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Otimização topológica dos selos labirintos para aplicação de compressor de CO2

Processo: 18/11474-7
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
Vigência (Início): 01 de agosto de 2018
Vigência (Término): 31 de julho de 2020
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Mecânica - Projetos de Máquinas
Convênio/Acordo: BG E&P Brasil (Grupo Shell)
Pesquisador responsável:Emílio Carlos Nelli Silva
Beneficiário:Shahin Ranjbarzadeh
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
Assunto(s):Método dos elementos finitos   Interação fluido-estrutura

Resumo

As emissões descontroladas de CO2 podem ter uma grande influência nos impactos climáticos. A emissão ocorre de várias maneiras, como vazamentos em vedações mecânicas em compressores, turbinas e também em dispositivos pneumáticos, que são projetados para liberar gás como parte da operação. Estudos mostram que as principais fontes de emissão estão relacionadas a dispositivos pneumáticos/bombas e vazamentos de equipamentos, respondendo por aproximadamente 60% das emissões. Na tentativa de reduzir os efeitos climáticos causados pelas emissões de CO2, a melhoria dos Selos Labirinto em bombas e compressores de múltiplos estágios usados para o transporte e injeção de CO2 torna-se uma necessidade. O presente trabalho combina conceitos dos Selos Labirinto e Compósitos Polímero-Metal Iônicos (IPMCs), uma subcategoria de polímeros inteligentes, e utiliza o Método de Otimização de Topologica (MOT) para projetar esse novo conceito de Selos Labirinto inteligentes baseados em IPMCs. O conceito de vedações de labirinto, é essencialmente uma série de superfícies estendidas, formando câmaras entre um eixo e um mancal fixo, que causa turbulência no fluido inibindo seu vazamento. O projeto dos Selos de Labirinto é complexo devido a um grande número de parâmetros que podem ser alterados. A fim de projetar os selos de labirinto para uma melhor eficiência, serão empregados cílios IPMCs. Devido à grande deformação, atuação de baixa tensão e propriedades de baixo peso, os IPMCs, são candidatos promissores para aplicações em Vedações de Labirinto de Compressores de CO2, a fim de reduzir o vazamento de CO2. O estudo será conduzido utilizando o MOT, combinado com a deformação controlada de IPMCs para manipulação de fluido. Em seguida, o MOT será aplicado ao sistema de manipulação de fluidos baseado nos cílios dos IPMCs, para melhorar a eficiência do sistema. Finalmente, com uma combinação de formulação de interação Fluid-IPMCs e MOT, serão desenvolvidos e apresentados, projetos dos Selos de Labirinto inteligentes. Para acoplar o módulo de otimização topologica com problemas de Interação fluido-estrutura (FSI), uma restrição de formulação fraca será gerada. Desta forma, será possível investigar todos os parâmetros-chave no projeto dos vedantes de labirinto inteligentes.

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