Navegando por Autor "Barbosa, Igor Wilis Mauerberg"

Agora exibindo 1 - 1 de 1
  • Imagem de Miniatura
    Item
    Desenvolvimento de um módulo computacional para projeto e análise hidráulica de sistemas de tubulação
    (2026-05-05) Barbosa, Igor Wilis Mauerberg
    É comum à prática de engenharia o contato com sistemas, equipamentos e fenômenos de transporte de fluidos. Na prática, as formas mais comuns que estes sistemas assumem é em uma rede de tubulações e bombeamento. A forma mais comum de simular estes sistemas é com o uso de softwares comerciais. Infelizmente, estes programas não são de fácil acesso aos alunos de engenharia, uma vez que a maioria deles só possui licenças pagas. Portanto, com a finalidade de criar uma ferramenta didática, foi desenvolvido o Conduit Forge, um pacote computacional escrito na linguagem Python, capaz de simular diversos formatos e tipos de redes de tubulações e bombeamento. Visando a organização e legibilidade do código, o pacote foi desenvolvido usando a Programação Orientada a Objetos (POO). Esta metodologia tornou possível a implementação de métodos dunder, o que facilita e simplifica a interação do usuário com o modelo, contribuindo para a redução da curva de aprendizado. Todas as equações foram escritas como equações do SymPy, que é o pacote que desempenhou um papel fundamental ao longo do desenvolvimento deste trabalho. Dessa forma, o solver escolhido foi do tipo Newton-Raphson, já que esta é a opção mais eficiente oferecida como função do SymPy, além de também ser o solver usado em programas comerciais, como o PipeFlow Expert. A livraria Thermo foi escolhida como provedor de propriedades do fluido, por contar com uma vasta base de dados e diversas opções de equações de estado. Os sistemas de tubulação são representados por gráficos direcionados, implementados usando a livraria NetworkX, que é um poderoso pacote de criação, analise e exploração de gráficos direcionados. O gerenciamento da posição dos componentes no espaço foi automatizado com métodos internos a cada um dos diferentes componentes, o que contribui para a organização do código, e previne erros por parte dos usuários. Para validar o módulo desenvolvido, foram selecionados alguns exercícios de livros de mecânica dos fluidos e hidráulica que se encaixavam no escopo deste trabalho. Estes exercícios foram resolvidos tanto com o Conduit Forge quanto com o PipeFlow Expert, a fim de comparar os resultados calculados por ambos os softwares. Os resultados se demonstram satisfatórios para os sistemas avaliados, com uma margem de erro em relação aos valores de referência por volta de 4%. Resumen En la práctica de la ingeniería, el contacto con sistemas, equipos y fenómenos de transporte de fluidos es común. En la práctica, las formas más comunes que adoptan estos sistemas son redes de tuberías y sistemas de bombeo. La forma más habitual de simular estos sistemas es mediante software comercial. Desafortunadamente, estos programas no son fácilmente accesibles para los estudiantes de ingeniería, ya que la mayoría solo ofrecen licencias de pago. Por lo tanto, con el fin de crear una herramienta didáctica, se desarrolló Conduit Forge, un paquete computacional escrito en Python, capaz de simular diversos formatos y tipos de redes de tuberías y bombeo. Con el objetivo de lograr una organización y legibilidad del código, el paquete se desarrolló utilizando Programación Orientada a Objetos (POO). Esta metodología permitió implementar métodos de dunder, lo que facilita y simplifica la interacción de los usuarios con el modelo, contribuyendo para una reducción de la curva de aprendizaje. Todas las ecuaciones se escribieron como ecuaciones de SymPy, un paquete que desempeñó un papel fundamental durante el desarrollo de este trabajo. Por lo tanto, el solucionador elegido fue del tipo Newton-Raphson, ya que es la opción más eficiente que ofrece SymPy y también se utiliza en programas comerciales como PipeFlow Expert. Se eligió la biblioteca Thermo como proveedor de propiedades de fluidos debido a su amplia base de datos y diversas opciones para ecuaciones de estado. Los sistemas de tuberías se representan mediante grafos dirigidos, implementados con la biblioteca NetworkX, un potente paquete para crear, analizar y explorar grafos dirigidos. La gestión del posicionamiento de los componentes en el espacio se automatizó mediante métodos internos para cada uno de los diferentes componentes, lo que contribuye a la organización del código y previene errores del usuario. Para validar el módulo desarrollado, se seleccionaron algunos ejercicios de libros de texto de mecánica de fluidos y hidráulica que se ajustaban al alcance de este trabajo. Estos ejercicios se resolvieron utilizando tanto Conduit Forge como PipeFlow Expert para comparar los resultados calculados por ambos programas. Los resultados son satisfactorios, para los sistemas evaluados, con un margen de error con los valores de referencia cerca de 4%.