Trabalhos de Conclusão
Este trabalho apresenta o projeto e análise computacional de um motor elétrico do tipo BLDC (Brushless DC) de 5 HP (3,73 kW) desenvolvido para aplicações em veículos elétricos de médio porte, como bicicletas, motocicletas, pequenas embarcações e veículos urbanos leves. A pesquisa foi motivada pela necessidade de reduzir as emissões de gases de efeito estufa provenientes do setor de transportes, que no Brasil atingiram 214,3 Mt CO2-eq em 2024. Utilizando o Método dos Elementos Finitos no software Ansys Motor-CAD, foram comparados dois materiais magnéticos para o núcleo do motor: o aço de alta performance JFE 10JNEX900 e o aço silício convencional M250-35A. Os resultados demonstraram que o motor pode atingir até 97% de eficiência energética em sua faixa ótima de operação (3000 rpm e 12 Nm). O material JFE 10JNEX900 apresentou menores perdas no núcleo (180,05 W contra 184,8 W) e melhor estabilidade térmica, enquanto o M250-35A mostrou torque 2,8% superior. A configuração construtiva adotada (24 ranhuras no estator, 8 polos no rotor e enrolamento tipo DLRK) proporcionou redução de 22% nas perdas por corrente alternada. O estudo evidencia que motores BLDC, aliados à seleção criteriosa de materiais, representam uma alternativa viável e sustentável para a eletrificação de sistemas de transporte, contribuindo significativamente para a mitigação das mudanças climáticas.
A transformação digital da indústria tem ampliado a demanda por profissionais capazes de atuar com modelagem, simulação e processamento intensivo de dados, o que torna a Computação de Alto Desempenho (HPC) uma competência estratégica na formação em Engenharia. Entretanto, o alto custo de infraestrutura e a limitação de recursos em instituições de ensino dificultam o acesso a ambientes clusterizados e ao desenvolvimento prático dessas habilidades. Nesse contexto, este Trabalho de Curso apresenta a construção de um cluster de baixo custo utilizando TV Boxes oriundas de apreensões da Receita Federal no combate à pirataria, reaproveitadas após processo de descaracterização. O desenvolvimento contemplou a implantação de um Linux embarcado compatível com arquitetura ARM, por meio da geração de uma imagem híbrida baseada em Armbian com a distribuição Debian 11, ajustes de boot e recuperação de firmwares e bibliotecas do Android via UART para garantir suporte ao hardware. Em seguida, implementou-se a arquitetura do cluster com Head Node e Compute Nodes, com compartilhamento de arquivos via NFS e gerenciamento de filas e carga de trabalho por OpenPBS. Para aumentar compatibilidade e portabilidade desses sistemas com arquitetura AArch64, aplicações de simulação multifísica como ElmerFEM e OpenFOAM foram disponibilizadas de forma conteinerizada via Apptainer, permitindo execução distribuída e reprodução de um fluxo típico de HPC. Como resultado, o cluster se consolida como ferramenta didática para democratizar o ensino de computação de alto desempenho, aproximando os discentes de práticas reais de escalonamento, paralelismo e imulação numérica.
O fenômeno da Magnetohidrodinâmica (MHD) consiste na interação que o escoamento de um fluido condutor tem com um campo magnético externos, alterando desta forma o valor de ambos e demostrando uma relação entre os fenômenos de dinâmica dos fluidos e eletromagnéticos. O estudo desse fenômeno se deu inicialmente durante o século XX com os trabalhos de Alfvén e Hartmman, e vem sendo amplamente utilizado tanto no meio industrial, como na metalurgia e mineração, quanto no meio acadêmico, no estudo de nanofluidos e no Estudo de equipamentos elétricos isolados a gás. Devido ser baseados na equação de Navier-Stokes e das equações de Maxwell, o fenômeno de MHD não possuindo, desta forma, uma solução analítica dificultando assim o seu ensino. Neste contexto, foi desenvolvido uma Bancada Didática de MHD, com ferramenta para simular e demostrar o comportamento da magnetohidrodinâmica de uma forma mais lúdica para alunos e professores. Desta forma, a bancada foi dividida em dois sistemas diferentes. Sendo o primeiro, o sistema hidráulico, composto por um duto de acrílico responsável pelo escoamento do fluido condutor que será estudado, e por dois imãs de neodimel de 1.4T posicionados nas laterais do duto, gerando desta forma um campo magnético externo para interagir com o fluido, o sistema também é composto por uma bomba d’água para o bombeamento do fluido. O segundo sistema da bancada é o sistema eletrônico, composto por quatro sensores, sendo dois sensores de fluxo, para medição da velocidade, e dois sensores de efeito hall, responsáveis por medir a variação de densidade de fluxo magnético, estes sensores são conectados a uma ESP-32, que utiliza tecnologia IoT (Internet of Things) para apresentar em um dashboard apresentando os dados lidos nos sensores, atualizados em tempo real, com o intuído de demostrar de maneira mais prática o comportamento de MHD. Com o intuído de validar o funcionamento da bancada foram realizados experimentos com duas soluções diferentes utilizando em uma NaCl e CH3COONa em outra, foram realizadas ainda simulações computacionais por meio do Métodos de Volumes Finitos no software OpenFoam, para comparar os dados de velocidade e de densidade de fluxo magnético obtidos durante os experimentos na bancada. Com os resultados obtidos foi possível observar que a Bancada Didática de MHD é capaz de representar o fenômeno de Magnetohidrodinâmica de uma maneira mais didática, possibilitando desta forma a sua utilização como uma ferramenta de ensino. Palavras-chave: Magnetohidrodinâmica, Simulação Computacional, ESP-32, Volumes Finitos, CFD.