aspersor. El proceso de discretización se realizó en el módulo Meshing®, aproximadamente 1.4E6 elementos fueron necesarios para garantizar la independencia de malla en los 2 casos. La configuración del modelo en el módulo CFX® corresponde a una simulación transitoria con paso de tiempo de 0.002 s para un tiempo total de simulación de 1 s. Fluido bifásico conformado por agua y aire en estado continuo ambos a condiciones de 25°C, el modelo de turbulencia k-w y condiciones de entrada, salida y pared fueron establecidas acorde a las condiciones de operación correspondientes a una presión de suministro de 30 Psi. Contornos de fracción volumétrica, velocidades en planos de simetría vertical y planta y líneas de flujo fueron generados para realizar la comparación entre las dos (2) geometrías simuladas. Incrementos en el ángulo del cono para la boquilla modificada respecto a la geometría comercial fue evidenciado, pasando de 85 grados (boquilla comercial recta) hasta 105 grados de apertura del cono en la boquilla mejorada (Modificada curva).

Palavras chave: CFD bifásico, aspersor, cono hueco, ángulo de cono.

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Jorge Andrés Sierra del Rio, Juan José Arbeláez Toro, Juan Gonzalo Ardila Marín

ESTUDO NUMÉRICO DE UM DISPOSITIVO DE CONVERSÃO DE ENERGIA DAS ONDAS UTILIZANDO O MÉTODO SPH

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O objetivo principal deste trabalho é validar e demonstrar a aplicabilidade do DualSPHysics na simulação numérica dos dispositivos de conversão de energia das ondas (WECs – wave energy converters). O DualSPHysics baseia-se no método SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) para descrever a dinâmica dos fluidos. Este método permite simular de forma natural escoamentos não-lineares com grandes deformações da superfície livre, evoluções topológicas complexas e interações fluido-estrutura. No entanto, o método SPH não permite simular as interações fluido-estrutura-estrutura, por esta razão a biblioteca do ProjectChrono foi implementada no DualSPHysics. Esta biblioteca permite simular explicitamente mecanismos envolvendo praticamente todos os tipos de geometrias, contatos e restrições mecânicas, como por exemplo: dispositivos compostos por diversos corpos rígidos e/ou flexíveis, colisões, adesões, acoplamentos, articulações, motores, graus de liberdade arbitrários. Neste artigo apresenta-se uma breve descrição do modelo numérico e definem-se os parâmetros numéricos usados no estudo de interação onda-WEC. A validação do modelo numérico é realizada através da comparação dos resultados numéricos com dados experimentais da hidrodinâmica de um OWSC (oscillating wave surge converter). De modo geral os resultados numéricos apresentam boa concordância com os dados experimentais.

Palavras chave: modelação numérica, energia das ondas, SPH, DualSPHysics, ProjectChrono

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Moisés Brito, Lino Pereira, Luís Gil, Ricardo Canelas, Rui Ferreira

ANÁLISE NUMÉRICA DO COMPORTAMENTO VISCOELÁSTICO DE UM FERROFLUIDO SUJEITO A CISALHAMENTO OSCILATÓRIO USANDO DINÂMICA BROWNIANA.

[accordion] [toggle title="Resumo" state="closed"]

Ferrofluidos são suspensões de partículas nanométricas magnécticas em um fluido base newtoniano. As partículas são aproximadas como dipolos com domínio único e estão sujeitas a movimento browniano translacional e rotacional. As interações entre as partículas e o campo magnético externo e as interações dipolares entre as partículas afetam de maneira significativa o comportamento macroscópico mecânico e reológico da suspensão. Neste trabalho é investigado numericamento o comportamento viscoelástico de um ferrofluido em cisalhamento oscilatório sob a acção de um campo magnético uniforme. O estudo é feito a partir da simulação direta das partículas usando Dinâmica Browniana. As interações dipolares, de longo alcance, são calculadas utilizando-se domínios replicados em conjunto com o método das somas de Ewald. Valores da viscosidade rotacional dinâmica e da viscosidade rotacional fora de fase do fluido são apresentados em função da frequência de oscilação para diferentes intensidades de interação dipolar e taxas de cisalhamento. Os resultados mostram que a transição do comportamento viscoso para o elástico depende da intensidade de interação dipolar, aumentando com esta. Esse número pode estar associado à formação de cadeias e estruturas de partículas. Uma análise qualitativa da formação de agrgados é feita a partir de imagens do domínio de simulação. Noregime de viscoelasticidade linear, os resultados são comparados comparados com o modelo teórico de Maxwell e é mostrado que o tempo de relaxação do modelo cresce com o quadro do parâmetro de interação dipolar.

Palavras chave: Ferrofluido, Reologia, Dinâmica Browniana, Viscoelasticidade Linear

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Adriano Possebon Rosa, Francisco Ricardo Cunha

ANÁLISE DE COMBUSTÃO E DESEMPENHO DE UM MOTOR À ETANOL COM EMPOBRECIMENTO DE MISTURA

[accordion] [toggle title="Resumo" state="closed"]

Atualmente a redução dos impactos ao meio ambiente é um dos principais fatores a ser considerado no projeto e construção de um motor de combustão interna. A queima de biocombustíveis derivados da cana de açúcar, como o etanol, tem se destacado para atender a demanda do setor de transportes. Além disto, a queima de misturas com uma alta relação ar-combustível também ganha importância na procura de motores ecologicamente corretos. Com isto, este trabalho objetiva testar os efeitos do empobrecimento da mistura ar-combustível em um motor comercial atual. Para isto, testes em bancada dinamométrica foram realizados, controlando e registrando dados de eixo do motor e medindo a pressão em um de seus cilindros. Assim, foi possível analisar a influência do empobrecimento da mistura ar-combustível no processo de combustão. Os dados de eixo do motor identificam um pequeno ganho no consumo específico de combustível quando trabalhando com misturas pobres, além da diminuição na temperatura de exaustão. Ainda, com o sistema de medição de pressão comprova-se o aumento proporcional do coeficiente de variação da pressão média efetiva indicada de acordo com o empobrecimento da mistura, assim como um aumento progressivo nos tempos 10%, 50% e 90% da fração de massa queimada, o que indica uma redução na velocidade de propagação da chama na câmara de combustão.

Palavras chave: Motores De Combustão Interna, Biocombustíveis, Misturas Pobres, Combustão, Etanol.

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Carlos Eduardo Castilla Alvarez, Vinícius Rückert Roso, Giselle Elias Couto,Luan Henrique Mendonça Moreira, Ramon Molina Valle

DESARROLLO DE UN MODELO SIMPLIFICADO DE BOMBA DE CALOR AIRE-AGUA PARA CALEFACCIÓN Y AGUA CALIENTE SANITARIA

[accordion] [toggle title="Resumo" state="closed"]

En Chile, el uso masivo de sistemas de calefacción basado en leña ha llevado a declarar varias ciudades de la zona centro sur de Chile en estado de saturadas de contaminación. Además el costo de producción de agua caliente sanitaria, donde se usa principalmente gas licuado o gas natural como combustible, es extremadamente elevado. Por esto, se propone evaluar el uso de sistemas para calefacción y agua caliente sanitaria más eficientes y menos contaminantes, como es el caso de las bombas de calor. El uso de este tipo de equipo se evalúa principalmente mediante simulación, para lo cual se requiere de un modelo robusto y con una precisión adecuada para lograr resultados confiables en simulaciones de sistemas evaluados en periodos de hasta un año. Debido a esto se propone un modelo de bomba de calor basado en un modelo semi-empírico de un compresor, de un condensador y de un evaporador. El modelo del compresor es validado utilizando datos de catálogo con un compresor scroll de 230 V y tres refrigerantes: R134a, R407C y R410A. En esta validación se identifican los principales parámetros del modelo del compresor. El modelo del compresor predice la potencia eléctrica, el flujo de refrigerante y la temperatura a la salida del compresor con errores inferiores a 3%, 1% y 2 K, respectivamente. Los modelos de los intercambiadores de calor consideran una condición nominal de operación, para la cual se identifica un área de transferencia de calor a partir de los datos de catálogo de una bomba de calor comercial. Finalmente el modelo de la bomba de calor es capaz de predecir el calor transferido por la bomba de calor, la potencia del compresor y el COP del sistema. Este modelo es finalmente validado con datos de catálogo de una bomba de calor.

Palavras chave: bomba de calor, calefacción, agua caliente sanitaria

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Cristian Cuevas B.

MODELACIÓN DE UN SISTEMA DE CALEFACCIÓN Y CALENTAMIENTO DE AGUA SANITARIA CON BOMBA DE CALOR ACOPLADO A UNA VIVIENDA

[accordion] [toggle title="Resumo" state="closed"]

Chilean heating system and domestic hot water are mainly produced by wood stoves and gas water heater respectively. This presents two drawbacks, the use of wood stoves for heating is responsible of severe pollution problems during winter period and another drawback is associated to the high price of the gas. To mitigate these problems, it is proposed to analyse the use of heat pumps for both heating and domestic hot water. The first step for this analysis is to determine the seasonal performance of the heat pump, which depends, among others, on the building location, building characteristics and heat pump characteristics. In this study the performance of a four occupants household located at Concepción in southern Chile is analyzed. The heating demand is determined by using the software TRNSYS, by obtaining an annual heating demand of 7692 kWh. The domestic hot water demand is determined from a typical consumption profile, with an annual energy demand of 5975 kWh. These profiles are used as inputs to the heat pump model by developing a hourly simulation. The heat pump is modelled by using a modular approach decomposed in three individual models for the following components: compressor, condenser and evaporator. It is assumed that the compressor is regulated with an ON/OFF control. The hourly COP varies between 2,5 and 4,3, with a seasonal COP equal to 3,15. The compressor electric energy demand is equal to 4345 kWh with an equivalent CO2 emissions of 1,56 ton.

Palavras chave: heat pump; modelling; heating; domestic hot water; seasonal COP

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Fabián Correa, Cristian Cuevas

SOBRE O USO DO TUBO DE PITOT PARA LOCALIZAR O PONTO DE SELA NUM ESCOAMENTO COM ROTAÇÃO

[accordion] [toggle title="Resumo" state="closed"]

Em sistemas de combustão do tipo industrial ou em turbinas de gás recorre-se a rotação do ar para estabilizar a chama. Forma-se uma zona de recirculação toroidal (ZR) que transporta os gases quentes para junto da entrada dos reagentes, assegurando a sua ignição. O estudo extensivo de escoamento reativos e fortemente tridimensionais pode ser moroso e implicar técnicas de diagnóstico dispendiosas. Contudo, localizar o ponto de sela que fecha a ZR pode ser suficiente para apreciar o efeito das variáveis operacionais. Averigua-se aqui a aplicabilidade da técnica experimental descrita por Vaz (1015) a este tipo de escoamento fortemente tridimensional (não reativo). A técnica recorre a medições de perfis axiais com tubos de Pitot pelo que tem as vantagens de baixo custo e curto tempo de implementação. O modelo laboratorial consiste numa câmara de diâmetro D alimentada pela base por um escoamento de ar atuado por um gerador de rotação de diâmetro de/D =0,186 e número de swirl estimado em 0,7. A técnica revelou limitações neste escoamento (Rede~105), não permitindo localizar o ponto de sela, possivelmente decorrentes de a pressão estática no eixo variar não apenas em função da pressão dinâmica associada à componente axial da velocidade mas também em resultado da curvatura das linhas de corrente e magnitude da componente tangencial. Complementarmente, a visualização com linhas de fumo, embora para Rede~104, sugere a existência de uma bolha de recirculação de comprimento z/de ~1. Recomenda-se a comparação das medições da pressão total com os resultados homólogos obtidos por simulação numérica do escoamento, para os dois níveis de Re. Para melhor caracterizar a condição de entrada do domínio em estudo, mediram-se as flutuações turbulentas da pressão estática na conduta de admissão e propõe-se ainda uma expressão que permite estimar a partir dessas medidas a intensidade da turbulência.

Palavras chave: bolha de recirculação, tubo de Pitot, intensidade da turbulência, escoamento com rotação, gerador de rotação

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Daniel C. Vaz, Eduardo A.J. Camilo

ESTUDO COMPARATIVO DA CINÉTICA EM ESTADO SÓLIDO DA SECAGEM E DECOMPOSIÇÃO TÉRMICA DE BIOMASSAS COLÔMBIANAS

[accordion] [toggle title="Resumo" state="closed"]

Este trabalho teve como objetivo realizar o estudo cinético da decomposição térmica do caroço do fruto da palma africana e bagaço de cana-de-açúcar, as quais são biomassas colombianas comuns. O interesse pela análise destas biomassas surge com o intuito de obter informações para realizar uma modelagem fenomenológica para o projeto de reatores mais eficientes. A termogravimetria (TG) não isotérmica foi utilizada como técnica experimental de análise das biomassas e para obtenção dos dados para realizar a análise cinética da secagem e da decomposição térmica. A análise cinética da secagem foi desenvolvida utilizando os métodos cinéticos de Newton, Henderson e Pabis, e Page. A análise cinética da decomposição térmica foi avaliada aplicando reação global através dos métodos isoconversionais, um esquema de três reações consecutivas, y um esquema de três reações paralelas. A aplicação dos três esquemas foi com o intuito de comparar os resultados fornecidos por cada um e escolher aquele que melhor descreve os dados experimentais. Os resultados da cinética da secagem em condições não-isotérmicas mostraram que o método de Page forneceu a melhor descrição dos dados experimentais, com energia de ativação de 5,4 kJ/kmol. A cinética da decomposição térmica foi muito bem descrita pelo esquema de reações paralelas com energias de ativação de 130, 200 e 56 kJ/mol para cada reação avaliada, respectivamente. O estudo comparativo demostrou que a modelagem com uma reação global subdimensiona os resultados. No entanto, os parâmetros cinéticos encontrados através dos métodos isoconversionais serviram como suporte e condição inicial no processo iterativo nas modelagens complexas, i.e., esquemas de reações consecutivas e paralelas. As energias de ativação obtidas pelo esquema de reações consecutivas foram similares às determinadas pelo esquema de reações paralelas. Portanto, se concluiu que o comportamento térmico das biomassas pode ser modelado com boa precisão utilizando estas energias de ativação e qualquer um dos esquemas de reações complexos.

Palavras chave: Termogravimetria, Pirólise, torrefação, reações consecutivas, reações paralelas

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Yesid Javier Rueda-Ordóñez

IDENTIFICAÇÃO DAS FONTES DE RUÍDO DE BANDA LARGA EM VENTILADORES AXIAIS COM BASE NAS TÉCNICAS NUMÉRICAS DE DINÂMICA DOS FLUIDOS COMPUTACIONAL

[accordion] [toggle title="Resumo" state="closed"]

A redução do ruído é uma das principais metas no projeto de ventiladores axiais. Nesse tipo de ventiladores, o ruído aerodinâmico ocorre principalmente devido às perturbações do escoamento na sua entrada, ao movimento das pás, ao escoamento turbulento e à separação do escoamento sobre as pás do rotor. Ventiladores axiais com sua geometria de admissão inadequada muitas vezes induzem escoamentos na entrada que variam desde perfis de velocidades espacialmente assimétricos a giros desse escoamento que flutuam com o tempo e dão lugar a forças aleatórias que atuam sobre as pás. Isto produz ruído temporal de banda larga que, na maioria dos casos, desencadeia o ruído tonal. A motivação deste trabalho é a identificação das fontes de ruído locais emitidas por ventiladores axiais de motores a diesel de usinas termelétricas, neste sentido, foi considerado um estudo em um ventilador axial do sistema de arrefecimento de motores de combustão interna da usina termelétrica de Goiânia II, que usa motores a diesel como fonte primária de geração; com o intuito de projetar posteriormente um ventilador de baixos níveis de ruído. Foram utilizadas técnicas de medição aeroacústica para identificação dos níveis de potência sonora gerada, pelos diversos componenentes dos sistemas, durante a operação dos motores e de Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD), acopladas com modelos de fontes de ruído de banda larga, para identificar as fontes de ruído e obter os níveis de pressão sonora de rotores axiais cujas pás estão em formato de arco de círculo.

Palavras chave: Motores a Diesel, Ventiladores Axiais, Fontes de Ruído, Banda Larga, CFD.

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Arispe, T. M.; Oliveira, W.; Ramirez, R. G.; da Silva, E. R.; dos Santos, E. F.;dos Santos, E. C.; da Costa, C. E.; dos Reis, T. C.; Pereira, K. C .

ANÁLISE HIDRODINÂMICA DA PROPAGAÇÃO DO SOM EM UMA MISTURA GASOSA REATIVA CONFINADA ENTRE PLACAS PARALELAS

[accordion] [toggle title="Resumo" state="closed"]

O objetivo do trabalho é realizar o estudo da propagação de ondas sonoras em uma mistura binária de gases reativos confinada entre duas placas planas, infinitas e paralelas, com base em equações hidrodinâmicas lineares obtidas da equação de Boltzmann em um regime próximo ao equilíbrio químico e de baixas frequências do som. As ondas sonoras são induzidas pela oscilação harmônica de uma das placas na direção normal ao seu próprio plano, enquanto que a outra placa, estacionária, atua como um receptor de ondas sonoras e influencia a solução do problema. A reação química considerada é típica da formação de isômeros, ou seja, uma reação reversível do tipo A + A ↔ B + B. As condições de contorno de impenetrabilidade do gás e salto de temperatura nas placas são assumidas. As quantidades macroscópicas que caracterizam o estado da mistura, e.g. desvios de densidade e temperatura da mistura dos respectivos valores no estado de equilíbrio termodinâmico, velocidade hidrodinâmica e fluxo de calor, são determinadas em função do número de Knudsen, definido como a razão entre o livre caminho médio molecular e a distância entre as placas, de um parâmetro de oscilação, definido como a razão entre a frequência do som e a frequência de oscilação intermolecular, da energia de ativação da reação química e da concentração da mistura. A influência da reação química nas grandezas macroscópicas de interesse é analisada através da comparação dos perfis obtidos para as amplitudes e fases dessas grandezas para alguns valores de energia de ativação da mistura com aqueles obtidos no limite de alta energia de ativação, ou seja, no limite em que não há reação química e o sistema gasoso se reduz a uma mistura binária de gases inertes.

Palavras chave: propagação do som, misturas de gases rarefeitos, reações químicas, equação de Boltzmann.

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Denize Kalempa, Adriano William da Silva, Ana Jacinta Soares

ESCOAMENTO DE PARTÍCULAS NO INTERIOR DE UMA CALDEIRA A BIOMASSA

[accordion] [toggle title="Resumo" state="closed"]

Com o intuito de otimizar o desempenho de caldeiras industriais, a Dinâmica de Fluidos Computacional é uma importante e indispensável ferramenta para a perceção de vários fenómenos. No que diz respeito às emissões de partículas sólidas, estas são um aspeto muito importante relacionado com a combustão da biomassa. As partículas, cujo tamanho pode variar de vários micrómetros a alguns milímetros, podem causar a erosão das paredes da fornalha, dos permutadores de calor e poluição do meio ambiente. Este artigo apresenta a modelação CFD do escoamento de partículas no interior de uma caldeira industrial recorrendo ao software comercial ANSYS Fluent 17.2. Os resultados obtidos permitiram identificar que o local onde estão situados os permutadores de calor é a região mais crítica para a ocorrência de erosão. Neste local, devido à existência de um vórtice que faz com que a área por onde o escoamento passe seja menor, existe um aumento de velocidade e, portanto, levará à ocorrência de erosão nesta zona. Para além disso, são discutidas soluções que poderão solucinar a erosão dos permutadores de calor. Entre várias soluções que podem, efetivamente, reduzir a erosão destaca-se a modificação do fornecimento de ar e a utilização de defletores. O modelo numérico CFD criado poderá agora ser utilizado para otimização do desempenho de caldeiras industriais de modo a reduzir a erosão e, por consequinte, reduzir os custos de manutenção deste equipamento de combustão.

Palavras chave: Simulação Numérica; Combustão de Biomassa; Partículas; Caldeira Industrial.

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João Silva, José Teixeira, Senhorinha Teixeira, Simone Preziati

ESCOAMENTOS DE FLUIDOS MAGNÉTICOS EM CAVIDADE

[accordion] [toggle title="Resumo" state="closed"]

Neste trabalho. estudamos diferentes configurações de escoamentos de ferrofluidos em cavidades bidimensionais. em que o topo da cavidade está se movendo. Propomos uma formulação vorticidade função de corrente para resolvermos o escoamento e o acoplamento do escoamento com o campo magnético será localmente resolvido instantaneamente. Propomos um modelo para a evolução da magnetização a partir de modelos disponíveis na literatura. As equações da hidrodinâmica e do Campo magnético sio resolvidas usando o esquema numérico de diferenças finitas. Identificamos os parâmetros físicos do problema como o número de Reynolds e o número de Reynolds Magnético. avaliando suas implicações na dinâmica do problema. Foram odservadas mudanças significativas no escoamento com a presença do campo magnético.

Palavras chave: : fluido magnético, cavidades, diferenças finitas, magnetização, formulação vorticidade-função de corrente.

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Camila de Oliveira Vieira I , Yuri Dumaresq Sobra, Francisco Ricardo Cunhas

IMPACTO DE LA NORMATIVA AMBIENTAL CHILENA SOBRE EL DESARROLLO TECNÓLOGICO DE CALEFACTORES A BIOMASA

[accordion] [toggle title="Resumo" state="closed"]

Las emisiones provenientes de la combustión residencial de leña superan las normas de calidad del aire en los principales centros urbanos del centro-sur de Chile, ocasionado graves problemas en la salud de la población. Para abordar el tema, el Ministerio de Medio Ambiente promulgó una norma de emisión para los calefactores a biomasa y a partir de octubre del año 2014 se implementó el proceso de certificación para calefactores a leña, en colaboración con el Ministerio de Energía y la Superintendencia de Electricidad y Combustibles. Esto permitió garantizar que los programas de recambio de calefactores a leña garantizaran la selección de equipos menos contaminantes y más eficientes. El alcance de extendió dos años más tarde a los calefactores a pellets y actualmente se encuentra en elaboración un estándar para cocinas a leña. En este contexto, los fabricantes e importadores de calefactores a leña debieron realizar modificaciones en sus diseños a fin de cumplir los requisitos de emisiones de material particulado, eficiencia energética y seguridad. En un diagnóstico inicial realizado el año 2011en la Universidad de Concepción para tecnologías de calefactores a leña presentes en el mercado chileno, se encontró que las tasas de emisión de material particulado oscilaban en rangos entre 4 y 20 g/h, mientras la eficiencia térmica era inferior al 70%. Posterior a la entrada en vigencia de la norma, los calefactores que se analizaron en un laboratorio autorizado presentan emisiones de material particulado inferiores a 3,5 g/h y eficiencia térmica entre 70 y 85%, mientras que los calefactores a pellets muestran emisiones inferiores a 2 g/h y eficiencias entre 80 y 90%. Las principales medidas para producir el cambio en el desempeño ambiental tienen relación con modificaciones en la distribución de aire en la cámara de combustión de los calefactores, uso de materiales refractarios e incorporación de tecnologías de llama invertida.

Palavras chave: calefacción residencial, combustión de biomasa, contaminación del aire, eficiencia energética

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Oscar Farías, Jorge Jiménez, Carlos Salgado

LARGE EDDY SIMULATION OF TURBULENT FLOW AT OPEN-CHANNEL CONFLUENCES

[accordion] [toggle title="Resumo" state="closed"]

Confluences are zones where significant flow interactions between the main and the tributary channels occur. The interactions between flows generate complex turbulent structures and result in the development of the stagnation, deflection, separation, shear layers, maximum velocity and recovery zones. The hydrodynamic processes in these zones are controlled by several variables, such as flow discharge, confluence angle and channel geometry including longitudinal slope and boundary roughness. This renders the detailed description of the flow patterns a difficult challenge, and the numerical simulation constitutes an important tool for describing these flows. The main goal of this paper is the large-eddy simulation (LES) of flows at a 70° open-channel confluence. For validation, time-averaged velocities, turbulence intensities and free-surface level calculated by the LES are compared with experimental data. LES results show a reasonable agreement with experimental data, reproducing all important flow patterns at the vicinity of the confluence.

Palavras chave: open-channel confluence, flow structure, numerical modelling, LES.

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Moisés Brito, Gonçalo Baeta, Olga B. Canelas, Luís Gil



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