Bruno Souza Carmo.

O Projeto Jupiter é um grupo de alunos da Escola Politécnica da USP dedicada ao estudo e desenvolvimento de mini foguetes.

Este projeto de pesquisa é um esforço multi-institucional, com coordenação da USP e participação de pesquisadores da UFPA, UFSCar, UFRN e Unicamp, cujo objetivo é desenvolver algoritmos baseados em elementos finitos e diferenças finitas, implementados em softwares de linguagem específica de domínio altamente eficientes, para executar a inversão completa da forma de onda (FWI) com base na modelagem de onda viscoelástica isotrópica transversal inclinada (TTI). Para atingir esse objetivo, a equipe trabalhará primeiro na construção de algoritmos para propagação de ondas viscoelásticas TTI tridimensionais para serem executados com eficiência no hardware GPGPU. Em seguida, serão abordados aspectos relacionados com a melhoria da precisão e do desempenho, mais especificamente a implementação de condições de contorno absorventes, representação correta da injeção de fontes e receptores, esquemas otimizados de discretização espacial e temporal e acoplamento mimético entre solucionadores elásticos e acústicos. Na sequência, o problema de inversão sísmica será tratado desenvolvendo algoritmos de otimização, automatizando o cálculo de gradientes e desenvolvendo técnicas robustas para inversão multiparamétrica e inversão orientada ao alvo. O projeto será desenvolvido em três frentes: a frente A explorará a discretização por diferenças finitas usando o software Devito, a frente B focará na discretização de elementos finitos de alta ordem usando o software spyro, e a frente C será dedicada ao desenvolvimento de algoritmos robustos de FWI elástica. As frentes A e B serão desenvolvidas em duas fases: a fase 1 será dedicada à construção dos modelos numéricos para propagação direta precisa e eficiente, e na fase 2 a equipe construirá algoritmos FWI, incorporando os desenvolvimentos da frente C no Devito e spyro. Os principais aspectos que permearão toda a cadeia de desenvolvimento são abstração, automatização, desenvolvimento em camadas, flexibilidade, portabilidade, desempenho e integração.

O objetivo principal deste projeto, cuja executora é a Universidade de São Paulo (USP), é prover a infraestrutura computacional necessária para o desenvolvimento de um conjunto de tecnologias de software para simulação numérica e solução de problemas de inversão, com foco específico em aplicações em processamento sísmico. Esta infraestrutura consiste em equipamentos de alto desempenho a serem instalados na USP. Os equipamentos são dois servidores DGX, cada um com 8 placas GPGPUs de altíssimo desempenho, modelo H100, com 80 GB de memória RAM, um switch adequado para a conexão dos mesmos a um cluster de pesquisa já existente, 6 HDDs de 20 TB para armazenamento de dados, fontes de alimentação para reativar um switch e dois nós computacionais existentes, e uma estação de trabalho (workstations) para desenvolvimento, execução de testes de tamanho pequeno e médio, e visualização de resultados, equipada com nobreak. Todos os computadores estarão ligados em rede e poderão ser utilizados de forma remota por pesquisadores da USP e por colaboradores externos.

O princípio de operação de um separador supersônico de CO2 é baseado no resfriamento do gás natural em um escoamento supersônico rotativo. O regime supersônico é alcançado dentro de um bocal convergente-divergente. Dentro do bocal, o gás atinge velocidades supersônicas e um resfriamento abrupto do gás resulta da conversão de energia interna em energia cinética. Por causa desse resfriamento, os componentes com maior ponto de condensação ou ressublimação mudam sua fase para líquido ou sólido, respectivamente, e, portanto, experimentam um rápido aumento na massa específico.Devido à rotação no escoamento, esses componentes se movem para a parte externa da seção do bocal como efeito da força centrífuga, e podem ser separados da corrente principal mais a jusante.Estes dispositivos funcionam bem para processar gases com altos teores de CO2, e que estejam em pressões elevadas e temperaturas não muito altas, como é o caso das reservas de gás natural do pré-sal. Outras vantagens importantes são a baixa potência de compressão requerida, tamanho compacto, ausência de partes móveis, baixa manutenção e ausência de reações químicas. Além desses, o CO2 na saída está na fase líquida ou sólida, não sendo necessário gastar energia para comprimi-lo para reinjeção em cavernas ou outros reservatórios geológicos de armazenamento.Todavia, o principal problema com esses dispositivos é que eles funcionam bem apenas em condições muito específicas, ou seja, eles não são robustos no que diz respeito à variação dos parâmetros operacionais. O principal objetivo deste projeto de pesquisa é enfrentar esta limitação, projetando um dispositivo ou sistema que seja capaz de lidar com a variação dos parâmetros operacionais, levando à robustez e aumentando a aplicabilidade desta tecnologia. Vislumbramos muitas outras oportunidades de empregar essa tecnologia além da produção de gás offshore, por exemplo, atualização de biogás e outros processos de tratamento de gás.A equipe deste projeto já tem vasta experiência no estudo deste dispositivo, tendo desenvolvido modelos multifísicos de simulação numérica, aplicado técnicas de otimização e construído uma bancada experimental especificamente para realizar testes em modelos reduzidos. Estes desenvolvimentos foram resultados dos projetos ANP já concluídos, 20252-3 Desenvolvimento de Separadores Supersônicos de Gases: Otimização, Simulação Numérica e Ensaios; e 20150-9 Laboratório para Ensaios de Separadores Supersônicos de Gases Infraestrutura. Nesta nova etapa deste esforço, objetiva-se avançar no projeto, modelagem e simulação de um dispositivo controlável, também focando nos aspectos de monitoramento, atuação e sistema de controle. A expectativa é que o produto resultante deste esforço possa ser lançado comercialmente muito pouco tempo depois da conclusão do projeto.Além do separador supersônico, este projeto desenvolverá um outro equipamento de separação - destilador submarino na forma de tubulação espiral. Este equipamento fará uso da água do oceano, que a grandes profundidades está a uma temperatura de 4 C, como sorvedouro térmico para chegar a condições nas quais o CO2 se torna líquido enquanto o CH4 permanece gasoso.Ajustando as vazões no equipamento e utilizando a força da gravidade atuando na tubulação em espiral na vertical, é possível separar os dois componentes. Estudaremos processos de separação em batelada e em regime permanente, analisando o desempenho e robustez de cada um deles.Os dois processos têm pontos em comum, como a liquefação do CO2, mas também algumas características bastante distintas. O objetivo final deste projeto é desenhar um sistema que utilize ambas as tecnologias da forma mais eficiente, e que, combinadas, resultem numa solução de captura de CO2 do gás natural que seja robusta e eficaz.

A otimização topológica em estruturas enfrenta sérios desafios quando aplicada a problemas de interação fluido-estrutura. Propomos desenvolver pesquisa de base para otimização topológica desses problemas com aplicações em importantes sistemas de engenharia, como pontes sob vibração induzida por escoamento. O principal produto desta pesquisa é produzir uma plataforma de otimização topológica tridimensional (3D) que resultem em novos conhecimentos sobre o projeto de sistemas fluido-estrutura. Os desafios incluem a incorporação de uma ferramenta de suavização de geometria 3D na plataforma de otimização, as muitas variáveis de otimização envolvidas no problema 3D e a formulação adequada de restrições de ressonância. O solver de otimização será baseado em programação linear inteira sequencial. A estrutura será modelada com elasticidade linear e não linear, enquanto o fluido será governado pelas equações RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) e um modelo de turbulência escolhido, como por exemplo, o k-omega SST. As equações governantes serão resolvidas com o Método dos Elementos Finitos (MEF). O método de otimização será baseado na separação das malhas de otimização e de análise (MEF) para redução do custo computacional e resolução de problemas 3D em grande escala. Os graus necessários de refinamento das duas malhas serão alvo de investigação.

Este projeto de pesquisa visa aprimorar o aproveitamento do recurso eólico ao atingir os seguintes objetivos: (i) produção de ferramentas de inteligência artificial (IA) para caracterizar os desvios entre previsão e geração, identificando as prováveis causas, (ii) produção de ferramentas de IA para o diagnóstico e prognóstico de falhas mecânicas e elétricas e desenvolvimento de filosofia avançada de manutenção preditiva, (iii) produção de ferramentas de IA que permitam identificar e classificar avarias nas superfícies das pás de aerogeradores a partir do processamento de imagens capturadas em campo, e (iv) atualização dos modelos de conversão de energia com as ferramentas e conhecimentos decorrentes dos objetivos anteriores. Os produtos finais deste projeto serão um conjunto de metodologias e softwares, testados, validados e prontos para serem utilizados. Eles terão o potencial de gerar impacto significativo para o negócio pois, ao mapear falhas de aerogeradores e respectivas causas, possibilitarão a implementação de procedimentos de operação e manutenção mais eficientes, que levarão a um aumento do fator de capacidade, da eficiência energética e da vida útil dos ativos de parques eólicos. Dentre os objetivos específicos está a avaliação do arcabouço regulatório e a previsão de perda de receita para intervalos e frequências de falhas e de manutenção, bem como o impacto do aumento de disponibilidade na receita do parque. Assim, este projeto dará o diagnóstico e apresentará formas de aumentar a receita do negócio geração de energia eólica de forma integrada, agilizando as tomadas de decisões. O trabalho proposto está na fronteira do conhecimento da aplicação de modelagem e simulação computacionais, big data e inteligência artificial ao setor de energia eólica, ao utilizar técnicas que estão atualmente sendo estabelecidas na comunidade acadêmica e técnica e utilizando um conjunto de dados global de monitoramento que está será construído na indústria, e possibilita uma miríade de aplicações que começa a ser explorada. A aplicação na divisão de operação e manutenção é imediata, com ganhos a serem realizados no curto e no médio prazo. São desenvolvimentos relevantes para empresas de energia, que aumentam a lucratividade do negócio, mas também trazem benefícios para a sociedade em geral, ao aumentar a segurança energética e diminuir o custo de uma fonte de geração limpa. Desde a sua concepção, os produtos deste projeto serão desenhados para grande escala, tomando como premissa que serão monitorados simultaneamente centenas de aerogeradores. Isto facilita um retorno financeiro muito favorável, já que uma troca de componente de grandes dimensões de um único aerogerador tem custo da ordem de milhões de reais. Os custos deste projeto serão compensados se três ou quatro quebras forem evitadas ao longo dos próximos anos, sem contar os ganhos de produtividade e economias na operação do parque. Isto mostra que o projeto tem excelente razoabilidade de custos.

Projeto que visa a criação de ferramentas computacionais que auxiliem no projeto de cabos umbilicais.

Este projeto tem como um de seus objetivos a estruturação de um laboratório multidisciplinar para pesquisa e desenvolvimento de sistemas de geração eólica offshore. Esse laboratório será sediado na Escola Politécnica da USP, integrando competências de pesquisadores das engenharias naval, mecânica e elétrica, que já desenvolvem pesquisas no tema, além da Professora Katherine Dykes (DTU-Dinamarca) e de pesquisadores da UFABC.

O projeto tem como principal objetivo desenvolver duas concepc#807;o#771;es de sistemas flutuantes para gerac#807;a#771;o de energia eo#769;lica no mar (FOWTs - do ingle#770;s "Floating Offshore Wind Turbines"); o primeiro destinado a operar em a#769;guas de profundidade intermedia#769;ria (entre 300m e 500m) e o segundo conceito para operac#807;a#771;o em a#769;guas profundas (na faixa dos 2000m de lda). Ambos os conceitos servira#771;o para gerar energia limpa para a alimentac#807;a#771;o de sistemas submarinos e/ou UEPs pro#769;ximas: O cena#769;rio de aplicac#807;a#771;o previsto para o sistema de a#769;guas intermedia#769;rias consiste na alimentac#807;a#771;o de sistemas submarinos de injec#807;a#771;o de a#769;gua em reservato#769;rios (os sistemas RWI - Raw Water Injection), com uma previsa#771;o de pote#770;ncia em torno de 5MW. Ja#769; para o conceito de a#769;guas profundas, o objetivo previsto e#769; o de alimentar sistemas submarinos e/ou unidades flutuantes de produc#807;a#771;o pro#769;ximas, contribuindo assim para reduzir a pote#770;ncia gerada na pro#769;pria plataforma. A pote#770;ncia prevista para este sistema gira em torno de 12MW. Se viabilizados os conceitos, os benefi#769;cios decorrentes de suas aplicac#807;o#771;es sa#771;o claras: a produc#807;a#771;o de energia limpa e renova#769;vel capaz de atender, total ou parcialmente, a elevada demanda energe#769;tica de UEPs e sistemas submarinos para produc#807;a#771;o de o#769;leo e ga#769;s. E#769; importante destacar que se trata de um desenvolvimento na fronteira tecnolo#769;gica deste tipo de sistema de gerac#807;a#771;o de energia renova#769;vel, ja#769; que as primeiras turbinas flutuantes comerciais esta#771;o em operac#807;a#771;o ha#769; muito pouco tempo, e todas se encontram instaladas em a#769;guas de profundidade relativamente baixa (menos de 200m). A viabilizac#807;a#771;o de FOWTs para a#769;guas profundas envolvera#769;, enta#771;o, desafios em termos de otimizac#807;a#771;o de cascos, sistemas de ancoragem, monitoramento, controle e manutenc#807;a#771;o. Em virtude do ineditismo da proposta, va#769;rios aspectos essenciais do projeto do sistema ocea#770;nico devera#771;o ser investigados, incluindo as alternativas de novos materiais e configurac#807;o#771;es para o sistema de ancoragem, otimizac#807;a#771;o parame#769;trica dos cascos, opc#807;o#771;es de controle do rotor, etc.Ademais, e#769; importante destacar que, uma vez que na#771;o ha#769; experie#770;ncia nacional pre#769;via de projeto, construc#807;a#771;o e testes deste tipo de sistema, a participac#807;a#771;o de especialistas estrangeiros com comprovada experie#770;ncia no projeto de FOWTs e de seus subsistemas sera#769; crucial para se promover um nivelamento do know-how relativo ao projeto de turbinas eo#769;licas flutuantes. A participac#807;a#771;o da indu#769;stria tambe#769;m sera#769; fundamental para prover dados realistas para o projeto. Nesse sentido, e#769; prevista cooperac#807;a#771;o com fabricantes de turbinas eo#769;licas e com representantes do setor de construc#807;a#771;o naval, ale#769;m do apoio da pro#769;pria Petrobras, com seu expertise em projeto, instalac#807;a#771;o e operac#807;a#771;o de sistemas de o#769;leo e ga#769;s em a#769;guas profundas. Como objetivos complementares do projeto, destacam-se o avanc#807;o de te#769;cnicas e ferramentas nume#769;ricas de auxi#769;lio para o projeto, o desenvolvimento de novos dispositivos para ensaios de turbinas em tanques de provas brasileiros, e a capacitac#807;a#771;o de pesquisadores em ni#769;vel de graduac#807;a#771;o, mestrado e doutorado.

A geração de energia a partir de fontes renováveis está se tornando mais comum e importante devido à preocupação com os impactos ambientais relacionados a outras fontes de energia, combinada com os investimentos em pesquisa e desenvolvimento que vem levando a uma redução de custos das fontes renováveis. Grande parte da energia renovável gerada no mundo é de origem eólica, e espera-se que essa parcela cresça ainda mais nos próximos anos. Apesar dos consideráveis desenvolvimentos tecnológicos em energia eólica que ocorreram nos últimos anos, ainda existem muitas questões de pesquisa em aberto, e muitas delas podem ser parcialmente ou totalmente respondidas com o auxílio de modelagem e simulação numéricas. Além disso, esses modelos numéricos podem ser empregados como ferramentas de projeto para novos equipamentos e instalações.
Neste projeto de pesquisa pretendem-se desenvolver modelos numéricos e técnicas de computação de alto desempenho modernas para apoiar a exploração sustentável da energia eólica. As atividades do projeto podem ser agrupadas em dois diferentes fluxos de trabalho. No primeiro, investigaremos fenômenos de larga escala e empregaremos a abordagem disco / linha atuador(a) para modelar as turbinas. Os principais produtos deste fluxo de trabalho serão modelos numéricos altamente precisos para investigar as interações e interferência de esteiras de turbinas eólicas, ferramentas de otimização do layout de parques eólicos e estratégias para o controle integrado ótimo de turbinas eólicas de um parque. No segundo fluxo de trabalho, desenvolveremos modelos numéricos que considerem em detalhe a geometria das pás e a flexibilidade das estruturas. Com estes modelos, faremos simulações numéricas de grandes turbinas eólicas, incluindo exemplos flutuantes em alto-mar, e desenvolveremos ferramentas de projeto para turbinas de maré e turbinas eólicas de pequeno porte. Este projeto será considerado contrapartida da FAPESP em um projeto já aprovado na iniciativa H2020 da União Europeia, focada em computação de alto desempenho (Proposta HPCWE, número SEP-210516159, chamada H2020-FETHPC-2018-2020).

A administração intratecal de medicamentos é uma opção atraente para contornar a barreira hemato-encefálica no tratamento da dor e espasticidade, apresentando maior eficácia no tratamento com redução de efeitos colaterais e melhor relação custo benefício. Todavia, não existem normas claras que guiem o melhor tipo de programação das bombas de infusão para que sejam atingidos os melhores resultados possíveis. Atualmente, a escolha dos parâmetros e modos de fluxo das bombas de infusão é realizado empiricamente, não existindo método que avalie como a dispersão dos fármacos no espaço liquórico se altera com os diferentes modos de programação. O objetivo deste estudo é usar modelagem e simulação computacionais para prever a distribuição de fármacos no espaço subaracnóideo de pacientes reais, analisando variações nas configurações de infusão. Casos representativos de pacientes com lesões no sistema nervoso central serão avaliados, bem como a dinâmica do escoamento do líquido cefalorraquidiano.

O estudo da conversão de energia cinética do vento em energia elétrica nos parques eólicos não deve ser realizado com o foco em turbinas individuais. A passagem do fluxo pela turbina gera um fenômeno complexo de queda na velocidade e aumento de turbulência, conhecido como esteira. Turbinas imersas em esteiras alheias sofrem perda de eficiência e esforços adicionais em sua estrutura. Desses fatores vem a importância do estudo aprofundado do escoamento em conjuntos de turbinas.
Não há soluções genéricas para o desenvolvimento e caracterização de esteiras em um conjunto de turbinas sobre uma plataforma offshore, devido ao problema ser em função de um alto número de parâmetros não generalizáveis. Mesmo com um alto número de ensaios já realizados em túneis de vento, os resultados existentes se mostram aquém dos desejados. O projeto visa contribuir no preenchimento dessa lacuna experimental. O ensaio realizado, a priori, será um estudo do efeito da variação de distâncias e ângulos entre três turbinas na esteira formada.

O objetivo principal do projeto STMI (do inglês, Software Technologies for Modelling and Inversion) é desenvolver um conjunto de tecnologias de software para simulação numérica e solução de problemas de inversão. Estas tecnologias serão capazes de reduzir o tempo necessário para o desenvolvimento de códigos de simulação e inversão de anos para dias. Serão desenhadas e implementadas linguagens de programação de alto nível que possibilitarão que geofísicos usem seus conhecimentos específicos de área para desenvolver e avaliar rapidamente novos algoritmos para obtenção de imagens de regiões geologicamente desafiadoras. Métodos de discretização em diferenças finitas e elementos finitos de alta ordem, que sejam otimizados para processamento sísmico, serão desenvolvidos, bem como técnicas de diferenciação automática para a geração automática dos modelos adjuntos. Outro foco do trabalho será atingir um maior nível de automatização na discretização espacial do domínio através da geração e adaptação de malhas, que é uma tarefa que atualmente consome muitas horas de trabalho humano. Por fim, modernas tecnologias de compiladores serão empregadas para gerar códigos altamente otimizados para plataformas de computação que irão de supercomputadores a sistemas na nuvem.

The continuous search for clean and renewable energy is one of the main challenges of the 21st century. In this scenario, wind energy appears as one of the most attractive alternatives. Even though the most common solution for the installation of the wind turbines is the onshore one, OWT - offshore wind turbines are being focused on several research efforts in the last years. Several aspects of the offshore engineering need to be deeper investigated so this solution can be more efficient. This research project focuses on one of these issues, namely the dynamics of FOWT - floating offshore wind turbines. It is planned to study both flow and wave induced motions, seakeeping and hydroelastic response of the hull as well as the structural behavior of the mooring lines. Numerical, experimental and theoretical approaches will be jointly employed. At the end of this project, a new FOWT solution will be proposed. It is important to emphasize that this document focuses on the Call for proposals CAPES -JSPS Number 22/2017. Besides the aforementioned scientific development, this research project also enhances the cooperation Brazil and Japan previously established by the research groups from EPUSP - Escola Politécnica of the University of São Paulo and UTokyo - The University of Tokyo. Internships involving doctoral, post-doctoral and professors from both institutions are planned.

A necessidade por uma alternativa ao uso de energias não renováveis vem aumentando ao longo dos últimos anos. O intenso uso da queima combustíveis fósseis, como o carvão mineral e o petróleo, traz consigo problemas à saúde com o aumento da poluição do ar e degradações ambientais relacionadas com mudanças climáticas. Nesse contexto, a busca por fontes de energia renováveis vem se intensificando, com consequente aumento da participação destas fontes na matriz energética. Energia solar e eólica são as mais conhecidas nesse quadro, no entanto, o estudo sobre energia do oceano também vem aumentando. Nesse ramo, pode-se gerar energia pelas ondas, marés, gradientes térmicos e correntes oceânicas. O presente projeto visa estudar energia de marés, tendo como objetivo específico a otimização de uma turbina de maré situada em um canal, onde há efeitos de blocagem. Para a realização desse estudo, será desenvolvido um modelo numérico com base em dinâmica dos fluidos computacional (CFD - do inglês Computational Fluid Dynamics). Num primeiro momento, serão realizadas simulações computacionais reproduzindo o escoamento em torno da turbina com rotação forçada. Com os dados obtidos, uma análise comparativa e validação com a literatura será feita para então implementar o modelo com rotação livre. Em seguida, buscar-se-á comparar o desempenho da turbina para situações com blocagem e sem, e no fim, desenvolver geometrias de turbina para essas duas condições de forma a otimizar a sua eficiência.

O objetivo primário deste projeto é conceber e construir um protótipo (ou mais de um) de um sistema de separação de gases que se utilize do conceito de escoamento supersônico. Este objetivo será alcançado a partir de outros objetivos secundários, como o desenho conceitual de diferentes geometrias de separadores supersônicos e análise e otimização dos conceitos obtidos no objetivo anterior. Além disso, envolve o projeto e execução de uma bancada de ensaios. Será construída uma infraestrutura de medição e testes de escoamento supersônico de misturas gasosas. Para isso, será projetada e construída uma bancada de testes instrumentada para a visualização e registro de fenômenos compressíveis tais como, ondas de choque e obtenção de perfis de temperatura e pressão ao longo do separador supersônico. A composição dos gases na entrada e saída do dispositivo serão obtidas com analisadores de gás.

Os veículos de competição têm sido estudados por diversos anos com o objetivo de melhorar o desempenho tornando-os mais rápidos, porém sem afetar a segurança do piloto. O desempenho destes veículos depende de diversos elementos como motor, pneus, suspensão, a pista, aerodinâmica, e com certeza o piloto. Nos últimos anos, contudo, a aerodinâmica veicular tem ganhado grande atenção, principalmente devido à grande utilização de ?downforce?(força de sustentação negativa), produzindo grandes melhorias no desempenho do veículo e significativa redução no tempo de volta. Diversas pesquisas têm sido realizadas no campo da engenharia para estudar as características aerodinâmicas de veículos de competição, estes estudos têm sido feitos em diversas categorias do automobilismo ao redor do mundo. Para desenvolver pesquisas deste tipo são usadas ferramentas de projeto típicas como, teste em túnel de vento, simulações numéricas, e teste em pista. O foco do presente trabalho é simulação do escoamento ao redor de um automóvel (neste caso veículo de competição), a partir dos dados obtidos pela simulação será analisado o desempenho aerodinâmico do veículo com o objetivo de identificação de oportunidades de melhoria de desempenho aerodinâmico. Após esta análise serão propostas modificações da geometria do veículo, possivelmente utilizando técnicas de otimização, com o objetivo de melhorar o desempenho aerodinâmico. Para isso primeiramente será feita uma simulação do escoamento ao redor de um corpo de Ahmed e validação com dados da literatura, após este passo será escolhida a geometria do veículo que será devidamente estudado.

Este projeto tem como objetivo apresentar um estudo referente aos diversos aspectos fundamentais de suspensões particuladas complexas. Esta proposta pretende explorar a física das suspensões ativas, compostas de micro-organismos, proteínas etc. Para este propósito, uma suspensão de Caenorhabditis elegans, um nematoide, é considerada. O comportamento locomotor de micro-organismos pode ser fortemente influenciado pela reologia do fluido ambiente. Neste projeto, uma investigação experimental será conduzida, visando entender os efeitos da presença deste nematoide no fluido base. Além disso, o comportamento de ondulatório do C. Elegans é modificado em função das mudanças no fluido base. Métodos de rastreamento são utilizados para medir os dados cinemáticos do nematoide (incluindo a velocidade de propulsão) e o campo de velocidades. Experimentos revelam que este nematoide se movimenta de forma periódica, gerando uma onda propagante que decai da cabeça ao rabo. Esta movimentação ondulatória é geradora de propagação das ondas que se decompõem da cabeça à cauda. Esta forma de locomoção é comumente encontrada em organismos sujeitos ao regime de baixo número de Reynolds, no qual as forças viscosas são dominantes. Os modelos propostos serão comparados as caracterizações reológicas e com simulações feitas na Universidade de São Paulo. Os resultados de caracterização também serão utilizados em microcanais. A investigação experimental destes sistemas particulados complexos deve levar a uma série de respostas para algumas questões em aberto na literatura atual sobre suspensões passivas, ativas e híbridas.

O aneurisma da aorta abdominal é um fenômeno que se caracteriza pela dilatação assimétrica e localizada das paredes da aorta. Estas lesões são potencialmente graves, podendo se romper com a variação da pressão sanguínea ou traumas localizados, o que responde, cada vez mais, pelas mortes na sociedade atual. As causas de um aneurisma não são precisamente conhecidas, contudo, acredita-se que sejam multifatoriais, sendo predominantemente resultantes de processos degenerativos, em consequência de uma complexa composição de fatores biológicos nas paredes do vaso e de interações hemodinâmicas. Assim que o aneurisma é formado, as forças devidas à pressão do sangue incitam, na maior parte dos casos, o aumento gradual do aneurisma, sendo esta expansão regulada pelas características geométricas e materiais do vaso sanguíneo. O aneurisma se rompe quando suas paredes falham em suportar a pressão devida ao escoamento do sangue em seu interior, sendo que a ruptura, em geral, implica na morte súbita do individuo ou em danos permanentes. Os aneurismas se mostram mais propensos a aparecer no gênero masculino, sendo que fatores como a idade, o tabagismo e a hipertensão aumentam a probabilidade de sua formação. Fatores genéticos ou implicações de outras doenças também podem atuar como determinantes.O estudo de aneurismas cada vez mais ganha importância no cenário do campo de pesquisa médica. Esta patologia é tão presente na sociedade que nos Estados Unidos, a ruptura de aneurismas figura entre as 10 principais causas de óbito. Neste sentido, a Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (FMUSP) direciona esforços no estudo de aneurismas, desde a sua formação, observando os fatores que influenciam seu aparecimento, até o estudo da interação do aneurisma com a corrente sanguínea e seus impactos sobre os sistemas relacionados. Para um estudo mais completo, a Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP), em parceria com a FMUSP está desenvolvendo estudos no campo da hemodinâmica, de modo a compreender a mecânica que está envolvida nesta patologia. O estudo pretende entender os fatores que influenciam a expansão do aneurisma, as interações dele com o escoamento sanguíneo, além da validação de modelos que auxiliam a compreensão do desenvolvimento dos aneurismas e da previsão de seu comportamento e a necessidade e eficácia de tratar o aneurisma com a colocação de stents.Especificamente, o objetivo deste projeto é o estudo do escoamento no interior de aneurismas localizados na artéria aorta, na sua porção abdominal antes da bifurcação que origina as artérias ilíacas, pois nesta região a incidência da formação de aneurismas é relativamente alta. A caracterização do escoamento será feita empregando-se modelagem e simulações numéricas do escoamento. As geometrias dos aneurismas serão obtidas a partir de exames de tomografia de pacientes reais e as condições de contorno das simulações serão estabelecidas de forma a se aproximar o quanto for possível das condições fisiológicas reais. Esses exames serão fornecidos pelos professores colaboradores do grupo de cirurgia vascular da FMUSP. A partir da análise dos resultados, serão formuladas hipóteses a respeito da correlação dos efeitos e evolução dos aneurismas com aspectos da dinâmica do escoamento no seu interior.

Hoje em dia, há uma preocupação crescente em reduzir emissões de embarcações de forma a minimizar o impacto da poluição atmosférica no ambiente. Isto significa que a indústria naval precisa se preparar para este novo futuro e desenvolver sistemas de potência que sejam mais limpos e eficientes. Uma alternativa que pode ser empregada é a utilização de sistemas híbridos, que empregam baterias para armazenar energia. Assim, torna-se possível eliminar transientes de carga no motor, deixando o motor funcionando numa condição padrão para fornecer uma carga base e utilizando os sistemas de armazenamento para dar conta das demandas transientes extras. A aplicação de sistemas híbridos em embarcações traz uma série de novos desafios, principalmente no que se refere à ordem de grandeza da potência consumida e do gerenciamento de riscos. Além do emprego de sistemas híbridos, utilizar combustíveis alternativos com baixo teor de enxofre também é uma opção a ser considerada para reduzir a emissão de poluentes, e isto por sua vez levou à consideração do Gás Natural Liquefeito como uma alternativa de curto prazo para substituir os óleos mais pesados utilizados atualmente como combustível. Uma promissora opção de mais longo prazo é utilizar gás natural em células a combustível. Estes sistemas são bastante eficientes, porém sua tecnologia ainda não está suficientemente dominada para que possam ser aplicados com segurança em embarcações. Analisaremos todas estas alternativas, considerando desempenho, custo, segurança e necessidade de infraestrutura a fim de quantificar os benefícios econômicos, economia de combustível, melhora da eficiência e redução das emissões.

O RCGI Centro de Pesquisa para Inovação em Gás surge como um centro mundial para estudos avançados no uso sustentável do gás natural, biogás, hidrogênio e gestão, transporte, armazenamento e uso de CO2. O centro, baseado na Universidade de São Paulo, é fruto de parceria com a FAPESP no apoio de pesquisa científica de alto nível para o desenvolvimento do setor de energia. Suas atividades estão fundamentadas nos três pilares: pesquisa, inovação e disseminação do conhecimento.O RCGI reúne uma equipe de pesquisadores de diversos campos da ciência e tecnologia para desenvolvimento e solução de problemas no setor de gás e energia. Os diversos projetos são estruturados em cinco programas de pesquisa: Engenharia, Físico-Química, Políticas Energéticas e Economia, Abatimento de CO2 e Geofísica. Com a integração dos pesquisadores e complementariedade de seus programas, o RCGI oferecerá soluções inovadoras para os problemas tecnológicos do gás natural, biogás, hidrogênio e emissões de CO2 além de fornecer suporte para o aprimoramento de políticas públicas de energia no Estado de São Paulo, no Brasil e no mundo. Em especial, pretende-se aumentar a competitividade da indústria paulista e informar a sociedade para o enorme potencial econômico no uso do gás natural, biogás e hidrogênio como fontes de energias nos próximos anos.A missão do RCGI é desenvolver pesquisa e inovação para o uso sustentável do gás natural, biogás, hidrogénio e gestão, transporte, armazenamento e uso de CO2 em escala global. Difundir o conhecimento e despertar o Brasil e outros países para o potencial econômico e energético do gás natural e do hidrogênio. Sua visão é ser um centro mundial de referência para a pesquisa fundamental e aplicada associadas com o gás natural, biogás, hidrogénio e gestão, transporte e armazenamento de CO2 e suas contribuições para a sustentabilidade global do século 21.

This research project focuses on numerical computations of adjoint-based stability and sensitivity analyses for fluid flow and fluid-structure interaction problems. Nektar++ was the software used in the simulations, which is based in Spectral/hp Element Method. New results of the adjoint-based sensitivity with respect to non-geometric variables (Reynolds number, inlet velocity and external forcing) for internal and external steady flows are introduced. To verify this methodology, comparisons with data obtained by other methods to provide sensitivity measures (like central finite difference) are performed. The adjoint method showed to be applicable to compute the quantitative sensitivities. For global linear analysis, adjoint-based stability and sensitivity methodology are first reviewed for fluid flow problems. Numerical simulations are carried out and verified for the flow around a fixed circular cylinder. Next, this thesis introduces a theoretical extension of stability and sensitivity analyses for fluid-structure interaction (FSI) systems. The displacement of the structure is governed by the linear mass-spring-damper equation, and the structure and flow equations are coupled using the non-inertial frame of reference method. The linearisation of the FSI system is carried out using the transpiration approach and the Newmark-beta solver is used to integrate the mass-spring-damper system in time. Stability and sensitivity analyses are carried out from generalised eigenvalues problems solved by the Arnoldi method.A review of the main recent results of linear stability analysis for an elastically-mounted cylinder is presented. Next, adjoint-based receptivity and sensitivity analyses are applied for this FSI problem. New sensitivity analyses with respect to external forcing are performed. In all the cases, comparisons with the sensitivity results for the flow around a fixed cylinder are made. The fields of receptivity and sensitivity show different configurations. Based on the results from the sensitivity analysis to a steady forcing, simulations of the flow subject to open-loop control are carried out. The steady forcing is proportional to the square of the base flow velocity, which is a forcing similar to the insertion of a small cylinder in the domain. The conclusion is that an elastically-mounted cylinder may respond differently than the fixed cylinder, where can happen cases in which the insertion of an external forcing at a point of the domain stabilises the flow system. On the other hand, this same forcing can induce a higher growth rate of the least stable mode of the FSI system.This thesis also investigates the character of the primary bifurcation for an oscillating elastically-mounted cylinder. Analysing the bifurcation around a critical Reynolds number, it is noticed that the nonlinear character of the bifurcation changes completely for some cases, when compared to what is observed for a fixed cylinder. In these cases, the bifurcation is subcritical, while for a fixed cylinder it is supercritical. Finally, this work introduces calculations of optimal energy growth not yet assessed for Reynolds number (Re) below of the primary instability of the fixed cylinder (Re < 47). In this case, the results are also compared with those obtained for a fixed cylinder. The optimal energy of the fixed and elastically-mounted cylinders stays close. However, the optimal initial conditions of the fixed and elastically-mounted cylinders can be noticeably different.

Este projeto de P&D tem por objetivo estudar e avaliar o comportamento dinâmico e hidrodinâmico de novo veículo que portará fonte de baixíssima frequência (SURDO) durante operação de reboque para aquisição sísmica marítima. Este estudo será realizado através de modelos matemáticos, de simulações computacionais e de testes de laboratório com modelos do protótipo em diferentes escalas reduzidas. As informações obtidas darão subsídios ao grupo de pesquisa responsável pelo projeto e construção do protótipo (SENAI-CIMATEC, Salvador) visando à segurança da operação, através do desempenho hidrodinâmico adequado e da estabilidade dinâmica do sistema.

O transplante cardíaco é o tratamento mais efetivo para crianças em estágios avançados de insuficiência cardíaca. Os dispositivos de assistência ventricular (DAVs) permitem a manutenção da maioria das crianças até a realização do transplante cardíaco, resultando em maior eficiência na utilização de órgãos em crianças e adolescentes e diminuição da mortalidade na lista de espera. O suporte mais comumente utilizado em crianças em estado grave de insuficiência cardíaca ou respiratória é o sistema conhecido como ECMO (do inglês extra corporeal membrane oxygenation) indicado somente para tratamentos de curta-duração.&#10;O objetivo deste projeto é desenvolver um DAV e ECMO para pacientes pediátricos que permitam o suporte circulatório de curta e de longa duração. No projeto serão abordados: 1) o desenvolvimento de um DAV com escoamento de fluido otimizado para pacientes de peso abaixo de 25 Kg, 2) desenvolvimento e testes de novos processos de tratamento e funcionalização das superfícies de contato com o sangue diminuindo as complicações tromboembólicas e infecciosas 3) um circuito de circulação extra-corpórea com alta eficiência de oxigenação para o suporte respiratório e cardíaco e 4) avaliação pré-clínica do DAV. As tecnologias de suporte circulatório a serem desenvolvidas no projeto permitirão melhorar os resultados da assistência circulatória mecânica com DAVs ou ECMO em pacientes pediátricos com redução dos riscos e custos associados.

O objetivo deste projeto de pesquisa foi alcançar uma compreensão mais completa do fenômeno de vibrações induzidas por vórtices em &quot;risers&quot; e baseado nisso, propor modelos preditivos para resposta da estrutura e critérios de projeto para o uso de supressores do tipo &quot;strake&quot;. A simulação do escoamento nos problemas de interação fluido-estrutura foi feita empregando-se discretizações de alta ordem. A mesma técnica numérica foi empregada para investigar o escoamento ao redor de &quot;risers&quot; com &quot;strakes&quot; e tentar extrair detalhes do mecanismo de funcionamento desses componentes, assim como definir as situações onde são efetivos ou não. No que se refere aos modelos preditivos propostos, adotamos a abordagem de desenvolver modelos baseados na solução numérica simplificada do problema físico. A simplificação neste projeto foi de ordem geométrica: primeiro tentamos a solução de faixas bidimensionais do escoamento e em seguida em trechos tridimensionais esparsos.

Este Projeto, inserido no âmbito do Programa de Inovação em Ciência e Tecnologia Aeroespacial (Picta), visa investigar e desenvolver soluções aprimoradas para o problema de ruído externo presente em aeronaves. Pretende-se atacar o problema segundo três abordagens distintas mas complementares em aeroacústica: aeroacústica computacional (CAA), modelos analíticos e empíricos, e ensaios em vôo e em túnel. A síntese do Projeto é o desenvolvimento de metodologias de análise que possibilitem estimar a geração e propagação de ruído em aeronaves. A intenção é agrupar uma equipe acadêmica e técnica que tem se envolvido ao longo do tempo com problemas de aerodinâmica e, recentemente, em acústica, e proposto soluções particulares segundo uma das abordagens citadas. O que se pretende agora é integrar esse esforço, é aprofundá-lo explorando a complementaridade dos distintos enfoques, é, em última instância, responder, da melhor forma possível, às questões suscitadas pelo problema de engenharia concreto associado à geração e propagação de ruído em aeronaves. Deseja-se explorar a complementaridade de visões que as distintas abordagens proporcionam. Como resultado prático desse esforço deve-se efetivar novo patamar tecnológico que assegure o desenvolvimento e certificação de aeronaves tendo como um dos focos o ruído externo de modo a atender a legislação vigente, com níveis de ruído competitivos para a classe de novas aeronaves a serem desenvolvidas, sem penalizar o custo operacional direto (DOC). Vale ressaltar que a integração das abordagens é inédita no Brasil e muito recente no cenário mundial.