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
4 e 5 de Outubto de 2011 São José dos Campos, SP
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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
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
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
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
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
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