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A seguir são apresentados os principais projetos com participação ou coordenação de membros do GDS.
Controle e monitoramento de vibrações em máquinas rotativas inteligentes
Controle e monitoramento de vibrações em máquinas rotativas inteligentes
Resumo
- Resumo: A vibração excessiva é uma das principais causas de falhas catastróficas em máquinas e estruturas, particularmente em máquinas rotativas, onde as características dinâmicas mudam ao longo do tempo devido ao desgaste dos componentes. As vibrações, inicialmente aceitáveis, podem se tornar críticas à medida que o desgaste progride. Além disso, incertezas de fabricação ou procedimentos de instalação inadequados podem deslocar a frequência operacional de uma máquina para uma região de amplificação, levando ao aumento da vibração e ao desgaste acelerado. Para mitigar esses riscos, o monitoramento de condições é crucial para a operação segura e eficiente da máquina, enquanto o controle dinâmico ajuda a manter condições operacionais aceitáveis até que a manutenção possa ser realizada. Uma máquina rotativa inteligente, neste contexto, integra monitoramento e controle dinâmicos. O projeto visa desenvolver pesquisas sobre controle e monitoramento de máquinas rotativas inteligentes por meio da cooperação internacional entre a Universidade Técnica da Dinamarca (DTU), a Universidade de Brasília (UnB) e a Universidade Federal do Rio de Janeiro (COPPE/UFRJ). Os objetivos específicos são divididos em subprojetos relacionados ao controle e monitoramento de vibrações. Para o controle de vibrações, visa aplicar a liga com memória de forma (SMA) em mancais de inclinação inteligentes e utilizar metamateriais não lineares como ressonadores para máquinas rotativas. Para monitoramento, visa empregar técnicas de identificação não paramétricas para sistemas dinâmicos não lineares, com foco em Decomposição de Modo Dinâmico (DMD) para monitorar máquinas rotativas para identificar dinâmicas não lineares em rolamentos inteligentes. O projeto busca avançar o campo propondo metodologia de controle semiativo de rolamentos de pastilhas basculantes usando SMA, oferecendo potencial economia de energia em comparação com rolamentos controlados por atuador. Controle passivo usando metamateriais não lineares ao longo do eixo da máquina rotativa, explorando condições caóticas para atenuação de vibração aprimorada. Uma metodologia e arquitetura orientada a dados para identificar sistemas não lineares, permitindo o monitoramento de parâmetros em máquinas rotativas usando DMD.
- Coordenadora: Aline Souza de Paula (UnB).
- Membros envolvidos: Ilmar Ferreira Santos (TDU), Adriano Todorovic Fabro UnB), Laís Bittencourt Visnadi (UnB), André Albuquerque Thomas e Brandão (UnB), Guilherme Mendes Santana (UnB), Lucas Mauro Silva (UnB) e Marcelo Amorim Savi (COPPE/UFRJ).
- Financiador: CNPq.
- Cooperação internacional: DTU (Universidade Técnica da Dinamarca)
Controle e otimização em turbinas eólicas offshore para redução de vibração e monitoramento estrutural
Resumo
Este projeto tem como objetivo principal o desenvolvimento de técnicas de controle e otimização para redução de vibrações e monitoramento estrutural de turbinas eólicas offshore. O projeto é dividido em dois temas, conforme descrito a seguir.
Controle de vibrações e monitoramento estrutural de torres (Tema 1): O objetivo consiste no projeto e otimização de metaestruturas e metaestruturas inteligentes para atenuação de vibrações em torres eólicas offshore e, no último caso, na utilização da metaestrutura simultaneamente para monitoramento da integridade estrutural.
Interação entre controle do gerador elétrico e vibração torsional do sistema de transmissão eletromecânica (Tema 2): O objetivo principal deste tópico é avaliar os efeitos do controle de geradores, a partir de algoritmos de maximização do ponto de extração (MPPT) tipicamente aplicados em sistemas eólicos frente às variações do vento com aplicações offshore, nas vibrações mecânicas torcionais do sistema de potência.
- Coordenadora: Aline Souza de Paula (UnB).
- Membros envolvidos: Adriano Todorovic Fabro (UnB), Laís Bittencourt Visnadi (UnB), Marcela Rodrigues Machado (UnB), Francis Arody Moreno Vásquez (UnB), Filipe Eduard Leite Ossege (UnB), Amanda Aryda da Silva (UnB), Pedro Henrique da Silva Costa (UnB), Arthur Dreger (UnB), Fabricio César Lobarto de Almeida (Unesp), Marcelo Amorim Savi (COPPE/UFRJ).
- Financiador: MCTI/CNPq
Desenvolvimento de Membranas Seletivas para Descarbonização: Combinando Modelagem Gêmeo Digital e Experimentação para Prototipagem Industrial
Resumo
- Resumo: O objetivo central é o desenvolvimento e escalonamento de membranas seletivas à base de zeólitas (SSZ-13, SAPO-34, DDR) e materiais poliméricos (CTA), aplicadas à captura e separação de CO2; e outros hidrocarbonetos presentes no gás natural, com foco em tecnologias de descarbonização. O projeto integra modelagem computacional avançada (gêmeos digitais, CFD, DFT, dinâmica molecular) e estudos experimentais para alcançar protótipos em escala TRL 4-5. Inclui também avaliação técnico-econômica e desenvolvimento de sensores físicos e virtuais para monitoramento em campo. Projeto desenvolvido em parceria com a Universidade de Brasília (UnB), Universidade Federal de Uberlândia (UFU) e Universiti Teknologi Petronas (UTP).
- Coordenador: Alysson Martins Almeida Silva.
- Membros envolvidos: Adriano Todorvic Fabro, Laís Bittencourt Visnadi, Guilherme Mendes Santana e Arthur Scarano
- Financiador: Petronas.
Modelagem de Risco de Sismicidade Induzida em Reservatórios de Estocagem de CO2
Resumo
- Resumo: A mitigação das mudanças climáticas é um dos desafios mais urgentes da atualidade, exigindo o desenvolvimento de tecnologias eficazes para a redução das emissões de CO2. Dentre as alternativas para tratar a redução das emissões estão: redução dos desmatamentos, reflorestamento de áreas desflorestadas, utilização de fontes de energia limpa, captura e armazenamento geológico de carbono (CCS) e captura, armazenamento e uso de CO2 (CCUS). A captura e armazenamento geológico de carbono (CCS) surgem como uma estratégia essencial para alcançar esse objetivo, permitindo a injeção de CO2 em reservatórios subterrâneos para evitar sua liberação na atmosfera. No entanto, embora essa técnica tenha demonstrado viabilidade em projetos-piloto, sua implementação em larga escala ainda apresenta desafios significativos, especialmente no que se refere à sismicidade induzida pela injeção de CO2. A ocorrência de eventos sísmicos associados ao armazenamento geológico de CO2 tem sido um dos principais pontos de preocupação da indústria. A injeção de CO2 em estado supercrítico pode elevar a pressão dos poros e alterar o estado de tensões efetivas na subsuperfície, potencialmente desencadeando falhas geológicas e gerando sismos de diferentes magnitudes. Um exemplo notório desse fenômeno foi registrado no projeto Castor, na Espanha, onde a injeção de CO2 resultou em um tremor de magnitude M4.3, levando à suspensão das atividades. Casos semelhantes foram relatados em outros projetos ao redor do mundo, demonstrando a necessidade de um melhor entendimento dos mecanismos que regem a sismicidade induzida pela injeção de fluidos. Diante desse cenário, este projeto propõe o desenvolvimento de uma metodologia robusta para análise e mitigação da ameaça sísmica associada à injeção de CO2. Para isso, será criada uma ferramenta numérica capaz de simular a propagação de ondas sísmicas geradas pela injeção de CO2 e outros fluidos, integrando dados geológicos, geomecânicos e sísmicos. A metodologia proposta abordará dois aspectos essenciais: a identificação de estruturas geológicas suscetíveis à sismicidade induzida e a avaliação dos esforços gerados durante a injeção de CO2. A proposta destaca-se pelo caráter inovador ao propor uma metodologia que integra uma ferramenta numérica capaz de realizar análises termohidromecânica-sísmicas com a metodologia probabilística de análise de ameaça sísmica (PSHA). O diferencial dessa pesquisa está na proposição de um estudo numérico-experimental do problema de sismos induzidos. Além do avanço no conhecimento científico, este projeto tem um forte caráter de transferência de tecnologia e capacitação de profissionais. Todo o conteúdo teórico e metodológico desenvolvido será documentado em tutoriais, manuais e videoaulas, garantindo que as informações geradas possam ser amplamente disseminadas para a comunidade acadêmica e industrial. Assim, ao propor uma abordagem inovadora para a análise da sismicidade induzida pela injeção de CO2, este projeto contribuirá significativamente para a segurança e viabilidade do armazenamento geológico de carbono, consolidando-se como um elemento-chave nas estratégias de mitigação das mudanças climáticas.
- Coordenador: Manoel Porfirio Cordão Neto
- Membros envolvidos: Adriano Todorvic Fabro e Laís Bittencourt Visnadi
- Financiador: Petrobrás.
História diagenética e hidrotermal das rochas carbonáticas das formações Barra Velha e Itapema da seção Pré-sal na Área de Libra: Impacto na evolução da porosidade e permeabilidade. Enfoque na diferenciação entre fenômenos hidrotermais e vulcânicos.
Resumo
- Resumo: O projeto será conduzido por uma equipe especializada composta por geólogos, engenheiros e físicos, com vasta experiência em estudos de petróleo e gás e em processamento de dados científicos. O objetivo principal é desenvolver um modelo geológico das rochas carbonáticas das formações Barra Velha e Itapema, na área de Libra, usando dados do projeto e do consórcio. Técnicas avançadas serão empregadas para avaliar a evolução da porosidade e da permeabilidade, relacionada a processos diagenéticos, hidrotermais e ígneos. Serão utilizadas análises faciológicas, isotópicas, mineralógicas, tomográficas e petrofísicas. Os processos diagenéticos serão identificados quantitativamente por meio de minerais que impactam a permeabilidade e a porosidade na área de Libra. A anisotropia de permeabilidade será avaliada em plugues e amostras laterais. Os resultados incluirão um atlas de inclusões fluidas, imagens tomográficas e um banco de imagens georreferenciadas. Um software de machine learning analisará esses dados, gerando agrupamentos e características para treinamento de arquiteturas supervisionadas e não supervisionadas, integrando informações multivariadas das técnicas analíticas.A Universidade de Brasília oferece infraestrutura avançada para a execução do projeto, incluindo: laboratório químico com pressão positiva e filtração absoluta, além dos equipamentos TIMS; ICP-MS; IRMS; analisadores Kiel Device; microdrills; fluorescência de raios X; QEMSCAN; permeabilímetro; porosímetro; microssonda eletrônica; sistema de medidas de resistividade elétrica; difratômetros de raios X; microtomógrafo; microscópios ópticos petrográficos; sistema óptico com platina de resfriamento e aquecimento; espectrômetros Raman; espectrômetro FTIR, bem como ambientes com cluster computacional tipo Beowulf.
- Coordenador: Paola Ferreira Barbosa
- Membros envolvidos: Adriano Todorvic Fabro
- Financiador: Petrobrás.
INCT Estruturas Inteligentes em Engenharia
Resumo
Os materiais inteligentes são caracterizados por um acoplamento multifísico que proporciona propriedades singulares de adaptabilidade. As aplicações são diversas variando nas áreas aeroespacial, robótica, bioengenharia, automobilística, dentre outras tantas. Uma busca por pesquisadores na plataforma Lattes do CNPq para “materiais inteligentes” forneceu a seguinte evolução: 323 em 2008; 575 em 2014; 1867 em 2022. Essa tendência mostra a importância do trabalho do INCT-Estruturas Inteligentes em Engenharia no período entre 2008 e 2014, exercendo um importante papel de consolidar essa filosofia de projeto no Brasil. A presente proposta pretende reativar e aumentar esta rede de pesquisa, consolidando o tema, buscando aplicações avançadas e fortalecendo a inovação tecnológica. De um lado, o perfil deste INCT se caracteriza pela realização de pesquisa em temas que se encontram na fronteira do conhecimento e, de outro, tem contribuído em áreas consideradas estratégicas para o desenvolvimento do país, tanto na criação de novas tecnologias, quanto na formação de pessoas nesta área. A metodologia de trabalho consiste na definição de um conjunto de subprojetos que buscam contemplar uma grande variedade de aplicações e abordagens relacionadas às Estruturas e Sistemas Inteligentes. Tais subprojetos exploram a experiência prévia dos grupos participantes e suas expectativas de avanço na pesquisa científica, além das potencialidades de inovação tecnológica em curto, médio e longo prazos. Os subprojetos desenvolvem atividades sinérgicas, incentivando estratégias inter e multidisciplinares, integrando as atividades do Instituto e evitando o isolamento dos grupos participantes.
- Coordenador: Valder Steffen Junior (UFU)
- Membros envolvidos: Aline Souza de Paula (UnB), Adriano Todorovic Fabro (UnB), Laís Bittencourt Visnadi (UnB).
- Financiador: CNPq
Modelagem, análise e controle de sistemas mecânicos não-lineares
Resumo
A natureza está repleta de não-linearidades que são responsáveis pela diversidade de comportamentos dos sistemas naturais. Diversos sistemas dinâmicos são não-lineares em sua essência e uma investigação dinâmica adequada possui papel fundamental no projeto de sistemas, assim como auxiliam na identificação de padrões de respostas, na implementação de técnicas de controle e na previsão de tipos de comportamento. A resposta caótica é uma dessas possibilidades e possui três características importantes: sensibilidade às condições iniciais, presença de inúmeras órbitas periódicas instáveis (OPIs) e ergodicidade. Uma forma de conferir flexibilidade aos sistemas dinâmicos não-lineares é através do controle de caos. O controle de caos se baseia na riqueza de padrões periódicos existentes no comportamento caótico e pode ser entendido como a utilização de pequenas perturbações no sistema para estabilizar uma trajetória dentro desses comportamentos periódicos. Na área da engenharia mecânica, tem-se que vários sistemas são as não-lineares em sua essência e não permitem uma modelagem simplificada que os linearize quando se busca uma correta representação do fenômeno físico. Um exemplo são as turbinas eólicas offshore. Devido a próxima geração de turbinas eólicas serem cada vez mais esbeltas, e tendo em vista que os carregamentos dinâmicos em turbinas offshore têm a tendência de serem expressivos devido às maiores velocidades do vento e à ação das ondas do mar, as torres eólicas podem experimentar vibração não lineares. Outro exemplo são os sistemas rotativos presentes no setor industrial, como compressores, turbinas, motores e diversos outros. As vibrações, que são inerentes a esses sistemas, sejam por amplitudes excessivas ou por sua repetitividade, podem ser extremamente prejudicais ao sistema, podendo gerar falhas, perda de desempenho ou inviabilizar a operação do equipamento. A presença de não-linearidades pode agravar a situação por acarretar vibrações não esperadas considerando a análise clássica de sistemas lineares. Este projeto propõe o desenvolvimento de pesquisa em dinâmica não-linear, incluindo modelagem, análise dinâmica e controle, vislumbrando aplicações em turbinas eólicas e sistemas rotativos. Nessas duas temáticas, o estudo será realizado de forma mais abrangente, incluindo modelagem, análise dinâmica e controle. No que diz respeito ao controle ativo, pretende-se analisar o desempenho da combinação de técnicas de controle de caos, propor modificações em métodos existentes e realizar a implementação experimental
- Coordenadora: Aline Souza de Paula (UnB).
- Membros envolvidos: Giuseppe Vairo (Universidade de Roma Tor Vergata), Celso Pesce (USP), Guilherme Franzini (USP), Gino Colheirinhas (UFG), Laís Bittencourt Visnadi (UnB), André Albuquerque Thomas e Brandão (UnB), Filipe Eduard Leite Ossege (UnB), Nícolas da Silva Dias (UnB), Vinicius Gabriel Peixoto Borges (UnB), Lucas Resende (UnB), Jaylson Marques Lyra (UnB), Pedro Felipe de Araújo Altonian (UnB).
- Financiador: CNPq.
Dinâmica não-linear e controle de biossistemas
Resumo
A bioinspiração é uma filosofia de projeto que usa a natureza como fonte de inspiração, tendo crescido nos últimos anos e apresentado grande repercussão na concepção de sistemas mecânicos e estruturais inovadores. Este projeto de pesquisa propõe investigar a dinâmica não-linear e o controle de biosistemas. A bioinspiração e a perspectiva dinâmica não-linear são os principais aspectos motivadores para conceber sistemas inovadores para diversas aplicações. Aspectos científicos e tecnológicos são explorados tratando da modelagem, simulação, experimentação de sistemas mecânicos e biomecânicos. Temas como a dinâmica não-linear, caos, controle, e procedimentos numéricos são investigados vislumbrando aplicações em estruturas em geral e em aplicações biomédicas. O controle de sistemas cardíacos e a colheita de energia mecânica são alguns temas específicos que serão investigados. Este projeto de pesquisa visa promover e consolidar uma cooperação científica internacional entre a Universidade de Turku (Finlândia) e Universidades Brasileiras, tendo a Universidade Federal do Rio de Janeiro (COPPE Engenharia Mecânica Centro de Mecânica Não-Linear) como sede no Brasil.
- Coordenador: Marcelo Savi (UFRJ)
- Membros envolvidos: Wallace Bessa (University of Turku), Aline Souza de Paula (UnB), Sergio Oliveira (CEFET/RJ).
- Financiador: CNPq.
- Cooperação internacional: University of Turku (Finlândia).
Análise e atenuação de vibrações em sistemas rotativos na presença de não-linearidade
Resumo
Vibrações torcionais são inerentes a diversos sistemas rotativos presentes no setor industrial, como compressores, turbinas, motores e diversos outros. Essas vibrações, sejam por amplitudes excessivas ou por sua repetitividade, podem ser extremamente prejudicais ao sistema, podendo gerar falhas, perda de desempenho ou inviabilizar a operação do equipamento. A presença de não-linearidades pode agravar a situação por acarretar vibrações não esperadas considerando a análise clássica de sistemas lineares, comumente aplicadas na indústria. Neste projeto, dois sistemas rotativos são investigados visando avaliar as situações críticas de operação, sobretudo as ocasionadas por não-linearidades. O primeiro sistema consiste no eixo de um compressor alternativo. Nesse caso, as não-linearidades são inerentes à dinâmica do sistema tendo em vista uma inércia que varia com a rotação. O estudo desse sistema é motivado por um problema industrial que resultou na parada do equipamento devido a vibrações excessivas em frequências não-excitadas. Esse fenômeno só pode ser explicado devido a presença de não-linearidades. O segundo sistema consiste no sistema de transmissão eletromecânico de uma turbina eólica. Nesse caso, as não-linearidades surgem devido ao desgaste de componentes que geram folgas excessivas no engrenamento. Pretende-se avaliar de que forma as vibrações torcionais ocasionadas por essas falhas comprometem a qualidade de energia gerada. A análise desses dois sistemas é voltada para o entendimento dos fenômenos provenientes da presença de não-linearidade que afetam o funcionamento adequado dos equipamentos. Esses fenômenos muitas vezes não podem ser evitados, tornando-se importante formas de atenuar essas vibrações. Desta forma, neste projeto propõe-se ainda a utilização de metamateriais (ressonadores periódicos) para atenuar vibrações em rotores. Tem-se como objetivo aplicar metamateriais não-lineares para redução de vibrações que possuam desempenho superior aos lineares.
- Coordenadora: Aline Souza de Paula (UnB).
- Membros envolvidos: André Albuquerque Thomas e Brandão (UnB), Tiago José de Menezes Cardoso (UnB), Nícolas da Silva Dias (UnB).
- Financiador: FAPDF.
Meninas Velozes
Resumo
O projeto Meninas Velozes foi iniciado no início de 2013 sendo estruturado em três eixos: Equidade de gênero e social, fortalecimento de base acadêmica e motivação para a área das engenharias. Atualmente o grupo possui também duas linhas de trabalho que se complementam: (i) Aspectos em Ciências, Tecnologias, Engenharia e Matemática (STEM); (ii) Aspectos psicossociais. O projeto tem por objetivo motivar jovens mulheres de escola pública de ensino médio, de região de baixo índice de desenvolvimento do DF a continuarem seus estudos, optando por carreiras na área de exatas ou, pelo menos, abrindo-lhes a possibilidade de considerarem a realização de um curso de nível superior. São articuladas atividades com apoio de estudantes de graduação, envolvendo também pesquisa, extensão e ensino. São utilizadas metodologias ativas de aprendizagem, explorando conceitos relacionados a diferentes engenharias, bem como sensibilizações nos temas das desigualdades de gênero, raça, classe e juventude no país e no DF.
- Coordenador: Dianne Magalhães Viana (UnB).
- Membros envolvidos: Aline de Paula (UnB), Déborah Oliveira (UnB), Maura Shzu (UnB), Simone Lisniowski (UnB) e alunas de graduação de diversos cursos da UnB.
- Financiador: FAPDF, CNPq e UnB.