Laboratório de Engenharia Térmica e...
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4 e 5 de Outubto de 2011 São José dos Campos, SP
Estado Atual e Perspectivas dos Laboratórios de Combustão da RNC
Laboratório de Engenharia Térmica e Ambiental
Newton K. Fukumasu
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo
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Sumário
Objetivo do laboratório
Equipe envolvida
Colaborações RNC e externas
Projetos recentes
Infraestrutura existente até 2006
Infraestrutura implantada 2007-2011
Infraestrutura em implantação no próximo triênio
Principais resultados obtidos
Considerações finais
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Objetivos do laboratório
Desenvolver novas tecnologias e capacitar alunos nas áreas de:
Transferência de calor e massa aplicada a bio-engenharia, sistemas energéticos e ambientais
Mecânica dos fluidos computacional de escoamentos isotérmicos, reativos e/ou multifásicos
Motores de combustão interna e turbinas a gás
Métodos experimentais de diagnóstico de soluções termo-mecânicas
Otimização termo-econômica e ambiental de sistemas avançados de conversão de energia
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Equipe envolvida
Núcleo de pesquisa em transferência de calor e massa
Coordenador: prof. Jurandir I. Yanagihara (PhD – Yokohama Nat. Uni.)
Doutorandos/Mestrandos: 1 / 2
Núcleo de pesquisa em otimização de sistemas termo-econômicos
Coordenador: prof. Silvo de Oliveira Jr. (PhD – I.N.P Lorraine)
Doutorandos/Mestrandos: 3 / 2
Núcleo de pesquisa em combustão
Coordenador: prof. Guenther C. Krieger Filho (Dr. Ing. – T.U. Darmstadt)
Doutorandos/Mestrandos: 2 / 5
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Núcleo de Combustão – LETE
Linhas de pesquisa
Diagnóstico a laser do processo de combustão
Desenvolvimento de motores de combustão interna e turbinas a gás
Modelagem de sistemas turbulentos isotérmicos e/ou reativos
Caracterização experimental e modelagem de chamas de spray de etanol
Análise de instabilidades em sistemas reativos
Incêndio florestal e em ambientes fechados
Análise de escoamentos helicoidais
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Colaborações RNC e externas
Universidades
Nacionais
ITA, PUC-MG, PUC-RJ, UNB, UFSC, UFPA, UFPR
Internacionais
T.U. Darmstadt, Univ. Cambridge
Empresas
Vale, Embraer, Petrobrás, BorgWarner, Mahle, Comgás, Prysmian, Eletropaulo
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Projetos Recentes
Estudo de spray de etanol para aplicação em motores de combustão interna
FAPESP 2011:2014 – R$ 1.340.000 – coordenação
Combustão de Biomassa de Florestas Tropicais
FAPESP 2009:2012 – participação
Estudo computacional e experimental de chamas turbulentas de etanol
Projeto Pró-Engenharias CAPES 2008:2012 – coordenação
Desenvolvimento de queimadores e fornalhas para queima conjunta de Biomassa e Metano
CNPQ 2008:2013 – participação
Desenvolvimento de microturbina a gás de 5kW
FAPESP 2007:2009 – R$ 70.000 – coordenação
Desenvolvimento Código Computacional com metologia LES para chamas de metano
FAPESP 2005:2007 – R$ 70.000 – coordenação
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Infraestrutura até 2006
Cluster com 10 processadores Pentium IV, 8GB de RAM, 5GB de storage e conexão ethernet
Desenvolvimento de bancada para testes de câmaras de combustão
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Infraestrutura 2007/11
Cluster SGI Altix com 208 processadores, 360GB de RAM, 8TB de storage e conexão Infiniband
Bancada de desenvolvimento de micro-turbina a gás para geração de energia elétrica
Sistema convencional de velocimetria por imagem estereoscópica (3D-PIV) – Dantec Inc.
Sistema de velocimetria e análise de gotas por interferometria Doppler de fase (PDI) – Artium Inc.
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Infraestrutura 2012/2015
Reforma do laboratório de combustão
Sistema de diagnóstico de combustão com laser de alta repetição (TR-PLIF)
Sistema de velocimetria por imagem com laser de alta repetição (TR-PIV)
Bancada para estudo de chamas de spray de etanol
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Principais resultados
Análise numérica
Simulação de chamas de difusão
Simulação de chamas de etanol
Simulação de incêndios florestais
Desenvolvimento de bancadas
Desenvolvimento de micro-turbinas a gás
Caracterização de sprays isotérmicos ou reativos
Análise de escoamentos helicoidais
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Simulação de chamas de difusão
N.K. Fukumasu (2009) – Modelagem de uma chama de difusão turbulenta com o método das grandes escalas turbulentas acoplado ao modelo FlameSheet
Chama SANDIA D
Desenvolvimento de um código CFD
Large Eddy Simulation
FlameSheet com β-PDF
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Simulação de chamas de Etanol
F.L. Sacomano (2011) – Simulação de uma chama turbulenta de spray de etanol
RANS k-ε padrão
FlameSheet com β-PDF
Transporte de gotas lagrangeanas
Comparação com resultados de Masri (2009)
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Simulação de incêndios florestais
P. Bufacchi – Análise numérica de incêndios em florestas tropicais
Escoamento em meios porosos
LES acoplado com flamesheet
Uso do código OpenFOAM
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T=30s T=50s
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Desenvolvimento de micro-turbina a gás
Desenvolvimento da câmara de combustão (2007)
Desenvolvimento de uma micro-turbina a gás didática (2009)
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Câmara inicial Câmara otimizada
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Análise de sprays reativos
N.K. Fukumasu – Análise numérica e caracterização experimental de uma chama de spray Etanol
Desenvolvimento de um queimador com blocos móveis
Caracterização do spray de etanol e da chama
Simulação numérica da chama de spray de etanol
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EthanolFlame
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Considerações finais
Perspectiva de novas parcerias
Com empresas: setor automobilístico, desenvolvimento de MCIs, desenvolvimento de sistemas térmicos, etc.
Com universidades e laboratórios: U.C. Berkeley, SANDIA Lab., Univ. Lund, Ecole Centrale de Paris
Interdepartamentais da POLI-USP (LFS, LVNT, etc.)
Participação em congressos e publicações
Mediterranean Combustion Symposium
International Symposium on Combustion
International ERCOFTAC Symposium on Engineering Turbulence Modeling and Measurements
Summer Heat Transfer Conference