Projeto, Fabricação e Caracterização de uma Bomba Tesla
DOI:
https://doi.org/10.11606/issn.2526-8260.mecatrone.2018.143554Palavras-chave:
Bombas centrífugas, Dinâmica dos fluidos (Simulação), Método dos elementos finitos, Métodos topológicos (Otimização)Resumo
Dispositivos Tesla são compostos de discos rotativos (sem palhetas) que funcionam por efeito da camada limite (i.e., por forças de atrito viscoso atuando no fluido e efeito Coandă). Segundo esse princípio de funcionamento, o fluxo resulta contínuo e não pulsátil. O objetivo deste projeto é projetar, fabricar e caracterizar uma bomba Tesla visando melhorar eficiência e potência. A bomba Tesla tem várias aplicações, porém a eficiência de seu funcionamento é consideravelmente baixa, o que abre espaço para otimização do seu projeto. Este projeto é realizado por meio de otimização do rotor e da voluta da bomba Tesla para operação com um fluido newtoniano em escoamento laminar. O funcionamento da bomba Tesla é simulado usando o Método de Elementos Finitos na plataforma FEniCS e validado com o software ANSYS® CFX. A otimização topológica é implementada na plataforma FEniCS utilizando-se a biblioteca dolfin-adjoint no cálculo de sensibilidades (derivadas) e o algoritmo IPOPT para otimização. São fabricados e caracterizados experimentalmente dois protótipos: um protótipo de bomba Tesla usando CDs (discos de policarbonato usados para armazenamento digital de dados) como os discos do rotor, com o espaçamento otimizado por análise paramétrica; e um protótipo projetado pelo método de otimização topológica (fabricado por meio de manufatura aditiva).
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