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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.3.2008.tde-13112008-164032
Document
Author
Full name
Flávio José Aguiar Soares
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2008
Supervisor
Committee
González Lima, Raúl (President)
Benítez Barrios, Daniel
Lopes, José Augusto
Ortiz, Jayme Pinto
Silva, Emílio Carlos Nelli
Title in Portuguese
Metodologia de projeto de bomba dinâmica por lâmina ondulante.
Keywords in Portuguese
Bioengenharia
Bombas dinâmicas
Controle de estruturas flexíveis
Abstract in Portuguese
Neste trabalho é apresentada uma metodologia de projeto de bomba dinâmica por lâmina ondulante. Um algoritmo permite determinar variáveis de projeto da bomba que maximizem a eficiência energética. A bomba consiste em um canal de seção transversal quadrada, dentro do qual há uma lâmina flexível, articulada nas extremidades. Impõe-se deformação transversal nessa lâmina. A deformação deve ter forma senoidal que se propaga ao longo da lâmina. A amplitude e a freqüência de oscilação são controladas. Os campos de pressão e velocidade no canal foram estimados por simulação numérica, uma vez que não é possível obter uma solução analítica. O Método dos Elementos Finitos foi empregado para resolver a equação de Navier-Stokes. O movimento da lâmina foi representado através do conceito de fronteiras virtuais móveis. Uma vez obtidos os campos de pressão e velocidade, calcula-se a eficiência energética para avaliar quais variáveis de projeto geram maior eficiência energética. Doze atuadores eletromagnéticos aplicam forças a lâmina. O estado da lâmina é observado por cinco sensores de posição capacitivos. O comprimento da lâmina, a largura da lâmina, amplitude das oscilações, a freqüência das oscilações, altura do canal e largura do canal são variáveis de projeto. Uma tabela que relaciona variáveis de projeto e eficiência mecânica foi calculada. Os resultados de simulação numérica indicam que é possível obter eficiência energética média da ordem de 20%. Resultados experimentais mostram o escoamento na saída da bomba. Este escoamento ocorre por golfadas em lados alternados da lâmina ondulatória.
Title in English
Methodology design of dynamics pumps by ondulatory blade.
Keywords in English
Bioengineering
Control of flexible structures
Dynamics pumps
Abstract in English
In the present work a design methodology of ondulatory pumps is proposed. An algorithm determines the design variables which maximize energy efficiency. The pump consists of a channel, with square transversal area, and a flexible blade hinged at its extremities. A sinusoidal transversal deformation is imposed by electromagnetic forces. The transversal deformation have sinusoidal shape and propagates along the channel, it resembles the movement of anguiliform fishes. The amplitude and frequency of oscillations are controled. The pressure and velocity fields in the channel are computed by numerical simulations since analytical solutions are not possible. The Finite Elements Method is used to solve the Navier-Stokes equations. The blade movement is represented through the concept of virtual moving boundaries. Once the pressure and velocity fields are computed, the mechanical efficiency of the pump is computed to determine which set of design parameters generates higher energy efficiency. Twelve electromagnetic actuators apply forces on the blade. The state of the blade is observed by five capacitive position sensors. Amplitude of oscillations and frequency of oscillations are design variables. A map from design variables space to efficiency was computed. The results from numerical simulations suggest that it is possible to generate energy efficiency close to 20%.Experimental results show the flow at the outlet of the pump. The flow is more intense on alternate sides of the ondulatory beam.
 
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Publishing Date
2008-11-28
 
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