Laboratório de Engenharia Térmica e Ambiental

Transcrição

1 Laboratório de Engenharia Térmica e Ambiental Newton K. Fukumasu Escola Politécnica da Universidade de São Paulo newton.fukumasu@usp.br

2 Sumário Objetivo do laboratório Equipe envolvida Colaborações RNC e externas Projetos recentes Infraestrutura existente até 2006 Infraestrutura implantada Infraestrutura em implantação no próximo triênio Principais resultados obtidos Considerações finais

3 Objetivos do laboratório Desenvolver novas tecnologias e capacitar alunos nas áreas de: Transferência de calor e massa aplicada a bio-engenharia, sistemas energéticos e ambientais Mecânica dos fluidos computacional de escoamentos isotérmicos, reativos e/ou multifásicos Motores de combustão interna e turbinas a gás Métodos experimentais de diagnóstico de soluções termomecânicas Otimização termo-econômica e ambiental de sistemas avançados de conversão de energia

4 Equipe envolvida Núcleo de pesquisa em transferência de calor e massa Coordenador: prof. Jurandir I. Yanagihara (PhD Yokohama Nat. Uni.) Doutorandos/Mestrandos: 1 / 2 Núcleo de pesquisa em otimização de sistemas termoeconômicos Coordenador: prof. Silvo de Oliveira Jr. (PhD I.N.P Lorraine) Doutorandos/Mestrandos: 3 / 2 Núcleo de pesquisa em combustão Coordenador: prof. Guenther C. Krieger Filho (Dr. Ing. T.U. Darmstadt) Doutorandos/Mestrandos: 2 / 5

5 Núcleo de Combustão LETE Linhas de pesquisa Diagnóstico a laser do processo de combustão Desenvolvimento de motores de combustão interna e turbinas a gás Modelagem de sistemas turbulentos isotérmicos e/ou reativos Caracterização experimental e modelagem de chamas de spray de etanol Análise de instabilidades em sistemas reativos Incêndio florestal e em ambientes fechados Análise de escoamentos helicoidais

6 Colaborações RNC e externas Universidades Nacionais ITA, PUC-MG, PUC-RJ, UNB, UFSC, UFPA, UFPR Internacionais T.U. Darmstadt, Univ. Cambridge Empresas Vale, Embraer, Petrobrás, BorgWarner, Mahle, Comgás, Prysmian, Eletropaulo

7 Projetos Recentes Estudo de spray de etanol para aplicação em motores de combustão interna FAPESP 2011:2014 R$ coordenação Combustão de Biomassa de Florestas Tropicais FAPESP 2009:2012 participação Estudo computacional e experimental de chamas turbulentas de etanol Projeto Pró-Engenharias CAPES 2008:2012 coordenação Desenvolvimento de queimadores e fornalhas para queima conjunta de Biomassa e Metano CNPQ 2008:2013 participação Desenvolvimento de microturbina a gás de 5kW FAPESP 2007:2009 R$ coordenação Desenvolvimento Código Computacional com metologia LES para chamas de metano FAPESP 2005:2007 R$ coordenação

8 Infraestrutura até 2006 Cluster com 10 processadores Pentium IV, 8GB de RAM, 5GB de storage e conexão ethernet Desenvolvimento de bancada para testes de câmaras de combustão

9 Infraestrutura 2007/11 Cluster SGI Altix com 208 processadores, 360GB de RAM, 8TB de storage e conexão Infiniband Bancada de desenvolvimento de micro-turbina a gás para geração de energia elétrica Sistema convencional de velocimetria por imagem estereoscópica (3D-PIV) Dantec Inc. Sistema de velocimetria e análise de gotas por interferometria Doppler de fase (PDI) Artium Inc.

10 Infraestrutura 2012/2015 Reforma do laboratório de combustão Sistema de diagnóstico de combustão com laser de alta repetição (TR-PLIF) Sistema de velocimetria por imagem com laser de alta repetição (TR-PIV) Bancada para estudo de chamas de spray de etanol

11 Principais resultados Análise numérica Simulação de chamas de difusão Simulação de chamas de etanol Simulação de incêndios florestais Desenvolvimento de bancadas Desenvolvimento de micro-turbinas a gás Caracterização de sprays isotérmicos ou reativos Análise de escoamentos helicoidais

12 Simulação de chamas de difusão N.K. Fukumasu (2009) Modelagem de uma chama de difusão turbulenta com o método das grandes escalas turbulentas acoplado ao modelo FlameSheet Chama SANDIA D Desenvolvimento de um código CFD Large Eddy Simulation FlameSheet com β-pdf

13 Simulação de chamas de Etanol F.L. Sacomano (2011) Simulação de uma chama turbulenta de spray de etanol RANS k-ε padrão FlameSheet com β-pdf Transporte de gotas lagrangeanas Comparação com resultados de Masri (2009)

14 Simulação de incêndios florestais P. Bufacchi Análise numérica de incêndios em florestas tropicais Escoamento em meios porosos LES acoplado com flamesheet Uso do código OpenFOAM T=30s T=50s

15 Desenvolvimento de micro-turbina a gás Desenvolvimento da câmara de combustão (2007) Desenvolvimento de uma micro-turbina a gás didática (2009) Câmara inicial Câmara otimizada

16 Análise de sprays reativos N.K. Fukumasu Análise numérica e caracterização experimental de uma chama de spray Etanol Desenvolvimento de um queimador com blocos móveis Caracterização do spray de etanol e da chama Simulação numérica da chama de spray de etanol Ethanol Flame

17 Considerações finais Perspectiva de novas parcerias Com empresas: setor automobilístico, desenvolvimento de MCIs, desenvolvimento de sistemas térmicos, etc. Com universidades e laboratórios: U.C. Berkeley, SANDIA Lab., Univ. Lund, Ecole Centrale de Paris Interdepartamentais da POLI-USP (LFS, LVNT, etc.) Participação em congressos e publicações Mediterranean Combustion Symposium International Symposium on Combustion International ERCOFTAC Symposium on Engineering Turbulence Modeling and Measurements Summer Heat Transfer Conference