Projeto de selos do tipo labirinto utilizando otimização topológica baseada numa abordagem de curvas de nível

• Processo: 16/09923-2
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Vigência (Início): 01 de setembro de 2016
• Vigência (Término): 30 de novembro de 2020
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Projetos de Máquinas
• Acordo de Cooperação: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
• Pesquisador responsável: Emílio Carlos Nelli Silva
• Beneficiário: Hélio Emmendoerfer Junior
• Instituição Sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 14/50279-4 - Brasil Research Centre for Gas Innovation, AP.PCPE
• Bolsa(s) vinculada(s): 18/21350-3 - Projeto de Selos do tipo Labirinto usando Otimização Topológica com multi-materiais baseada numa abordagem de Curvas de Nível, BE.EP.PD
• Assunto(s): Método dos elementos finitos Fluxo dos fluidos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Curvas de Nivel | Elementos Finitos | Escoamento de Fluidos | otimização topológica | Restrições de tensão | selos labirinto | Otimização Topológica

Resumo

Este trabalho se insere no escopo do projeto do Centro Brasileiro de Pesquisa (CEPID) para Inovação em Gás, número Fapesp: 2014/50279-4, e visa otimizar o desempenho de selos labirinto, amplamente utilizados em turbomáquinas, que são por definição elementos de vedação sem contato. Vários estudos existentes na literatura, tanto experimentais quanto numéricos, são dedicados a escolher/testar as configurações geométricas de selos labirinto para um melhor desempenho nos equipamentos através do controle de escoamento. A importância destes estudos não se resume apenas ao fator eficiência, existe também o fator climático relativo à poluição do ar: fontes revelam que 60% das emissões de metano estão relacionadas aos vazamentos de dispositivos pneumáticos. A proposta desta pesquisa é ampliar os conceitos de projeto destes selos de vedação (que atualmente limitam-se a variar parâmetros geométricos de projetos existentes na literatura e na indústria) empregando os conceitos de Otimização Topológica (OT). Otimização Topológica é um método destinado a obter topologias com uma distribuição ótima de material, a fim de maximizar ou minimizar uma dada função objetivo. Devido à tendência tecnológica dos setores de energia para usar equipamentos operando com pressões cada vez mais elevadas, análises estruturais são impostas ao projeto através de restrições de tensão. Assim, o principal objetivo é reduzir o vazamento em selos labirinto através de projetos alternativos fornecidos pela OT e validados contra falha mecânica. Para este fim, o presente trabalho propõe uma metodologia para resolver um problema de OT de interação fluido-estrutura que minimize o escoamento sujeito a restrições de tensão local. Os domínios fluido e estrutural são modelados separadamente e interagem através de suas interfaces, cuja localização de aplicação do carregamento (pressão do fluido) varia durante o processo de otimização. Para a representação da topologia, utiliza-se a abordagem de curvas de nível (level set) que é considerada apropriada para o problema em análise, uma vez que a fronteira encontra-se claramente definida. (AU)

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

EMMENDOERFER JR, HELIO; FANCELLO, EDUARDO ALBERTO; NELLI SILVA, EMILIO CARLOS. Stress-constrained level set topology optimization for compliant mechanisms. COMPUTER METHODS IN APPLIED MECHANICS AND ENGINEERING, v. 362, n. SI, APR 15 2020. (16/09923-2, 18/21350-3, 14/50279-4)

EMMENDOERFER, JR., HELIO; FANCELLO, EDUARDO ALBERTO; NELLI SILVA, EMILIO CARLOS. Level set topology optimization for design-dependent pressure load problems. INTERNATIONAL JOURNAL FOR NUMERICAL METHODS IN ENGINEERING, v. 115, n. 7, p. 825-848, AUG 17 2018. (16/09923-2, 14/50279-4)

EMMENDOERFER, JR., HELIO; NELLI SILVA, EMILIO CARLOS; FANCELLO, EDUARDO ALBERTO. Stress-constrained level set topology optimization for design-dependent pressure load problems. COMPUTER METHODS IN APPLIED MECHANICS AND ENGINEERING, v. 344, p. 569-601, FEB 1 2019. (16/09923-2, 14/50279-4)