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Pesquisa


ÁREAS DE ATUAÇÃO E INTERESSE

          • Fenômenos de transporte
          • Transferência de calor e massa
          • Adsorção física
          • Meios compósitos e porosos
          • Gás natural
          • Sistemas alternativos de ar-condicionado e refrigeração
          • Modelagem físico-matemática
          • Métodos numéricos e simulação computacional (e.g. CFD)
          • Métodos híbridos (analítico-numéricos)
          • Computação simbólica
          • Micro- e Nanotecnologia
          • Biomecânica
          • Mecânica Ambiental
          • Transfererência de calor em processos de fabricação

         

LINHAS DE PESQUISA 

  • Transferência de Calor e Massa com Adsorção

O estudo da transferência simultânea de calor e massa com a presença de adsorção física tem grande aplicação em uma diversidade de áreas, envolvendo não só aplicações diretamente em engenharia térmica mas também em mecânica ambiental e bio-engenharia. Como exemplo destas aplicações, pode-se mencionar trocadores de calor sensível e latente (também conhecidos como trocadores de entalpia), sistemas alternativos para ar-condicionado (livres de CFC), modos alternativos para armazenamento de gases, filtragem e purificação de gases, secagem e conservação de alimentos, entre outras. Esta linha de pesquisa é destinada à modelagem e simulação de uma variedade de processos que envolvam transferência de calor e massa em materiais adsorventes, viabilizando a aplicação destes processos em novas tecnologias. A dificuldade encontrada em problema envolvendo adsorção é que este fenômeno aumenta a não-linearidade e acoplamento entre a transferência de calor e massa, tornando o problema mais complexo do ponto de vista de modelagem e solução. Desta forma, esta linha de pesquisa requer métodos especiais para auxiliar na formulação e solução das equações resultantes. Entre estes métodos incluem-se a Técnica das Equações Integrais Acopladas, cujo o objetivo é reduzir a complexidade de formulações multi-dimensionais gerando formulações melhoras por parâmetros concentrados, e métodos híbridos para solução de sistemas de EDPs como a Técnica da Transformada Integral Generalizada, e combinações de métodos discretos (como Volumes Finitos) com o Método das das Linhas, ambas permitindo um controle maior do erro de soluções. Como todos estes métodos podem necessitar um elevado grau de manipulação analítica, computação simbólica também é utilizada além das tradicionais implementações numéricas.

  • Métodos Computacionais Híbridos e Numéricos

Esta linha de pesquisa consiste na utilização de métodos numericos tradicionais (baseados em discretização) como o Método de Volumes Finitos (FVM), e métodos híbridos (analítico-numéricos) como a Técnica da Transformada Integral Generalizada (GITT) para a solução de uma variedade de problemas em engenharia. O FVM é a base de vários pacotes para simulação de escoamentos (CFD). A GITT é uma técnica inovadora que vem sendo utilizado com sucesso desde a sua criação há pouco mais que duas décadas. Os atuais objetivos para esta linha de pesquisa incluem a unificação de soluções por GITT para diferentes classes de problemas relacionados à difusão e convecção (possibilitando o desenvolvimento de código computacional flexível, capaz de resolver uma vasta gama de problemas em engenharia). Também incluído entre os objetivos está a utilização de idéias relacionadas às diferents metodologias (discretas e híbridas) para o desenvolvimento de métodos combinados.

 

PROJETOS EM ANDAMENTO

Gás Natural Adsorvido (GNA): O armazenamento de gases via adsorção tem claras vantagens quando comparado às técnicas atuais de armazenamento (GNC e GNL). A estocagem via compressão (GNC) trabalha com altas pressões (em torno de 25 MPa), enquanto o armazenamento via liquefação (GNL) requer temperaturas criogênicas e equipamento especializado para re-gasificação. O GNA não possui estes problemas. Entretanto, o calor associado ao processo de adsorção gera um efeito termico que limita a quantidade de gás armazenada (durante a carga) e recuperada (durante a descarga). Este projeto de pesquisa é então focado na otimização térmica de reservatórios de gás adorvido para tornar tal tecnologia competitiva com os atuais modos de armazenamento.

Trocadores de Calor e Massa: Trocadores de calor e massa são dispositivos, que como o nome diz, são capazes de trocar calor e massa. Isto possibilita o desenvolvimento de novos trocadores de calor, capazes de proporcionar trocas de calor sensível e latente entre duas correntes de processo. Além disto, trocadores de calor e massa são extensivamente utilizados em desumidificação. Devido a complexidade destes dispositivos, para poder realizar projetos corretos destes trocadores, é necessário se ter um bom entendimento dos mecanismos de transporte envolvidos. Para isto, este projeto comtempla o desenvolvimento de uma formulação unificada para as transferências de calor e massa acopladas envolvidas na operação destes trocadores. A simulação computacional destes trocadores é feita utilizando a formulação desenvolvida, sendo esta capaz de gerar resultados para diversas casos de construção e operação, gerando portanto uma relevante ferramenta para o projeto de trocadores de calor e massa.

Filtragem e Purificação de Gases: Este projeto de pesquisa tem o objetivo de estudar o problema de purificação de gases. No atual desenvolvimento a purificação de gases utilizando materiais adsorventes está sendo analizada. Um exemplo é o problema de desitratação de gás-natural utiizando dessecantes sólidos. A desidratação do GN é necessária para previnir, entre alguns problemas, a formação de hidrados - os quais podem gerar uma série de complicações. Portanto, simula-se o processo de remoção d'água do GN utilizando modelos matemáticos e soluções computacionais, para assim melhor entender e poder otimizar o processo de purificação. Outra aplicação estudada é a purificação de gases de exaustão para remover CO2 e outros gases causadores do efeito estufa.

Nanocompósitos Poliméricos: Este projeto consiste de análises experimentais e teóricas para o desenvolvimentos de novos materiais utilizando nanotecnologia. A introdução de nanopartículas de diferentes composições (e diferentes propriedades termofísicas) em polímeros pode alterar significativamente as propriedades térmicas do compósito formado. Com isto é possível projetar novos materiais com diferentes propriedades, de acordo com as aplicações desejadas. O atual estágio de desenvolvimento compreende a análise experimentais da variação da condutividade térmica de polímeros pela introdução de nanopartículas de óxidos metálicos. Os resultados são comparados com modelos teóricos existentes. Além da condutividade térmica, outras propriedades térmicas (calor específico e difusividade térmica) e mecânicas também serão analisadas.

Transferência de Calor e Massa em Biomateriais: Este projeto foi recentemente inciado e tem como objetivo a investigação da mecânica relacionada ao transporte de massa e energia em materias de originados de tecidos biológicos. Este estudo tem grande potencial para contribuir no desenvolvimento de diversos processos relacionados a biotecnologia. Um subtópico em atual fase de desenvolvimento é o do estudo da transferência de calor e massa na conservação e processamento de alimentos. Outro subprojeto é focado no estudo do escoamento de sangue e do sistema circulatório.

Tranformação Integral em Domínios Irregulares: Os objetivos deste projeto são de formalizar as idéias relativas à transformação integral de problemas diferenciais parciais em domínios irregulares, introduzindo novas idéias para assim estender a técnica da transformada integral generalizada (GITT) a problemas em geometrias complexas. Problemas de difusão multidimensionais em geometrias irregulares são resolvidos pela solução do problema de autovalor associado (Sturm-Liouville) naquele domínio, através de expansões baseadas em problemas unidimensionais que carregam as informações do contorno como parâmetros nas variáveis do sistema de coordenadas. Busca-se também a otimização de algoritmos computacionais e a redução de esforços analíticos fazendo-se uso de manipulação simbólica.

Computação Simbólica: Com o aparecimento de software capaz de desenvolver manipulações algébricas com símbolos literais, tratados como um novos tipo de dados não-numéricos uma nova forma de programação foi criada: Computação Simbólica. Apesar de existir muitos pesquisadores que trabalhem com computação simbólica, a maior parte destes não utilizam todo o potencial desta ferramenta. Esta linha de pesquisa é focada no desenvolvimento da computação simbólica para análise de problemas fenômenos de transporte e termociências em geral. De fato qualquer área de ciências mecânicas e áreas afins podem ser beneficiadas do trabalho desenvolvido nesta linha de pesquisa

 

Alunos interessados em desenvolver trabalho de projeto final, iniciação científica, mestrado, ou doutorado: entrem em contato através de email

 

Em breve material novo será adicionado, incluindo mais informações sobre pesquisa, iniciação científica, monitoria e temas para projeto final em engenharia mecânica.

 

 

Última Atualização: 06 de abril de 2010