Os forças aerodinâmicas não-estacionárias geradas durante o estol dinâmico têm um papel crítico na determinação da vida mecânica útil e do desempenho de dispositivos de sustentação, como rotores de helicópteros e pás de turbinas eólicas. Para controlar essas forças, é necessário tanto uma compreensão das condições do escoamento não-estacionário, bem como fornecer mecanismos para prescrever as interações entre escoamento e asa. A caracterização e análise dessas interações é complicada devido à ampla faixa de escalas temporais e espaciais que surgem no estol dinâmico. Não é surpresa que, até agora, os pesquisadores tenham encontrado dificuldades para obter soluções analíticas preditivas para essa classe de escoamentos. Embora potencialmente acuradas, as simulações numéricas de escoamentos não-estacionários envolvendo separação requerem enorme poder computacional e a aplicação de métodos numéricos sofisticados. Experimentos também são complexos e demorados, além de apresentarem custos ainda mais elevados e incertezas de medição. Dessa forma, o amplo espaço paramétrico possível dificulta a caracterização dos escoamentos com estol dinâmico por meios computacionais ou experimentais. O surgimento de técnicas de aprendizado de máquina pode permitir que avanços sejam feitos para se obter modelos preditivos dessa classe de escoamentos. A era do big data e data science, juntamente com o maior poder de computação tem permitido o emprego de técnicas de aprendizado de máquina em aplicações de dinâmico dos fluidos não-estacionária. Por esta razão, essas técnicas serão usadas almejando encontrar uma relação de mapeamento entre as estruturas do escoamento e as respostas de aerofólios em movimento. O estol dinâmico será a aplicação principal, mas os conceitos aqui desenvolvidos podem ser facilmente estendidos para outros ramos da dinâmica de fluidos. Neste trabalho, pretendemos reutilizar ou transferir informações de tarefas aprendidas anteriormente para extrair informações quantitativas de visualizações de escoamento disponíveis. Apesar dos avanços substanciais na mecânica dos fluidos experimental, o uso de medições para inferir de forma confiável as propriedades do escoamento, como densidade, velocidade, pressão ou componentes de tensões, não é uma tarefa simples. Esta informação, porém, é natural para os praticantes de dinâmica dos fluidos computacional. Assim, em nosso estudo, abordaremos a questão de usar as informações aprendidas em conjuntos de dados de simulações numéricas para extrair propriedades de escoamentos obtidos através de experimentos que até então seriam muito complicadas ou até impossíveis de obter. (AU)

Sob certas condições, partículas sólidas (grãos) são transportadas por um fluido em escoamento formando uma camada móvel (leito móvel). Apesar do esforço científico realizado ao longo de mais de um século, os deslocamentos individuais dos grãos desta camada móvel ainda não são bem conhecidos. Este projeto de Iniciação Científica busca realizar medidas experimentais por câmera rápida (alta frequência de aquisição) de um leito móvel e, através do pós-tratamento de imagens, identificar e seguir grãos individuais, determinando assim sua trajetória. (AU)

O presente estudo tem como objetivo o estudo teórico e experimental dos campos de velocidades e de pressão para o escoamento axial monofásico e com bolhas dispersas em feixes de tubos verticais, considerando geometria típica de um reator PWR (Pressure Water Reactor). O estudo experimental será conduzido em canal hidráulico disponível no Grupo de Pesquisa em Transferência de Calor da EESC-USP. A técnica de velocimetria por filtros espaciais será aplicada para obtenção dos planos de velocidade no feixe de tubos para escoamento monofásico de água e com bolhas de ar dispersas. O feixe de tubos de arranjo triangular será construído com material de coeficiente de refração similar ao da água, de forma a permitir o levantamento de campos de velocidades na região interna do feixe. Os campos de velocidades serão pós processados de forma a obter a intensidade de turbulência, tensões viscosas e campos de pressões. Os resultados esperados são a caracterização da estrutura do escoamento em desenvolvimento considerando planos de velocidade axial e lateral para condições monofásicas e com bolhas dispersas. Deve-se destacar que, embora comum em aplicações, não se verifica na literatura aberta estudos similares a este, isto é, envolvendo escoamento axial em feixe de tubos para arranjo triangular considerando escoamento monofásico e com bolhas dispersas para a região de desenvolvimento hidrodinâmico. Campos flutuantes de pressão obtidos de dados experimentais de velocidade, também são raros nas análises de escoamentos em feixes de tubos. A partir das informações levantadas e da metodologia definida, propõe-se apresentar os resultados experimentais para a intensidade de turbulência e tensões viscosas em escoamento monofásico e com bolhas dispersas, incluindo os padrões de escoamento observados e características da turbulência. Os resultados de campos de pressão com e sem bolhas serão classificados e as discussões direcionadas para interação fluido estrutura para a configuração triangular do feixe. (AU)

Escoamentos líquido-líquido são comuns na produção de petróleo devido à presença de aquíferos e/ou uso de injeção de água como técnica avançada de recuperação. A presença de água escoando juntamente com o óleo pode causar a formação de emulsão. Tal sistema é termodinamicamente estável e difícil de ser separado. Quando há alta fração de água no óleo, a dispersão bifásica água-óleo pode apresentar viscosidade efetiva superior à viscosidade dos líquidos separados, condição que leva a uma redução no desempenho das bombas centrífugas. Nesse sentido, Bulgarelli et al.(2020) afirmam que dispersões e emulsões representam um desafio para a produção de petróleo, pois constituem um grande problema para a garantia de escoamento, com a incidência de um fenômeno denominado inversão de fase. De fato, a ocorrência de instabilidades operacionais é bastante frequente em BCSs que lidam com emulsões, fato que influencia nos custos das empresas petrolíferas. Embora existam estudos experimentais sobre o desempenho de BCSs, ainda há dificuldades para entender e prever a inversão de fase dentro deste equipamento. Nesse contexto, o presente trabalho surge da necessidade de melhorar a compreensão do fenômeno de inversão de fase através da análise experimental e de abordagem numérica para criar uma ferramenta capaz de reunir esses conhecimentos relacionados a BCSs e aplicá-los em operações reais. A solução proposta é um modelo fenomenológico para inversão de fases dentro da BCS e implementação do mesmo em uma ferramenta numérica, que reúne dados de estudos que serão realizados em laboratório, a fim de auxiliar no processo de tomada de decisão dos operadores de campos petrolíferos. Ou seja, na seleção da estratégia de operação mais adequada à produção de petróleo. O desenvolvimento desta modelagem e da ferramenta numérica são ambiciosos e seu desenvolvimento completo não é uma atividade isolada. A ferramenta será projetada em módulos, de forma que seu desenvolvimento possa ser continuado por outros pesquisadores/profissionais envolvidos. (AU)

O estudo em questão tem como objetivo a simulação de escoamentos fluídicos laminares a partir da aplicação do método de Lattice Boltzmann (LBM). Mais especificamente, busca-se compreender o mecanismo de interação entre os reagentes em microporos presentes na membrana de células a combustível movidas a etanol. Tal tecnologia emergente tem grande potencial no cenário energético nacional, uma vez que já há uma infraestrutura voltada para consumo deste tipo de combustível. Ademais, a aplicação do método de Lattice Boltzmann será acompanhada pela elaboração de um código capaz de simular, não só situações clássicas de escoamento laminar, como também oferecer dados razoáveis para a melhor compreensão do principal objeto de estudo (células a combustível). Por fim, os resultados obtidos serão analisados nos quesitos: perfil de velocidade, permeabilidade e tortuosidade. Com isso, espera-se obter conclusões sobre a viabilidade da tecnologia, possíveis gargalos de sua aplicação e eventuais melhorias, tudo dentro do âmbito da fluidodinâmica.(AU)

O processo de urbanização acelerado e pouco organizado gerou um crescimento desenfreado dos centros urbanos, contribuindo efetivamente para a degradação ambiental em todo o mundo. Diante disso, medidas indutoras da proteção do ambiente, que englobem medidas, além de ambientais, sociais e econômicas, têm sido vistas como uma estratégia em direção ao desenvolvimento sustentável dos centros urbanos. Neste sentido, a implantação de áreas verdes alternativas neste meio é uma ideia surgida na Alemanha, que estimula de forma permanente a implantação da natureza em nosso meio. Além de parques e jardins, incrementou-se, nas últimas décadas, a implantação de vegetação em coberturas, os telhados verdes. Em países de clima quente e úmido, como boa parte do Brasil, os telhados verdes podem apresentar grande contribuição para a diminuição da carga térmica dos edifícios e redução da velocidade de escoamento das águas pluviais em dias de chuvas intensas. Apesar deste potencial, eles ainda são pouco utilizados no país, o que se deve a: 1) falta de conhecimento de arquitetos e engenheiros civis sobre o sistema construtivo e seu detalhamento para execução; 2) problemas relacionados à manutenção; 3) falta de dados quantitativos que demonstrem os potenciais de ganhos; e 4) falta de um sistema de baixo custo que apresente facilidade de execução e manutenção, além dos ganhos energéticos e de escoamento de águas pluviais. Diante disso, o objetivo do presente projeto é propor um sistema construtivo inovador para telhados verdes, que apresente facilidade de execução, facilidade de manutenção e bom desempenho térmico, acústico e de redução do escoamento pluvial nas edificações. A metodologia buscará avaliar, comparativamente, o desempenho de sistemas de telhados convencionais (telhas cerâmicas ou fibrocimento) e sistemas de telhados verdes já conhecidos ou novos no mercado, com o intuito de quantificar as diferenças significativas no que diz respeito ao conforto térmico, acústico, contribuição para o escoamento e reaproveitamento de águas pluviais e facilidade de construção e manutenção. Para isso, serão executados protótipos em estações localizadas nas dependências do Laboratório de Construção Civil (LCC) do Instituto de Arquitetura e Urbanismo da USP - campus São Carlos, os quais terão dados acompanhados por 6 meses (dados englobarão o verão e o inverno) relacionados a térmica, acústica, escoamento de águas pluviais e possíveis pontos críticos para manutenção. Posteriormente, será realizado levantamento sobre dificuldades encontradas pelos profissionais de construção no Brasil sobre a aplicação das tecnologias atuais disponíveis. A terceira e última etapa irá, a partir dos dados levantados nas duas anteriores, realizar uma proposta de novo sistema construtivo de telhados verdes visando otimizar os problemas e dificuldades encontrados. Como produto final, espera-se obter um sistema construtivo de telhado verde que tenha potencial real para aplicação, o que poderia trazer benefícios significativos em escala urbana. (AU)

A presente proposta de pesquisa tem como objetivo estudar o escoamento de emulsões em tubos com diferentes revestimentos (coating). Serão avaliados o coeficiente de atrito da interface óleo/parede do tubo e resistência mecânica de degradação desse recobrimento. A resistência ao escoamento de fluidos é o resultado do atrito interno, interações intermoleculares no bulk do fluido, e do atrito externo na interface entre fluido e parede da tubulação. O recobrimento da superfície interna de tubulações das linhas de produção com materiais capazes de modificar a afinidade entre o óleo e a superfície podem promover a diminuição do coeficiente de atrito efetivo, promovendo um aumento da eficiência no transporte e, consequentemente, da produção dos fluidos do reservatório. Essa abordagem traz a possibilidade de aplicação de conceitos de química de interface para desenvolvimento de tecnologias que propiciem ganhos de produtividade. Dessa forma, o objetivo da presente proposta é realizar testes em um circuito fechado, em diferentes condições, com tubos recobertos com materiais que forem previamente identificados em laboratório, que resultem em diferentes molhabilidades da superfície ao óleo. Nesse trabalho, todos os estudos serão focados em testes de circuito fechado com medidas de perda de carga antes e depois da sessão de testes (corpo de prova). (AU)

A evolução do desgaste da ferramenta em processos de usinagem é comumente escrita por uma curva dividida em três regiões principais: (I) desgaste inicial acelerado, (II) desgaste constante estável e (III) desgaste final acelerado em níveis elevados. A perda de material da ferramenta na primeira região causa alteração de sua geometria e a adapta ao sistema tribológico, preparando-a para a segunda região e aumentando o nível total do desgaste. A fim de se tentar reduzir tal nível e prolongar a vida da ferramenta, o presente projeto propõe caracterizar essa nova geometria, de modo a se preparar insertos de corte já adaptados tribologicamente para o torneamento da liga Ti-15Mo, material de difícil usinabilidade, para o qual melhorias no processo que permitam maior produtividade são fundamentais. Assim, o trabalho tem como objetivo a determinação do desempenho de insertos de corte com geometria adaptada para aumento da vida da ferramenta, evitando-se a primeira região transiente da curva de desgaste. (AU)

O interesse da indústria de petróleo e gás em avaliar e analisar o comportamento do escoamento de gás de flare denota que há problemas técnicos e econômicos a serem sanados. Um dos fatores que torna a problemática a medição de vazão nesse sistema é a ocorrência de umidade dispersa no gás, sendo que essa umidade pode se manifestar na forma de gotículas dispersas, com ou sem a presença de filmes líquidos rente às paredes da tubulação. Medidores de vazão convencionais intrusivos e invasivos, como placa de orifício, cone invertido ou de turbina, perturbam o escoamento, causando perda de carga e diminuindo a eficiência do sistema, além de serem afetados em maior ou menor grau pela presença do líquido. Assim, propõe-se estudar uma técnica não intrusiva para medição da vazão de um escoamento bifásico gás-líquido dominado pelo gás em tubulação, baseada na propagação de sinais acústicos gerados por uma fonte de som de frequência variável. No entanto, agentes externos, como vibrações estruturais, o ruído gerado por equipamentos e pela turbulência do escoamento e o ruído presente no ambiente podem afetar de forma significativa a análise dos sinais sonoros. Portanto, buscando a minimização da incerteza experimental da técnica, é proposto o uso de métodos de análise e processamento digital de sinais no domínio do tempo e da frequência, como a transformada de Fourier, densidade espectral de potência, técnicas de filtragem digital de ruído e análise de coerência de sinais. Para tanto, será realizada a medição da vazão de escoamento gás-liquido no Laboratório de Escoamentos Multifásicos Industriais (LEMI) da EESC-USP. A pesquisa tem como objetivo a avaliação de uma técnica alternativa para a melhoria da eficiência da medição da vazão de gases úmidos em tubulações de gás de flare na indústria de petróleo e gás.(AU)

Em escoamentos vapor-líquido, a distribuição das fases ao longo da seção transversal varia de acordo com as condições operacionais. Tais distribuições apresentam geometrias características, denominadas de padrões de escoamento. Esses padrões influenciam significativamente a transferência de calor e a perda de pressão. Entre os padrões de escoamento em dutos horizontais presentes em equipamentos envolvendo aplicações comerciais e industriais de refrigeração e condicionamento de ar, pode-se mencionar os escoamentos estratificado ondulado e em névoa. O primeiro se caracteriza pela segregação das fases devido aos efeitos gravitacionais, com o líquido escoando na região inferior e o vapor na região superior do duto. Neste padrão a interface líquido/vapor apresenta ondulações, cujas características são relevantes na transferência de calor, perda de pressão e na transição para os padrões intermitente e anular. No escoamento em névoa, a fase líquida escoa na forma de gotículas dispersas entranhadas no escoamento de vapor. A taxa de transferência de calor e a perda de pressão no escoamento em névoa estão diretamente relacionadas ao entranhamento de líquido. Desta forma, a presente proposta envolve a caracterização da amplitude, velocidade e frequência das ondulações interfaciais durante o escoamento estratificado ondulado e da densidade e periodicidade do entranhamento de líquido durante o escoamento em névoa. Para isto, serão desenvolvidos programas em MatLab (2015) visando a análise de imagens destes padrões, as quais foram levantadas em estudo prévio (Proc. FAPESP n° 2016/16849-3) por meio de uma câmera de alta-velocidade e se encontram disponíveis no Grupo de Pesquisa em Transferência de Calor da EESC-USP. Tais imagens foram obtidas para condições de condensação e ebulição convectiva para os fluidos R134a, R600a, R290 e R1270 e envolvem, assim, faixas relativamente amplas de pressões reduzidas e distintos mecanismos físicos de transferência de calor. Concluindo, espera-se por meio deste estudo a proposição de novas correlações baseadas em adimensionais para os parâmetros mencionados, as quais possam vir a ser incorporadas a modelos de transferência de calor e perda de pressão, com potencial de utilização como ferramenta de projeto e otimização de trocadores de calor. (AU)