DEMEC - Departamento do Curso de Engenharia Mecânica

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Acoustical performance of Helmholtz resonators used as vehicular silencers.
(2018) Martins, Lucas Rodrigues; Guimarães, Gustavo Paulinelli; Fragassa, Cristiano
This study proposes to evaluate the acoustical performance of a reactive vehicular silencer made entirely of Helmholtz resonator. Four or seven resonators are idealized to be in a series configuration, all the dimensions except cavity length and resonators are fixed. An algorithm processes inputted characteristic engine noise signal obtained from literature, identify peaks, and calculates ideal cavity length for attenuation. The transmission loss of the system is analytically calculated. Attenuation levels obtained are satisfactory. The required volume of the resonator to achieve the same resonance frequency as low frequency noise peak demands impractical cavity length, proving it to be flawed. It is suggested to use resonators of two or three different diameter for different frequency range in order to overcome this problem.
An approach to torque and temperature thread by thread on tapping.
(2020) Pereira, Igor Cezar; Vianello, Pedro Ivo Alves; Boing, Denis; Guimarães, Gilmar; Silva, Marcio Bacci da
During internal threading, small alterations in cutting parameters, tool geometry, or process characteristics produce considerable effects on torque and temperature behavior. Understanding these effects is critical to the design and development of new taps. In this work, the torque behavior for a tap operation is evaluated as a function of the number of threads, tool manufacturer, and angle of the taper region of the tool. The chip–tool interface temperature was analyzed, considering the influence of cutting speed and number of threads. Experimental tests were carried out using M10x1.5 taps and cutting speeds of 10 m/min and 25 m/min. Taps with two different geometries were considered in this analysis. The results show a difference in the distribution of the torque along the threads of the conical part between the tools. The presence of adhered material increased the torque during the reverse stage. The torque during the reverse stage for a tap with a damaged tooth was approximately 50% of the torque during the cutting stage. The temperature showed an increase with the number of threads stabilizing between the fourth and fifth threads and increasing again in the sixth filled due to adhesion of workpiece material.
Análise da temperatura filete a filete no rosqueamento interno por machos de corte.
(2018) Souza, R. F. A.; Vianello, Pedro Ivo Alves; Silva, Marcio Bacci da; Pereira, Igor Cézar
Among the manufacturing processes, threading stands out, as it can be accomplished by machining or by forming. This process is responsible for the creation of internal and external threads, which has great applicability in production lines. Due to the market’s great competitiveness, methods are sought to increase production by decreasing the time of each unit process. However, tapping is usually performed at low cutting speeds due to limitations related to the manufacturing process. The study of the tapping can bring benefits, such as the reduction of wear mechanisms, resulting in an increase in tool life. In this research, the temperature was measured from fillet to fillet in the conical part of the tool, varying the cutting speed and the number of fillets. The tap used is, M 10 x 1.5 HSS, uncoated in threading process for internal thread production in SAE 1045. To analyze the temperature was used the tool-workpiece thermocouple method on each fillet of the tap. The cutting speeds used were 10 and 25m / min. From the second fillet on the temperature is constant, even with the increase in the number of fillets, as expected.
Análise do impacto da distribuição de ar em ambientes isolados climatizados para pacientes com doenças transmissíveis pelo ar via simulação computacional.
(2022) Pimenta, João Vitor Fernandes de Paula; Bortolaia, Luis Antônio; Bortolaia, Luis Antônio; Machado, Luiz; Pimenta, Fausto Aloísio Pedrosa; Leal, Elisângela Martins; Rocha, Luiz Joaquim Cardoso
Atualmente, o principal método de transmissão de doenças pelo ar é o aerossol. Em ambientes hospitalares tem-se uma grande preocupação no controle desse tipo de disseminação, principalmente no que diz respeito às contaminações cruzadas. Para isso, os estabelecimentos de saúde normalmente possuem ambientes denominados de quartos para isolamento de pacientes com infecção transmitida pelo ar. Esse tipo de ambiente tem por objetivo isolar o ar contaminado interno em relação às áreas e ambientes adjacentes. Para tanto, é necessário manter o quarto em um diferencial de pressão negativo, ou seja, retirar um volume de ar maior do que será insuflado. Mas, uma forma de contaminação cruzada normalmente negligenciada em projetos dessa área é a que atinge o acompanhante e/ou os profissionais que mantém contato com esse paciente. O objetivo desse trabalho é analisar a distribuição de ar nesses ambientes de forma a mitigar essas possíveis transmissões. As análises do ambiente isolado, em diferentes configurações de posicionamento de bocais de ar, são realizadas via simulações computacionais em CFD (Computational Fluid Dynamics), buscando avaliar quais configurações são mais eficientes, considerando a influência das posições do insuflamento e exaustão na distribuição do ar. Dessa forma, o estudo das localizações das aberturas de insuflamento e exaustão permitem estabelecer um controle mais efetivo da disseminação das contaminações, definindo a melhor configuração de distribuição de ar. Com os resultados obtidos, nota-se que, a grelha posicionada atrás da cama, a uma distância de 20cm abaixo do eixo de ocupação, torna o sistema de exaustão mais eficiente nesses ambientes, melhorando assim a mitigação de possíveis contaminações cruzadas. Além disso, a temperatura no ambiente para essa opção de posicionamento de grelha se manteve em um intervalo aceitável para o conforto de 21oC a 24°C.
Análise e comparação do torque filete a filete no rosqueamento interno por machos de corte.
(2018) Vianello, Pedro Ivo Alves; Souza, R. F. A.; Silva, Marina Carla Bezerra da; Pereira, Igor Cezar
The thread process is responsible for internal and external threads creation which are of large application in several areas. Even though its large usage in industry, there are few papers about this process. In this paper, it was carried out torque fillet by fillet measurements over the chamfer portion of the tap and the torque comparation between tools from two distinct manufacturers. It was used M 10 x1,5 HSSE straight flute taps, with and without coating in tapping process on a grey cast iron GG30, in order to analyse the relation between the number of fillets in the tap’s chamfer and its geometry in torque signal behaviour.
Análise exergoeconômica e ambiental do uso de um combustível derivado de resíduo sólido em um motor de combustão interna.
(2023) Prudente, Lucas Rhuan; Leal, Elisângela Martins; Santana, Cláudio Márcio; Leal, Elisângela Martins; Santana, Cláudio Márcio; Bortolaia, Luis Antônio; Rocha, Ana Maura Araújo; Pujatti, Fabricio José Pacheco
O descarte inadequado de pneus é uma preocupação ambiental urgente devido à sua decomposição extremamente lenta, levando até 600 anos. Este estudo foca em soluções ecologicamente responsáveis para acelerar a degradação de pneus, concentrando-se na transformação desses resíduos em combustível para motores a diesel, usando a pirólise. São comparados três tipos de combustíveis: óleo diesel convencional, óleo pirolítico de pneus e óleo pirolítico de madeira (Eucalyptus urograndis). A avaliação abrange eficiência energética, eficiência exergética, viabilidade econômica e impactos ambientais. O objetivo é determinar a adequação desses combustíveis para motores de combustão interna, visando promover o desenvolvimento sustentável. O estudo emprega análises teóricas em regime permanente, usando o software Diesel RK para modelar a combustão com base em propriedades de combustíveis provenientes de uma revisão bibliográfica. Três cenários são considerados, variando a proporção de óleo pirolítico nas misturas: o primeiro envolve misturas de óleo pirolítico de pneu (OPP) e diesel, em proporções de 10% OPP e 90% diesel, e 20% OPP e 80% diesel; o segundo cenário considera misturas de óleo pirolítico de Eucalyptus urograndis (OPE) e diesel, nas proporções de 10% OPE e 90% diesel, e 20% OPE e 80% diesel; e, por fim, o terceiro cenário emprega exclusivamente óleo diesel. Os resultados obtidos revelam desempenhos energéticos semelhantes para todas as variantes estudadas, com um destaque para a OPP10 que se comportou de forma similar ao diesel. A análise exergética identifica as perdas associadas a cada tipo de combustível, juntamente com a eficiência termodinâmica da segunda lei. Independentemente do valor do fator λ considerado, a análise exergética corrobora a viabilidade de aplicação dos combustíveis avaliados. Por meio da análise econômica, verifica- se a viabilidade econômica da adoção de misturas de óleo diesel com OPP e OPE. No que tange à análise ambiental, destaca-se o potencial de aprimoramento e a incorporação de parâmetros sustentáveis nas misturas, especialmente quando se trata dos combustíveis derivados do OPE. Desta forma, este estudo propõe uma avaliação abrangente das opções de combustíveis provenientes de resíduos de pneus e madeira, em comparação com o diesel convencional, com foco na eficiência energética, exergética, viabilidade econômica e impacto ambiental. Os resultados obtidos fornecem percepções valiosas para a busca por alternativas mais sustentáveis no contexto dos motores de combustão interna de ignição por compressão.
Análise fluidodinâmica do perfil aerodinâmico NACA 0012 em baixas velocidades.
(2023) Lima, Augusto Henrique de Miranda; Rocha, Luiz Joaquim Cardoso; Rocha, Luiz Joaquim Cardoso; Brito, Cristiano Henrique Gonçalves de; Leal, Elisângela Martins; Bortolaia, Luis Antônio
Os grandes avanços na indústria da fluidodinâmica estão correlacionados ao desenvolvimento dos setores aeroespacial e aeronáutico, o que torna as técnicas de CFD, atualmente, uma alternativa substitutiva ou complementar aos ensaios experimentais. Sendo assim, o presente trabalho visa estudar, numericamente, o escoamento do ar atmosférico em torno do perfil NACA 0012 (2D) sob baixas velocidades no ANSYS® Fluent. Dois modelos de turbulência foram empregados durante as simulações (Spalart-Allmaras e K-ε realizable) com o intuito de avaliar os coeficientes de sustentação e de arrasto; a eficiência aerodinâmica; e a esteira de turbulência sob o perfil. As soluções numéricas foram legitimadas através das pesquisas de Abbott et al. (1959) e Ladson et al. (1987), ambas realizadas em túneis de vento e com dados experimentais divulgados pela NASA. Os resultados obtidos foram considerados validados com algumas ressalvas. No que concerne aos coeficientes de sustentação, para ambos os modelos de turbulência, obteve-se uma solução muito satisfatória para ângulos de ataque menores do que 12o, apresentando uma margem de erro inferior à 5%. Já a máxima eficiência aerodinâmica extraída para o perfil, seja numericamente ou empiricamente falando, é obtida quando α = 9o sob o Re = 6x106 independentemente do modelo de turbulência utilizado. Contudo, no que tange aos coeficientes de arrasto, notou-se uma margem de erro em torno de 50% para toda a faixa de ângulo de ataque estudada, a saber, 0o < α < 12o – o que implica na utilização de uma malha mais refinada, em combinação com um melhor modelo de turbulência, para melhor a acurácia dos resultados numéricos. Por fim, constatou-se também que o modelo Spalart- Allmaras apresentou melhor coerência física nos resultados de distribuição de esteira turbulenta em detrimento ao modelo k- ε realizable – sendo este, por conseguinte, não indicado para trabalhar com fenômenos físicos sujeitos à gradiente de pressão adverso.
Análise numérica da performance de refrigerantes zeotrópicos e azeotrópicos em um sistema de refrigeração por compressão de vapor.
(2023) Nascimento, Leonardo Simões; Bortolaia, Luis Antônio; Bortolaia, Luis Antônio; Carpio, Ricardo Carrasco; Leal, Elisângela Martins; Rocha, Luiz Joaquim Cardoso
Refrigerantes com alto potencial de aquecimento global (GWP) tem sido amplamente utilizados em sistemas refrigeração e climatização. Contudo, eventos climáticos, como ondas de calor, tem se tornado frequentes ao redor do mundo. É estimado um acréscimo na temperatura do globo de mais de 2,0 oC até 2100. Em vista disso, o Acordo de Paris e o Protocolo de Montreal buscam substituir os refrigerantes com elevado GWP por outros com menor impacto ambiental. Nesse viés, este trabalho consiste em um estudo numérico da performance energética e exergética de refrigerantes zeotrópicos e azeotrópicos como substitutos do R134a em sistemas de refrigeração por compressão de vapor. O ciclo considera sub-resfriamento, superaquecimento, perdas de carga no evaporador, condensador, válvulas de sucção e descarga, linhas de sucção e descarga, e eficiência isentrópica, mecânica e elétrica do compressor. São simulados oito refrigerantes puros, e então, com base no desempenho destes, selecionados seis grupos de misturas ternárias com fração em peso alterada em 10%, 30% e 60%. A análise do drop-in é realizada avaliando o coeficiente de performance (COP), a capacidade de refrigeração volumétrica, a temperatura de descarga, a razão de pressão, a vazão mássica, a destruição de exergia e a eficiência exergética. Uma nova forma para calcular a inflamabilidade de refrigerantes é proposta por este trabalho, mostrando maior simetria comparado à norma ASHRAE. A mistura com melhor desempenho geral é a RBGC3 (R290/R1234yf/R1234ze(E) peso 60/30/10), que, embora tenha reduzido o COP em 1,5%, resultou em redução da vazão mássica (28,2%) e temperatura de descarga (5,4%), além de um aumento na capacidade de refrigeração volumétrica de 28,6%. O GWP reduziu cerca de 386 vezes quando comparado ao R134a.
Análise técnica de um sistema híbrido usando energia solar e biomassa para geração de eletricidade e dessalinização.
(2023) Teixeira, Edilberto dos Anjos; Leal, Elisângela Martins; Leal, Elisângela Martins; Bortolaia, Luis Antônio; Rocha, Luiz Joaquim Cardoso; Guedes, Luiz Carlos Vieira
Os desafios globais atuais relacionados à energia são diversos, abrangendo desde as mudanças climáticas causadas pelas atividades humanas até o crescimento constante da demanda por diversas formas de energia. Essas circunstâncias têm exigido que os planejadores de sistemas energéticos se concentrem em metodologias de planejamento de expansão e operação mais eficientes e sustentáveis do ponto de vista ambiental. A água é necessária em quase todas as atividades humanas e também para o equilíbrio do planeta em termos de biodiversidade. Este trabalho visa analisar, do ponto de vista técnico, um sistema híbrido com energia solar e queima de biomassa para geração de eletricidade e dessalinização. Para o desenvolvimento deste trabalho, é necessário conduzir uma revisão bibliográfica com o objetivo de modelar e propor o modelo de sistema híbrido mais adequado para a região nordeste do Brasil. Nesse sentido, é necessário identificar os centros urbanos que são potenciais produtores de resíduos sólidos urbanos ou áreas agroindustriais que produzem resíduos agrícolas. Os locais adequados para a implantação do sistema híbrido devem ter um bom potencial de insolação e estar próximos à costa para a captação de água do mar, ou possuir fontes de água salobra para a dessalinização. Uma vez que os locais de estudo tenham sido identificados, é possível modelar o sistema híbrido considerando seus principais parâmetros e componentes que afetam a eficiência térmica dos ciclos termodinâmicos analisados. Isso é feito por meio da determinação do poder calorífico inferior, com base na composição e quantidade de resíduos coletados. Após a modelagem dos ciclos e seus componentes, os resultados são obtidos usando equações e considerações relevantes. Os resultados do ciclo híbrido Rankine com CSP comparados com os resultados de um ciclo Rankine base mostraram que o consumo de combustível diminui em 16,46 t/h para a cidade de Natal – RN e 11,80 t/h para a cidade de Fortaleza – CE, considerando o horário de maior incidência solar. Isto representa uma economia de combustível de 14,46% para ambas as cidades. Na unidade de dessalinização MSF de único estágio, a partir da modelagem feita usando os coletores solares implementados no ciclo híbrido desse trabalho, obtive-se o retorno de 0,082 kg/s (295,2 l/h) de água dessalinizada, destacando os incrementos da temperatura. Representa uma eficiência do sistema da ordem de 10%.
Análise técnica e econômica do uso de dieselbiodiesel-etanol-hidrogênio como combustíveis em um motor de combustão interna
(2021) Silva, Wilian Nascimento; Leal, Elisângela Martins; Leal, Elisângela Martins; Barros, José Eduardo Mautone; Santana, Cláudio Márcio; Bortolaia, Luis Antônio; Rocha, Luiz Joaquim Cardoso
Meios sustentáveis em todos os setores ganham cada vez mais destaque durante o passar dos anos, uma vez que a humanidade visa seu desenvolvimento. Porém, a degradação do meio ambiente exige ações e medidas controladas para a sua reconstrução. Embasado neste novo modelo de desenvolvimento, este trabalho tem como principal motivo demonstrar a viabilidade da substituição de combustíveis fósseis por combustíveis oriundos de fontes renováveis e suas misturas em um motor de combustão interna operando por injeção direta de combustível. A análise do uso destes combustíveis foi realizada de forma computacional pelo software Lotus Engine. A partir da análise computacional é realizada a avaliação energética, exergética e econômica, demonstrando com isto, o desempenho dos possíveis substitutos ao óleo diesel. O estudo é realizado em um motor Cummins IBS6.7 no qual os combustíveis são submetidos às simulações com diversos valores do fator  com o intuito de encontrar a melhor configuração de desempenho de cada combustível, uma vez que neste trabalho não éconsiderado qualquer alteração geométrica do motor. Os resultados mostram que as misturas contendo hidrogênio apresentam maiores valores de torque (+11,5%), potência (+14,35%), pressão média efetiva (+14,36%) e eficiências térmica (+3%) e exergética (+21,56%), menores consumos específicos (-35,72%) e custos de operação (variando de -10% a -1%). Por outro lado, apresentam maiores perdas exergéticas o que indica que há espaço para melhoria no equipamento. Os combustíveis contendo etanol apresentam valores intermediários entre as misturas e os combustíveis puros. Assim, a partir da realização de simulações em um software computacional, é mostrado através das análises energética, exergética e econômica a aplicabilidade técnica e econômica destes combustíveis em um motor de combustão interna.
Análise termoeconômica e ambiental da central termelétrica de uma usina siderúrgica integrada a coque simulando numericamente o uso do hidrogênio como combustível auxiliar.
(2021) Coura, Dimas Pereira; Leal, Elisângela Martins; Leal, Elisângela Martins; Silva, Guilherme Liziero Ruggio da; Assis, Paulo Santos; Bortolaia, Luis Antônio; Rocha, Luiz Joaquim Cardoso
A siderurgia apresenta fundamental importância no contexto energético do Brasil, sendo caracterizada como um dos grandes consumidores de eletricidade no país. Para ter competitividade no mercado global, uma indústria siderúrgica precisa apresentar um excelente plano estratégico. Este plano inclui um planejamento energético eficiente, buscando um melhor aproveitamento dos recursos, baixos impactos ambientais e custos operacionais. As centrais termelétricas em ciclo Rankine das usinas siderúrgicas integradas demonstram grande potencial econômico, uma vez que fazem uso dos próprios gases residuais do processo. O objetivo principal deste trabalho é analisar, do ponto de vista termoeconômico, a central termoelétrica de uma indústria siderúrgica, observando a influência da adição de hidrogênio juntamente com os gases do processo siderúrgico. A geração de hidrogênio é pela eletrólise da água, alimentada eletricamente por placas fotovoltaicas. A metodologia compreende o uso de um modelo computacional criado através do software Cycle Tempo versão 5.0. Para validação do modelo, os dados da central termoelétrica são usados, como parâmetro operacionais, variáveis do fluido de trabalho e a descrição dos equipamentos. Após, é realizada a introdução do hidrogênio como combustível auxiliar na caldeira, com avaliação do impacto dessa adição. A modelagem termoeconômica tem como finalidade obter um sistema de equações de custos que representa matematicamente o processo de formação de custos na planta. Em 39 simulações computacionais e 7 cenários de misturas de combustíveis possíveis e realizando a mistura com o gás de alto forno, o gás de coqueria e o gás de aciaria com hidrogênio além da uma análise termoeconômica. Os resultados apontam que até 30% de hidrogênio com o gás de alto forno é possível de se obter eficiência energética e exergética equivalente ao cenário zero, que mais representa a operação na central termoelétrica e ainda reduzir o custo com combustível.
Analysis of a hybrid molten carbonate fuel cell and gas turbine cycle.
(2020) Leal, Elisângela Martins; Silva, Barbara Emanuelle Sanches; Leal Júnior, Amauri Menezes
Background: Hybrid systems with fuel cells and thermal engines are studied with promising results. Molten carbonate fuel cells (MCFC) show many advantages compatible with the current demands for energy production in a sustainable competitive way. Materials and Methods: This paper focuses on the computational investigation of an indirect internal reforming MCFC coupled to a gas turbine (GT) system. The technical analysis comprises of energy analysis of the hybrid cycle, using the Gibbs function minimization technique for the methane steam reforming process. The assessment is performed to determine the influence of the hybrid cycle operating temperature and pressure, steam-to-carbon ratio, and fuel and oxidant usage in the fuel cell. Results: Results show that the increase in temperature and in operating pressure of the fuel cell and the fuel reform rate improves the hybrid system performance. Variation in the utilization factor, however, did not determine an expressive increase in system efficiency. For the same fuel mass flow rate, it is possible to see that the variation in the operating temperature of the fuel cell resulted in an increase in the total power of the hybrid system when compared to the results of the pressure increase. The increase in temperature resulted in a maximum increase of 12% in delivered power and corresponding to about 7% system efficiency increase. Instead, an increase in pressure of about 4% corresponding to an increase of about 2% system efficiency. Conclusion: Although an increase in the fuel cell's power density was observed for the same mass flow rate in the system, the pressure negatively influenced the total delivered power by the fuel cell.
Analysis of the coefficient of friction at the workpiece-tool interface in milling of high strength compacted graphite cast irons.
(2019) Silva, Leonardo Rosa Ribeiro da; Ruzzi, Rodrigo; Teles, Vinicius C.; Sales, Wisley Falco; Guesser, Wilson L.; Machado, Alisson R.
The coefficient of friction at the workpiece-tool interface is one of the main influencing parameters in machining. It can be tribologically investigated using conventional and open tribometers, however, there is no consensus as to which type of test has the best correlation with the real machining process. This work aims at investigating the use of three different methods to measure the coefficient of friction in the machining of three types of high strength compacted graphite cast irons, with variations in the size of the free graphite phase and the presence or absence of molybdenum carbides in the matrix. The coefficient of friction of the process was measured using two progressive load conventional tribological tests, the progressive load single sliding test with load ranging from 0.5 to 40 N and the progressive load reciprocate sliding test in both dry and starved lubrication regimen, with load ranging from 48 to 83 N. The coefficient of friction was also measured in a conventional machining center used as an open tribometer, where ramp milling tests were performed in workpieces fixed on a piezoelectric dynamometer, with a cutting depth varying from 100 μm to 0, to simulate a regressive load. The following machining parameters were varied: cutting speed, feed rate, tool geometry, tool coating and the use of minimum quantity of lubrication in contrast to dry machining. As the main results, the predominance of lubrication, even in small quantities, was observed as the most influential parameter in the coefficient of friction. An inverse relationship was also observed between the hardness of the materials and the coefficient of friction independent of the lubrication condition used. The results of the coefficient of friction obtained in progressive load re- ciprocate sliding and open tribometer tests showed the best correlation with those found in the literature for this kind of materials.
Analysis of the energy efficiency of diesel oil consumption in the Brazilian Iron Ore Mining Company.
(2018) Fernandes, Eunírio Zanetti; Leal, Elisângela Martins; Figueiredo, Robson Lage; Reis, Gemírson de Paula dos
This paper aims to evaluate the diesel oil consumption between 2008 and 2015 in the production of iron ore in Brazil, creating correlations between energy intensity (production), economy and checking the impact of fuel prices on the commodity. During the analyzed period, the years 2008-2009 indicated economic crises, which interfered in the price and the commercialization of iron ore products. The physical intensity was 0.2% higher than the economic intensity. In the period from 2010 to 2014, economic activity remained more stable, with a decreasing trend, mainly due to the increase of iron ore prices. The physical intensity is much higher than the economic intensity influenced by the expansion of the Chinese economy. The year of 2014 indicated the end of the high iron ore price cycle and the beginning of supply and demand stabilization with consequent reduction in prices. In 2015, the market entered the stabilization phase, with a continuous reduction in unit production costs and transportation logistics. There was an abrupt change due to the strong increase of the economic intensity due to the fall of the international prices of iron ore. The diesel oil consumption plays a vital role in the scenario of cost reduction in iron ore production and a deeper analysis must be done in order to discover some options to change the energy matrix.
Avaliação de transientes hidráulicos em dutos utilizados para transporte de rejeito de mineração – estudo de caso.
(2022) Alves, Maycon Silva; Rocha, Luiz Joaquim Cardoso; Rocha, Luiz Joaquim Cardoso; Bortolaia, Luis Antônio; Santana, Cláudio Márcio; Teixeira, Eder Daniel
O transporte hidráulico de polpas minerais utilizando tubulações, conhecido como mineroduto ou rejeitoduto é um dos principais modais utilizados nos processos de beneficiamento de minérios de ferro. O entendimento dos fenômenos transientes relacionados a tais transportes são de grande importância para otimização de operações e projetos. O trabalho em questão apresenta um estudo de caso que utiliza um software comercial (AFT Impulse) para modelagem dos fenômenos transientes. Tal software utiliza o método das características para solução das equações diferenciais que são discretizadas em pontos específicos da malha, além disso, utiliza o fator de atrito proposto por Brunore para contabilizar as flutuações de velocidade. O modelo computacional é calibrado utilizando-se os dados de vazão, pressão, densidade, nível e rotação, medidos em campo, sendo considerada a condição de parada dos conjuntos motor/bombas para estudo das oscilações de pressão. O trabalho engloba 3 cenários operacionais distintos sendo determinado para cada um deles, as oscilações de pressão em três pontos da rota de tubulação, os valores de celeridade utilizando as teorias de Wood e Kao, Thorley e Liou e os fatores de atrito do primeiro pulso de pressão utilizando um método indireto de decremento logarítmico. Para os casos estudados, as teorias de Wood e Kao e Liou apresentam erros da mesma ordem de grandeza enquanto a teoria de Thorley destoa dos resultados operacionais com maiores erros atribuídos. Não se observa uma diferença significativa nas pressões do sistema em virtude da adoção dos fatores de atrito em regime permanente e transiente, além disso, apesar do método indireto e por similaridade utilizado na determinação dos fatores de atrito reais, os resultados apresentam-se coerentes com o esperado. As pressões transientes calculadas por sua vez, têm bastante discrepância em relação aos valores medidos especialmente na estação de bomba, onde os efeitos de fechamento de válvulas e variação de condições de contorno são mais evidentes. Para os demais pontos de medição considerados, os resultados calculados são aderentes aos medidos. Todas as análises levam a conclusão da possibilidade de aplicação do software para modelagem de sistemas com características similares, exceto quando a vazão de recalque está próxima à velocidade de sedimentação das partículas. Vale salientar a necessidade de correção da rigidez do tubo ao ser adotado revestimento na tubulação.
Avaliação técnica, econômica e ambiental de uma planta de captura e uso de carbono empregando os gases provenientes de um processo siderúrgico : estudo de caso com uma turbina a gás.
(2022) Ribeiro, Natália; Leal, Elisângela Martins; Leal, Elisângela Martins; Guimarães, Luiz Gustavo Monteiro; Assis, Paulo Santos; Bortolaia, Luis Antônio
O presente trabalho visa a análise técnica, econômica e ambiental de uma planta de captura e uso de carbono dos gases de exaustão de um processo siderúrgico para sua conversão em hidrocarbonetos e álcoois de interesse. Nesse sentido, é utilizado inicialmente o fluxograma COFE do CAPE-OPEN para avaliar os parâmetros operacionais a fim de obter um ponto ótimo para a conversão do gás de síntese em metanol. Na primeira análise, são simuladas as seguintes taxas de conversão de carbono em metanol a partir do gás de síntese: 58%-23% CO-CO2; 64%- 17% CO-CO2 e 70%-11% CO-CO2. Na segunda análise, o número de estágios na coluna de destilação é variado de 20 a 60 estágios. Para essas condições, a conversão de 58% de monóxido de carbono e 23% de dióxido de carbono em metanol é a menos atrativa. Em relação a alteração do número de estágios da coluna de destilação, a de 20 estágios representa a melhor opção. Posteriormente, o software CEA é utilizado para avaliar o comportamento das frações molares do gás de síntese em um reator de deslocamento água-gás. A melhor faixa de parâmetros operacionais obtidos é de 200 a 250oC para temperatura e 4,5 MPa para pressão e relação H2/CO2 de 2,0. Em seguida, é realizado um estudo sobre a cinética e a influência do reator de leito fixo adiabático e do catalisador comercial Cu/ZnO/Al2O3 na síntese de Fischer Tropsch para a formação de metanol e etanol. Através desse, é observado que, para a conversão em metanol, quanto maior a razão H2/CO2 maior a formação desse produto e menor a fração de CO2. Já para a formação de etanol, percebe-se que as frações desse combustível e de CO2 diminuem com o aumento da razão H2/CO2. Por fim, é realizado um estudo de caso contendo as análises exergoeconômica e exergoambiental de uma turbina a gás tendo como combustível o metanol. A menor eficiência exergética obtida no ciclo é a do compressor (27,02%) enquanto a maior é da câmara de combustão (48,63%). Em relação ao fator exergoeconômico, o menor valor é apresentado pela câmara de combustão, o que representa uma menor possibilidade de reduzir as irreversibilidades no equipamento. A turbina é o componente que apresenta a maior taxa de impacto ambiental, enquanto a câmara de combustão é o equipamento que demonstra maior facilidade de redução desse tipo de impacto, uma vez que apresentou um valor de indicador superior aos demais. Dessa forma, os resultados mostram que é possível a partir do gás de síntese produzir combustíveis que podem ser aplicados em equipamentos como a turbina a gás e além disso promover alterações que visam aumentar a eficiência com vistas a sustentabilidade.
Chua circuit based on the exponential characteristics of semiconductor devices.
(2022) Rocha, Ronilson; Torricos, Rene Orlando Medrano
The use of non-ideal features of semiconductor devices is an interesting option for implementations of nonlinear electronic systems. This paper analyzes the Chua circuit with nonlinearity based on the expo- nential hyperbolic characteristics of semiconductor devices. The stability analysis using describing func- tions predicts the dynamics of this nonlinear system, which is corroborated by numerical investigations and experimental results. The dynamic behaviors and bifurcations of this nonlinear system are mapped in parameter space in order to create a base for studies, analyses, and designs. The dynamic behavior of the experimental high speed implementation of this version of Chua circuit differs from the expected dynamics for a conventional Chua circuit due to effects of unmodelled non-idealities of the real semicon- ductor devices, displaying that new and different dynamics for the Chua circuit can be obtained exploring different nonlinearities.
Corrosion behavior of low carbon steel processed by ECAP in neutral and alkaline environment.
(2021) Braga, Jorgimara de Oliveira; Lins, Jefferson Fabricio; Castro, Gabriel Pessoa de; Almeida Junior, Helder Alves de; Santos, Igor Cuzzuol dos; Sousa, Gustavo Henrique; Criscuolo, Izabel Lima; Santana, Cláudio Márcio; Pereira, Ursula Cid
The purpose of this study was to evaluate the corrosion behavior of 1010 steel processed by Equal Channel Angular Pressing (ECAP), a technique that induces severe plastic deformation (SPD) in materials. The samples were processed by one and two passes of ECAP throught routes A and C. The corrosion behavior was evaluate using the potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopy, using NaCl (pH= 6.5) and sodium hydroxide/sodium phosphate (pH= 10.5) solutions. The polarization tests showed better performance for the samples processed by ECAP than in the as cast samples both in alkaline and neutral solutions. The results showed that alkaline solution presented higher corrosion rate for the as cast and one ECAP pass materials. It is seen that samples processed throught routes A and C develop a film stabilization on the surface of these samples. In addition, the values of polarization resistance obtained from the electrochemical impedance spectroscopy in NaCl environment were higher for sample processed in route C.
Development of a low-cost instrumentation system applied to an electrolytic cell.
(2020) Reis, Gemírson de Paula dos; Matos, Saulo Neves; Rêgo Segundo, Alan Kardek; Leal, Elisângela Martins; Figueiredo, Robson Lage
Humanity’s growing long-term energy demand will be the opportunity for new energy generation sources. In this scenario, the use of hydrogen as an energy source has become an interesting alternative to energy production, as the use of fossil fuels can lead to harmful consequences, such as the emission of greenhouse gases. This paper presents the development of a low-cost instrumentation system for monitoring the temperature, current, voltage, and gas flow rate of a dry electrolytic cell. Through the electrolysis process, the cell generates a hydrogen-rich gas which is used as an additive in an internal combustion engine to reduce pollutant gas emissions and primary fuel consumption. The measured variables are presented as a function of the time to analyze the behavior of the electrolyzer. The main advance reported in this work is related to the use of a low-cost sensor for a hydrogen-rich gas flow measurement, in which calibration was performed indirectly using a rotameter as a reference. The calibration curve adjusted to the experimental data by linear regression presented a coefficient of determination of 0.9957. Thus, the use of the low-cost sensor is a feasible alternative for measuring the electrolysis gas generated by the cell.
Dynamic behavior of tapping axial force.
(2021) Pereira, Igor Cezar; Mapa, Lidianne de Paula Pinto; Barros, Thamiris Nogueira de; Fortes, Reinaldo Clemente; Silva, Marcio Bacci da; Guimarães, Gustavo Paulinelli
Background Tapping is one of the processes that most requires attention in the industry, due to the stage in which it occurs and its characteristics. In the case of tapping, it is common to use components and equipment with less rigidity, which com promises the dynamic behavior in several situations and can lead to process distortion or failure. Purpose The objective of this paper is to study the dynamic behavior of tapping in relation to several characteristics of the process. Methods The dynamic behavior of the force signal was used to evaluate the process, varying the cutting parameters and the clamping system of the workpiece. Results The experimental results indicate that the foating system did not present a good dynamic behavior at high cutting speeds, this greater application of vibration is due to the resonance due to the combination of oscillations under forced and natural vibration. Conclusions The natural frequency of the foating fxture system infuenced the behavior of the axial forces. The increase in cutting speed resulted in a direct increase in the axial force vibrations as its frequency came close to the natural frequency of the system. Through dynamic analysis of the axial force signal observed the dynamic characteristics of the process and the machine tool. This allowed the dynamic evaluation of the system through the measurement of force signals generated in the threading process.