Engenharia Mecânica
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- ItemAcesso AbertoAnálise de vibrações de um veículo baja através de simulação pelo método de elementos finitos(2020-11) Rauber, Amanda Gabriele; Hermany, Lober; http://lattes.cnpq.br/3119032715902940; Izquierdo, Rafael Crespo; Souza, Ricson Rocha deA Sociedade de Engenheiros Automotivos (SAE) organiza uma competição estudantil chamada Baja SAE, onde estudantes de engenharia são desafiados a projetar e construir um veículo tipo off-road que atenda a requisitos técnicos e de segurança especificados. O uso de simulações pelo método de elementos finitos apresenta vantagens na etapa de projeto do veículo, como redução de custos e possibilidade teste de diversos cenários em um curto período, tornando a evolução do projeto mais dinâmica. O objetivo deste trabalho foi realizar uma análise do veículo da equipe Baja Univates, considerando aspectos relacionados à estrutura do veículo, através de simulações pelo método de elementos finitos, utilizando o software Ansys. A partir de análise modal de corpo livre e corpo restringido, e simulações de colisão, foi possível conhecer as frequências naturais e modos de vibração do chassi, bem como o comportamento do mesmo frente a esforços aplicados. Com base nos resultados das simulações, foram propostas alterações na geometria, com remoção de elementos e alteração do diâmetro da tubulação em regiões específicas, e novas simulações foram realizadas. Os resultados das novas simulações mostraram um aumento na frequência do primeiro modo de vibração, de 29,299 Hz para 35,023 Hz, enquanto as características de rigidez estrutural e resistência a colisões da estrutura se mantiveram iguais.
- ItemAcesso AbertoAproximação numérica de um estudo experimental da NASA aplicada ao aerofólio NACA 65(2)-415 com flapes planos(2019-11) Matte, Leonardo Roni; Hermany, Lober; http://lattes.cnpq.br/3119032715902940No projeto de aeronaves, o desenvolvimento de dispositivos hipersustentadores eficientes permitem operações de pousos e decolagens mais seguras, sem comprometer o desempenho em voo de cruzeiro. Esses sistemas têm o objetivo de aumentar a eficiência do aerofólio, sendo seu estudo desenvolvido de forma puramente prática durante muitos anos, por meio dos túneis de vento. Esse cenário mudou após o surgimento dos computadores, que têm seu poder de processamento utilizado para o cálculo das equações envolvidas. O estudo numérico de escoamentos sobre aerofólios permite aos engenheiros economizar tempo e investimentos na obtenção de informações essenciais para o projeto de aeronaves, turbinas e outros equipamentos. Neste contexto, o presente trabalho traz uma análise computacional do aerofólio NACA 65(2)-415 com a utilização de flapes. Se trata de uma reprodução computacional parcial de um estudo prático em túnel de vento realizado pela NASA em 1950. É uma análise bidimensional do aerofólio, gerando os coeficientes de sustentação e de arrasto conforme varia-se o parâmetro de ângulo de ataque. Inicialmente é feita a validação do modelo por meio do trabalho de Obeid et. al.(2017), onde o perfil NACA 0015 é simulado pelo mesmo software adotando modelos de turbulência na análise. Além disso, é realizado o teste de qualidade de malha para evitar possíveis variações no resultado final que estejam ligadas à discretização do problema. Depois, são plotadas as coordenadas do aerofólio estudado em software CAD e importadas para o ANSYS Fluent, configuradas as condições simplificadas de escoamento, que são regime permanente, incompressível e isotérmico. São escolhidos 4 combinações de ângulo de ataque para os 55° de deflexão de flape analisados. A comparação entre os coeficientes obtidos nas situações escolhidas e os resultados da NASA apresentam uma boa aproximação próximo ao ângulo de estol (desvio de 1,1%) , e mesmo que alguns pontos mostrem variações maiores, o comportamento da curva é semelhante, mostrando relevância à esta aproximação simplificada.
- ItemAcesso AbertoAvaliação experimental de um sistema termoelétrico para refrigeração e aquecimento(2021-06) Franzon, Vinícius; Hermany, Lober; http://lattes.cnpq.br/3119032715902940; Lagemann, Carlos Henrique; Gonzatti, Sônia Elisa MarchiCom a descoberta dos efeitos termoelétricos, observou-se a geração ou absorção de calor reversível simultaneamente a um gradiente de temperatura e a uma corrente elétrica, onde buscou-se desenvolver materiais semicondutores com maior capacidade de conversão termoelétrica. A simplicidade construtiva do módulo é uma das suas maiores vantagens, entretanto, o sistema apresenta uma eficiência baixa em relação aos sistemas convencionais de refrigeração. Assim sendo, o presente trabalho tem por objetivo desenvolver um protótipo de um sistema de refrigeração e aquecimento de um fluido condutor térmico, através da utilização de módulos termoelétricos, baseando-se no efeitos Peltier. O protótipo desenvolvido opera pela configuração líquido para líquido, utilizando-se de um sistema de condicionador de ar comercial, que teve o sistema de compressor substituído pelo sistema termoelétrico. Os módulos termoelétricos foram testados, analisando seu comportamento térmico em relação à tensão de alimentação. O funcionamento e comportamento do protótipo foi avaliado a partir de cinco testes, alterando-se apenas os sistemas de bombeamento do fluido e acionamento dos ventiladores. Com os resultados obtidos identificou-se o comportamento térmico do sistema. As análises mostraram que o sistema apresenta uma baixa capacidade de refrigeração e aquecimento.
- ItemAcesso AbertoDesenvolvimento de um algoritmo para solução das equações de navier-stokes em regime transiente e escoamentos incompressíveis(2018-10-09) Benvenutti, Daniel Gustavo; Hermany, Lober; http://lattes.cnpq.br/3119032715902940Até os anos de 1950, os engenheiros e cientistas estudavam os fenômenos da dinâmica dos fluidos através de métodos analíticos ou experimentais, porém, devido à complexidade das equações de Navier-Stokes, as quais modelam estes problemas, ou devido ao alto custo laboratorial envolvido em determinados experimentos, muitas vezes um problema específico não podia ser avaliado corretamente. Com o avanço das tecnologias computacionais, ocorreu a viabilização da utilização de métodos numéricos na solução de problemas de escoamento de fluidos, permitindo a análise detalhada destes fenômenos com grande precisão e em curtos períodos. Sendo assim, o presente trabalho tem como objetivo desenvolver um código numérico na linguagem FORTRAN 90, capaz de solucionar as equações de Navier-Stokes para escoamento de fluidos transientes, incompressíveis, bidimensionais e com baixo números de Reynolds. Para a discretização das equações governantes, foi utilizado o método dos volumes finitos, com malha estruturada e arranjo desencontrado. O problema de acoplamento pressão-velocidade e a não linearidade das equações governantes, foram tratados utilizando o algoritmo SIMPLE. Três estudos foram realizados com o objetivo de testar o código criado, comparando os resultados obtidos no presente trabalho, com os da literatura, verificando assim a acurácia do algoritmo e do método numérico utilizado.
- ItemAcesso AbertoDesenvolvimento de um sistema de freio: veículo off road para competição BAJA SAE(2019-11) Delazeri, Jéssica; Hermany, Lober; http://lattes.cnpq.br/3119032715902940Um projeto mecânico é um processo iterativo com fases que necessitam da troca de dados e informações entre os setores corporativos envolvidos. A engenharia de desenvolvimento organiza as informações obtidas e projeta um produto principalmente a partir de uma necessidade específica do mercado. Este, informa os seus requisitos de entrada para que as tomadas de decisões do projeto sejam coerentes com os resultados esperados. Na elaboração de um projeto os engenheiros responsáveis devem elaborar soluções alternativas para os problemas que surgem no decorrer do desenvolvimento do produto. Para posteriormente implementá-lo e apresentá-lo para a comunidade que necessita da sua aplicação. Todavia este produto deverá ser funcional, confiável, competitivo, manufaturável e lucrativo. O presente trabalho desenvolveu um projeto mecânico de um sistema de freio voltado a veículos off road através da definição dos componentes do projeto pela análise da dinâmica veicular do chassi. Testes práticos de temperatura realizados em uma bancada em dois modelamentos de discos de freio, com e sem canais dissipadores de energia apresentaram comportamento similar na eficiência de dissipação, sendo possível justificar a melhor opção para o projeto. Através do memorial de cálculo, a distância de frenagem do protótipo se apresentou próxima aos dados do veículo de 2017 da equipe Baja Univates Team, que possui as mesmas configurações que o protótipo em análise deste trabalho 5,56m em 0,40s. Este projeto mecânico está apto a participar de uma competição de engenharia BAJA SAE por estar em conformidade com os itens do regulamento interno.
- ItemAcesso AbertoDesenvolvimento de um trocador de calor desmontável para o resfriamento do mosto de cerveja artesanal(2017-10) Gerhardt, Fernando Sidnei; Hermany, Lober; http://lattes.cnpq.br/3119032715902940A fabricação de cerveja artesanal tem crescido largamente nos últimos anos no Brasil, e cada dia mais adeptos dão os seus primeiros passos nessa atividade em suas próprias residências. Apesar da existência de vários cursos na área, muitos dos cervejeiros caseiros acabam enfrentando dificuldades na hora de produzir os seus lotes por falta de conhecimentos técnicos aprofundados a respeito de alguns dos processos envolvidos. Essas dificuldades aparecem principalmente durante o resfriamento do mosto e a manutenção do equipamento responsável por essa etapa da produção. O objetivo principal deste trabalho é desenvolver um trocador de calor para resfriamento de mosto de cerveja artesanal que possa ser facilmente desmontado, de forma a permitir ao usuário realizar manutenções preventivas visando a prevenção de incrustações. Para o projeto térmico foram utilizados teoremas de transferência de calor. O presente estudo vale-se de abordagem quantitativa e de natureza aplicada. Seu caráter é exploratório. Os valores de temperatura, principalmente do mosto que sai do protótipo de trocador de calor construído durante o curso desse estudo, são discutidos, avaliando-se o uso de tal dispositivo com base na faixa de temperatura admissível (inferior a 35°C) para o mosto resfriado. Em função do caráter transiente do escoamento de fluido quente obteve-se, durante os experimentos, valores de temperatura de saída do mesmo entre 35,2°C e 32,2°C. O dispositivo também se mostrou fácil de desmontar, bastando soltar apenas três parafusos para separar o tubo helicoidal do casco.
- ItemAcesso AbertoDeterminação do ponto de funcionamento ideal de duas bombas centrífugas diagonais instaladas em paralelo em um sistema hidráulico industrial(2019-01-16) Petter, Peter Antônio; Hermany, Lober; http://lattes.cnpq.br/3119032715902940A necessidade do transporte de líquido foi uma exigência que sempre acompanhou o desenvolvimento de grandes cidades dês dos princípios da civilização e com o passar dos anos se tornou indispensável em vários segmentos inclusive para as indústrias, as bombas centrífugas são exemplos de transportadoras de fluidos e tem vasta utilidade. O presente trabalho tem como objetivo avaliar um sistema hidráulico de uma indústria alimentícia localizada na cidade de Lajeado/RS, que é responsável por grande parte da distribuição interna de água que é feita por meio da sucção direta do Rio Taquari por duas bombas centrífugas diagonais, buscando determinar o ponto de funcionamento ideal levando em consideração as características do sistema e possíveis incrustações na instalação que com o passar dos anos podem aparecer e aumentar a perda de carga. A metodologia do trabalho é considerada de ordem prática e quantitativa, pois aborda um estudo de caso real para determinação do ponto de funcionamento ideal. Sendo assim, foi proposto o levantamento de dados, cálculo da perda de carga, verificação da cavitação, posteriormente a construção das curvas características do sistema hidráulico e das bombas respectivamente, o ponto de funcionamento e por fim a análise dos dados e a conclusão final do trabalho para determinar se os objetivos foram atendidos. A partir dos resultados, conclui-se que as bombas centrífugas diagonais instaladas em paralelo estão superdimensionadas, porém levando em consideração o fator de incrustação formado ao longo dos anos na tubulação, é possível apontar que foi realizado de forma coerente.
- ItemAcesso AbertoImplementação de um código computacional para simulação do escoamento de fluidos incompressíveis(2020-11) Weimer, Rafael Diogo; Hermany, Lober; http://lattes.cnpq.br/3119032715902940As equações de Navier-Stokes são Equações Diferenciais Parciais que descrevem o comportamento de diversos fluidos, sendo aplicadas em vários campos de estudo. Devido a sua complexidade, poucas situações possuem solução analítica, o que faz necessário a aplicação de outros métodos para obter soluções aproximadas e coerentes com a realidade. Uma dessas soluções é a dinâmica dos fluidos computacional, na qual são aplicados métodos numéricos para a simulação computacional de escoamentos. No presente estudo, buscou-se desenvolver um código numérico utilizando o método dos volumes finitos para simular o escoamento de fluidos incompressíveis em escoamento bidimensional para baixos números de Reynolds. O código foi desenvolvido utilizando uma malha desencontrada, e empregou-se o método PRIME para o problema do acoplamento pressão-velocidade e, para validação dos resultados, foi analisado o problema do escoamento em uma cavidade com tampa móvel utilizando diferentes números de Reynolds. As simulações foram feitas, inicialmente, em uma malha de 129 x 129 volumes de controle, e os resultados dos perfis de velocidade para números de Reynolds de 100 e 400 se mostraram próximos aos da literatura. Para os números de Reynolds de 1000 e 3200, a simulação com malha de 129 x 129 apresentaram diferenças elevadas para as velocidades máximas e mínimas em relação aos dados obtidos na literatura. Por isso, foram realizadas novas simulações em uma malha da 200 x 200, com as quais foi possível verificar uma melhora significativa nos resultados, sendo que a máxima variação entre os dados obtidos nas simulações e os dados obtidos na literatura passou de 26% para 16/8%. Além disso, foi realizada a comparação das linhas de corrente geradas pelo código numérico com as disponíveis na literatura, que se mostraram coerentes. Dessa forma, verificou-se que o código implementado possui boa precisão numérica e gráfica, fatores importantes para a análise de dados.
- ItemAcesso AbertoProjeto de um forno à resistência elétrica para fundição de alumínio(2017-01) Silva, Darlan Henrique Da; Meinhardt, Cristian Pohl; Hermany, Lober; http://lattes.cnpq.br/3119032715902940O processo de fundição é hoje um dos processos mais utilizados na indústria, principalmente por ser um processo de fabricação com grande variabilidade, ou seja, é um processo que possibilita a fabricação de uma gama muito variada de peças, com geometrias complexas e dimensões extremamente variáveis, partindo de peças pequenas até a fabricação de peças extremamente grandes como partes de motores de navios, por exemplo. Deste modo, é de extrema importância que estudos sejam continuamente desenvolvidos para garantir uma boa qualidade dos diversos processos possíveis no meio da fundição. Nesta perspectiva, se desenvolveu o presente trabalho, que teve como principal objetivo a realização do projeto de um forno à resistência elétrica para fundição de alumínio, com o intuito de ser projetado e fabricado em uma universidade, desta maneira possibilitando a realização de práticas de fundição para uma compreensão otimizada por parte dos alunos de graduação. A metodologia proposta, baseia-se na aplicação das teorias de transferência de calor e massa para o dimensionamento dos elementos construtivos do forno, como também para a discussão dos resultados associados à presente pesquisa. Com a aplicação da metodologia proposta, foi possível alcançar os objetivos, e definir as dimensões dos principais elementos construtivos, como também determinar a quantidade de energia de aproximadamente 9,74 MJ, que é energia necessária para fundir o alumínio na capacidade máxima do cadinho que foi definido. Pôde-se também, determinar a potência total das resistências elétricas em 6000 W, que se fazem necessárias para transformar energia elétrica em energia térmica, que foi anteriormente definida. Também dimensionou-se a espessura do isolante térmico em 200mm, buscando uma baixa troca térmica, de maneira que se mantenha a temperatura interna necessária, e que a temperatura externa do forno seja a menor possível.
- ItemAcesso AbertoProjeto de uma máquina de fluxo tangencial de fabricação simplificada(2017-10) Garcia, Rafael Farias; Lagemann, Carlos Henrique; Hermany, Lober; http://lattes.cnpq.br/3119032715902940; Hermany, Lober; Souza, Ricson Rocha; Cortelini, GuilhermeOs avanços tecnológicos e o crescimento da cadeia produtiva brasileira geram uma demanda cada vez maior de energia para suprir as necessidades dos processos industriais. Este crescimento torna necessário um maior investimento em pesquisas para a otimização de processos produtivos, tornando-os autossustentáveis, com baixo custo e gerando menor consumo de energia primária possível. É neste sentido que a cogeração e a exergia atuam de uma forma efetiva no desenvolvimento do presente estudo, que tem como principal objetivo a realização de um projeto, sua execução e análise de uma máquina de fluxo tangencial de fabricação simplificada. Para tanto, foram adotadas teorias de máquinas de fluxo e mecânica dos fluidos. Para o dimensionamento dos elementos construtivos da máquina de fluxo, foi aplicada a equação do balanço de exergia, da primeira lei da termodinâmica, do princípio da conservação de massa, da quantidade de movimento linear e angular. O presente estudo é de natureza aplicada, de abordagem quantitativa, com caráter exploratório e descritivo, no qual possuem procedimentos técnicos experimentais e de estudo de caso. Utilizando a metodologia desenvolvida, foi possível atingir em todos os testes realizados o objetivo principal deste trabalho, que foi a geração de potência mecânica no eixo de 1000 W. Realizaram-se três testes com três pressões diferentes, nos quais em todas as condições propostas atingiram o objetivo, ou seja, a potência mecânica no eixo da máquina de fluxo tangencial foi de no mínimo 1022 W. Desta forma realizou-se um comparativo com o dimensionamento realizado inicialmente, apresentando uma eficiência de 18,63%, o que para este caso foi considerado satisfatório.
- ItemAcesso AbertoReaproveitamento da energia térmica dissipada no condensador de calor de um sistema de refrigeração(2018-10-09) Fonseca, Felipe Heemann; Hermany, Lober; http://lattes.cnpq.br/3119032715902940As câmaras frias são indispensáveis nos dias atuais para armazenamento de alimentos. Está importante área da engenharia, de máquinas térmicas, vem sendo aperfeiçoada de forma que as energias que são desperdiçadas em forma de calor para o ambiente possam ser reaproveitadas em outros processos. Atualmente é indispensável desassociar os benefícios desse reaproveitamento com as tecnologias de refrigeração e de armazenamento de energias. O objetivo principal deste trabalho é analisar o sistema de refrigeração da indústria Elebat, situada na cidade de Teutônia, e realizar o reaproveitamento da energia dissipada do condensador da câmara fria de congelados. Realizando o dimensionamento teórico do trocador de calor implementado no condensador, o condicionamento da água pré-aquecida e que seja capaz ser utilizado na caldeira. As temperaturas encontradas na saída do trocador casco e tubo mostraram-se satisfatórias, alcançando a temperatura de 37°C, considerando o caráter transiente do fluido quente (R-404a), onde a redução da temperatura foi de 75°C para 40°C na entrada do condensador. O trocador casco e tubo trouxe uma redução de 2% no consumo de combustível da caldeira, gerando uma economia de aproximadamente R$ 70.080,00 no período analisado.
- ItemAcesso AbertoTeoria construtal aplicada à otimização geométrica da disposição dos tubos de um trocador de calor com arranjo de tubos alternados(2018-02-28) Helfenstein, Rodolfo Prediger; Hermany, Lober; http://lattes.cnpq.br/3119032715902940No cotidiano, é possível deparar-se com situações que envolvam aplicações da transferência de calor desde residências até o ambiente de trabalho. Frequentemente, em processos industriais, faz-se necessária a utilização de trocadores de calor para realização de extração ou adição de calor em fluidos. Atualmente, existem diversos tipos e configurações destes equipamentos, sendo estes aplicados em situações apropriadas. A Teoria Construtal tem como objetivo melhorar as formas geométricas de algum sistema. Podendo-se citar a otimização de estruturas que visa um aumento de transferência de calor através de sua otimização geométrica. Este trabalho teve como principal objetivo a otimização geométrica da disposição dos tubos de um trocador de calor com arranjo de tubos alternados por meio da aplicação da Teoria Construtal. A solução numérica dos problemas propostos foi realizada empregando o software ANSYS Fluent, com a finalidade de aumentar a eficiência da transferência de calor dos tubos com os fluidos power-law. Avaliou-se a influência do número de Reynolds (Re) e do índice de comportamento do escoamento (n) sobre o passo longitudinal ótimo, variando Re de 75 a 1200 e n de 0,4 a 1. Os resultados obtidos, para um escoamento com Pr = 7, n = 0,6 e o Re variando de 75 a 1200, mostram que o aumento do Re influencia positivamente na transferência de calor, devido ao aumento do ∑Nu. Observa-se que para os casos nos quais o Re varia de 75 a 300, as distâncias longitudinais ótimas são de 1,95. E os casos com Re igual a 800 e 1200, apresentaram uma distância longitudinal ótima de 2,2. Já a variação do índice de comportamento do escoamento, de 0,4 a 1, em um escoamento com Pr = 7 e Re = 150 mostra que ocorre um aumento da transferência de calor em função do aumento do n. Os valores das distâncias longitudinais ótimas para os n de 0,4, 0,6 e 1 são de 1,95, e paro o n de 0,8 é de 1,8.