Meu trabalho

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Visão geral do meu trabalho

Toda a minha carreira tem sido construída dentro da academia. Sou apaixonado pela Ciência, acredito que a tecnologia existe primariamente para tornar a vida humana mais confortável (sem necessariamente causar desconforto ao meio ambiente) e hoje vejo que a pesquisa e a educação são a melhor forma de eu dar minha contribuição à Engenharia.

Com a ajuda de meu orientador, colegas e professores, meu trabalho se apoia sobre dois princípios básicos.

Primeiramente, meus esforços de pesquisa enfatizam o uso da termodinâmica em sistemas invadores de produção de frio. Ao mesmo tempo em que a necessidade de refrigeração é inquestionável, o mercado e regulações ambientais pressionam por sistemas eficientes e de baixo impacto ambiental. Meu trabalho atualmente tenta unir esses dois aspectos, ao pôr enfase em princípios básicos na busca de sistemas alternativos.

Em segundo lugar, acredito fortemente que a interdisciplinaridade é uma das chaves para a inovação tecnológica. No meu mestrado, fiz muito uso de conceitos da Engenharia Química para criar modelos de misturas, e meus colegas que continuam ou que já trabalharam na área podem confirmar a importância disto. Atualmente, no meu doutorado, dediquei-me intensamente ao estudo do eletromagnetismo e do projeto de ímãs permanentes, o que já tem resultado em caminhos interessantes. Enfatizo: ter mente aberta e estar aberto a aprender temas novos é uma das minhas maiores qualidades e acho que é imprescindível para uma carreira científica de sucesso.

Formação

  • 2006-2011: Graduação em Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Santa Caraina (UFSC), Florianópólis, Brasil
  • 2012-2014: Mestrado em Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Florianópolis, Brasil
    • Dissertação: Análise experimental e teórica da formação de espuma em misturas óleo-refrigerantePDF
    • Orientador: Prof. Jader R. Barbosa Jr.
    • Resumo: Na maioria dos sistemas de refrigeração por compressão de vapor, principalmente onde o controle da capacidade é efetuado pela ciclagem do compressor hermético, óleo lubrificante é necessário no compressor. Durante os períodos de repouso, refrigerante proveniente das partes de alta pressão é absorvido pelo óleo do cárter. Com a partida do motor elétrico e a rápida despressurização do ambiente interno do compressor, a mistura óleo-refrigerante no cárter se torna supersaturada, o que ocasiona o desprendimento do refrigerante por cavitação e a formação de espuma. A entrada de líquido da espuma na câmara de compressão deve ser evitada para não por em risco a integridade do sistema de válvulas e minimizar o transporte indesejável de óleo do cárter para os outros componentes do ciclo. Nesta dissertação é realizada uma avaliação experimental do desprendimento de refrigerante levando à formação de espuma em misturas de óleo poliol éster ISO 10 e refrigerantes 134a e 1234yf sob condições controladas. Uma bancada experimental foi projetada e construída para permitir a medição da taxa de despressurização, altura da camada de espuma e fluxo de massa resultante da expansão do gás e da dessorção do refrigerante a partir da mistura super-saturada. Dados quantitativos subsidiados por sequências de imagens a alta velocidade permitiram a identificação dos principais mecanismos físicos associados a esse problema. Os resultados experimentais foram explorados em função das condições dos testes (temperatura e fração mássica inicial), mostrando que existem dois regimes característicos para esse fenômeno: uma etapa de crescimento seguida de uma etapa de drenagem, e que a altura da camada de espuma é inversamente proporcional à temperatura. Um modelo matemático integral foi proposto e validado a partir de dados experimentais, apresentando boa concordância (desvios inferiores a 20 %) quando os parâmetros empíricos foram ajustados
      especificamente para cada condição experimental.
  • 2014- (em andamento): Doutorado em Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Florianópolis, Brazil
    • Título provisório: Projeto integrado do conjunto ímã-regenerador para um refrigerador magnético
    • Orientador: Prof. Jader R. Barbosa Jr.
    • Co-orientador: Dr. Jaime A. Lozano
    • Resumo provisório (publicado no meu Exame de Qualificação): Sistemas de refrigeração doméstica usam em sua maioria ciclos de compressão mecânica de vapor devido à sua alta performance. Entretanto, o uso de fluidos refrigerantes que podem
      ser tóxicos ou inflamáveis (no caso de alguns fluidos naturais), ou danosos à camada de ozônio ou ao efeito estufa (como acontece com fluidos sintéticos) é uma grande desvantagem desse tipo de sistema, tornando-a um objeto de regulação crescente nos mercados internacionais. Uma das alternativas propostas é a refrigeração magnética, que usa a propriedade de materiais magnetocalóricos de elevarem a sua temperatura quando magnetizados, fato que pode ser usado na construção de um ciclo regenerativo para refrigeração. Tais ciclos possuem menor grau de irreversibilidades termodinâmicas que ciclos de compressão de vapor e usam apenas um refrigerante sólido à base de ligas de elementos terras-raras e/ou metais de transição e um fluido de trabalho para transferência de calor à base d’água, substâncias neutras ao ambiente. Desde a década de 1970, diversas configurações e protótipos de refrigeradores magnéticos têm sido propostos, mas a revisão da literatura mostra que
      nenhum trabalho publicado consegue atingir o ponto de operação de 60 W de capacidade de refrigeração e 20 K para a diferença de temperaturas entre os reservatórios, valores típicos para um sistema de baixa capacidade, e.g. um resfriador tipo wine cooler. Esta proposta de Tese de Doutorado busca preencher essa lacuna por meio da integração e otimização dos melhores projetos disponíveis de circuitos magnéticos de ímãs permanentes (que geram o campo magnético necessário para o efeito magnetocalórico) e de regeneradores magnéticos ativos (onde ocorrem as interações termo-hidráulicas). Como primeiro resultado, um modelo analítico para o campo magnético gerado entre dois ímãs cilíndricos concêntricos e infinitos (baseado em trabalhos anteriores da literatura) é apresentado, e as expressões obtidas podem ser aplicadas em métodos de otimização e combinadas com modelos para regeneradores magnéticos ativos. Acredita-se que esta geometria possa gerar campos magnéticos altos o suficiente para provocar o efeito magnetocalórico desejado, e que o estudo cuidadoso dos regeneradores possa diminuir as trocas residuais de calor que tendem a consumir a capacidade de refrigeração. Os resultados obtidos na tese aqui proposta serão de grande utilidade em um projeto global de um refrigerador magnético, que está sendo executado por pesquisadores e estudantes no grupo de pesquisa do presente autor.

Interesses de pesquisa

  • Refrigeração magnética
  • Termodinâmica de sistemas magnéticos
  • Termodinâmica de misturas
  • Regeneradores térmicos

Habilidades

  • Unix: uso de terminal, shells (inclusive em sistemas Windows)
  • Programação em Python; em particular, experiência com as seguintes tecnologias/bibliotecas:
    • Computação numérica com NumPy/pandas
    • Criação de gráficos com matplotlib
    • Computação matemática simbólica com SymPy
    • Computação científica interativa com Jupyter
  • Escrita de documentos científicos LaTeX
  • Outras habilidades computacionais:
    • MATLAB
    • Mathematica
  • Experiência com projeto e construção de bancadas experimentais na área de ciências térmicas

Idiomas

  • Falante nativo de Português (Brasil)
  • Inglês (leitura, escrita, audição, fala)
  • Alemão (leitura, audição, fala)

Experiências internacionais

  • 2009-2011: Intercâmbio estudantil na Universidade do Porto, Porto (Portugal), Programa Erasmus Mundus
  • 2011-2012: Estágio profissional obrigatório no Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Karlsruhe (Alemanha)
    • Atividades: criação de rotinas de simulação de sistemas de refrigeração usando Visual Basic for Applications

Publicações em Periódicos

  • Fortkamp, F.P.; Barbosa, Jr., J.R. Refrigerant desorption and foaming in mixtures of HFC-134a and HFO-1234yf and a polyol ester lubricating oil, International Journal of Refrigeration, Volume 53, May 2015, Pages 69-79, ISSN 0140-7007. doi:10.1016/j.ijrefrig.2015.01.015