Laboratório de Engenharia Térmica e...

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

Estado Atual e Perspectivas dos Laboratórios de Combustão da RNC

Laboratório de Engenharia Térmica e Ambiental

Newton K. Fukumasu

Escola Politécnica da Universidade de São Paulo

newton.fukumasu@usp.br

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

Estado Atual e Perspectivas dos Laboratórios de Combustão da RNC

Sumário

Objetivo do laboratório

Equipe envolvida

Colaborações RNC e externas

Projetos recentes

Infraestrutura existente até 2006

Infraestrutura implantada 2007-2011

Infraestrutura em implantação no próximo triênio

Principais resultados obtidos

Considerações finais

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

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Objetivos do laboratório

Desenvolver novas tecnologias e capacitar alunos nas áreas de:

Transferência de calor e massa aplicada a bio-engenharia, sistemas energéticos e ambientais

Mecânica dos fluidos computacional de escoamentos isotérmicos, reativos e/ou multifásicos

Motores de combustão interna e turbinas a gás

Métodos experimentais de diagnóstico de soluções termo-mecânicas

Otimização termo-econômica e ambiental de sistemas avançados de conversão de energia

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Equipe envolvida

Núcleo de pesquisa em transferência de calor e massa

Coordenador: prof. Jurandir I. Yanagihara (PhD – Yokohama Nat. Uni.)

Doutorandos/Mestrandos: 1 / 2

Núcleo de pesquisa em otimização de sistemas termo-econômicos

Coordenador: prof. Silvo de Oliveira Jr. (PhD – I.N.P Lorraine)

Doutorandos/Mestrandos: 3 / 2

Núcleo de pesquisa em combustão

Coordenador: prof. Guenther C. Krieger Filho (Dr. Ing. – T.U. Darmstadt)

Doutorandos/Mestrandos: 2 / 5

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Núcleo de Combustão – LETE

Linhas de pesquisa

Diagnóstico a laser do processo de combustão

Desenvolvimento de motores de combustão interna e turbinas a gás

Modelagem de sistemas turbulentos isotérmicos e/ou reativos

Caracterização experimental e modelagem de chamas de spray de etanol

Análise de instabilidades em sistemas reativos

Incêndio florestal e em ambientes fechados

Análise de escoamentos helicoidais

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Colaborações RNC e externas

Universidades

Nacionais

ITA, PUC-MG, PUC-RJ, UNB, UFSC, UFPA, UFPR

Internacionais

T.U. Darmstadt, Univ. Cambridge

Empresas

Vale, Embraer, Petrobrás, BorgWarner, Mahle, Comgás, Prysmian, Eletropaulo

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Projetos Recentes

Estudo de spray de etanol para aplicação em motores de combustão interna

FAPESP 2011:2014 – R$ 1.340.000 – coordenação

Combustão de Biomassa de Florestas Tropicais

FAPESP 2009:2012 – participação

Estudo computacional e experimental de chamas turbulentas de etanol

Projeto Pró-Engenharias CAPES 2008:2012 – coordenação

Desenvolvimento de queimadores e fornalhas para queima conjunta de Biomassa e Metano

CNPQ 2008:2013 – participação

Desenvolvimento de microturbina a gás de 5kW

FAPESP 2007:2009 – R$ 70.000 – coordenação

Desenvolvimento Código Computacional com metologia LES para chamas de metano

FAPESP 2005:2007 – R$ 70.000 – coordenação

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Infraestrutura até 2006

Cluster com 10 processadores Pentium IV, 8GB de RAM, 5GB de storage e conexão ethernet

Desenvolvimento de bancada para testes de câmaras de combustão

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Infraestrutura 2007/11

Cluster SGI Altix com 208 processadores, 360GB de RAM, 8TB de storage e conexão Infiniband

Bancada de desenvolvimento de micro-turbina a gás para geração de energia elétrica

Sistema convencional de velocimetria por imagem estereoscópica (3D-PIV) – Dantec Inc.

Sistema de velocimetria e análise de gotas por interferometria Doppler de fase (PDI) – Artium Inc.

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Infraestrutura 2012/2015

Reforma do laboratório de combustão

Sistema de diagnóstico de combustão com laser de alta repetição (TR-PLIF)

Sistema de velocimetria por imagem com laser de alta repetição (TR-PIV)

Bancada para estudo de chamas de spray de etanol

Principais resultados

Análise numérica

Simulação de chamas de difusão

Simulação de chamas de etanol

Simulação de incêndios florestais

Desenvolvimento de bancadas

Desenvolvimento de micro-turbinas a gás

Caracterização de sprays isotérmicos ou reativos

Análise de escoamentos helicoidais

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Simulação de chamas de difusão

N.K. Fukumasu (2009) – Modelagem de uma chama de difusão turbulenta com o método das grandes escalas turbulentas acoplado ao modelo FlameSheet

Chama SANDIA D

Desenvolvimento de um código CFD

Large Eddy Simulation

FlameSheet com β-PDF

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Simulação de chamas de Etanol

F.L. Sacomano (2011) – Simulação de uma chama turbulenta de spray de etanol

RANS k-ε padrão

FlameSheet com β-PDF

Transporte de gotas lagrangeanas

Comparação com resultados de Masri (2009)

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Simulação de incêndios florestais

P. Bufacchi – Análise numérica de incêndios em florestas tropicais

Escoamento em meios porosos

LES acoplado com flamesheet

Uso do código OpenFOAM

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T=30s T=50s

Desenvolvimento de micro-turbina a gás

Desenvolvimento da câmara de combustão (2007)

Desenvolvimento de uma micro-turbina a gás didática (2009)

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Câmara inicial Câmara otimizada

Análise de sprays reativos

N.K. Fukumasu – Análise numérica e caracterização experimental de uma chama de spray Etanol

Desenvolvimento de um queimador com blocos móveis

Caracterização do spray de etanol e da chama

Simulação numérica da chama de spray de etanol

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EthanolFlame

EthanolFlame

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Considerações finais

Perspectiva de novas parcerias

Com empresas: setor automobilístico, desenvolvimento de MCIs, desenvolvimento de sistemas térmicos, etc.

Com universidades e laboratórios: U.C. Berkeley, SANDIA Lab., Univ. Lund, Ecole Centrale de Paris

Interdepartamentais da POLI-USP (LFS, LVNT, etc.)

Participação em congressos e publicações

Mediterranean Combustion Symposium

International Symposium on Combustion

International ERCOFTAC Symposium on Engineering Turbulence Modeling and Measurements

Summer Heat Transfer Conference