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Fenômenos de transporte em nanoescala

Análise e simulação em micro e nanofluidica e de fenômenos de transferência de calor e massa na micro e nanoescala. Projeto, desenvolvimento e fabricação de sistemas baseados em micro e nanocanais como bombas, separadores, misturadores, trocadores de calor, reatores, válvulas, etc. Desenvolvimento e emprego de materiais nanoestruturados para intensificação de transferência de calor e massa (nanocompósitos, nanofluidos, funcionalização de superfícies, etc.).

 

 

Projetos de pesquisa

Dispositivos nano e microfluidicos: modelagem, fabricação e aplicações

Descrição: O presente projeto visa o pleno estabelecimento de uma nova área de pesquisa em Micro e Nanofluidica na COPPE/UFRJ, que teve um impulso significativo a partir da criação do Laboratório de Nano e Microfluidica e Microssistemas, LabMEMS, em 2011. A partir da infraestrutura inicialmente montada, foram implantadas quatro plataformas de micro-fabricação e tres plataformas de caracterização não-intrusiva, que conduziram aos primeiros trabalhos e teses, bem como às cooperações internacionais e nacionais desejadas e necessárias. Os primeiros estudos foram focados na fabricação, caracterização e testes de micro-trocadores de calor, micro-dissipadores térmicos de nanocompósitos, micro-misturadores e micro-reatores, dentro das possibilidades de micro-fabricação e experimentação até aqui disponiveis. Esta linha consolida os desenvolvimentos teóricos e experimentais a serem perseguidos para o amadurecimento dessa área não só na COPPE/UFRJ, como também nas demais instituições colaboradoras que possam se beneficiar dessa estrutura de micro-fabricação e caracterização, para análise de fenômenos de transporte na micro e nano-escalas e suas aplicações. Para tanto, além dos estudos fundamentais essenciais, são propostas novas aplicações desafiadoras que motivarão o dominio das ferramentas disponíveis, bem como de novos equipamentos e metodologias a serem introduzidos ao longo do projeto.

Professora responsável:
Carolina Palma Naveira Cotta

 

 

Métodos híbridos em fenômenos de transporte na micro e nanoescalas

 

Descrição: A linha de pesquisa autóctone em métodos híbridos numérico-analíticos para problemas em fenômenos de transporte, nucleada na COPPE/UFRJ e progressivamente adotada em diversos outros grupos no país, tem cerca de trinta anos de progressos e realizações no estabelecimento de resultados benchmark e algoritmos alternativos na simulação em convecção-difusão, com reconhecimento acadêmico internacional e aplicações no setor produtivo. No Programa de Engenharia da Nanotecnologia é enfatizada a otimização de um código computacional automático e aberto, o código UNIT (Unified Integral Transforms), visando a facilitação e ampla disseminação da técnica de transformação integral em convecção-difusão em múltiplas escalas. O projeto trata de um novo algoritmo, combinando a Técnica da Transformada Integral Generalizada (GITT) com uma estratégia de formulação de domínio único, permitindo obter soluções hibridas numérico-analíticas para uma ampla classe de problemas lineares e não-lineares, definidos em configurações complexas e geometrias irregulares em micro e nano-escalas. O conceito é reescrever as equações de movimento e energia para os diferentes sub-domínios do problema sob a forma de uma formulação de domínio único, mediante a utilização de coeficientes variáveis espacialmente, que representem a transição dessas regiões, que depois é tratada pela GITT. Problemas de autovalor contendo os coeficientes variáveis nas coordenadas espaciais são então propostos para fornecer a base de expansão em autofunções, que recuperam os comportamentos representados nos coeficientes espacialmente variáveis da formulação em domínio único. Assim, a solução de um complexo sistema acoplado de equações diferenciais parciais é evitada e, em vez disso, realizada por meio de uma única transformação integral, a partir de um problema de autovalores de uma formulação única.

 

Professores responsáveis:
Carolina Palma Naveira Cotta

Helcio Rangel Barreto Orlande

Renato Machado Cotta

 

 

Problemas Inversos em Materiais de Mudança de Fase contendo Nanopartículas

 

Descrição: O uso recente de nanopartículas em materiais de mudança de fase resultou em grandes avanços na estocagem térmica de energia. Este projeto de pesquisa, que se refere à tese de doutorado do aluno Bruno Jaccoud, tem por objetivo aplicar técnicas inversas para previsão da fração de líquido em materiais de mudança de fase contendo nanopartículas, a fim de possibilitar o controle da estocagem térmica de energia. Trata-se de um problema inverso de estimativa de estado, que será resolvido através de métodos sequenciais de Monte-Carlo (filtro de partículas). A formulação do problema direto é dada em termos do problema de Rubinstein. Medidas simuladas serão usadas na solução do problema inverso, mas medidas reais devem ser obtidas no laboratório RAPSODEE da Ecole des Mines D´Albi.

 

Professores responsáveis:

Helcio Rangel Barreto Orlande

 

Renato Machado Cotta