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Método de otimização topológica aplicado ao projeto de rotores de máquinas de fluxo radiais operando em escoamento laminar

Processo: 15/15189-7
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Mestrado
Vigência (Início): 01 de outubro de 2015
Vigência (Término): 31 de agosto de 2016
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Mecânica - Projetos de Máquinas
Pesquisador responsável:Emílio Carlos Nelli Silva
Beneficiário:Luís Fernando Nogueira de Sá
Instituição-sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo, SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:13/24434-0 - Sistemas propulsores eletromagnéticos para coração artificial implantável e dispositivos de suporte circulatório mecânico, AP.TEM
Assunto(s):Escoamento laminar   Otimização topológica   Máquinas de fluxo

Resumo

Este trabalho se insere no escopo do projeto temático Sistemas Propulsores Eletromagnéticos para Coração Artificial Implantável e Dispositivos de Suporte Circulatório Mecânico, número Fapesp 2013/24434-0. Uma das linhas de pesquisa deste projeto temático são dispositivos de auxílio ventricular (DAV), assim, este trabalho visa otimizar o desempenho de rotores de bombas de pequena escala utilizadas como DAVs. Estes dispositivos são geralmente utilizados por pacientes de alto risco. Assim, o rendimento e a robustez dessas máquinas são questões fundamentais, sendo que pequenos ganhos no rendimento podem acarretar em grandes benefícios à vida do usuário. A melhoria do rendimento pode ser alcançada por meio de métodos de otimização, como a otimização topológica. Assim, este trabalho envolve o desenvolvimento de um método de projeto de rotores de bombas de fluxo radiais operando em regime laminar utilizadas em DAVs, baseado no método de otimização topológica. O projeto de rotores envolve a modelagem do fluido utilizando as equações de Navier-Stokes em um referencial rotativo, que será realizada pelo software FEniCS. A montagem do problema de otimização apresenta uma função multi-objetivo visando minimizar a perda de carga causada pela dissipação viscosa, a minimização da vorticidade visando a redução de morte de hemácias e também a potência necessária. O problema de otimização será resolvido utilizando o algoritmo PyIpopt. As topologias resultantes serão construídas utilizando-se impressão 3D e os protótipos serão caracterizados experimentalmente medindo-se a vazão e a pressão geradas. Os resultados a serem apresentados serão projetos de rotores de máquinas de fluxo radiais bidimensionais, de pequena escala, que operam em regime laminar, visando aplicação em DAVs, e também resultados experimentais comparando a eficiência dos protótipos.

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