1ª Mostra de IC da FEMEC - Trabalhos Publicados
Adequação de Motor Elétrico CC Através de CAD e Manufatura Aditiva
Alessandra L. Paiva, Vergílio T. S. Del Claro, Aldemir A. Cavalini Jr.
RESUMO: Motores elétricos possuem vasta aplicabilidade em atividades industriais e equipamentos diversos. Componentes essenciais destes motores são mancais, que garantem suporte mecânico ao sistema e permitem transferência de potência eficiente. A presente pesquisa propõe e efetua a melhoria estrutural de um motor elétrico CC (Tecumseh® modelo 37753) através da remodelagem em CAD de sua carcaça e fiação. O reprojeto visou corrigir defeitos identificados no motor, que inviabilizavam seu uso em pesquisa, tais como: folgas nos mancais, vibração excessiva e aterramento na carcaça. Para tanto, tornouse necessário a substituição dos mancais e remodelagem da carcaça. Sua fabricação foi feita através de impressão 3D em ABS, e os mancais foram alterados para mancais de rolamento. A nova estrutura se mostrou resistente à fadiga, permitiu superar a velocidade de rotação desejada e provou-se capaz de produzir torque para o experimento com amplitude de ruído desprezível.
PALAVRAS-CHAVE: Máquinas Rotativas. Motores Elétricos. Mancais de Rolamentos. Projeto em CAD. Impressão 3D.
Concepção e Análise Cinemática de um Martelete Eletromecânico
Cassiano Arruda, André Garcia Cunha Filho, Antônio Marcos Gonçalves de Lima
RESUMO: O propósito deste trabalho é a concepção e o desenvolvimento de um martelete eletromecânico destinado ao forjamento de facas artesanais. Ao longo do trabalho, foi utilizado o programa computacional Solidworks ® para elaboração dos desenhos, bem como para simulação da cinemática envolvida. Para comparação, iniciou-se o desenvolvimento de um modelo matemático em ambiente Matlab ® capaz de realizar somente análises cinemáticas e dinâmicas. Deste modelo, um estudo de otimização dos parâmetros do sistema será possível no intuito de minimizar custos energéticos e por consequência reduzir a potência exigida pelo motor que tocará o mecanismo. Este estudo possibilitará que pequenos produtores de facas artesanais da região produzam aços e facas de melhor qualidade.
PALAVRAS-CHAVE: Martelete. Cutelaria. Produção. Máquina. Eletromecânico. Artesanal.
Influência do Ângulo de Fixação das Bandejas da Suspensão Sobre a Geometria Anti-Pitch
Douglas Silva Marques Serrati, Daniel Dall’Onder dos Santos
RESUMO: Esse trabalho sobre o veículo off-road, baja, analisa a influência do ângulo de fixação das bandejas, que fazem parte da suspensão e são responsáveis por conectar a estrutura à manga de eixo, e essa à roda. Esse ângulo de fixação das bandejas interfere no movimento de pitch, podendo agravar ou não. Esse movimento é o responsável por elevar o bico do carro quando acelera ou abaixar o bico do carro quando freado. Caso o movimento de pitch seja expressivo, pode agravar a ergonomia, relação de frenagem e até mesmo facilitar a capotagem do baja, devido às condições severas do terreno. Será desenvolvida uma análise para reduzir ao máximo os efeitos desse movimento, com o intuito de melhorar os resultados. Não se procura uma geometria anti-pitch, mas analisar a influência do ângulo de fixação das bandejas sobre a geometria anti-pitch.
PALAVRAS-CHAVE: Baja. Movimento de Pitch. Ergonomia. Dinâmica.
Análise Cinemática do Mecanismo Quatro Barras
Douglas Silva Marques Serrati, Elaine Gomes Assis
RESUMO: O mecanismo quatro-barras é bastante comum e usado dentre outros mecanismos. Ele é considerado básico e de fundamental entendimento cinemático e dinâmico, pois oferece suporte para compreensão dos demais mecanismos. Desta forma, para entendê-lo, este trabalho analisa cinematicamente a posição, velocidade e aceleração de cada barra e de alguns pontos importantes desse mecanismo, além das leis que regem os tipos de movimentos das quatro-barras, a partir de modelos matemáticos computacionais que expressem cada condição. Estes modelos oferecem liberdade ao usuário para definir as condições em que deseja a análise. E por fim, algumas aplicações e os pontos importantes do projeto deste mecanismo.
PALAVRAS-CHAVE: Mecanismo de quatro barras; Cinemática; Análise computacional.
Avaliação da Influência da Texturização Superficial em Amostras de Ferro Fundido Cinzento
Erika Michele Dama, Túlio Alves Rodrigues, Washington Martins da Silva Júnior
RESUMO: A texturização superficial é a formação de microcavidades regulares na superfície do corpo. Em sistemas lubrificados, as microcavidades podem potencializar os efeitos hidrodinâmicos auxiliando no atrito e desgaste. Texturas já são utilizadas nas camisas de cilindros de motores a combustão interna e em mancais de deslizamento. Neste trabalho, foi utilizado o método de texturização eletroquímica sem mascaramento (MECT), para a obtenção de textura no formato de Chevron, no ferro fundido cinzento. Para avaliar o desgaste, foi utilizado um Microtribômetro desenvolvido no LTM com o objetivo realizar ensaios de deslizamento com movimento alternado. O contra corpo era esferas de aço 52100 5 mm de diâmetro. O trabalho está execução, no momento está sendo realizado pré-teste para escolher os parâmetros de entrada, os quais são: frequência, carga normal e tempo de ensaio. Para avaliação da eficiência da textura serão realizados ensaios em amostras lisas e texturizadas, com e sem lubrificante.
PALAVRAS-CHAVE: Tribologia. Texturização. Deslizamento alternado. Lubrificação.
Felipe J. O. Ribeiro, Aristeu S. Neto
RESUMO: O estudo térmico de escoamentos turbulentos é um assunto muito visado no meio acadêmico. Nesse contexto, a determinação do número de Prandtl turbulento é muito importante por ser um parâmetro base da análise, sendo ele a razão entre a difusividade térmica turbulenta e a viscosidade turbulenta. Suas aplicações motivam um grande interesse acadêmico de longa data, como muito bem documentado em Kays (1992). Apesar deste esforço, ainda não se chegou a um modelo conclusivo, e sim, somente aproximações experimentais e linearizações conceituais para casos isolados. O problema em determinar um modelo geral para o número de Prandtl turbulento surge da sua não linearidade, por representar comportamentos térmicos e cinéticos advectivos. Dessa forma, se analisará como o ©Fluent (Ansys) parametriza este valor em seu modelo k- RNG, aplicando-o a uma modelagem semi analítica Ɛ RANS, e comparando os resultados com as simulações feitas com base em um modelo ajustado de metodologia RANS.
PALAVRAS-CHAVE: Prandtl turbulento. RANS (Reynolds averaged Navier Stokes). modelo K- Ɛ RNG. ©Ansys. DNS (Direc numerical solution). CFD.
Estudo da Geração de Calor e sua Relação com a Energia Envolvida no Processo de Furação
Guilherme Henrique Alves Andrade, Ivanilson Sousa da Costa, Márcio Bacci da Silva
RESUMO: Grande parte da potência consumida na usinagem de metais é convertida em calor próximo a aresta de corte da ferramenta. Uma das técnicas experimentais utilizadas para medição desse calor é o método calorimétrico, onde as trocas térmicas ocorrem no interior de um calorímetro. Neste trabalho foi utilizado um calorímetro de água para medição de calor e temperatura na furação de ferro fundido cinzento. Baseado nos resultados obtidos pode-se afirmar que o calorímetro de água se mostrou promissor, indicando que a metodologia pode ser utilizada na avaliação do calor gerado em processos de usinagem.
PALAVRAS-CHAVE: Calorímetro. Calor. Temperatura. Furação.
Desenvolvimento de um Injetor Mecanizado para Sistemas Eletroquímicos
Gustavo Souza Vieira Dutra, Dianderson de Melo Higino Mendonça, Eduardo Mathias Richter, Rodrigo Alejandro Abarza Muñoz
RESUMO: A utilização de sistemas que facilitam a realização de procedimentos e aumentam a repetibilidade dos mesmos é o foco da automatização e é de suma importância para a produção de resultados confiáveis. Neste trabalho, nós apresentamos um sistema cuja proposta é realizar a mecanização de um procedimento eletroquímico com o intuito de aumentar a precisão e repetibilidade se comparado a processos usuais. Além disso, é proposto como uma alternativa de menor custo e com maior versatilidade que muitos dos equipamentos os quais realizam funções parecidas e que estão disponíveis no mercado.
PALAVRAS-CHAVE: Mecanização. Automatização. Eletroanalítica.
Estudo e Implementação da Turbina de Lenz
Henrique Brito Silva, Carlos Alberto Gallo, Matheus Franco Silva
RESUMO: A geração de energia eólica é uma tendência mundial e uma preocupação atual é viabilizar seu uso em áreas urbanas e torna-la economicamente viável em menores escalas, assim como é com a energia solar, principalmente por se tratar de uma fonte de energia renovável e limpa. Em ambientes urbanos, o recurso eólico é turbulento, possuindo grandes variações em sua direção e por isso são utilizadas turbinas de eixo vertical, capazes de produzir torque com o vento incidente de qualquer direção. O objetivo dessa pesquisa foi estudar um design de uma TEEV (Turbina Eólica de Eixo Vertical), a turbina de Lenz, com o intuito de implementar sua construção de forma inovadora e estudar experimentalmente seu desempenho em túnel de vento com relação a sua eficiência, energia gerada a diferentes velocidade e cargas elétricas. Com os dados obtidos concluiu-se que essa turbina possui um desempenho superior ao esperado para turbinas com o princípio de funcionamento semelhante e menor velocidade de arranque.
PALAVRAS-CHAVE: Renovável. Eólica. TEEV. Lenz.
Simulação Computacional do Efeito do Jato de Propulsão sob o Escoamento de um Foguete
Ian Costa Alves, Aristeu da Silveira Neto
RESUMO: O presente trabalho tem como objetivo apresentar resultados de simulações computacionais do escoamento sobre um foguete estacionário, onde analisa-se o coeficiente de arrasto e como este varia com a presença de um jato de propulsão. Vale ressaltar que o estudo foi feito considerando uma única velocidade de escoamento, na qual o escoamento ainda pode ser considerado incompressível. Para um foguete modelo, é crucial conhecer a intensidade do arrasto para cálculos aerodinâmicos e previsão da trajetória, o que torna fundamental o aprofundamento na análise da interferência que a propulsão causa no escoamento do corpo. Para as simulações computacionais será utilizado o código MFSim desenvolvido no Laboratório de Mecânica dos Fluidos (MFLab) da FEMEC-UFU, o qual resolve as equações de Navier-Stokes na forma tridimensional transiente utilizando malha bloco-estruturada com adaptatividade local de malha.
PALAVRAS-CHAVE: CFD. Foguete. Aerodinâmica. Escoamento. Mecânica dos Fluidos.
Ingrid Maíra Costa Almeida, Rafael Ariza Gonçalves.
RESUMO: A indústria petrolífera investe constantemente em avanços tecnológicos. Alguns equipamentos utilizados trabalham em ambientes hostis podendo o ocasionar na nucleação de trincas e no rompimento da estrutura. A soldagem a arco elétrico é o processo utilizado para realizar os reparos, entretanto esse processo possui desvantagens como a formação de fases frágeis e poros no cordão de solda. Uma alternativa que vem sendo estudada é o reparo por atrito, realizado através da técnica FHPP (Friction Hydro Pillar Processing) que consiste em realizar um furo cego no local da trinca, o qual é preenchido com um pino consumível inserido em alta rotação de forma a soldar esta região. Esse trabalho objetiva analisar os efeitos térmicos da variação da geometria da cavidade do furo do metal base e do pino consumível, para isso foram ensaiados duas geometrias diferentes usando três forças axiais distintas e mantendo os outros parâmetros do processo constantes.
PALAVRAS-CHAVE: Reparo por atrito. FHPP. Soldagem.
Jorge Humberto Domingues do Prado Filho, João Marcelo Vedovoto, Aldemir Aparecido Cavalini Junior, Fran Sérgio Lobato
RESUMO: Em se tratando de componentes aeronáuticos, a geometria da asa apresenta grande influência sobre os coeficientes de sustentação e arrasto. Buscando reduzir uma parcela da força de arrasto visa-se a utilização de winglets. Todavia, para a obtenção da configuração ótima considerando estes parâmetros, uma vasta gama de experimentos é requerida. Visando alternativas aos tradicionais procedimentos experimentais, visto o custo embarcado, diversas técnicas computacionais vêm sendo empregadas. Neste cenário, a presente contribuição objetiva a obtenção de meta-modelos representativos para o sistema. Posteriormente, por meio de técnicas de otimização multi-objetivos busca-se determinar uma melhor configuração visando a relação arrasto/sustentação, empregando para a obtenção dos meta-modelos o Método Kriging. Os resultados obtidos demonstram a eficácia da metodologia proposta como alternativa para o tratamento destes problemas ao reduzir o tempo dedicado a realização de experimentos, obtendo concomitantemente melhores combinações entre as variáveis de projeto e que atendiam os dois objetivos propostos.
PALAVRAS-CHAVE: Forças de sustentação e arrasto. Fluidodinâmica Computacional. Metamodelagem. Kriging. Otimização Multi-objetivo.
Estudo Aerodinâmico de um Carro de Fórmula SAE
Lucas Barbosa, Ítalo Ávila, João Marcelo Vedovoto
RESUMO: O presente trabalho, consiste no estudo numérico computacional do escoamento incompressível sobre modelos tridimensionais de carros que obedecem ao regulamento da formula SAE. Foram elaborados modelos com e sem asas, com o fim de estudar das diferentes configurações nas forças e coeficientes de arrasto e sustentação. Desenvolvido através da parceria MFLab/FEMEC-UFU, IME-USP e Petrobrás, o código MFSim utiliza o método dos elementos finitos para resolver uma malha euleriana e com uma geometria imersa de malha lagrangeana. A malha é adaptativa em função da fronteira imersa e turbulência, para a resolução de sistemas lineares utiliza-se o método Multigrid-Multiníveis, além de utilizar o modelo de turbulência Smagorinsky Dinâmico. A validação e verificação será feita pela literatura e por outros softwares.
PALAVRAS-CHAVE: Aerodinâmica. Fórmula SAE. Aerodinâmica Veicular. Método da Fronteira Imersa.
Formação de Aerossóis em Jatos Cruzados
Lucas de Souza Meira, Douglas Hector Fontes, Francisco José de Souza
RESUMO: O presente trabalho tem por intuito expor a importância científica e industrial do estudo da formação de aerossóis oriundos da quebra de jatos líquidos em escoamentos gasosos. Será apresentada a avaliação de modelos numéricos de escoamentos multifásicos, especificamente a quebra secundária de gotas devido ao cisalhamento e às forças fluidodinâmicas. A metodologia foi dividia em (i) levantamento de dados experimentais, (ii) definição da malha a partir da geometria das seções de ensaio e (iii) simulação numérica por meio do UNSCYFL 3D – software desenvolvido no MFLab (Laboratório de Mecânica de Fluidos). Os resultados preliminares foram comparados a valores empíricos, provenientes de PDPA (Phase Doppler Particle Anemometry) e apresentam boa acurácia na predição da fração mássica normalizada de gotas em função do diâmetro. O cálculo de velocidade das gotículas apresentou certa defasagem se comparado aos dados experimentais.
PALAVRAS-CHAVE: Aerossol. Quebra Secundária. Escoamento Multifásico. Jato Cruzado. Gotículas.
Desenvolvimento de um Indentador Instrumentador
Lucas dos Reis Heni Maderia, Vinícius Carvalho Teles, Washington Martins da Silva Junior
RESUMO: No âmbito cientifico é de vital importância ter confiabilidade nos dados obtidos, para retirar conclusões verdadeiras. Neste intuito realizou-se modificações físicas e a adição de sensores ao microtribometro visando melhorar sua precisão e sensibilidade na coleta de dados. Posterior a implementação destas alterações realizou-se testes de endentação instrumentada em amostras de aço, alumínio e cobre almejando identificar o comportamento da captação de dados durante o teste de dureza. Após, os testes houve o tratamento dos dados e a confecção dos gráficos de força pelo deslocamento do penetrador. As análises mostraram que houve coleta da força e do deslocamento em todos os pontos e, que a curva de carregamento apresenta o comportamento esperado, todavia as curvas de descarregamento, expressão um comportamento não esperado. As possíveis explicações para isto são a escolha errada da curva de calibração do sensor na etapa de descarregamento e a presença do erro de histerese.
PALAVRAS-CHAVE: Indentação Instrumentada. Propriedades Plásticas, Instrumentação.
Marcelo Almeida Estevam
RESUMO: No Beneficiamento de minérios, estes são transportados na forma de polpa entre uma etapa e outra do processo por meio de bombas centrífugas. Entretanto, devido à alta concentração de partículas sólidas presentes no fluido bombeado, o desgaste destes equipamentos é bastante elevado. Para este trabalho foi então escolhido um modelo de rotor de discos que apresentou menores índices de desgaste no bombeamento de fluidos abrasivos, conforme analisado por Figueira Jr. (2017), e avaliado o desempenho de uma bomba hidráulica operando com este rotor. Nesta análise foi utilizado fluido abrasivo com diferentes concentrações de polpa, medidos valores de vazão, pressão, tensão, corrente e fator de potência, calculada a altura manométrica e efetuada uma comparação com o desempenho da bomba operando com um rotor semiaberto. O rotor de discos apresentou menor rendimento que o rotor semiaberto, porém uma capacidade de bombear fluidos muito mais densos.
PALAVRAS-CHAVE: Rotor de discos. Rotor de Tesla. Mineração. Bomba de Polpa. Desgaste.
Pedro Fernandes Resende Bonnas, Tobias Souza Morais
RESUMO: Esta pesquisa tem como propósito a criação de um procedimento que visa a modelagem computacional de uma pá simplificada de uma turbina eólica, a qual possui as mesmas características dinâmicas de uma pá real, via softwares de elementos finitos (ANSYS®). Com o modelo dinâmico simplificado de uma pá real, testes dinâmicos, estáticos e modais se tornam computacionalmente mais leves, podendo-se avaliar diversas condições, viabilizando o uso de metodologias e ferramentas de otimização, isso se deve a menor complexidade da pá em termos do modelo de elementos finitos. O método se inicia a partir de uma coleta de dados dimensionais da aleta para a elaboração de uma geometria base, na qual as variáveis dimensionais da mesma serão otimizadas para que o modelo simplificado consiga representar os modos de vibrar e as frequências naturais da pá real, criando assim, o modelo dinâmico simplificado.
PALAVRAS-CHAVE: Modelagem Computacional. Pá Eólica Simplificada.Testes Dinâmicos. Modos de Vibrar. Frequências Naturais.
Análise da Resposta Dinâmica de uma Turbina Eólica em Rotação Através de Modelagem em ANSYS®
Raul Carreira Rufato, Tobias Souza Morais
RESUMO: : As máquinas rotativas sempre estiveram presentes em diversos setores, desde a descoberta da roda, turbinas a gás, até helicópteros. As turbinas eólicas vem ganhando grandes destaques atualmente. Desta forma, verifica-se a importância da realização de análises dinâmicas, juntamente com suas respectivas respostas temporais, para assegurar um projeto robusto e eficiente. Assim, neste trabalho, foi feito uma análise dinâmica de uma turbina eólica em rotação com o uso de um software comercial de elementos finitos (ANSYS®). Foi assim verificado o seu comportamento dinâmico em função da sua velocidade de rotação, por meio da obtenção de uma evolução de suas frequências naturais e seus respectivos modos de vibração. Considerou-se as aletas da turbina feitas de material composto (fibra de vidro). Além da análise realizada, está sendo desenvolvido simultaneamente um código em MATLAB® que faz a modelagem do mesmo sistema através de método dos elementos finitos, o qual será validado através das respostas obtidas pela atual simulação.
PALAVRAS-CHAVE: Maquinas Rotativas. Modelo Dinâmico. Turbina Eólica.
Thiago França Reges, Luis Eduardo Rodrigues Vieira, Guilherme de Oliveira Castanheira, Leonardo Rosa Ribeiro da Silva, Wisley Falco Sales
RESUMO: A utilização de revestimentos permitiu um aumento significativo na vida útil das ferramentas de corte. Isso acontece pois, os revestimentos apresentam, em geral, uma dureza muito superior ao substrato, aumentando a resistência da ferramenta ao desgaste. A adesividade do revestimento é crucial para seu bom funcionamento, pois uma vez desprendido da ferramenta este revestimento deixa de cumprir sua função e pode acelerar o desgaste da ferramenta,. O objetivo deste trabalho é investigar a adesividade de revestimentos de nitreto de titânio (TiN) e nitreto de titânio e alumínio (TiNAl) em ferramentas de metal duro (WC-Co). Como método de avaliação foi utilizado teste de esclerometria linear com carga progressiva, sendo utilizado como indentador um cone de diamante utilizado em ensaios de dureza Rockwell C. Os corpos de prova foram riscados com carga variando entre 5-40 N, por distância de 3.5 mm, foi observado que o revestimento de TiNAl obteve menor adesividade.
PALAVRAS-CHAVE: Esclerometria Linear. Ferramentas de Corte. Adesividade do Revestimento.
