Engenharia Mecânica (Belo Horizonte - Nova Gameleira)

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Navegando Engenharia Mecânica (Belo Horizonte - Nova Gameleira) por Autor "Barbieri, Paulo Eduardo Lopes"

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    Análise de correlações para cálculo do coeficiente convectivo em trocadores de calor geotérmico
    (Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2026-06-15) Araújo, Pedro Augusto Passos; Paulino, Tiago de Freitas; Barbieri, Paulo Eduardo Lopes; http://lattes.cnpq.br/9989399943912374; http://lattes.cnpq.br/6949861152810464; Paulino, Tiago de Freitas; Barbieri, Paulo Eduardo Lopes; Ferreira, André Guimarães; Guzzo, Márcio Expedito
    O aumento da demanda por sistemas de condicionamento de ar em regiões de clima tropical tem impulsionado o desenvolvimento de alternativas energeticamente mais eficientes para rejeição de calor em edificações. Nesse contexto, os trocadores de calor geotérmicos destacam-se como alternativa promissora aos sistemas convencionais com condensação a ar, devido à estabilidade térmica do solo e ao potencial de redução do consumo energético. O presente trabalho teve como objetivo dimensionar um trocador de calor geotérmico aplicado a um sistema de climatização por meio da análise comparativa de diferentes correlações convectivas internas utilizadas na estimativa da transferência de calor turbulenta. Para isso, foi desenvolvido um modelo matemático em linguagem Python 3.12 utilizando as bibliotecas CoolProp e HT, permitindo a avaliação de 22 correlações convectivas disponíveis na literatura técnica. O procedimento de cálculo envolveu a determinação das propriedades termofísicas dos fluidos, o cálculo dos números adimensionais de Reynolds e Nusselt, do coeficiente convectivo interno e da temperatura de saída do fluido. Os resultados demonstraram predominância de escoamento turbulento em todas as condições analisadas, com número de Reynolds variando entre 7654 e 14610. Observou-se elevada influência da correlação convectiva sobre os valores do número de Nusselt, cujas médias variaram entre 22,73 e 421,41. A avaliação estatística foi realizada por meio do desvio médio absoluto (MAD), desvio médio (MD) e erro percentual médio (MPE), comparando os resultados calculados com dados experimentais de referência. Entre as correlações avaliadas, a correlação de Nunner apresentou o melhor desempenho estatístico global, com MAD de 0,4292 °C e MPE de -1,8332%, enquanto a correlação de Webb apresentou o segundo melhor ajuste aos dados experimentais, com MAD de 0,7494 °C e MPE de -3,2759%. Em contraste, a correlação Dipprey–Sabersky apresentou os maiores desvios, com MAD de 1,1898 °C e MPE de -5,2044%. Os resultados evidenciaram elevada sensibilidade do modelo térmico à formulação convectiva empregada, demonstrando que a seleção adequada da correlação exerce influência direta sobre a precisão das previsões térmicas e sobre o dimensionamento de trocadores de calor geotérmicos aplicados à climatização de ambientes em regiões de clima tropical.
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    Análise térmica e eficiência energética de uma autoclave industrial
    (Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2026-06-18) Machado, Carlos Eduardo; Souza, José Leôncio Fonseca de; http://lattes.cnpq.br/0976210016960340; Souza, José Leôncio Fonseca de; Lima, Frederico Romagnoli Silveira; Barbieri, Paulo Eduardo Lopes
    Este Trabalho de Conclusão de Curso apresenta o desenvolvimento e a validação de um modelo térmico numérico tridimensional por Elementos Finitos (MEF) no software COMSOL Multiphysics 5.0, com o objetivo de analisar a distribuição energética de uma autoclave industrial Getinge modelo 6710 no seu platô de esterilização. A pesquisa foca em mapear os mecanismos de transferência de calor para o ambiente e avaliar o desempenho do sistema original de isolamento composto (lã de vidro e lã de rocha). A metodologia envolveu a simplificação geométrica do equipamento, a aplicação de condições de contorno de convecção natural e radiação, e a execução de testes de convergência de malha, sendo validada qualitativamente por medições, demonstrando excelente concordância e confirmando a robustez do modelo. O estudo identificou as regiões críticas de maior dissipação térmica devido à exposição de área superficial e comprovou a eficácia das camadas isolantes em reter o calor, permitindo concluir que o isolamento composto foi adequadamente dimensionado para o processo sob a ótica da conservação de energia.
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    Auditoria energética em uma padaria de pequeno porte
    (Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2026-06-18) Graçano, Pedro Henrique Vieira; Lima, Frederico Romagnoli Silveira; http://lattes.cnpq.br/5446350175411464; http://lattes.cnpq.br/1334426878737212; Lima, Frederico Romagnoli Silveira; Barbieri, Paulo Eduardo Lopes; Silva, Wesley Cecílio
    O consumo eficiente de energia elétrica é uma das estratégias para o aumento da competitividade industrial e comercial no cenário de transição energética e altos custos tarifários no Brasil. Este trabalho apresenta o diagnóstico e a proposta de soluções para a redução do consumo de energia elétrica na Padaria Sr Paulino, um estabelecimento comercial de pequeno porte localizado em Belo Horizonte, Minas Gerais, com consumo médio de 3.567,4 kWh/mês. A metodologia fundamentou-se nas diretrizes da norma ISO 50002:2014, adaptadas para a condução da auditoria no estabelecimento, englobando medições de campo de parâmetros elétricos e térmicos dos sistemas de iluminação, força motriz, cocção e refrigeração. Os resultados apontaram que o forno de lastro elétrico e os sistemas de refrigeração são os principais consumidores, correspondendo a 53% e 32% do consumo total do estabelecimento, respectivamente. A avaliação de desempenho indicou ineficiência por perdas na porta do forno e obsolescência nos controles de temperatura, disparidade de desempenho entre os equipamentos ativos de refrigeração, além de um subdimensionamento nos níveis de iluminância nas áreas de produção de alimentos. Como proposta para mitigação, elaborou-se um portfólio integrado de intervenções composto por: readequação iluminotécnica por meio de lâmpadas LED de alta potência (LED High Power); reforço do isolamento térmico da porta do forno com manta de lã de rocha de alta densidade; instalação de controle digital de temperatura com lógica proporcional-integral-derivativa (PID) associado a uma chave estática e substituição dos refrigeradores por modelos comerciais mais eficientes. A análise de viabilidade econômica do portfólio integrado para o horizonte de 5 anos indicou um investimento inicial total (CAPEX) de R$ 11.965,00 tempo de retorno de capital (payback simples) de 1,7 anos, Valor Presente Líquido (VPL) de R$ 11.677,99 e uma Taxa Interna de Retorno (TIR) de 51,98% ao ano, concluindo pela viabilidade técnica e financeira das ações propostas.
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    Projeto de climatização e renovação de ar: dimensionamento e projeto executivo de climatização utilizando sistema VRF para a biblioteca do Campus Nova Gameleira do CEFET-MG
    (Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2026-06-15) Lima, Gabriel Andrade; Barbieri, Paulo Eduardo Lopes; http://lattes.cnpq.br/9989399943912374; http://lattes.cnpq.br/6241708046666989; Barbieri, Paulo Eduardo Lopes; Ribeiro, Etienne Lima; Lima, Frederico Romagnoli Silveira; Paulino, Tiago de Freitas
    Este trabalho apresenta o projeto executivo de climatização e renovação de ar para a biblioteca do Campus Nova Gameleira do Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais (CEFET-MG), edificação de uso institucional intenso que opera atualmente sem qualquer sistema de climatização instalado. O objetivo geral foi desenvolver o projeto contemplando o dimensionamento da carga térmica, a seleção do sistema de Volume de Refrigerante Variável (VRF), o dimensionamento do sistema dedicado de renovação de ar (DOAS) e a elaboração das plantas técnicas, visando garantir o conforto térmico e a qualidade do ar interior dos ambientes. O cálculo da carga térmica foi realizado pelo software HAP 6.2 da Carrier, com base no método Heat Balance Method (HBM) da ASHRAE, e resultou em uma carga total de resfriamento de 142,8 kW (40,6 TR), com pico em janeiro às 17 horas. A cobertura sem isolamento respondeu por 31,1% da carga sensível total, evidenciando o impacto da envoltória antiga sobre a demanda energética. O sistema VRF Midea V8 220V foi selecionado por meio do software Midea MCSSP, composto por duas unidades condensadoras combinadas (50 HP / 140 kW) e 19 unidades evaporadoras (13 cassetes de 4 vias e 6 mini cassetes), com taxa de combinação de 124,79% e EER de 3,88 kW/kW. O sistema DOAS foi dimensionado pelo método VRP da ASHRAE 62.1-2022 e dividido em duas máquinas independentes (MAQ-01 e MAQ-02), totalizando vazão de 917 L/s. Os dutos foram especificados em painéis MPU (alumínio pré-isolado com poliuretano), dimensionados pelo método da perda de carga constante. O orçamento total do projeto resultou em R$ 435.746,08, correspondendo a R$ 471,43/m² de área climatizada. Concluiu-se que o sistema VRF associado a DOAS constitui a solução técnica mais adequada para a edificação, tendo em vista a inviabilidade de instalação de chiller e os benefícios de eficiência energética em cargas parciais e controle individualizado por zona.