Digitalização da Engenharia por Modelagem Computacional, CFD e FEM com Ferramentas Open Source em Transferência de Calor, Microfluídica e Escoamento em Tubulações – Fase 1

Descrição

A modelagem computacional tem se consolidado como uma ferramenta essencial no desenvolvimento científico, tecnológico e industrial, permitindo a análise, simulação e otimização de fenômenos físicos complexos aplicados às engenharias e ciências exatas. Nesse contexto, o uso de ferramentas open source apresenta-se como alternativa estratégica para democratização tecnológica, formação acadêmica e desenvolvimento de pesquisas aplicadas, possibilitando o acesso a recursos computacionais avançados sem dependência de softwares proprietários de alto custo. Com o avanço computacional e a crescente necessidade de integração entre teoria e prática no ensino de engenharia, torna-se importante introduzir metodologias que permitam aos discentes compreender as etapas envolvidas no desenvolvimento de modelos computacionais, desde a construção geométrica até a interpretação física dos resultados numéricos. Dessa forma, a modelagem computacional surge como ferramenta interdisciplinar capaz de integrar conteúdos de Física, Matemática, Métodos Numéricos, Fenômenos de Transporte e disciplinas técnicas da engenharia. Este projeto tem como objetivo introduzir e aplicar técnicas de modelagem computacional utilizando ferramentas livres voltadas à Fluidodinâmica Computacional (CFD) e ao Método dos Elementos Finitos (FEM), com foco em aplicações nas Engenharias e áreas correlatas. Serão utilizadas ferramentas como OpenFOAM, Salome-Meca, Code_Aster, Paraview, Python e Overleaf para desenvolvimento das etapas de pré-processamento, processamento e pós-processamento de simulações computacionais, promovendo a integração entre ferramentas CAD–CAE e métodos numéricos aplicados. O projeto caracteriza-se principalmente como uma pesquisa aplicada, utilizando modelagem computacional e métodos numéricos para análise de problemas relacionados à transferência de calor, microfluídica, escoamentos internos e aplicações simplificadas voltadas ao transporte de fluidos em sistemas relacionados ao setor de petróleo e gás. Além disso, possui caráter formativo e de pesquisa básica, ao introduzir os discentes aos fundamentos físicos, matemáticos e computacionais envolvidos na construção e análise de modelos numéricos aplicados à engenharia. A proposta visa capacitar os discentes no desenvolvimento de modelos computacionais aplicados a problemas envolvendo transferência de calor, análise térmica, microfluídica e escoamentos internos, permitindo desenvolver competências relacionadas à construção geométrica computacional, discretização numérica, geração de malhas, validação computacional, interpretação de resultados e análise física dos fenômenos simulados. Além das aplicações em energias renováveis, o projeto pretende explorar estudos relacionados aos processos de transferência de calor por condução, convecção e radiação, com foco na análise e otimização do conforto térmico em ambientes internos e sistemas industriais. Também serão realizados estudos envolvendo análise do escoamento de ar em compartimentos eletrônicos, visando o resfriamento e aumento da eficiência térmica de dispositivos e sistemas. Os temas específicos abordados poderão variar conforme os planos de trabalho desenvolvidos pelos discentes, incluindo aplicações relacionadas à microfluídica, escoamento em microcanais, sistemas térmicos e estudos introdutórios de escoamento em tubos aplicados ao setor de petróleo e gás. O projeto também busca relacionar os conteúdos desenvolvidos no núcleo básico e profissionalizante dos cursos de Engenharia e Física, proporcionando aos discentes uma visão integrada entre Física, Cálculo, Métodos Numéricos e aplicações computacionais em engenharia. Busca-se estimular a compreensão das etapas da modelagem computacional, incluindo construção geométrica, discretização, geração de malhas, processamento numérico e análise de resultados, aproximando os estudantes de aplicações reais encontradas na indústria, pesquisa científica e inovação tecnológica. Além disso, pretende-se incentivar a utilização de ferramentas livres e de código aberto no desenvolvimento de pesquisas científicas e aplicações industriais, promovendo a formação tecnológica dos discentes em temas relacionados à modelagem computacional, integração CAD–CAE, otimização de sistemas térmicos e análise de fenômenos físicos aplicados à Engenharia de Produção e áreas correlatas. Espera-se também estimular a escrita científica, participação em eventos acadêmicos e desenvolvimento de soluções computacionais voltadas para eficiência energética, inovação tecnológica e aplicações interdisciplinares em engenharia.