Universidade
Federal do Rio Grande

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3D numerical analysis about the shape influence of the hydro-pneumatic chamber in an oscillating water column (owc).
(2015) Isoldi, Liércio André; Grimmler, Juliana do Amaral Martins; Letzow, Max; Souza, Jeferson Avila; Gomes, Mateus das Neves; Rocha, Luis Alberto Oliveira; Santos, Elizaldo Domingues dos
The oceans represent one of the major energy natural resources, which potentially can be used to supply the World energy demand. In the last decades some devices to convert the wave ocean energy into electrical energy have been studied. In this work the operating principle of an Oscillating Water Column (OWC) converter was analyzed with a transient 3D numerical methodology, using the Finite Volume Method (FVM) and the Volume of Fluid (VOF) model. The incident waves on the OWC hydropneumatic chamber cause an oscillation of the water column inside the chamber producing an alternate air flow through the chimney. The air drives a turbine that is coupled to an electric generator. The aim of this work was to investigate the shape influence of the hydro-pneumatic chamber geometry in the air flow. For this, six cases were studied in laboratory scale and the results showed that the variation of the OWC chamber shape can improve 12.4% the amount of mass air flow.
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Algebraic rectilinear model for multilayer resin transfer molding injection
(2013) Oliveira, Cristiano Peres; Souza, Jeferson Avila; Isoldi, Liércio André; Amico, Sandro Campos
An analytical model for the multilayer rectilinear injection applied to the RTM process has been developed. The model takes into account the permeability in both in-plane (Kxx and Kyy ) and transverse (Kzz ) directions of each layer of the reinforcement media and calculates the transverse permeability (Kt ) through adjacent layers. Porosity and thickness are set independent for each layer of the assembly. Mass balance of resin within the layers is used to develop an expression that estimates resin position (xi ) as a function of time (t) independently of each layer. The resulting equation was solved using: (i) Numerical integration and (ii) algebraic integration of the simplified expression resulting in a closed expression for x i = xi (t). Results of both proposed methods were compared with the calculations performed using the PAM-RTM software for cases with three, five and seven layers and the maximum calculated error in all cases was less than 12%.
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An experimental study on the use of earth-air heat exchangers (EAHE)
(2014) Vaz, Joaquim; Sattler, Miguel Aloysio; Brum, Ruth da Silva; Santos, Elizaldo Domingues dos; Isoldi, Liércio André
The thermal potential of Earth-Air Heat Exchangers (EAHE) is experimentally investigated for a placementin Viamão, city located in the south of Brazil. Three independent ducts are buried in the soil, ducts A and B are installed at a depth of 1.60 m and 0.60 m apart, while duct C is installed at a depth of 0.50 m. Thethermal conditions of one build named Casa Ventura are improved with the EAHE. The temperatures forthe soil, external air and in buried ducts in several positions are acquired along one year (2007). The mainpurpose here is the achievement of the transient behavior of temperature fields for the external air, soiland buried ducts and the best periods of time for employment of device. Results showed that the monthsof May and February were the best for heating and cooling the air used in Casa Ventura, respectively.Moreover, it was developed a complete database about the transient temperatures of the soil, externalair and inside the building.
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An original procedure to determine transverse permeability using a multilayer reinforcement in RTM
(2010) Oliveira, Cristiano Peres; Souza, Jeferson Avila; Isoldi, Liércio André; Rocha, Luiz Alberto Oliveira; Amico, Sandro Campos; Silva, Rafael Diego Sonaglio da
Resin Transfer Molding (RTM) is a manufacturing process for polymer composites parts for a variety of uses. The numerical simulation of the resin flow into the mold can be used to minimize costs related to mold design and the manufacturing process itself. However, to obtain realistic results, accurate information about the resin and the reinforcement media are necessary. In the multilayer RTM, distinct porous media layers are stacked to obtain a final composite with better performance. For the numerical simulation of the multilayer RTM, transverse permeability (Kzz) data are necessary. This work proposes an original methodology to determine the transverse permeability in multilayer RTM composites, assuming that the in-plane permeabilities (Kxx and Kyy) are known and using this information, combined with experimental data obtained during mold filling. The motivation of this study is the fact that the transverse permeability is usually not available in the literature, being referred to as a difficult parameter to be directly determined using experiments.
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Anais do V SEMENGO - Seminário e Workshop em Engenharia Oceânica
(2012) Fontoura, Jose Antonio Scotti; Santos, Elizaldo Domingues dos; Isoldi, Liércio André; Melo Filho, Eloi; Lima, Milton Luiz Paiva de; Guimarães, André Tavares da Cunha; Alves, Antonio Marcos de Lima; Olinto, Cláudio Rodrigues; Teixeira, Paulo Roberto de Freitas; Neves, Claudio Freitas
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Anais do VI SEMENGO - Seminário e Workshop em Engenharia Oceânica
(2014) Lima, Milton Luiz Paiva de; Fontoura, Jose Antonio Scotti; Olinto, Cláudio Rodrigues; Santos, Elizaldo Domingues dos; Isoldi, Liércio André
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Análise de malhas para geração numérica de ondas em tanques
(2012) Gomes, Mateus das Neves; Isoldi, Liércio André; Santos, Elizaldo Domingues dos; Rocha, Luiz Alberto Oliveira
Este trabalho apresenta uma metodologia para a geração numérica de ondas em tanques e também um estudo de malhas a serem utilizadas em simulações numéricas da propagação de ondas regulares bidimensionais em tanques. São testados dois tipos de geração e refinamento de malhas. Assim busca-se encontrar uma malha independente que forneça resultados com acurácia e com menor esforço computacional. Foram realizadas simulações numéricas da geração de ondas através do pacote FLUENT® , que é baseado no Método de Volumes Finitos (MVF). Foi empregado o modelo multifásico Volume of Fluid (VOF) para reproduzir a propagação da onda no tanque. Esses resultados poderão ser utilizados em trabalhos futuros, principalmente no estudo numérico de dispositivos para conversão de energia das ondas do mar em energia elétrica, como por exemplo, os dispositivos de coluna de água oscilante (OWC) e de galgamento.
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Análise do comportamento mecânico de brackets da fundação de fairleads de uma plataforma fpso através de simulação numérica
(2019) Martins, Kauê Louro; Santos, Elizaldo Domingues dos; Isoldi, Liércio André
Os sistemas de ancoragem em plataformas de produção de petróleo pois são responsáveis por manter o posicionamento da embarcação mediante ação de cargas ambientais. Usualmente tais sistemas fazem uso de diversas linhas de ancoragem, formadas por amarras e cabos de aço, aliados a diversos equipamentos situados na própria plataforma. Um destes equipamentos é o fairlead, uma roldana que guia a linha de ancoragem em direção ao deck da plataforma e não permite que cargas torcionais e horizontais se façam presentes nos demais equipamentos do sistema. As geometrias mais usuais de fairlead são fixadas a plataforma através de fundações soldadas, conhecidas como brackets. Os brackets são estruturas robustas compostas por chapas de aço espessas e de alta importância para o correto funcionamento não apenas do fairlead, mas de todo o sistema de ancoragem. Diante do exposto, o presente estudo analisou a geometria de brackets de sustentação de fairleads com chapas menos espessas que as comumente usadas, submetidos a um carregamento equivalente à solicitação ambiental máxima. A pesquisa fez uso do método Design Construtal para analisar o comportamento mecânico de 6 geometrias diferentes de brackets em relação ao limite de escoamento através de modelagem computacional desenvolvida na ferramenta Mechanical APDL do software ANSYS, que faz uso do Método dos Elementos Finitos. As geometrias estudadas foram baseadas nos brackets em operação na plataforma P-66 da Petrobras. Primeiramente, foram determinadas as cargas ambientais atuando na plataforma e as características das linhas de ancoragem para dois casos, o de carregamento máximo ambiental e o de carregamento máximo acidental, onde 4 linhas do caso anterior foram removidas. Os dados referentes a Bacia de Campos foram empregados nesses cálculos. A plataforma foi considerada estática assim como as cargas atuantes sobre ela. Os brackets são constituídos de chapas de aço AH36, com limite de escoamento de 355 MPa, e o carregamento foi aplicado a eles como pressão na região interna de uma furação que envolve um eixo acoplado ao fairlead. Para atestar o comportamento seguro dos brackets, a tensão máxima de von Mises neles deve ser inferior ao limite de escoamento do aço. As geometrias de brackets testadas são consideradas soldadas ao costado e variam entre si pela forma da chapa de aço horizontal. O modelo computacional do bracket foi desenvolvido utilizando o elemento finito do tipo sólido e as simulações foram efetuadas com malhas até cerca de 500 mil elementos finitos. Como conclusão, 3 das 6 geometrias extrapolaram a tensão de escoamento do aço, enquanto as outras 3 apresentaram valores em um dos brackets com baixo fator de segurança, mas dentro do comportamento linear. Ainda foi possível observar que o uso de chapas mais finas pode propiciar o surgimento de zonas de concentração de tensão, principalmente na região de união entre as chapas e o sólido ao redor da furação onde o carregamento é aplicado.
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Análise numérica da dinâmica de cabos altamente extensíveis
(2003) Isoldi, Liércio André; Santos, Maria Angela Vaz dos
A mecânica de cabos altamente extensíveis deve ser estudada numericamente. Para isso, implementamos computacionalmente a solução de um sistema de equações capaz de descrever o movimento de cabos extensíveis em ruptura. Foi utilizado um sistema local e um sistema global de referência. Empregamos os parâmetros de Euler para representar a rotação relativa entre estes sistemas de coordenadas, evitando assim a singularidade associada aos ângulos de Euler. Foi necessária ainda a inclusão da rigidez flexional nas equações de governo, devido à possibilidade do esforço axial, em alguma parte do cabo, atingir um valor nulo ou negativo. Utilizamos um esquema implícito de diferenças finitas para obtermos a solução numérica das equações de governo. Este modelo numérico foi usado para analisarmos o comportamento dinâmico de um cabo sintético durante e após sofrer uma ruptura. Observamos que a tração estática inicial do cabo é um fator determinante, e que um tempo de ruptura maior possibilita uma melhor dissipação de energia ao longo do cabo, tornando-o menos destrutivo que um cabo que se rompe rapidamente.
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Análise numérica da dinâmica de cabos altamente extensíveis
(EDGRAF, 2003) Isoldi, Liércio André; Santos, Maria Angela Vaz dos
A mecânica de cabos altamente extensíveis deve ser estudada numericamente. Para isso, implementamos computacionalmente a solução de um sistema de equações capaz de descrever o movimento de cabos extensíveis em ruptura. Foi utilizado um sistema local e um sistema global de referência. Empregamos os parâmetros de Euler para representar a rotação relativa entre estes sistemas de coordenadas, evitando assim a singularidade associada aos ângulos de Euler. Foi necessária ainda a inclusão da rigidez flexional nas equações de governo, devido à possibilidade do esforço axial, em alguma parte do cabo, atingir um valor nulo ou negativo. Utilizamos um esquema implícito de diferenças finitas para obtermos a solução numérica das equações de governo. Este modelo numérico foi usado para analisarmos o comportamento dinâmico de um cabo sintético durante e após sofrer uma ruptura. Observamos que a tração estática inicial do cabo é um fator determinante, e que um tempo de ruptura maior possibilita uma melhor dissipação de energia ao longo do cabo, tornando-o menos destrutivo que um cabo que se rompe rapidamente.
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Análise numérica da flambagem de placas finas de aço com enrijecedores através do método design construtal
(2016) Lima, João Paulo Silva; Isoldi, Liércio André; Real, Mauro de Vasconcellos
A crescente participação da indústria naval e offshore no mercado acarretou impactos positivos sobre a economia brasileira. Com isso, a produção naval deparou-se com uma necessidade de criação de estruturas cada vez maiores e mais resistentes. As estruturas navais são constituídas basicamente por painéis ortotrópicos de aço formados pela soldagem de vigas em placas finas. Placas ortotrópicas possuem vigas dispostas longitudinalmente e transversalmente, chamadas de enrijecedores, com o objetivo de aumentar a resistência mecânica. Assim, é desejável obter uma geometria ótima de forma a maximizar sua tensão última de flambagem. Nesse contexto, empregou-se o Método dos Elementos Finitos através do software ANSYS e o Método Design Construtal associado ao método da Busca Exaustiva, em um estudo de otimização geométrica de placas com enrijecedores submetidas à flambagem elasto-plástica. Inicialmente adotou-se uma placa fina simplesmente apoiada sem enrijecedores, usando como referência o valor da tensão última de flambagem da mesma. Após, parte deste volume foi transformado em enrijecedores, os quais foram incorporados à placa. Para isso, a variável fração de volume (φ), que representa a relação entre o volume de enrijecedores (Ve) e o volume total do elemento estrutural placa/enrijecedores (Vt), foi adotada, mantendo o volume da placa. Foram analisadas ao todo 16 combinações diferentes de enrijecedores do tipo P(Nel,Net), sendo Nel =2,3,4 e 5 o número de enrijecedores longitudinais, e Net = 2,3,4 e 5 o número de enrijecedores transversais da placa. Quatro valores de fração volumétrica foram adotados φ = 0,1; 0,2; 0,3 e 0,4 em todos os arranjos geométricos. Para cada análise, os painéis enrijecidos apresentaram uma relação hs/ts, relacionando a altura do enrijecedor e sua espessura. O estudo considerando dois valores de volume inicial Vt1 = 0,040 m3 e Vt2 = 0,028 m3 . Os resultados obtidos foram comparados entre si e com as placas sem enrijecedores, indicando que a variação da configuração geométrica afeta significativamente o comportamento mecânico dos painéis enrijecidos sob flambagem. Sendo assim, é possível determinar a geometria ótima que conduz a uma carga última maximizada, próxima à tensão de escoamento do material. As placas enrijecidas com volume Vt1 não apresentaram melhorias relevantes com a adição de enrijecedores, onde a geometria ótima do tipo P(2,5) com φ = 0,3 e relação hs/ts = 4,501, dentre todas as geometrias analisadas apresentou uma melhoria de apenas 7,38% em relação à tensão última da placa de referência após a adição de enrijecedores. Já o estudo feito com placas de volume Vt2 apresentou melhorias significativas no valor da tensão última de flambagem, de forma que a configuração ótima dentre todas as geometrias foi do tipo P(2,2), com φ = 0,3 e relação (hs/ts) = 14,09, apresentou uma melhoria de 88,50% em relação à tensão última para a placa com mesmo volume inicial de material, porém sem enrijecedores.
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Analise numérica das alterações no padrão de formação, comportamento e destino da pluma na Lagoa dos Patos, em função da obra de modernização dos molhes da Barra do Rio Grande
(2022) Monteiro, Nágila Veiga Adrião; Marques, Willian Correa; Isoldi, Liércio André; Fernandes, Elisa Helena Leão; Costi, Juliana
A pluma costeira proveniente do estuário da Lagoa dos Patos, em Rio Grande, no Rio Grande do Sul, influencia diretamente as águas costeiras da plataforma do Atlântico Sul. Sua atuação ocasiona variações de concentração de material em suspensão, turbidez e salinidade, que podem afetar a produtividade biológica, a qualidade da água e os interesses econômicos do Porto de Rio Grande. Visando proporcionar melhorias na navegabilidade dos navios que entram no Porto de Rio Grande, foram construídas na desembocadura da Lagoa dos Patos estruturas costeiras, chamado Molhes da Barra. Um destes molhes está localizado na costa do município de São José do Norte, a leste, e o outro a oeste, em Rio Grande, com extensões iniciais de 4.2 km e 3.5 km, respectivamente, constituindo o chamado Cenário I neste estudo. Em 2010, os molhes passaram por obras de modernização para ampliar as atividades portuárias locais, quando houve um prolongamento de 370 m no molhe leste e 700 m no molhe oeste, dando origem ao Cenário II deste estudo. O objetivo deste trabalho é analisar as alterações no padrão de formação, comportamento e destino da pluma nos dois cenários de configuração dos molhes, em períodos de baixa e de alta descarga da lagoa. Para isso, foram realizadas simulações numéricas com o sistema de modelagem Open TELEMAC-MASCARET, contando com o módulo hidrodinâmico acoplado ao módulo de transporte de material em suspensão. O modelo hidrodinâmico passou por calibração dos dados de velocidade de corrente na superfície e do fundo da Lagoa dos Patos, com Relative Mean Absolute Error considerado bom e Root Mean Square Error excelente. Na sequência, o modelo foi validado, utilizando dados de salinidade do período de janeiro de 2017, demonstrando boa correlação entre os dados medidos e os resultados simulados. Para estudo de caso, foi anteposto o ano de 2015, associado à ocorrência do fenômeno El Niño - Oscilação sul. Para a análise dos resultados foram selecionados dois períodos de descarga nas simulações, um de baixa e um de alta descarga. Ambos os períodos permitiram observar padrões no comportamento da pluma da Lagoa dos Patos. Foram analisadas médias de superfície e séries temporais de variáveis como salinidade, elevação da superfície livre, velocidade de corrente, sedimento em suspensão e o fluxo de deposição de sedimentos, a partir de pontos extraídos e perfis próximo à desembocadura. Junto às médias dos resultados extraídos, aplicou-se a correlação de Sperman e diagramas de caixa com mínimo, máximo, primeiro e terceiro quartil e mediana, os quais forneceram variáveis quantitativas para análise dos cenários e períodos. A análise do período de baixa descarga foi importante para observar a salinidade. Já o período de alta descarga foi importante para analisar o comportamento do sedimento em suspensão e o fluxo de deposição próximo à desembocadura nos cenários. A descarga dos tributários é o fator prioritário controlando a formação da pluma costeira da Lagoa dos Patos e sua extensão. O vento, no que lhe concerne, tem influência na dinâmica da pluma. Em ambos os cenários e períodos estudados, há um direcionamento da pluma para o sudoeste da desembocadura. Ao examinar a salinidade, a pluma de campo próximo se mostra menor no Cenário II, o que sugere um aumento de corrente, menor pressão na desembocadura, turbulência no campo de ressuspensão e mistura no campo distante em relação ao Cenário I. A presença dos molhes favorece a formação de vórtices anticiclônicos na plataforma, evidenciado na alta descarga, próximo à desembocadura, favorecendo o fluxo de deposição do sedimento suspenso na zona de recirculação e dificultando o transporte do sedimento para o campo distante.
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Análise numérica de Trocadores de Calor Solo-Ar em forma de “Y” através do método Design Construtal e de um novo Indicador de Desempenho Energético (IDE) empregando modelo computacional aprimorado
(2019) Rodrigues, Michel Kepes; Isoldi, Liércio André; Santos, Elizaldo Domingues dos
O Trocador de Calor Solo-Ar (TCSA) é um dispositivo constituído por dutos enterrados no solo através dos quais o ar é forçado a escoar. O ar que entra no duto pode trocar calor com o solo e sai do duto com uma temperatura mais amena em relação a sua temperatura de entrada. Em períodos quentes, o ar sofre resfriamento e, em períodos frios, o mesmo sofre aquecimento. O ar, então, troca calor com o solo, que por sua vez armazena energia térmica na sua camada superficial, sendo que esta energia é originária da radiação solar incidente na superfície terrestre, que é uma energia renovável. A principal finalidade do TCSA é proporcionar uma melhoria na condição térmica no interior de edificações, visando à redução no consumo de energia elétrica de equipamentos de condicionamento de ar tradicionalmente utilizados. A presente pesquisa sustenta-se sobre três pilares: o aprimoramento do modelo computacional de TCSA; a análise de desempenho do TCSA e o estudo de caso realizado. O objetivo geral desta pesquisa é melhorar o desempenho de TCSA em forma de "Y", por meio de um modelo computacional aprimorado, considerando um novo parâmetro de desempenho específico para este tipo de dispositivo, em um estudo de caso realizado no município de Rio Grande. Os principais destaques e contribuições desta pesquisa são: o desenvolvimento do Modelo Computacional Compacto (MOC) de TCSA; a criação do Indicador de Desempenho Energético (IDE) e o estudo de caso inédito do TCSA em forma de "Y", aplicado no município de Rio Grande. A simulação numérica, a técnica de caracterização do tipo de solo, o método de obtenção do perfil de temperaturas do solo e do ar, a técnica da Busca Exaustiva e o método Design Construtal são as principais ferramentas metodológicas empregadas neste estudo. Para aplicação do método Design Construtal, dois graus de liberdade são considerados no sistema para que o mesmo possa evoluir: a razão (L2/L1) e o ângulo Â, sendo que L2 é o ramo secundário, L1 é o ramo primário (da configuração em "Y") e Â é o ângulo formado entre o ramo secundário e a direção horizontal. Enquanto a razão (L2/L1) assume os valores: 0,05; 0,10; 0,25; 5,50 e 11,50, os ângulos Â admitidos são: 0o, 15o, 30o, 45o, 60o e 75o. Diversas instalações de TCSA são propostas e investigadas. Os resultados mostraram que: (a) é possível estabelecer um novo modelo computacional, validado e verificado, mais acurado, mais rápido e com capacidade de aplicabilidade em diversas regiões do planeta. Esse modelo é capaz de levar em consideração as características do tipo de solo local e dados reais ou realísticos de temperaturas do solo e do ar de uma determinada região. Nesta pesquisa, é adotado um procedimento desenvolvido para solução das equações de conservação, denominada de metodologia numérica de solução desacoplada dos fenômenos fluidodinâmicos e térmicos – DFT. Um novo critério de geração de malha com base em elementos hexaédricos para análise fluidodinâmica é definido; (b) o TCSA formado por L2/L1 = 0,05 e Â = 30o é considerado o dispositivo ótimo, dentre os casos analisados, isto é, aquele que conduz a maximização do IDE do TCSA. Consequentemente, esse dispositivo conduz ao melhor desempenho energético do TCSA e (c) o TCSA aplicado em uma determinada localidade do município de Rio Grande, na profundidade recomenda de 1,00 m, pode render na economia de energia elétrica mensal de até 120 kWh (aquecimento), em períodos de frio, e de 75 kWh (resfriamento), em períodos de calor.
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Análise numérica de trocadores de calor Solo-Ar em forma de Y através do método design construtal e de um novo indicador de desempenho energético (IDE) empregando modelo computacional aprimorado
(2019) Rodrigues, Michel Kepes; Isoldi, Liércio André; Santos, Elizaldo Domingues dos
O Trocador de Calor Solo-Ar (TCSA) é um dispositivo constituído por dutos enterrados no solo através dos quais o ar é forçado a escoar. O ar que entra no duto pode trocar calor com o solo e sai do duto com uma temperatura mais amena em relação a sua temperatura de entrada. Em períodos quentes, o ar sofre resfriamento e, em períodos frios, o mesmo sofre aquecimento. O ar, então, troca calor com o solo, que por sua vez armazena energia térmica na sua camada superficial, sendo que esta energia é originária da radiação solar incidente na superfície terrestre, que é uma energia renovável. A principal finalidade do TCSA é proporcionar uma melhoria na condição térmica no interior de edificações, visando à redução no consumo de energia elétrica de equipamentos de condicionamento de ar tradicionalmente utilizados. A presente pesquisa sustenta-se sobre três pilares: o aprimoramento do modelo computacional de TCSA; a análise de desempenho do TCSA e o estudo de caso realizado. O objetivo geral desta pesquisa é melhorar o desempenho de TCSA em forma de "Y", por meio de um modelo computacional aprimorado, considerando um novo parâmetro de desempenho específico para este tipo de dispositivo, em um estudo de caso realizado no município de Rio Grande. Os principais destaques e contribuições desta pesquisa são: o desenvolvimento do Modelo Computacional Compacto (MOC) de TCSA; a criação do Indicador de Desempenho Energético (IDE) e o estudo de caso inédito do TCSA em forma de "Y", aplicado no município de Rio Grande. A simulação numérica, a técnica de caracterização do tipo de solo, o método de obtenção do perfil de temperaturas do solo e do ar, a técnica da Busca Exaustiva e o método Design Construtal são as principais ferramentas metodológicas empregadas neste estudo. Para aplicação do método Design Construtal, dois graus de liberdade são considerados no sistema para que o mesmo possa evoluir: a razão (L2/L1) e o ângulo Â, sendo que L2 é o ramo secundário, L1 é o ramo primário (da configuração em "Y") e Â é o ângulo formado entre o ramo secundário e a direção horizontal. Enquanto a razão (L2/L1) assume os valores: 0,05; 0,10; 0,25; 5,50 e 11,50, os ângulos Â admitidos são: 0º, 15º, 30º, 45º, 60º e 75º. Diversas instalações de TCSA são propostas e investigadas. Os resultados mostraram que: (a) é possível estabelecer um novo modelo computacional, validado e verificado, mais acurado, mais rápido e com capacidade de aplicabilidade em diversas regiões do planeta. Esse modelo é capaz de levar em consideração as características do tipo de solo local e dados reais ou realísticos de temperaturas do solo e do ar de uma determinada região. Nesta pesquisa, é adotado um procedimento desenvolvido para solução das equações de conservação, denominada de metodologia numérica de solução desacoplada dos fenômenos fluidodinâmicos e térmicos - DFT. Um novo critério de geração de malha com base em elementos hexaédricos para análise fluidodinâmica é definido; (b) o TCSA formado por L2/L1 = 0,05 e Â = 30º é considerado o dispositivo ótimo, dentre os casos analisados, isto é, aquele que conduz a maximização do IDE do TCSA. Consequentemente, esse dispositivo conduz ao melhor desempenho energético do TCSA e (c) o TCSA aplicado em uma determinada localidade do município de Rio Grande, na profundidade recomenda de 1,00 m, pode render na economia de energia elétrica mensal de até 120 kWh (aquecimento), em períodos de frio, e de 75 kWh (resfriamento), em períodos de calor.
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Análise numérica de uma placa submersa como quebra mar e conversor de energia das ondas
(2013) Seibt, Flávio Medeiros; Couto, Eduardo Costa; Teixeira, Paulo Roberto de Freitas; Santos, Elizaldo Domingues dos; Isoldi, Liércio André
Este artigo apresenta um modelo computacional bidimensional desenvolvido para análise do quebra mar tipo placa submersa. O modelo desenvolvido utiliza os códigos comerciais GAMBIT e FLUENT. O escoamento da mistura água-ar nas simulações numéricas do dispositivo é realizada através do modelo multifásico Volume of Fluid. O objetivo deste artigo é contribuir para um maior conhecimento deste dispositivo mostrando seu bom desempenho nas funções de quebra mar e conversor de energia das ondas. É analisada a influência da posição vertical da placa no coeficiente de transmissão e na eficiência do dispositivo ao converter energia das ondas em energia elétrica. Para tanto, o modelo desenvolvido, depois do processo de validação, foi utilizado em seis simulações que diferem apenas na posição da placa. Nos casos estudados, o aumento da distância da placa ao fundo proporcionou aumento da eficiência e redução do coeficiente de transmissão.
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Análise numérica do comportamento mecânico sob flexão de placas finas de material compósito laminado reforçado por fibras
(2013) Helbig, Daniel; Real, Mauro de Vasconcellos; Rocha, Luiz Alberto Oliveira; Santos, Elizaldo Domingues dos; Isoldi, Liércio André
A crescente necessidade de estruturas com propriedades mecânicas superiores impulsiona o desenvolvimento de novos tipos de materiais, dentre os quais se destacam os materiais compósitos laminados reforçados por fibras. Placas finas construídas com estes materiais possuem diversas vantagens em comparação com as fabricadas com materiais de construção mecânica convencionais como o aço: altas relações rigidez/peso e resistência/peso; alta resistência à fadiga; e excelente resistência à corrosão. Portanto, a aplicação destes elementos estruturais é cada vez mais frequente em diversas áreas da engenharia, especialmente em estruturas navais e offshore. Neste contexto, o presente trabalho analisa numericamente o comportamento mecânico de placas finas fabricadas com diferentes tipos de materiais compósitos (Vidro-E / Epóxi, Boro / Epóxi, Tecido de Vidro / Epóxi e Boro / Alumínio) em comparação com o comportamento mecânico de uma placa de Aço. Os resultados mostraram que é possível obter com uma placa de material compósito reforçado por fibras um comportamento mecânico semelhante, ou até melhor, que o de uma placa de aço.
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Análise numérica do princípio de funcionamento do conversor de energia das ondas do mar em energia elétrica do tipo placa submersa
(2014) Seibt, Flavio Medeiros; Isoldi, Liércio André; Teixeira, Paulo Roberto de Freitas
A crescente demanda por produção de energia elétrica e a necessidade de preservação dos recursos naturais, tem impulsionado o desenvolvimento de tecnologias de conversão de baixo impacto ambiental. O potencial energético dos oceanos está distribuído sob diferentes formas, das quais a energia das ondas se destaca por concentrar a maior parte deste recurso. O dispositivo de placa submersa consiste em uma placa horizontal, plana e imersa sob a superfície do mar. A passagem das ondas sobre essa estrutura origina um escoamento horizontal, sob a placa, que alterna constantemente de sentido. Esse escoamento pode ser aproveitado como propulsão para uma turbina hidráulica, fazendo com que o dispositivo atue como um conversor de energia das ondas do mar. Este estudo apresenta uma análise numérica do princípio de funcionamento deste equipamento, isto é, sem considerar a presença da turbina abaixo da placa. Para isso, foram realizadas avaliações da influência de parâmetros geométricos da placa submersa e características das ondas incidentes no dispositivo com relação a sua eficiência de conversão de energia. Para as simulações numéricas foi utilizado um domínio bidimensional que se baseia no modelo multifásico Volume of Fluid (VOF), para o tratamento da região de interface água-ar. O domínio computacional foi construído e discretizado (geração da malha) no software GAMBIT, enquanto a solução das equações que regem o problema foi realizada com o software FLUENT, que utiliza o Método de Volumes Finitos (MVF) para obtenção de um sistema algébrico de equações. As ondas foram geradas por uma condição de contorno de velocidade variável no tempo, impondo as componentes horizontal e vertical de velocidade das partículas de fluido, com base na teoria de ondas de Stokes de 2a ordem. A análise do escoamento sob a placa submersa permitiu observar que as magnitudes da velocidade e da vazão mássica são maiores nos casos em que a placa tem menor comprimento e é posicionada próxima a superfície. Os resultados indicaram que dependendo das características do dispositivo (construtivas, de instalação e operacionais) é possível atingir uma eficiência em torno de 35 %.
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Análise numérica não-linear de painéis com enrijecedores sob flambagem
(2015) Rackow, Patrícia Borges; Real, Mauro de Vasconcellos; Isoldi, Liércio André
Estruturas navais e offshore são constituídas, basicamente, de painéis enrijecidos. Quando submetidos a carregamentos compressivos, surge a preocupação em relação ao comportamento desses sob flambagem. O fenômeno da flambagem ocorre em componentes estruturais esbeltos que, quando submetidas à compressão axial, após atingida a carga crítica, sofrem uma deflexão transversal. Esses elementos sob flambagem podem perder sua estabilidade sem que o material tenha atingido sua tensão de escoamento. O objetivo do presente trabalho é realizar, através da análise numérica não-linear de painéis enrijecidos, um estudo paramétrico para avaliar o efeito da variação da espessura da chapa, espessura da alma do enrijecedor e espessura do flange do enrijecedor, individualmente e em conjunto, na resistência à flambagem dos mesmos. Para isto, foi considerado um painel base constituído por uma chapa plana e seis reforços longitudinais no formato de ângulo. Este estudo foi feito através de um modelo computacional desenvolvido no software ANSYS®, o qual se baseia no Método dos Elementos Finitos (MEF). Os resultados mostram que o parâmetro cuja variação mais influencia a determinação da resistência à flambagem dos painéis é a espessura da chapa, seguida da espessura da alma do enrijecedor. A variação da espessura do flange do enrijecedor pouco influi no valor da carga última de flambagem. Através dos estudos realizados neste trabalho, concluiu-se que é de extrema importância para o desenvolvimento da indústria naval e offshore o estudo do comportamento de painéis enrijecidos sem negligenciar os efeitos da flambagem, visto que estas peças são a base da estrutura de navios e plataformas.
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Aplicação do Constructal Design na Otimização da Capacidade Resistente de Colunas de Aço com Furos Elípticos
(2015) Thormann, Daniela Nahuys; Real, Mauro Vasconcellos; Isoldi, Liércio André
Colunas de aço suportam grandes esforços, apesar da área de sua seção transversal ser relativamente pequena quando comparada ao seu comprimento, devido ao fato de apresentarem alta resistência mecânica nos diversos estados de tensão. Apesar disto, quando estes elementos estruturais estão sujeitos à carga axial de compressão podem desenvolver um fenômeno chamado de flambagem, podendo ser elástica ou elasto-plástica. Em muitos projetos de engenharia é necessário que sejam feitas perfurações na alma das colunas. No entanto, estas perfurações podem influenciar, significativamente, tanto no valor da carga crítica de flambagem quanto no valor da carga última. Em vista disto, foi realizado um estudo numérico da capacidade de carga de colunas de aço do tipo U com perfurações elípticas, através do Método de Elementos Finitos (MEF) pelo software ANSYS®. Inicialmente, foi feita a verificação do modelo numérico para a carga crítica elástica com resultados de outros autores, e, após, a validação para a carga última elasto-plástica com resultados experimentais encontrados na literatura. Testes para perfurações elípticas foram feitos, levando em conta a retirada de frações do volume das perfurações (), que é a relação entre o volume dos furos e o volume total da coluna, de = 0,05; 0,10 e 0,15. Para cada fração de volume foi variada a relação entre as dimensões características das perfurações, ou seja, uma relação entre os eixos da elipse (H0/L0). Em cada fração de volume, , foi possível determinar, através do método de Constructal Design, um valor ótimo para as dimensões características das perfurações (H0/L0)o que conduz a um comportamento mecânico superior da coluna. As colunas apresentaram melhoria com relação às suas cargas de até 31,66% na análise linear e 74,55% na análise não linear, considerando a retirada de 15% do volume total do material, após a aplicação do método de Constructal Design.
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Application of the computational modeling in the resin transfer molding (RTM) process: a case study of a marine propeller
(2012) Porto, Joseane da Silva; Letzow, Max; Santos, Elizaldo Domingues dos; Souza, Jeferson Avila; Isoldi, Liércio André; Amico, Sandro Campos
This work presents one example of how the computational modeling can help in the Resin Transfer Molding (RTM) process when it is applied to the production of parts with complex geometry, such as the marine propellers. This manufacture process of composite material parts consists in the injection of a polymeric resin into a closed mold where a fibrous reinforcement is previously placed. The numerical simulation of the RTM process can be considered as the resin flow through a porous media. This computational model was developed in the FLUENT package, which is based on the Finite Volume Method (FVM), and was applied to study a propeller for naval propulsion. As the propeller has a complex format, the use of computational approach as a preliminar step in the manufacturing process is very important for the correct definition of the inlet and outlet nozzles. So, it is possible to design an efficient mold, avoinding extras costs related with the mold redesign, the resin waste and the increase of injection time. The results showed that an inadequate positioning of the mold outlet nozzles causes an increase about 10% and 2% in the production time and in the resin amount, respectively, for obtaining the marine propeller by RTM process.