Comparação de modelos computacionais para avaliar impacto da cavitação no desempenho estático de mancais lubrificados

• Processo: 24/00436-8
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de abril de 2024
• Data de Término da vigência: 31 de março de 2026
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Mecânica dos Sólidos
• Pesquisador responsável: Thales Freitas Peixoto
• Beneficiário: Natália Aparecida Ferreira
• Instituição Sede: Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Assunto(s): Análise numérica Cavitação
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Análise Numérica | cavitação | Conservação de Massa | Mancal Hidrodinâmico | Lubrificação hidrodinâmica

Resumo

Mancais hidrodinâmicos são utilizados para suportar máquinas rotativas, pois permitem a operação em elevadas velocidades de rotação. Seu princípio de funcionamento baseia-se na ideia de separar o eixo rotativo da superfície estacionária do mancal com um lubrificante, permitindo a operação em vida infinita da máquina rotativa, uma vez que não há contato metal-metal entre o munhão e o mancal e, portanto, o desgaste do mancal é impedido. A capacidade de sustentação do eixo pelo lubrificante é devido à formação de uma cunha convergente que provoca o aumento da pressão do lubrificante, gerando forças hidrodinâmicas que sustentam o eixo rotativo. O modelo matemático que descreve esse aumento da pressão é dado pela equação de Reynolds, cuja solução fornece a distribuição de pressão do lubrificante ao longo do mancal. No entanto, em mancais cilíndricos, há uma cunha divergente, responsável por diminuir a pressão do lubrificante, que decresce até o valor da pressão ambiente, liberando os gases dissolvidos no lubrificante. Este fenômeno é denominado cavitação. Diversos modelos de cavitação foram propostos na literatura, a fim de prever adequadamente a distribuição de pressão observada experimentalmente em mancais hidrodinâmicos. Esse projeto de iniciação científica tem por objetivo estudar e comparar diferentes modelos de cavitação encontrados na literatura, a fim de investigar o efeito da conservação da massa no modelo de cavitação nas características de desempenho estático do mancal. Ressalta-se que os vários modelos propostos na literatura apresentam diferentes equações, algoritmos de solução e estratégias de regularização, a fim de evitar os problemas numéricos encontrados no modelo clássico de Elrod, para resolver o problema dual de prever a distribuição de pressão e a região de cavitação no mancal. Assim, esse trabalho visa identificar o melhor algoritmo em termos de desempenho computacional e o impacto de cada modelo na estimativa das características de desempenho estático do mancal cilíndrico.