6. Termotecnia – Termodinâmica

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

6. Termotecnia - Termodinâmica

     AVALIAÇÃO EXPERIMENTAL DO IMPACTO DE ELEMENTOS DE ARMAZENAMENTO DE CALOR LATENTE SOBRE O DESEMPENHO DE REFRIGERADORES DOMÉSTICOS

Resumo

Phase change materials (PCM) são materiais com alto calor latente de fusão capazes de armazenar e liberar grande quantidade de energia ao sofrer mudança de fase. Nos dias atuais, esses materiais vêm sendo extensivamente utilizados com o intuito de armazenar a máxima quantidade de energia térmica para melhorar o desempenho e a confiabilidade de sistemas energéticos. A literatura atual indica que o uso de PCM no ambiente refrigerado e/ou nos trocadores de calor de um refrigerador doméstico pode contribuir para (i) o aumento do coeficiente de performance do sistema; (ii) a redução do consumo de energia; (iii) a estabilização de temperaturas internas, visto que ele aumenta a inércia térmica do sistema, e (iv) a manutenção da temperatura do espaço refrigerado em níveis aceitáveis por mais tempo em situações de queda de energia. Por isso, a aplicação de PCMs na refrigeração doméstica é o objeto de estudo do presente trabalho que propõe uma avaliação experimental do efeito termodinâmico do uso destes materiais em um refrigerador doméstico. Os ensaios experimentais avaliaram os efeitos, isolados e combinados, da utilização de PCM no congelador, resfriador e condensador. Avaliou-se dois tipos de PCM no congelador e três tipos no resfriador e no condensador. Testes de abaixamento de temperatura (pull-down), retenção de temperatura (pull-up) e consumo de energia foram realizados para cada combinação de posicionamento, quantidade e tipo de PCM. A utilização de PCM nos compartimentos refrigerados impactou negativamente o tempo de abaixamento de temperatura, conforme já esperado. Em contrapartida, o teste de retenção de temperatura apresentou melhorias de até 300%. O uso do PCM nos ambientes refrigerados, independentemente do tipo, quantidade ou posicionamento, não apresentou melhorias significativas no consumo de energia, possivelmente devido à alta frequência do regime cíclico do refrigerador que inviabilizou a mudança de fase do material e a atuação do PCM como um regenerador de energia. Por sua vez, a integração de PCM no condensador apresentou uma redução no consumo de energia de até 5,4% em condições de baixa fração de funcionamento do compressor.

Palavras chave: Phase change material, refrigeração doméstica, consumo de energia.

     Carla Soares Rametta, Joel Boeng, Cláudio Melo


     METHOD FOR DETERMINATION OF FLAMMABILITY LIMITS OF HYDROCARBONS IN AIR AT ATMOSPHERIC PRESSURE AND REFERENCE TEMPERATURE

Resumo

The flammability limits in air are important parameters for the adoption of safety measures in industrial operations involving flammable compounds. The objective of the present work was to develop and validate a method to determine the flammability limits at reference temperature and atmospheric pressure of hydrocarbons.

The developed method relies in basic combustion theory and in a correlation which was obtained in order to determine the ratio between the adiabatic flame temperature at the stoichiometric composition and that at the flammability limit composition. It was observed that for different compounds this ratio varies less than the flammability limits themselves. Therefore, two correlations which determine this ratio were obtained: one for the lower flammability limit (LFL) and another for the upper flammability limit (UFL).

In order to develop the method, the correlation sets for the LFL and UFL consisted of 243 and 158 compounds, respectively. The adiabatic flame temperatures at the stoichiometric composition and at the flammability limits composition were calculated. Afterwards, the correlations were obtained by using the multiple linear regression method.

Regarding the correlation sets for the LFL and UFL, the Average of the relative errors (AARE) were 5.57% and 8.97%, respectively. The correlation coefficient (R2) was also determined and the obtained values were 0.961 and 0.938, respectively.

The method was also validated by considering prediction sets for the LFL and UFL which consisted of 81 and 89 compounds, respectively. The AAREs for these sets were 5.39% and 7.56%. On the other hand, the values of R2 were 0.960 and 0.9000, respectively. The developed method showed better accuracy in the case of the LFL. However, the method showed good accuracy for both flammability limits.

Palavras chave: Flammability limits; Basic combustion theory; Semi-empirical Method

     Andrés Z. Mendiburu, João A. de Carvalho Jr, Christian R. Coronado, Jordan Amaro Gutiérrez


     OBTENCIÓN EXPERIMENTAL DE LAS CURVAS DE VARIACIÓN DEL COEFICIENTE POLITRÓPICO PARA DISTINTOS REGÍMENES DE ROTACIÓN EN MECH.

Resumo

El coeficiente politrópico es el parámetro termodinámico que define y explica las pérdidas de calor durante las transformaciones de compresión y expansión en el ciclo de trabajo de los motores de combustión interna. Puede calcularse a partir de los diagramas indicados obtenidos en forma experimental sobre prototipos ya construidos. Su conocimiento se transforma en una herramienta fundamental para el proyectista de motores, ya que se vincula con el trabajo y la potencia que se puede obtener de la máquina. El presente trabajo muestra un sencillo procedimiento experimental que permite obtener una familia de curvas, a distintos regímenes de rotación del motor y a plena carga, que representan las variaciones del coeficiente politrópico a lo largo de la carrera de compresión, utilizando fluido real de trabajo. La obtención del diagrama abierto se realiza en un motor de encendido a chispa, sin fase de combustión, y priorizando la sustitución del costoso equipamiento específico por sensores de bajo costo y uso habitual en el ámbito industrial. Por su sencillez, el procedimiento puede ser emulado en cualquier laboratorio básico de motores, y muestra la fortaleza del método físico matemático del ciclo previsto como herramienta de cálculo para el trabajo y la potencia del ciclo en la etapa de anteproyecto. Las conclusiones obtenidas se transforman en información de diseño para el cálculo de motores con ciclos comparables al estudiado.

Palavras chave: coeficiente politrópico, diagrama indicado, potencia indicada, trabajo, sensores de presión.

     Diego C. Caputo, Rodolfo O. Berberi, Pablo G. Cavataio, Néstor A. E. Ferré, Fernando G. Russo, Gabriel A. Receloglu, Verónica Fonteriz, Romina Ferreira, Blas E. Calvo


     INCREMENTO DE EFICIENCIA TÉRMICA Y REDUCCIÓN DE CO2 EN COCINAS ANAFE CON EL USO DEL GAS NATURAL EN EL PERÚ

Resumo

El presente trabajo tuvo como objetivo mejorar el rendimiento térmico de una cocina tipo Anafe usando gas natural en Lima Metropolitana y además disminuir las emisiones de CO2 con la finalidad de promover el buen uso de la energía y disminuir el impacto al Cambio Climático. Según el Ministerio de Energía y Minas, la cocina a gas es el equipo más representativo en cuanto a consumo de energía térmica (2008). En el Perú, con fecha 8 de septiembre de 2000, se promulgó la Ley de Promoción del Uso Eficiente de la Energía Ley N° 27345. La metodología utilizada fue construir un banco de ensayos bajo norma técnica de gases combustibles, luego se implementó la instrumentación adecuada para medir y registrar las variables como temperatura, presión, emisiones y flujo másico del combustible a usar, se diseñaron los quemadores para la cocina prototipo mediante los diferentes modelos matemáticos analizados y haciendo uso extensivo de herramientas computacionales como Mathcad y Matlab, luego se fabricaron los quemadores optimizados teóricamente y a través de las normas técnicas nacionales o internacionales se ensayaron y se determinaron las eficiencias térmicas y emisiones de CO2 en el banco de ensayos. En los ensayos se obtuvieron eficiencias del orden de 55-60%, alrededor del doble de las obtenidas por las cocinas tradicionales que estaban entre el 25 al 35%, y también se obtuvieron una reducción de emisiones de CO2, entre el 25% al 30%, con respecto a las cocinas tradicionales que se comercializan en el mercado peruano.

Palavras chave: combustión, eficiencia térmica, emisiones, gas natural, quemadores domésticos

     Freddy J. Rojas Chávez, Fernando Jiménez Ugarte, Alexis Álvarez Olivares


     MONTAGEM DE PROTÓTIPO DE FREEZER A -86ºC UTILIZANDO REFRIGERAÇÃO EM CASCATA COM HIDROCARBONETOS

Resumo

Atualmente, uma atenção especial tem sido dada aos chamados fluidos naturais, que são menos agressivos ao meio ambiente. Aliado a isso, existe uma demanda pela produção de freezers com temperaturas internas baixíssimas, usados na área da saúde e nas pesquisas científicas. Neste sentido, o presente artigo trata da montagem de um protótipo de freezer, usando um sistema de refrigeração em cascata para temperaturas internas de até -86ºC, utilizando hidrocarbonetos como fluidos frigoríficos. A vantagem dos ciclos de refrigeração em cascata é que os ciclos não contêm o mesmo fluido refrigerante, portanto, não precisam operar em altos níveis de pressão, podendo ser adaptados às novas tendências de uso dos gases refrigerantes alternativos. Os fluidos naturais utilizados como gases refrigerantes foram os hidrocarbonetos R290 (propano) e o R170 (etano), incolores, quase inodoros, sem potencial de destruição da camada de ozônio e baixo potencial de aquecimento global direto. Porém, foram necessários cuidados especiais no seu manuseio, devido ao alto grau de inflamabilidade, requerendo a adoção de certos procedimentos de segurança para montagem. Como resultado, apresenta-se as atividades e os procedimentos detalhados na construção e montagem de todas as estruturas do equipamento, bem como as dificuldades e os principais resultados obtidos.

Palavras chave: hidrocarbonetos, fluidos frigoríficos, baixíssimas temperaturas, refrigeração em cascata.

     Ícaro Galvão da Silva Ribeiro, Antônio Gabriel Souza Almeida, Francisco Souza Almeida, Luiz Gustavo da Cruz Duarte


     ESTUDO DA GERAÇÃO DE GÁS DE BROWN A PARTIR DA ENERGIA REMANESCENTE DE UM ACUMULADOR AUTOMOTIVO

Resumo

O uso excessivo de combustíveis fósseis, como a gasolina e o diesel, tem proporcionado alto nível de emissão de poluentes e um previsível esgotamento de fontes energéticas fósseis, além disso o custo por litro é relativamente elevado, o que torna cada vez mais interessante a identificação de formas de energias alternativas. Diversos acessórios têm surgido no mercado automotivo prometendo a substituição do uso de combustíveis convencionais pela utilização exclusiva de gás de Brown (HHO) como única fonte de energia para o funcionamento pleno do motor. O presente estudo tem como objetivo, desmistificar o funcionamento de motores de combustão interna que utilizem 100% gás de Brown sem modificações na sua originalidade, desenvolvendo e avaliando um sistema de reação eletrolítica da água para a produção do gás. O estudo foi realizado no departamento de Engenharia Mecânica do IFPE-Campus RecifePernambuco-Brasil, utilizando uma bancada de testes contendo um motor de combustão interna, carburado e com acessórios elétricos pertinentes ao funcionamento do mesmo. Para a realização do trabalho, foi construído um reator eletrolítico com materiais de baixo custo e que injeta o gás gerado diretamente no carburador do motor. A banca contém medidores de vazão, corrente e tensão, e um sistema de aquisição/controle com Data Logger. Foi realizado o balanço energético do sistema, a partir da energia remanescente da bateria (acumulador automotivo) para gerar gás de Brown e redimensionar o diâmetro do furo do “giclê de combustível” para obter a relação ar/combustível ideal para e maior eficiência do motor. Os resultados experimentais encontrados permitiram comprovar a veracidade da teoria proposta, cuja quantidade de gás gerada com a energia remanescente da bateria, ainda é insuficiente para sua substituição por completa da gasolina em um motor automotivo original.

Palavras chave: Gás de Brown; Eletrolise da água; Motor de combustão interna.

     Jacek Stanislaw Michalewicz, João Victor Cavalcanti Silva, Gilmar Gonçalves de Brito, Rubens de Andrade Santos, José Ângelo Peixoto da Costa


     ESTUDO DO EQUILÍBRIO LÍQUIDO-VAPOR DO PAR ETANOL + HEPTANO SOB BAIXAS PRESSÕES: METODOLOGIA EXPERIMENTAL E ESTIMAÇÃO DE PARÂMETROS

Resumo

O estudo do equilíbrio líquido-vapor é de grande importância e interesse nas indústrias química e de petróleo, pois seu conhecimento tem papel fundamental em processos de destilação e separação, bem como no projeto dos equipamentos envolvidos nestes. Este trabalho tem como objetivo apresentar de forma detalhada todas as etapas desenvolvidas para estimação de parâmetros de interação binária de modelos termodinâmicos para o par etanol + n-heptano sob pressões subatmosféricas, desde a obtenção dos dados experimentais até as ferramentas numéricocomputacionais utilizadas na estimação de parâmetros de modelos termodinâmicos.

mitura etanol + n-heptano é importante tendo em vista a utilização como combustível – em veículos flex fuel (utilizados principalmente no mercado brasileiro) – através da mistura de gasolinas com etanol. Diversos trabalhos reportam a existência de um azeótropo sob pressão atmosférica para esta mistura. A variação da pressão do sistema modifica a composição do azeótropo (em alguns casos, variações de pressão provocam o desaparecimento do mesmo), de maneira que estudos de equilíbrios de fases sob diversas pressões são importantes.

dados experimentais, sob vácuo, são obtidos com auxílio do ebuliômetro Labodest© VLE 602 (FISCHER ENGINEERING®), onde são obtidas duas alíquotas referentes às fases líquida e vapor. Uma curva de calibração, que correlaciona massa específica e fração molar é construída (por picnometria) para determinação da fração molar dos componentes das alíquotas obtidas. Terminada a etapa experimental, tem-se o desafio de resolver um problema de minimização de uma funçãoobjetivo para estimar os parâmetros de interação binária para algum modelo de coeficiente de atividade. Esta minimização é feita através de um método estocástico bastante simples e eficiente conhecido como Evolução Diferencial. Finalmente, é possível obter-se o diagrama de fases para a mistura, bem como determinar a composição azeotrópica.

Palavras chave: Equilíbrio líquido-vapor; parâmetros de interação binária; ebuliômetro.

     Jorge Morvan Marotte Luz Filho, Gustavo Mendes Platt


     OPTIMIZATION OF INTERMEDIATE PRESSURE IN TWO-STAGE VAPOR COMPRESSION CYCLES FOCUSED ON THE APPLICATION

Resumo

Two-stage vapor compression cycles with vapor-injection are used in refrigeration systems and heat pumps working in extreme conditions. The advantages of vapor-injection are the improvement of capacity and COP in severe climates and the reduction of the compressor discharge temperature. This technique comprises the injection of vapor refrigerant into an intermediate stage of compression. The intermediate pressure is a critical factor in two-stage vapor-injection cycles. In the literature, some correlations have been found in order to estimate the optimal intermediate pressure. Nevertheless, in all previous studies, the optimum of the cycle has been analyzed in terms of the refrigerant side, and the application conditions (secondary fluid side) have not been considered. Indeed, the optimum of the cycle was obtained as a function of the evaporating and condensing temperatures, but in a real system, the condensing temperature is not fixed and is determined from the temperature lift of the secondary fluid of a determined application. In this paper, the optimum intermediate pressure of two-stage cycles is presented taking into account the application. The optimization is performed for two cycle configurations (flash tank and economizer), considering several refrigerants (R407C, R290, R22, R32, R410A, R134a, R1234yf) and a wide range of operating conditions. Based on the optimization results, a correlation is proposed in order to estimate the optimum intermediate pressure. For the first time, the subcooling is taken into account in the correlation, besides the evaporating and condensing temperatures. Finally, the proposed correlation is used to calculate the optimum intermediate pressure of a water heating application from 45ºC to 65ºC, using an air to water heat pump with R290 as a refrigerant. For this application, the predicted optimum intermediate pressure is 25% lower than the optimum intermediate pressure estimated with other correlations found in the literature, and the predicted COP is 8.5% higher.

Palavras chave: optimization, intermediate pressure, two-stage compression, vapor-injection, correlation

     Fernando M. Tello-Oquendo, Emilio Navarro-Peris, José Gonzálvez-Maciá


     DYNAMIC THERMAL BEHAVIOR OF A MINIBUS AND ANALYSIS OF THE CONVECTIVE HEAT TRANSFER WITH THE EXTERNAL AIR

Resumo

The air-conditioning system (A/C) of a vehicle controls the interior temperature and ensures a certain relative humidity comfortable for the passengers. The A/C system represents an important factor in the energy consumption of vehicles and hence contributes to the exhaust emissions of the transport sector. The load of the A/C system is mainly influenced by the climatic conditions, such as the solar radiation, external ambient temperature, and by internal loads due to the occupation, ventilation and auxiliary equipment. In this paper, a transient thermal model of a minibus cabin is presented. The model is developed in Trnsys and predicts the interior air temperature and relative humidity inside the cabin. Type 56 of Trnsys was adapted for this purpose considering two thermal zones (driver and passengers). This type allows introducing the vehicle dimensions (surfaces, glazing, etc.), the material surfaces (conductivity, capacity thermal, density, and transmissivity and absorptivity for glazing) of the minibus. The model was validated using experimental data including variable ambient conditions (solar radiation and ambient temperature) of a minibus parked outdoors facing west. The model simulation results present a correct agreement with the experimental data, with a maximum deviation of 1.5 K of the interior air temperature. In addition, different approaches have been analyzed to evaluate the convective heat transfer from the vehicle to the external ambient air. The default approach from Trnsys involves using constant heat transfer coefficients, and this methodology has been compared with typical correlations from heat transfer literature.

Palavras chave: thermal model, minibus, Trnsys, validation, convection.

     Daniela C. Vásconez-Núnez, Jorge Payá, José Gonzálvez-Maciá


     ANÁLISIS Y SIMULACIÓN DE UN SISTEMA TÉRMICO PARA TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES AVÍCOLAS

Resumo

En las plantas de beneficio avícola, se producen aproximadamente 600 de aguas residuales. Estos vertimientos contienen altas concentraciones de materia orgánica, sólidos suspendidos, grasas, nitrógeno y fósforo. En este trabajo se investiga si un sistema térmico para tratamiento de agua residual por evaporación al vacío, puede usarse como alternativa a los procesos biológicos y químicos que son ampliamente utilizados a nivel industrial. Estos sistemas se encargan de hervir el agua residual a una temperatura de saturación más baja, debido que el equipo está a una presión de vacío (menor a la presión atmosférica), reduciendo la cantidad de energía utilizada para el cambio de estado en el cual ocurre la separación del agua y los residuos contaminantes y luego el vapor de agua es condensado, para ser vertido a la red hídrica. El propósito de esta investigación es determinar la viabilidad energética de estos sistemas para ser implementados en la industria avícola. Las ventajas de los sistema térmicos para tratamiento de aguas residuales son: equipos compactos y por lo general no requieren de un gran espacio físico, puede separar los componentes contaminantes del agua sin generar ningún otro efluente residual y el agua producida es de elevada calidad respecto a los tratamientos de tipo biológico y químico. Por medio de un software de simulación de sistemas térmicos TRNSYS, se modifican las variables de entrada y parámetros. Además, se establece un modelo cero dimensional y dinámico para resolver los balances de masa, energía y las correlaciones empíricas de transferencia de calor para los fenómenos de ebullición y condensación que se ajusten a los evaporadores de película descendente y condensadores que son implementados en nuevos módulos dentro del software, cuyo fin es establecer la eficiencia térmica y la cantidad de agua tratada del sistema.

Palavras chave: Evaporador, Condensador, Agua Residual, Ebullición y Condensación.

     Daniela Juliana Rey Benavides, Julián Ernesto Jaramillo Ibarra, Omar Armando Gelvez Arocha


     MODELAGEM ALGÉBRICA NÃO-IDEAL DE UM CICLO OTTO NO EES

Resumo

Este artigo discorre sobre motores de combustão interna visando sua modelagem. A criação de um modelo algébrico foi a abordagem escolhida, por permitir resultados com um grau de precisão razoável e demandar menos tempo que outros tipos de modelagem. Esse tipo de modelagem também permite obter um entendimento físico de cada etapa de funcionamento do motor; obter as ordens de grandeza das eficiências envolvidas e correlacionar os dados de ciclo com os parâmetros de desempenho do motor. O objetivo principal deste trabalho é propor um modelo computacional e matemático para prever o desempenho de motores de combustão interna alternativos de ignição por centelha retornando os valores das propriedades termodinâmicas do ciclo. Dessa forma, este artigo apresenta um modelo algébrico de um ciclo OTTO 4T não-ideal implementado no EES (Engineering Equation Solver). O modelo tem como entrada as propriedades termoquímicas do combustível; as cilindradas, a rotação e a razão de compressão do motor; temperatura e pressão de admissão. Uma revisão da literatura é apresentada cobrindo preferencialmente os desenvolvimentos dos últimos 15 anos na área de modelagem e ensaios. A validação do modelo desenvolvido foi efetuada com a comparação dos valores de pressão, temperatura e trabalho líquido do modelo e valores obtidos experimentalmente.

Palavras chaves: Ciclo OTTO, Modelagem Algébrica, EES, Motores de Combustão Interna.

     Lucas Vianna Gama, Flávio Augusto Bueno Figueiredo, Jorge Recarte Henriquez Guerrero


     PROJETO PRELIMINAR DE TURBINA RADIAL ORC PARA APLICAÇÕES COM FONTES DE CALOR DE BAIXA TEMPERATURA

Resumo

A exploração de fontes de energias sustentáveis tem-se tornado uma opção para reduzir o impacto ambiental do uso da energia tradicional, assim como para confrontar o problema do aumento da demanda de energia, junto com a diminuição das reservas dos combustíveis fósseis utilizados na atualidade. Nos últimos anos, o interesse pela recuperação de calor tem crescido consideravelmente, originando novas soluções para a geração de eletricidade a partir de fontes de calor de baixa temperatura, sendo o Ciclo Rankine Orgânico (ORC) uma das soluções propostas mais utilizadas. Dentre os componentes mais importantes para um ótimo desempenho do ORC, especial atenção deve ser dada ao projeto da turbina. Neste trabalho apresenta-se uma metodologia unidimensional do projeto aerotermodinâmico de uma turbina radial ORC operando no ponto de máximo rendimento. A rotina computacional, desenvolvida no programa MATLAB®, automatiza o procedimento de projeto deste tipo de turbinas e é baseada em modelos de gases reais para a estimativa das propriedades termodinâmicas dos fluidos refrigerantes utilizados como fluidos de trabalho, ao invés das metodologias clássicas usadas para gases ideais. A implementação deste procedimento torna-se muito importante para prever o comportamento da turbina radial, assim como diversos parâmetros do escoamento, atendendo a busca da configuração ideal da turbomáquina.

Palavras chave: Turbina radial, projeto unidimensional, Ciclo Rankine Orgânico

     Angie Lizeth Espinosa Sarmiento, Diego Mauricio Yepes Maya, Ramiro Gustavo Ramírez Camacho, Waldir de Oliveira, Cláudio Corrêa


     MODELO COMPUTACIONAL BASEADO EM FENÔMENO DE TRANSPORTE PARA SIMULAÇÃO DE ESCOAMENTO MULTIFÁSICO EM DUTOS VERTICAIS

Resumo

Um dos problemas na obtenção de escória de alto-forno nas siderúrgicas é a capacidade de produzi-las com determinado tamanho e densidade necessários à aplicação em outras áreas, por exemplo, na substituição da areia na produção de cimento. Estas características podem ser melhor desenvolvidas através do controle das altas temperaturas que envolvem sua produção, bem como da utilização da água para seu resfriamento e granulação. Existem atualmente estudos voltados à implementação de métodos mais eficazes de aproveitamento desta água, onde vários tendem a utilizar métodos numéricos para modelagem dos fenômenos envolvidos neste processo, considerando-se escoamento multifásico turbulento. O método , baseado na solução de equação de transporte para energia cinética turbulenta e sua taxa de dissipação, mostrou-se adequado para simulação de problemas de alta complexidade, como no caso de escoamentos multifásicos turbulentos. Este método será utilizado para desenvolver um modelo computacional do fenômeno de transporte de escoamento envolvendo ar e vapor de água, para analisar as condições físicas necessárias para obter dados numéricos indicativos para otimizar o fenômeno de condensação no interior de dutos e determinar valores ótimos das grandezas responsáveis pelo fenômeno condensação-vaporização. Após simular o escoamento, verifica-se a capacidade de convergência de malha para definir qual melhor malha para o processo em estudo, compara-se então as alterações na fração volumétrica para as malhas escolhidas, assim como a variação de pressão e velocidade e após definir os melhores parâmetros, alterar comprimento da tubulação e verificar o comportamento do escoamento com relação a variação de fração volumétrica na presença de escoamento plenamente desenvolvido para cada comprimento. Para as simulações foram escolhidas as ferramentas: SALOME, OPENFOAM® e PARAVIEW, para geração da geometria e malha, solução numérica do processo e pós processamento dos resultados, respetivamente.

Palavras chave: Condensação, Vaporização, Método κ-ε, Turbulência, OpenFOAM.

     Cláudio Corrêa, José Adilson de Castro, Angie Lizeth Espinosa Sarmiento, Diego Mauricio Yepes Maya


     ADEQUAÇÃO E AVALIAÇÃO DE UM SISTEMA DE QUEIMA PARA ESTUDO DAS EMISSÕES DE INCÊNDIOS FLORESTAIS EM LABORATÓRIO

Resumo

El incremento de las eficiencias de las turbomáquinas se puede lograr utilizando perfiles óptimos para las paletas o aspas. La presente investigación tiene como objetivo principal generar nuevos perfiles hidrodinámicos destinados, especialmente, al diseño de turbomáquinas hidráulicas. Para este fin, se han considerado dos vías: a) utilizar el método paramétrico convencional (MPC), el cual consiste en asumir un arco de curva como esqueleto y una ley de variación del espesor para obtener un nuevo perfil y; b) adoptar la técnica conocida como el método paramétrico modificado (MPM), el cual consiste en procesar las características geométricas de los perfiles conocidos y evaluados previamente por vía experimental, analítica o computacional y luego combinarlas para obtener nuevos perfiles. En el presente trabajo se implementó el MPM para generar nuevos perfiles hidrodinámicos utilizando como base perfiles clásicos y contemporáneos. Una especial atención se prestó al trazado de perfiles hidrodinámicos considerando como base perfiles GOE y NACA. A estos perfiles generados con el MPM se le obtuvieron los coeficientes aerodinámicos, de sustentación, de arrastre y la fineza aerodinámica. El análisis de los coeficientes dio como resultado que varios de los nuevos perfiles tienen un desempeño hidrodinámico mejor que los perfiles base.

Palavras chave: incêndio florestal; combustão de biomassa em laboratório; fator de emissão; gestão do fogo.

     Simone S. Amaral, João A. Carvalho Jr., Turíbio G. Soares Neto, Maria A. M. Costa, Cleverson Pinheiro, Ely V. Cortez, José C. Andrade, José C. Santos


     ANÁLISE PARAMÉTRICA DO EFEITO DA TEMPERATURA DO AR DE COMBUSTÃO NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE UM MOTOR DIESEL EM PLANTAS TERMOELÉTRICAS.

Resumo

Motores marítimos são equipamentos que trabalham a baixa rotação, utilizados em navios de grande porte ou em usinas termoelétricas. Quando aplicados a navios tem como função de alimentar a propulsão, nas usinas termoelétricas seu objetivo é gerar energia elétrica. Esses motores de combustão interna trabalham segundo o ciclo diesel e sofre influencia das condições ambientais, pois precisam operar dentro de uma faixa de temperatura que garanta maior potência e menor consumo de combustível. O presente trabalho analisa a relação entre eficiência energética e o controle da temperatura do ar de alimentação. Para a realização deste estudo foi desenvolvido um modelo matemático considerando o ciclo operacional do motor acoplado a um trocador de calor compacto. O modelo do sistema foi desenvolvido no software MatLab, considerando as condições operacionais e as propriedades termodinâmicas presentes. Através de uma análise paramétrica com o modelo foi possível obter as relações entre a temperatura do ar de admissão, potência gerada, eficiência energética e a temperatura da água de arrefecimento do trocador.

Palavras chave: Motores Marítimos, Trocadores de Calor, Ciclo Diesel, Transferência de Calor, Eficiência Energética.

     J.C., Lira Jr; F.H.S., Silva; J.R., Henríquez; F. A. B.,Figueiredo


     AIR COOLING AT THE INTAKE OF A MICRO GAS TURBINE USING ETHANOL FOGGING: THERMODYNAMIC AND EXPERIMENTAL ANALYSIS

Resumo

A decrease in power output and the Brayton cycle efficiency promoted by a gas turbine operating at high ambient temperatures has motivated the development of cooling technologies in order to reduce air temperatures at the gas turbine intake. Many of such use fluids that have thermodynamic properties which are ideal for cooling. Ethanol has been used as an air coolant at the intake of a micro gas turbine for this study. A reduction of fuel consumption in the combustion chamber has also been analyzed, since the injected ethanol reaches the combustion chamber and acts as additional fuel in the process. Firstly, a computer thermodynamics simulation was carried out in which atomized ethanol was studied from the compressor intake to the end of the cycle so as to determine temperature and pressure of the working fluid (a mixture of air and ethanol) at different stages of the cycle. Calculations of useful power output and cycle efficiency to assess whether ethanol evaporation in the air intake of a micro gas turbine can bring benefits in these parameters were made. Afterwards, experimental tests have been carried out with ethanol and water mixtures atomized at the air intake of a Capstone C30 gas micro gas turbine. The results show that the air temperature at the micro gas turbine intake was rapidly reduced. A small reduction in natural gas consumption was also observed. Ethanol mist cooling has little impact on the useful output power; this parameter remains slightly above the expected output of a micro gas turbine. However, its efficiency was improved from 2 to 3% in comparison with values from previous experiments for the same outputs generated by the same micro gas turbine.

Palavras chave: Thermodynamic analysis, atomization, ethanol, micro gas turbine, flammability limits.

     Rudy H. Pérez, Christian J. R. Coronado, Marco. A. R. Nascimento, Joselyn H. M. Cardenas


     POTENCIALIDADE ENERGÉTICA DOS RESÍDUOS TÉRMICOS DE UM MOTOR DIESEL EM UMA CENTRAL TERMOELÉTRICA.

Resumo

Sistemas de cogeração para produção de calor e frio aproveitando as parcelas de energia residual é uma forma alternativa de operar sistemas que tem prioridade de produção de energia elétrica, como é o caso das centrais termelétricas a motor diesel. Este conceito busca encontrar a melhor forma de aproveitar o vetor energético primário desde que haja demanda para as formas de energia produzidas. A energia térmica na forma de calor pode ser obtida através de caldeiras de recuperação para produção de vapor ou água quente. Por outro lado a energia térmica na forma de frio pode ser produzida através de Chiller de Absorção. Também é possível incrementar a produção de energia elétrica utilizando a energia residual dos produtos da combustão e dos circuitos de arrefecimento para operar ciclos Rankine Orgânicos. De acordo com uma revisão científica encomendada pela Government Office for Science do Reino Unido sobre o estado atual e avanços futuros, além de 2015, das tecnologias de motores de combustão interna no âmbito da energia, a maioria das soluções tecnológicas aos desafios de alcançar uma maior eficiência energética e menor impacto ambiental passa por quatro temas principais que são; (1) Legislação sobre emissão de poluentes e controle de emissões; (2) Utilização de novos combustíveis; (3) Melhoramento no processo de combustão e desenvolvimento de novos ciclos termodinâmicos e (4) Desenvolvimento e aplicação de conceitos avançados de aproveitamento e recuperação de energia. O presente estudo analisa, a partir de informações coletadas numa central termoelétrica de 380 MW operando com 17 motores diesel marítimos da marca Wärtsilä, a potencialidade de recuperação de energia residual e avalia diferentes cenários tecnológicos para o destino deste potencial energético. Para cada um dos cenários é analisada a eficiência energética.

Palavras chave: Motor Diesel, Cogeração, Eficiência Energética, Eficiência Ecológica, Central Termoelétrica.

     J.R. Henríquez, J.C. Lira Jr., F. A. B., Figueiredo, D.M., Souza


     ANÁLISE EXERGOECONÔMICA PELO MÉTODO SPECO NA COGERAÇÃO AUTOMOTIVA PARA USO DE UM SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO POR ABSORÇÃO.

Resumo

Este trabalho trata da análise exergoeconômica pelo método SPECO, de um sistema compacto de cogeração automotiva, caracterizado pelo aproveitamento dos gases de exaustão de um motor de combustão interna do ciclo Otto acionando um sistema de refrigeração por absorção de simples efeito que utiliza o par frigorífico água-amônia para refrigerar a cabine do veículo. O estudo termodinâmico é desenvolvido com foco nas análises de desempenho energético e exergético para obter informações de cada ponto do ciclo, caracterizando os fluxos em cada volume de controle. A unidade estudada é composta de: sistema motriz (combustível, motor, exaustão e arrefecimento), unidade de refrigeração por absorção de simples efeito e espaço a ser refrigerado. Um código computacional na plataforma EES (Engineering Equation Solver) foi desenvolvido para os balanços de 1ª e 2ª Leis da termodinâmica, bem como para os balanços exergoeconômicos com a utilização dos conceitos de produtos, combustíveis e equações auxiliares para cada volume de controle da unidade. Foram utilizados como parâmetros de entrada para o código: os valores de exergia, custo monetário da gasolina, custos de investimento, manutenção e operação de cada equipamento da unidade proposta. O código permite simular diferentes condições no sistema motriz e no sistema de refrigeração utilizado. Os resultados obtidos são apresentados na forma de tabelas e comparações com resultados de outros trabalhos disponíveis na literatura.

Palavras chave: Análise Exergoeconômica, SPECO, Cogeração, Motor Automotivo, Refrigeração por Absorção.

     Adriano da Silva Marques; João Luiz de Medeiros Neto; Carlos Antonio Cabral dos Santos


     MODELAGEM E ANÁLISE DE RECUPERAÇÃO DE CALOR RESIDUAL DE EXAUSTÃO EM UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA BICOMBUSTÍVEL COM GERADORES TERMOELÉTRICOS

Resumo

Os motores de combustão interna utilizados hoje na maioria dos veículos automotivos são conhecidos por terem uma eficiência particularmente baixa, comumente com valores de 20-35%. Logo, se faz necessário o desenvolvimento de tecnologias que permitam melhorar este desempenho. A recuperação de calor residual é um dos meios mais promissores de fazer isto, visto que cerca de 40% da energia do combustível é descartada como calor nos gases de exaustão. Os geradores termoelétricos têm destaque no campo da recuperação de calor, pois permitem converter energia térmica diretamente em energia elétrica. Aqui, uma modelagem termodinâmica de uma unidade de recuperação de calor foi desenvolvida para o sistema de exaustão de um motor de combustão interna automotivo bicombustível (gasolina/álcool), cujos dados foram obtidos através de uma parceria com uma montadora de veículos local, com o objetivo de analisar o incremento na eficiência energética no motor. Os materiais semicondutores, tipo p e n utilizados nas células termoelétricas são o Yb14MnSb11 e Si80Ge20 respectivamente. A modelagem foi realizada com o auxílio de programas de cálculo computacional, permitindo a simulação numérica do dispositivo e a avaliação de seu desempenho. Análises para o caso mais simples, com trocadores de calor em cobre e com 45 aletas no duto de exaustão mostraram que, apesar da baixa eficiência (7,16% neste caso) apontada como principal desvantagem destes geradores, é possível obter uma fonte de energia elétrica de cerca de 1,8KW, mais alta do que outros estudos presentes na literatura. Esta alta potência gerada se deve principalmente às temperaturas dos gases serem bastante altas, da ordem dos 1200K, já que a temperatura da fonte quente é o fator mais importante no desempenho de um gerador termoelétrico. A energia elétrica gerada poderia ser reaproveitada de diversas maneiras, incluindo em dispositivos elétricos no veículo ou ainda ser redirecionada para alimentar a bateria.

Palavras chave: Gerador termoelétrico; Recuperação de calor residual; Motor de combustão interna; Modelagem termodinâmica; Gases de exaustão.

     Marco Antonio Rodrigues de Brito, Marcus Costa de Araújo


     ESTUDO DOS MODELOS NUMÉRICOS EM PROCESSOS DE OXI-COMBUSTÃO OPERANDO COM CARVÃO MINERAL

Resumo

Levando em conta os problemas ambientais e a melhoria na eficiência dos processos de combustão do carvão mineral, novas tecnologias estão sendo testadas a fim de tornar este processo mais eficiente e obter taxas de emissão de poluentes mais baixas. Na oxi-combustão o ar utilizado na combustão convencional é substituído por oxigênio puro proveniente da separação do oxigênio e do nitrogênio do ar. Os produtos da combustão são água e CO2. Parte do CO2 produzido no processo é recirculado na região de combustão com o objetivo de diminuir a temperatura que atinge valores altos durante o processo de combustão. Outra característica da oxi-combustão é a ausência de N2 na região de combustão, ele é substituído pelo CO2. Simulações numéricas através do software Ansys CFX® foram feitas com o intuito de adequar os modelos numéricos presentes no software para o processo de oxi-combustão. Para realizar a adequação foram utilizados os dados geométricos e experimentais de um forno com comprimento de 2,1m e diâmetro interno de 0,4m com um queimador localizado no topo da forno. Foram testados diferentes modelos e parâmetros a fim de representar adequadamente o fenômeno da oxi-combustão. A escolha dos modelos adequados para a oxi-combustão são de extrema importância para o constante desenvolvimento desta tecnologia, tendo em vista o que foi realizado até os dias atuais. Os resultados são promissores, porém demonstram que a distribuição de temperatura ainda não é ideal, necessitando de mais investigações sobre quais modelos e parâmetros devem ser utilizados no software Ansys CFX®, para adequá-lo ao processo de oxi-combustão.

Palavras chave: análise numérica, carvão, ANSYS CFX, dinâmica dos fluidos computacional, oxicombustão.

     Renato Pereira de Moraisa, Fagner Luis Goulart Diasb Marco Antonio Rosa do Nascimentoc


     REFRIGERACIÓN DE UNA CELDA DE COMBUSTIBLE CON UN ARREGLO DE ALETAS RECTANGULARES

Resumo

En el presente trabajo se muestra el estudio y simulación computacional en el software ANSYS/Fluent®, de un arreglo de aletas disipadoras de calor, ubicadas sobre una celda de combustible con una generación de calor constante, cuyo objetivo es conservar la celda a una temperatura de operación determinada. Se simuló el problema bajo diferentes condiciones empleando como fluido de refrigeración aire, agua y un nanofluido Agua-Al2O3; se evalúa la influencia de dichos cambios sobre la temperatura en la base de la celda y sobre el número de celdas que se podrían refrigerar cambiando el fluido de trabajo. Adicionalmente, se compara la simulación con aire con un modelo matemático téorico basado en resistencias térmicas y eficiencia del arreglo de aletas con el fin de validar las simulaciones. Los resultados indican que con el agua y el nanofluido es posible refrigerar un número mucho mayor de celdas de combustible que empleando aire, así mismo, se pudo evidenciar la influencia de la velocidad del fluido sobre la constante de convección y el efecto de la viscosidad sobre los perfiles de velocidad

Palavras chave: ANSYS/Fluent, Arreglo de aletas, Resistencia térmica, CFD, nanofluido, alúmina.

     Daniel Sanín Villa, Daniel Hincapié Baena, Cesar Nieto Londoño, Edwin Andrés Correa Quintana, Adrián Felipe Martínez Pérez, Jorge Andres Sierra Del Rio


     ANÁLISE COMPARATIVA E EXERGÉTICA DE UNIDADES DE GERAÇÃO DE POTÊNCIA POR MEIO DE MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA UTILIZANDO DIESEL, GÁS NATURAL OU GÁS DE SÍNTESE

Resumo

As políticas de emissões e a desejada independência da matriz energética dos combustíveis fósseis reforçam o emprego de fontes alternativas de energia o que influencia o crescimento da biomassa no cenário energético. A gaseificação é uma técnica que gera um combustível gasoso conhecido como gás de síntese que possui baixo poder calorífico capaz de gerar energia elétrica por meio de motores de combustão interna e de turbinas a gás. Esse trabalho trata de um estudo de propostas para uma unidade de geração de potência em um centro de pesquisa que aplica diferentes combustíveis em motores de combustão interna para cogeração de energia para consumo interno. Entre os combustíveis estudado estão o diesel, gás natural e o gás de síntese. Através de informações técnicas de equipamentos e de dados presentes na literatura, por intermédio das análises energética e exergética da unidade geradora identificou-se os locais de perda, destruição de exergia e as eficiências do processo. Visto que o diesel e o gás natural são combustíveis comumente usados, a instalação foi simulada com base nos dados de operação dos fabricantes dos equipamentos selecionados. Para o gás de síntese, os dados utilizados foram baseados em parâmetros obtidos experimentalmente por outros autores. Foi possível comparar os valores de eficiência energética e exergética para os três casos, ponderando as diferenças técnicas e o desempenho dos equipamentos de geração de energia.

Palavras chave: gás de síntese, análise exergética, energia, geração de potência.

     Rafael Magalhães de Melo Freire, Juliana de Oliveira Cordeiro, Tarcísio Faustino Magalhães, Alex Alisson Bandeira Santos


     ANÁLISIS DEL PUNTO DE PLIEGUE EN REDES DE CALENTAMIENTO EN UN SISTEMA HÍBRIDO. CASO DE ESTUDIO: ALBERCA DE CIUDAD UNIVERSITARIA

Resumo

La tendencia actual es optimizar el uso de la energía, es decir, obtener más beneficio con la misma cantidad de energía. Entre las técnicas de análisis se encuentra el punto de pliegue, la cual tiene su principal aplicación en la ingeniería de procesos, esta técnica es usada en los intercambiadores de calor para buscar el punto óptimo de la transferencia de calor entre una corriente fría y una corriente caliente llegando a una diferencia de temperatura deseada. Cuando se llega a esta diferencia de temperatura, se da la transferencia máxima de energía sin usar fuentes externas para acondicionar al sistema. En el presente estudio propone hacer uso de esta técnica para analizar la red de intercambio de calor del sistema híbrido de calentamiento del agua de la alberca Olímpica de Ciudad Universitaria, la cual está conformada por un sistema convencional (calderas) y colectores solares, el propósito de este estudio es reducir el uso de combustibles fósiles y obtener el mejor rendimiento de la fuente renovable, ambos sistemas cuentan con una red de intercambiadores de calor. Debido a que se ha observado que en ocasiones, no se llega a la temperatura objetivo normada por la FINA para las actividades deportivas. A pesar de que el balance de energía muestra que se cuenta con los requerimientos para el calentamiento óptimo, de manera que, con este método de análisis se prentende evaluar si el sistema actual de redes de intercambio aporta los beneficios esperados en cuanto al uso eficiente de la energía, utilizar menor cantidad de combustible u obtener mayores beneficios con la misma cantidad de combustible y reducir los costos de operación del sistema de calentamiento.

Palavras chave: punto de pliegue, colectores, reducción de combustible, optimización de calentamiento.

     F. Rivera, V. Flores


     CARACTERIZACIÓN CLIMÁTICA DE LA REPÚBLICA DOMINICANA: LIMITACIÓN DE LA DEMANDA ENERGÉTICA EN LA EDIFICACIÓN

Resumo

La demanda energética en la edificación en República Dominicana no tiene establecido ningún límite, por lo que es preciso sentar las bases para establecer, racionalmente, una cierta limitación en el consumo energético de los edificios. Esta limitación no puede realizarse sin caracterizar climáticamente el territorio dominicano, a tenor de que la misma es función de la zona climática donde se ubicará el edificio y de su uso previsto. Este trabajo se ha focalizado en caracterizar climáticamente todo el país. Para ello, ha sido necesario recopilar los registros de la temperatura media horaria de bulbo seco y de la irradiancia global horizontal horaria de los últimos 18 años (1998-2015) correspondientes a 65 puntos de monitoreo meteorológico (estaciones meteorológicas y puntos de medición vía satélite). Dicha recopilación se ha efectuado acudiendo a dos fuentes de información:

1. La Oficina Nacional de Meteorología de la República Dominicana (ONAMET).

2. La Base de Datos de Radiación Solar Nacional (NSRDB por sus siglas en inglés) del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL por sus siglas en inglés) del Departamento de Energía de los Estados Unidos de América.

Del procesamiento de datos se concluye que en todo el territorio de la República Dominicana solo es posible una única caracterización, que equivaldría al verano de la costa mediterránea, pero dentro de la cual existen matices según la época del año y lugar, que nos ha posibilitado establecer severidades climáticas a las que se ha dotado de una nomenclatura propia.

Palavras chave: Caracterización climática, limitación energética, edificación.

     Jesús Nicolás Peña Suárez, Víctor José del Campo Díaz, Luis Alfonso Del Portillo Valdés, Joan Manuel Félix Benitez


     ANÁLISE POR TERMOGRAFIA DE MÓDULOS TERMOFOTOVOLTAICOS

Resumo

O coletor solar termofotovoltaico (ou PVT) é um equipamento que integra um módulo fotovoltaico (PV), para a conversão da energia solar em energia elétrica, e um módulo com elevada eficiência de conversão térmica (T) que comporta um fluido térmico, geralmente água. Esta otimização da tecnologia de conversão solar tem como principal objetivo o arrefecimento das células fotovoltaicas, para uma maior geração de energia elétrica, obtendo daqui também uma produçao de energia térmica, tornando-se, assim, num equipamento de cogeração. Este dispositivo constitui, assim, uma alternativa aos convencionais módulos fotovoltaicos e térmicos utilizados independentemente uns dos outros. Ao contrário do painel fotovoltaico, em que todas as células fotovoltaicas operam normalmente à mesma temperatura, pois a radiação solar em cada célula é semelhante e as condições de arrefecimento (sobretudo por ação do vento) também, no PVT existirão temperaturas diferentes devido ao movimento do fluido térmico, logo condições de funcionamento diferentes. Fenómeno similar ocorrerá entre paineis com ligação hidraulica em série. Assim, uma análise térmica dos PVTs permitirá analisar a variação de temperaturas entre células de um painel e entre paineis distintos e concluir sobre as limitações que as ligações hidraulicas dos paineis podem ter no comportamento elétrico dos mesmos. Para esta análise térmica a termografia revela-se como uma ferramenta ideal permitindo o estudo em tempo real do funcionamento de sistemas PVTs em diferentes condições. A análise por termografia tem sido já usada na avaliação de paineis fotovoltaicos, nomeadamente no seu comportamento térmico e no diagnóstco de pontos quentes, sinalizadores de potenciais defeitos nas células.

Do exposto, e a da análise efetuada neste estudo, conclui-se que as técnicas usadas na forma de aproveitamento térmico dos PVTs não devem ser idênticas à dos paineis térmicos.

Palavras chave: Coletor Termofotovoltaico, Células Fotovoltaicas, Temperatura, Radiação Solar, Termografia

     C. A. Figueiredo Ramos, Adérito N. Alcaso, A. J. Marques Cardoso


     RAILWAY LINKAGE MECHANISM ANALYSIS THROUGH PARALLEL COMPUTING

Resumo

The use of commodity graphics cards (GPU) applied to process engineering problems is a growing phenomenon in engineering applied, research and industry. In this work, the authors present the main features that make GPUs attractive to solve engineering computational problems. In addition, we explain the main steps of workflow in a typical programme executed in the GPU. In order to verify the feasibility of this technology, we develop a methodology based on described features, which is applied to the resolution process of a mechanical system used in railways. We develop several analytical models for this mechanical device in order to analyse its behaviour. These models are implemented over two programming environments that allows executing them in the traditional way, over the computer main processor (CPU), and the new one, over the multiple processors of the GPU. To be precise, we study the kinematics of the proposed mechanical device used in railways. We apply a pseudo-optimization method that modifies the topology of the mechanical device to find the best fit under specific conditions. Next, we execute the developed algorithms over the CPU and GPU and measure the execution times under different conditions. By comparing these times, we are able to recognize what is the fastest combination of programming environment and processor (CPU or GPU) for every case tested. Furthermore, we can determine the strengths and weaknesses of applying the new technology (using GPU), with respect to conventional computers. In some cases, we obtain a speedup of one magnitude order when using GPU instead of CPU.

Palavras chave: GPU, CUDA, parallel computing, simulation, railway mechanism

     A. Bustos Caballero, H. Rubio Alonso, E. Soriano Heras, J. C. García Prada


     APLICAÇÃO DO MÉTODO DE DIFERENÇAS FINITAS EM UM PROBLEMA DE TRANSDERÊNCIA DE CALOR COM O MODELO ADVECTIVO-DIFUSIVO

Resumo

O presente trabalho tem por objetivo principal a aplicação do método de diferenças finitas (MDF), especialmente, a aproximação por diferença central da derivada de segunda ordem (CDS), com formulação explícita no tempo para o problema unidimensional advectivo-difusivo de transferência de calor em um canal entre placas paralelas. As placas utilizadas possuem as superfícies superior e inferior perfeitamente isoladas, com um comprimento de 0,025m. A metodologia adotada para o problema consiste em descrever as equações características do problema, empregando o esquema de diferenças finitas, a discretização do domínio e o conceito de transiente distorcido. Para a simulação da distribuição de temperatura em um fluido com viscosidade definida foram utilizados vários valores do número de Peclet ( L Pe ), através da formulação CDS com o intuito de obter os resultados em regime permanente. Para a implementação do método foi utilizada a linguagem de programação em C, utilizando o compilador MinGW presente no programa DEVC++. Se obedecido o critério dos coeficientes positivos, os resultados mostram que as soluções obtidas para  20   20 L Pe estavam muito próximas da solução estável esperada. Os resultados obtidos a partir de simulações onde o número de Peclet usado está próximo de zero expõe as características difusivas do problema, enquanto que assumindo valores distantes desta condição resulta em um problema onde a advecção é dominante. Os efeitos dos termos difusivos e advectivos influenciam o perfil de temperatura.

Palavras chave: Transferência de calor computacional, método de diferenças finitas, número de Peclet.

     Cássia C. Beckel, Neuza T. Oro, Adriano P. Zeilmann


     IMMOBILIZATION DEVICES FOR DIAGNOSIS AND THERAPEUTIC MEDICAL APPLICATIONS

Resumo

Immobilization medical devices may be a valuable aid to ensure an improved effectiveness on specific therapies. To illustrate this need, we may for example refer radiotherapy as an application area where this immobilization is crucial. But, if one thinks instead, on the superposition of different medical images, aiming the identification and characterization of some kind of pathology, the same type of immobilization requirement is also present. However the existing immobilization systems may be somehow claustrophobic and/or distressful to the patient. Therefore, it is very important to design immobilization devices, either for diagnostic or for planning and therapy purposes that in addition to its major goal may also contribute to minimize disturbing situations to the patient. With the present work, it is intended to present different devices’ models that may constitute viable solutions, considering a set of anthropometric characteristics of different regions of the human body. The measurements required for this characterization are carried out upon the information extracted from computerized tomography images and from 3D laser scanning point’s clouds. The immobilization devices are modelled according to specific anthropometric characteristics and a subsequent analysis stage are carried, considering typical situations.

Palavras chave: Medical images, 3D Laser scanning, Geometrical modelling, Immobilization devices, Structural analysis

     Craveiro, D.S., Rosa, R.S.B., Loja, M.A.R.,Vieira, L., Sousa, E., Costa, D., Parafita, R.Rodrigues, J.A.


     GASEIFICAÇÃO DA CASCA DE COCO: MODELAGEM DE EQUILÍBRIO E SIMULAÇÃO

Resumo

A casca se caracteriza como um importante co-produto da cadeia produtiva do coco, atividade que contribui intensamente na quantidade de materiais sólidos dispostos em aterros. O Estado da Bahia é o maior produtor de coco e co-produtos gerados pela agroindústria de coco no Brasil, com 98.087 ton/ano. Uma boa alternativa para agregar valor a estes materiais é a obtenção de energia. Existem várias rotas de conversão de biomassa, entre elas a gaseificação. O objetivo deste trabalho é caracterizar o gás produzido pela gaseificação do chip da casca de coco seca (considerando o processo em reator de leito fixo co-corrente com o ar como agente de gaseificação) a partir do desenvolvimento e aplicação de um modelo de equilíbrio químico estequiométrico. A simulação do processo foi realizada a partir da utilização da plataforma computacional EES (Engineering Equation Solver). Desta forma, determinou-se a composição e o poder calorífico inferior (PCI) do gás de saída: 24,66% de H2, 28,55% de CO, 8,49% de CO2, 0,73% de CH4 e 37,32% de N2; PCI de 6,52 MJ/kg. Assim, comparando os resultados encontrados na simulação com dados da literatura, constatou-se que o modelo desenvolvido apresentou resultados razoáveis na previsão da composição e características do gás. A realização de experimentos futuros em planta piloto surge como mais uma possibilidade para validação do modelo proposto.

Palavras chave: casca de coco, gaseificação, modelagem de equilíbrio, simulação.

     Marcela Magalhães Marcelino, Lucas Benevides Antunes, Ednildo Andrade Torres, Sílvio Alexandre Beisl Vieira de Melo


     FACTORES DE INTENSIFICACIÓN DE ESFUERZO SIF EN ACCESORIOS LATERALES NO REFORZADOS DE TUBERÍAS PARA RELAVE MINERO

Resumo

En los sistemas de tuberías destinados al transporte de relave minero es común el uso de accesorios laterales para unir o dividir el flujo de relave. Estos accesorios consisten en una porción de tubería llamada cabezal y otra denominada ramal que se unen lateralmente formando un ángulo distinto a 90°. La geometría de estos accesorios incrementa los esfuerzos en zonas cercanas a la unión, y son determinados mediante los denominados Factores de Concentración de Esfuerzo (SIF por sus siglas en inglés), definidos para cada tipo de esfuerzo como la relación entre el esfuerzo máximo del accesorio sobre el esfuerzo nominal de una porción recta de tubería. Estos SIF no se encuentran publicados en el código ASME B31.11-2002, ni en el estándar ASME B16.5-2013 generalmente considerados. Adicionalmente, para el caso de relave minero, estos accesorios poseen usualmente medidas no normadas cercanas o incluso superiores a 24 pulgadas de diámetro. El objetivo de este trabajo es elaborar una herramienta de diseño que muestre los 6 SIF de 35 distintos accesorios laterales propuestos, con diámetros de cabezal constantes de 24 pulgadas, diámetros de ramal variables de 10 a 24 pulgadas, y tuberías de 0,66 a 0,89 pulgadas de espesor. Los ángulos de inclinación entre cabezal y ramal considerados son 30°, 45°, 60°, 75° y 90°. Para lograr este objetivo se implementó un procedimiento de análisis numérico por elementos finitos, del tipo paramétrico, el cual fue calibrado previamente con ensayos de fatiga realizados a accesorios en “T” (accesorio lateral a 90°) disponibles en la bibliografía. Este procedimiento se utilizó para simular los ensayos por fatiga realizados en laboratorio a los accesorios laterales propuestos, teniendo como cargas dos momentos flectores y un momento torsor, actuantes en el ramal y en el cabezal.

Palavras chaves: Factores de Intensificación de Esfuerzo, Conexiones Laterales, Análisis por Elementos Finitos.

     Jorge Arturo Morales Ortiz, Juan José Jiménez de Cisneros Fonfría


     ANÁLISE DO COMPORTAMENTO DE UMA AERONAVE RÍGIDA COM DEFEITOS INSERIDOS EM SUPERFÍCIES DE CONTROLE

Resumo

Atualmente, muito se tem investido na aviação militar e civil a fim de se obter melhorias no desempenho das aeronaves. Novos materiais e novas geometrias vêm permitindo a construção de aeronaves cada vez mais leves e com maior flexibilidade estrutural. A utilização de sistemas de controle traz melhorias na qualidade de voo, precisão de manobras, com cada vez menos interferência humana. Falhas nos sistemas de controle da aeronave, que não são contidas, podem acarretar graves consequências quando a mesma está em operação: a história da aviação traz tristes marcas de acidentes. Para evitar tais situações, é importante que o sistema seja tolerante às falhas com maior probabilidade de ocorrência, ou tornar a probabilidade de ocorrência de falhas graves, extremamente remotas. Uma forma de tornar o sistema de controle tolerante a falhas é o uso de controle reconfigurável. Neste trabalho, será analisado o comportamento de um avião militar rígido, o caça Mirage III, utilizando uma lei de controle conhecida, o controlador PID, reconfigurado para a situação aonde serão induzidas falhas em superfícies de controle. Serão realizadas simulações numéricas no domínio do tempo, nas quais os defeitos serão inseridos nas equações da dinâmica da aeronave e, sem perda de generalidade, será induzido um travamento unilateral do profundor e aileron. Assim, pretende-se avaliar a controlabilidade da aeronave utilizando tal lei de controle, e a eficiência deste controle reconfigurado na tentativa de controlar a aeronave quando tais falhas forem apresentadas.

Palavras chave: aeronave, controle de voo, controle ativo reconfigurável, controle tolerante a falhas.

     Nycolas de Lima Santos, Sebastião Simões Cunha Jr., Marcelo Santiago de Sousa, Rafaella Barrêto Campos, Caue da Silva Camilo, Yohan Alí Díaz Méndez, Guilherme Ferreira Gomes


     ANÁLISIS MEDIANTE SIMULACIÓN COMPUTACIONAL DE UN BASTIDOR TIPO ESCALERA DE UN VEHÍCULO ELÉCTRICO UTILITARIO

Resumo

En el presente trabajo se analiza por medio de simulación computacional, el comportamiento estructural de un bastidor tipo escalera, incorporado en un vehículo eléctrico utilitario. El propósito del trabajo es determinar la integridad estructural analizando resistencia y rigidez del bastidor bajo diferentes situaciones de carga, así como determinar los modos de vibración y evitar la resonancia. Para el estudio del bastidor se contemplan cinco condiciones de carga: flexión, torsión, flexión y torsión combinadas, carga lateral y carga longitudinal. Los resultados de esfuerzo y deformación son obtenidos para cada condición de carga empleando la herramienta computacional ANSYS, donde los resultados se garantizan por el análisis de convergencia implementado. Adicionalmente, se ilustra la distribución de las métricas para la calidad de la malla. Después de análisis estático, el máximo esfuerzo obtenido corresponde al caso de carga de flexión y torsión combinada con un valor 189,13 MPa, y se presenta en las juntas de los elementos transversales y las láminas que los unen a los elementos laterales; el máximo desplazamiento obtenido es de 9,11 mm y corresponde al caso de carga de torsión. Se realiza el análisis modal del chasis considerando las seis primeras frecuencias naturales ampliadas con una frecuencia crítica de resonancia en el primer modo de 263 Hz.

Palavras chaves: Elementos finitos, ANSYS, análisis estático, análisis modal, esfuerzos, deformaciones.

     Juan Felipe Arroyave Londoño, Christian Felipe Narváez Montoya, Carlos Andrés Mesa Montoya


     ANÁLISIS NUMÉRICO DE UNA TURBINA HIDROCINÉTICA DE EJE HORIZONTAL CON Y SIN DIFUSOR

Resumo

Las turbinas hidrocinéticas surgen como una tecnología limpia y renovable para satisfacer las necesidades energéticas a pequeña escala, principalmente de zonas aisladas, utilizando la energía cinética contenida en flujos de agua como mares, ríos, canales artificiales, entre otros, para convertirla en energía mecánica y finalmente generar energía eléctrica; Una de las ventajas principales de este tipo de tecnologías es el no requerir un represamiento de agua, convirtiéndolas en una tecnología de bajo costo y al mismo tiempo, más amigable con el medio ambiente con relación a las centrales hidroeléctricas convencionales. En este trabajo se presenta el análisis computacional de una turbina hidrocinética de eje horizontal de tres álabes con perfil hidrodinámico NREL S822 y ángulo de ataque de 5°, sobre la cual se emplea posteriormente un difusor, con el fin de evaluar su influencia en el comportamiento de la misma. Utilizando como principales condiciones de operación una velocidad de entrada del agua de 1.5 m s^-1 y una variación de la velocidad angular entre 0 y 360 RPM. El programa empleado para el desarrollo del estudio fue ANSYS CFX V17.0®. Como resultado se obtienen las curvas del coeficiente de potencia (Cp ) de la turbina con y sin difusor, en función de la relación de velocidad de punta del álabe (λ). Se alcanza un incremento de hasta 1.7 veces la potencia generada por la turbina al implementar esta configuración geométrica del difusor. Además de los campos de distribución de la velocidad y la presión, presentados en la sección transversal del álabe de la turbina con y sin difusor.

Palavras chaves: Análisis hidrodinámico, CFD, fuente renovable.

     Cristian Cardona-Mancilla, Jorge Sierra del Río, Diego Andrés Hincapié Zuluaga


     PROPOSIÇÃO DE FERRAMENTA PARA AVALIAÇÃO DE LESÕES RESULTANTES DE IMPACTO FRONTAL DE VEÍCULO

Resumo

No Brasil, o DENATRAN é o órgão responsável por fazer cumprir a legislação para testes de colisão em veículos automotores. No entanto, o órgão não dispõe de laboratório para teste de veículos como a NHTSA (National Highway Traffic Safety Administration). Em regra, os ensaios realizados nos veículos vendidos no país são conduzidos por laboratórios independentes, como os da Latin NCAP (New Car Assessment Program). Há normas internacionais que regulamentam o impacto frontal, tais como a americana FMVSS 208 e a europeia UN94. A Latin NCAP propõe o Assessment Protocol – Adult Occupant Protection 2016. Para o programa NCAP originam-se outros programas, sendo eles: a Euro NCAP (Europa), ANCAP (Austrália e Nova Zelândia), CNCAP (China), JNCAP (Japão) e Latin NCAP (América Latina e Caribe). Tais programas têm a proposta de analisar o desempenho em segurança veicular considerando testes de impacto frontal e lateral, que permitem uma avaliação estrutural do veículo frente a esses eventos, assim como a verificação de critérios de lesão que correspondem ao desempenho dos veículos em termos da segurança dos ocupantes. Para esse fim são utilizados os dummies, que são bonecos antropomórficos que simulam as dimensões, massa corporal, proporções e articulações de um corpo humano. Os dummies são instrumentados em pontos vitais correspondentes ao do ser humano, visando quantificar níveis de aceleração e força a que o corpo está submetido em impactos, correlacionando com grau de lesão. Nesse sentido, o trabalho trata da sistematização de análise de dados (acelerações/forças) obtidos através dos dummies em ensaios de impacto frontal; o que configura uma ferramenta de avaliação de lesões nos ocupantes. Para tanto, utiliza-se um algoritmo gerado em Matlab®, o qual processa o sinal, aplica os critérios de lesão e compara com os limites máximos e mínimos estabelecidos em norma, fornecendo ao usuário um relatório final de integridade dos ocupantes.

Palavras chave: impacto frontal, segurança veicular passiva, critérios de lesão, dummies.

     João Paulo Teodoro Mendonça, Rita de Cássia Silva, Alessandro B. S. Oliveira


     VERIFICAÇÃO NUMÉRICA DO MECANISMO DE TRAVA DE ELEMENTOS DE FIXAÇÃO DE BANCOS VEICULARES

Resumo

O estudo e uma melhor compreensão do comportamento de componentes de segurança passiva, presentes em veículos, é de suma importância para se assegurar níveis adequados de segurança veicular de seus ocupantes. Na literatura há diversos estudos que abrangem verificações em componentes tais quais, cinto de segurança e air bags, por exemplo, no entanto, estudos específicos dos elementos de fixação de bancos veiculares junto ao assoalho do veículo é de difícil acesso. Tais componentes de fixação são comumente compostos por parafusos, trilhos do banco e mecanismos de trava. Não obstante, este estudo em questão tem por objetivo a análise em específico do mecanismo de trava, tendo-se em vista, que tal componente apresenta um papel vital no ajuste de posição e restrições de movimentos em momentos de uso comum, assim como em momentos fortuitos, como o caso de colisões. A fim de verificar o comportamento do mecanismo de trava, realizou-se neste componente análises estáticas e dinâmicas, tanto no domínio linear, quanto no domínio não-linear do material, simulando situações eventuais, como o caso de colisões frontais e traseiras. Para tal procedimento, empregou-se neste estudo uma metodologia numérica baseada na norma europeia ECE 17, fazendo-se uso do método dos elementos finitos (MEF). Diante de tais análises, resultados como gradiente de deformações elásticas e plásticas, assim como os gradientes de tensões equivalentes foram utilizadas para inferir questões referentes ao projeto de tal componente correlacionadas ao nível de segurança veicular oferecida pelo mesmo.

Palavras chave: Verificação Numérica, Mecanismo de trava, Bancos veiculares, Componentes de fixação, Elementos Finitos

     Paulo Guilherme M. Flávio, Rita C. Silva e Alessandro B. de S. Oliveira


     ANÁLISE DINÂMICA DE UM VEÍCULO SUV EM CURVAS EM AMBIENTE MULTICORPOS

Resumo

Os SUV’s (Sport Utility Vehicle) constituem uma categoria de veículos com índices crescentes de venda nos últimos anos. Para o consumidor, representam um segmento de veículos confortáveis, robustos e versáteis. Contudo, a análise de sua dinâmica lateral requer uma avaliação mais cuidadosa, pelo fato de terem centro de gravidade mais alto que o dos veículos de passeio. Isto porque as posições dos centros de gravidade e rolagem de um veículo são relevantes em seu comportamento em dinâmica lateral. Veículos com centro de gravidade elevado costumam apresentar maior instabilidade lateral devido à transferência de carga, a qual se acentua pelo aumento da distância entre o centro de gravidade e o eixo de rolagem do veículo. De fato, percebe-se um comportamento distinto desse veículo em curvas e manobras bruscas, não detectado em veículos de passeio, apresentando, inclusive, risco maior de capotamento. Nesse sentido, este trabalho visa apresentar o processo de modelagem de um veículo com características de um SUV, a fim de avaliar seu comportamento em curva de raio constante (Constant Radius Simulation), utilizando para tal a técnica MBS. Tal simulação tem por objetivo analisar o comportamento dinâmico do veículo, quando submetido a um carregamento transversal. Os outputs desta análise são o deslocamento do centro de rolagem, variação do ângulo de esterçamento, além de uma comparação envolvendo diferentes alturas de CG, que são fatores que auxiliam na obtenção de respostas para estas questões envolvendo os SUV. Cabe ressaltar que o presente trabalho representa a fase inicial de um trabalho mais amplo, que abrange o estudo do comportamento do veículo em um perfil de pista, em ambiente criado pelo usuário e utilizando os parâmetros impostos pelos Departamento Nacional de Estradas e Rodagens (DNER).

Palavras chave: Dinâmica veicular, Dinâmica transversal, rolagem, multibody simulation, instabilidade em curvas

     Arthur Kouyomdjian Neme, Rita de Cássia Silva, Alessandro B. de S. Oliveira


     CARACTERIZACIÓN, MODELACIÓN Y SIMULACIÓN DE ZONA PLÁSTICA PARA UN ACERO DE BAJO CONTENIDO DE CARBONO (AISI 1006).

Resumo

El presente artículo muestra la caracterización, modelación y simulación del comportamiento mecánico de un acero con bajo contenido de carbono (AISI 1006) en la zona plástica de endurecimiento por deformación. Con la finalidad de encontrar el material que ofrece las mejores condiciones de formabilidad, las propiedades de elongación y adelgazamiento fueron probados para tres diferentes proveedores de acuerdo a la norma ASTM E8 y así determinar sus propiedades mecánicas; mientras que, a través de la norma ASTM E646 y ASTM E517 para determinar los parámetros de endurecimiento por deformación (n) y coeficiente de anisotropía (r) respectivamente. Las ecuaciones de Johnson-Cook, ortotrópica de Hill y Hollomon, fueron usadas para identificar cuál de ellas modela mejor al comportamiento plástico del material en la zona de endurecimiento por deformación, siendo la ecuación ortotrópica de Hill la que presenta el mejor ajuste para los tres proveedores (% error Proveedor 1 = 0.065, % error Proveedor 2 = 0.068 y % de error Proveedor 3 = 0.099). Finalmente, para validar los resultados obtenidos, una simulación no-lineal a través del método de elemento finito del ensayo de tensión, y considerando los parámetros n y r obtenidos de cada material, fueron realizadas para los tres proveedores; obteniendo un coeficiente de correlación de 99.73%, 99.77% y 99.75% respectivamente.

Palavras chaves: Johnson-Cook, Hill, Hollomon, Simulación no lineal, Método de elemento finito.

     Ana Paulina Patiño Pérez, Martín Ortega Breña, Ramón Rodríguez Castro, Luis Ballesteros Martínez


     SOLUÇÃO COMPLETA DO PROBLEMA DE RIEMANN PARA A SIMULAÇÃO DA TRANSIÇÃO INSATURADO-SATURADO EM MEIO POROSO QUASE RÍGIDO

Resumo

O trabalho enfoca o enchimento de uma matriz porosa por um líquido, identificando a transição insaturado-saturado e permitindo uma supersaturação muito pequena. Neste caso o problema permanece hiperbólico mesmo após atingir a saturação. Este caráter hiperbólico permite que quaisquer problemas unidimensionais de valor inicial sejam aproximados por uma combinação do método de Glimm com uma técnica de fatoração do operador que permite tratar termos viscosos e provenientes do arraste da matriz porosa sobre o líquido. A construção do modelo mecânico emprega a Teoria de Misturas, desenvolvida para tratar fenômenos multifásicos. O meio poroso insaturado é descrito como uma mistura de três constituintes contínuos superpostos que ocupam simultaneamente todo o volume da mistura. Permitir uma supersaturação muito pequena equivale a permitir uma deformação muito pequena da matriz porosa e, consequentemente, emprega-se uma equação constitutiva para a pressão que é uma função contínua da fração de fluido. O trabalho apresenta uma descrição via Teoria de Misturas de um escoamento unidimensional transiente através de um meio poroso com transição insaturado-saturado, tratando o meio poroso como fracamente deformável e sempre originando um sistema não linear hiperbólico que tem como incógnitas a velocidade do constituinte fluido e a saturação. Apresenta-se a solução completa do problema de Riemann associado ao sistema hiperbólico, além de exemplos, considerando todas as quatro formas possíveis de conexão entre os estados: rarefação-1/rarefação-2, choque-1/choque-2, rarefação-1/choque-2 e choque-1/rarefação-2.

Palavras chave: Escoamento em meio poroso insaturado, abordagem hiperbólica, transição insaturado-saturado, matriz porosa quase rígida, problema de Riemann.

     Maria Laura Martins-Costa, Dario Monte Alegre, Felipe Bastos de Freitas Rachid, Luiz Guilherme C. M. Jardim, Rogério M. Saldanha da Gama


     AVALIAÇÃO DE PARÂMETROS NA GERAÇÃO DE MALHA TIPO “O” UTILIZANDO O MÉTODO DIFERENCIAL ELÍPTICO

Resumo

A geração da malha tem influência direta na precisão de resultados numéricos obtidos para problemas físicos descritos por equações diferenciais. Consiste na distribuição de pontos no espaço contínuo, onde nos quais, os valores numéricos das funções devem ser obtidos. Em problemas que envolvem geometrias complexas, a malha deve ser gerada de maneira a se adaptar a essas complexidades. Uma vez que, em sistemas diferenciais, as condições de contorno têm influência dominante, é fundamental a utilização do sistema coordenado generalizado, coincidente com as fronteiras. Para o desenvolvimento do programa computacional, as malhas estruturadas apresentam vantagens na ordenação dos elementos da mesma e, em função da orientação das linhas de grade, são definidas diversas configurações, que são denominadas utilizando letras com as quais se assemelham, podendo ser tipos H, C e O. A configuração tipo O, para perfis aerodinâmicos isolados, é bastante recomendável, pois permite uma distribuição precisa de pontos, tanto na região próxima ao bordo de ataque, quanto na do bordo de fuga. Diversos métodos podem ser utilizados para a geração de uma malha, sendo fundamentalmente classificados em algébricos e diferenciais. Dentre os métodos diferenciais, destaca-se o método diferencial elíptico, que consiste em obter a solução de um sistema de equações diferenciais parciais elípticas, com condições de contorno de Dirichlet. Este trabalho avalia a influência dos valores das funções de controle, da condição de ortogonalidade e do número de pontos na geração da malha tipo “O” para perfis aerodinâmicos, a saber, o perfil NACA 0012 e aerofólios Joukowski. Para a distribuição inicial dos pontos foi utilizada a interpolação transfinita e a malha foi gerada utilizando o método das diferenças finitas, sendo a solução obtida a partir do processo iterativo de sobre-relaxação sucessiva. Foi desenvolvido um programa utilizando o software MATLABTM.

Palavras chave: Geração de Malha, Coordenadas Generalizadas, Método Diferencial Elíptico, Método das Diferenças Finitas.

     Vilela, Márcia Suely Corrêa, Oliveira, Waldir


     UTILIZAÇÃO DO MÉTODO DA QUADRATURA DIFERENCIAL LOCAL COM FUNÇÕES DE BASE RADIAL PARA AVALIAR O ESCOAMENTO POTENCIAL BIDIMENSIONAL EM TORNO DE CORPOS DE GEOMETRIA ARBITRÁRIA

Resumo

Este trabalho utiliza o Método da Quadratura Diferencial Local com Funções de Base Radial (MQDL-FBR) para avaliar o escoamento potencial bidimensional em torno de um corpo. Foi desenvolvido um programa utilizando o software MATLABTM no qual, inicialmente, foi realizada a geração de uma malha estruturada tipo “O”, utilizando o método diferencial elíptico. A distribuição inicial de pontos para o processo de geração de malha foi obtida utilizando interpolação transfinita. Uma vez realizado o mapeamento do domínio físico irregular (plano xy) para o domínio computacional regular (plano ξη ), a equação governante do escoamento potencial bidimensional, transformada para o plano computacional, foi discretizada utilizando o MQDL-FBR. Tal método utiliza Funções de Base Radial (FBR) como funções interpoladoras no processo de quadratura diferencial local. O método é de simples implementação, semelhante ao método tradicional das diferenças finitas e preserva a característica meshfree dos métodos que utilizam FBR. Para validação do programa desenvolvido, a partir das soluções exatas para os coeficientes de pressão nas superfícies dos corpos, foram analisados os Erros Médios Quadráticos (EMQ) para os resultados numéricos resultantes. Foram obtidas as linhas de corrente e o comportamento do coeficiente de pressão para o cilindro circular, para a elipse com diferentes ângulos de ataque e para aerofólios Joukowski simétricos, com diferentes ângulos de ataque. Foram avaliadas as contribuições do parâmetro de forma da função de base radial multiquádrica e do número de pontos da grade nos resultados obtidos para o EMQ.

Palavras chave: Método da Quadratura Diferencial Local, Funções de Base Radial, Escoamento Potencial.

     Vilela, Márcia Suely Corrêa, Oliveira, Waldir


     A STUDY ON THE POLYMER VISCOELASTIC BEHAVIOR BY USING PHOTOELASTICITY AND NUMERICAL SIMULATIONS

Resumo

Over the years, there has been an intense quest for new materials that can be safe, lightweight and economical, while maintaining good mechanical properties, be easy to fabricate, in order to substitute metals in many applications. In this context, polymers should be considered as a potential material to be used in that replacement, due to its unique properties. Polymers have, though, a more complex behavior, whose poses additional difficulties at design stage. This stage usually includes static analysis, cyclic stresses and crack occurrence, in the presence of notches, due to the use of fasteners in the parts' product assembly. Therefore, a deeper understanding of polymers mechanical behavior, in the presence of those stress raisers, is very important. Photoelasticity may be a convenient experimental method to enable the prediction of stresses distributions in polymeric parts with notches, while allowing for its illustrative visualization. When a photoelastic specimen, having birefringent properties, is under load and illuminated with an ordinary light, it exhibits photoelastic fringe patterns that are related with the principal-stress difference. These fringes are called isochromatic and isoclinic. With the present work, it is intended to interpret and calculate those fringe patterns, to analyze stress and deformation distributions in a loaded acrylic (PMMA) specimen, containing notches or holes. To this purpose, static experiments will be carried out which will serve to calibrate the procedure. Then viscoelastic behavior will be studied by analyzing synchronized images of fringe patterns evolution, over the testing time. Finally, the experimental results will be compared with alternative results obtained through Finite Element Method simulations, modeling different material behaviors.

Palavras chaves: Polymers; PMMA; Photoelasticity; Viscoelasticity; Finite element method

     Viegas, M.L., Leite, A.M.S., Loja, M.A.R.



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