Modelos computacionais de mancais operando em condições extremas para estimativa de suas características de desempenho

• Processo: 23/11872-0
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de maio de 2025
• Data de Término da vigência: 30 de abril de 2028
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Mecânica dos Sólidos
• Pesquisador responsável: Thales Freitas Peixoto
• Beneficiário: Thales Freitas Peixoto
• Instituição Sede: Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Equação de Reynolds | Lubrificação termo-hidrodinâmica | Mancal Hidrodinâmico | Mancal radial | Lubrificação hidrodinâmica

Resumo

Desde a Revolução Industrial (1760-1820), 2040 giga toneladas de dióxido de carbono foram emitidos a atmosfera, devido à queima de combustíveis fósseis, aumentando em 1,09 °C a temperatura média mundial acima dos níveis pré-industriais. Aproximadamente 20% da energia consumida mundialmente é usada para superar o atrito e até 40% dessa energia perdida pode ser aproveitada com novas tecnologias de lubrificação. A energia perdida devido ao cisalhamento viscoso em óleos minerais usados como lubrificante que separam duas superfícies em contato ainda é a maior causa que limita a eficiência de sistemas mecânicos. Nesse cenário, sistemas rotativos com aplicações em diferentes setores industriais representam uma classe de maquinário com ampla aplicação, compreendendo turbinas, compressores, bombas e geradores. Particularmente no setor de energia, o desempenho é de fundamental importância e as perdas por atrito devem ser minimizadas para garantir o desempenho ótimo. A necessidade de prever satisfatoriamente as condições de operação exige uma análise dinâmica apropriada, sendo necessário o conhecimento adequado da influência de cada componente do sistema mecânico, composto pelo rotor, mancais, selos e estruturas de suporte. A maior dificuldade nesse tipo de análise é o custo computacional, muitas vezes elevado, de uma análise robusta e completa dos componentes do sistema. Este projeto de pesquisa insere-se num contexto de análise e investigação do comportamento dinâmico de máquinas rotativas, suportadas por mancais hidrodinâmicos, operando em condições extremas (condições de altas velocidades de rotação e baixas cargas ou em condições de altas cargas e baixas velocidades de rotação). O projeto tem por objetivo desenvolver modelos robustos de mancais lubrificados, investigando algoritmos e modelos holísticos e eficientes, que permitam a análise completa do sistema rotativo a um tempo computacional reduzido. Devido às condições de operação extremas, tais modelos devem considerar o efeito da variação da temperatura do lubrificante, bem como outros fenômenos significativos em velocidades de operação elevadas, tais como turbulência e deformação elástica e térmica do mancal. A predição adequada dos fluxos e perda de lubrificante nos mancais também requer o uso de modelos com conservação de massa para tratar o fenômeno inerente da cavitação do lubrificante que ocorre em mancais radiais lubrificados. Finalmente, o mau funcionamento dos equipamentos, devido a falhas nos mancais, deve ser investigado, a fim de identificar a severidade da falha e seu efeito nas variáveis passíveis de serem monitoradas no sistema rotativo. Por causa da operação em regimes complexos, muitos sistemas rotativos atuam em regimes não lineares, requerendo o estudo da resposta temporal do sistema, sendo necessário integrar suas equações de movimento. O projeto de pesquisa também propõe estudar integradores numéricos e identificar o integrador mais adequado e eficiente para fazer a integração temporal das equações de movimento de um rotor não linear suportado por mancais lubrificados. (AU)