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Submitted by Jeferson Carlos da Veiga Rodrigues (jveigar@unisinos.br) on 2021-01-20T14:17:21Z No. of bitstreams: 1 Vinícius Bloss_.pdf: 2078977 bytes, checksum: 1f58ecda5ed3cab571aeea743ca2559b (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-20T14:17:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vinícius Bloss_.pdf: 2078977 bytes, checksum: 1f58ecda5ed3cab571aeea743ca2559b (MD5) Previous issue date: 2020-10-15 CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Recentemente, os oceanos têm sido vistos como uma fonte promissora de energia renovável. Teoricamente, os oceanos poderiam ofertar energia suficiente para suprir toda a demanda mundial. Dentre as tecnologias disponíveis para conversão de energia dos oceanos (CEO) destacam-se os dispositivos tipo Coluna de Água Oscilante (CAO), que se caracterizam por uma câmara, na qual a água oscila em seu interior em um movimento semelhante ao de um pistão. Este movimento desloca o ar para uma chaminé, onde uma turbina é acoplada. A passagem do ar pela turbina promove a conversão em energia mecânica. No presente trabalho, foi realizado o estudo do desempenho de um conversor tipo CAO em escala 1:15 utilizando um modelo de fluidodinâmica computacional tridimensional. A análise foi baseada no Método Design Construtal. Nesta abordagem, a energia é a grandeza que flui através do sistema, que possui como propósito a máxima taxa de conversão de energia das ondas em energia mecânica. Foram utilizados três graus de liberdade: razão da altura pelo comprimento da câmara hidropneumática (H1/L), razão da altura da chaminé pelo seu diâmetro (H2/d) e a razão da largura da câmara hidropneumática pela largura do tanque de onda (W/Z). Foi investigado o efeito de diferentes combinações entre os graus de liberdade para um clima de ondas típico da região Sul do litoral brasileiro. A eficiência de conversão foi utilizada como parâmetro de desempenho. Foi realizada a modelagem computacional do sistema, aplicando um software de fluidodinâmica computacional baseado no método de volumes finitos (MVF), utilizando a modelagem Volume of Fluid (VoF) para a interface entre as fases gás e líquido. Em uma primeira análise, observou-se que a altura da chaminé sempre tem efeito positivo na eficiência do sistema. No entanto, foram selecionados apenas valores fabricáveis para este grau de liberdade, limitando as análises posteriores a dois graus de liberdade, H1/L e W/Z. Através de um Design de Experimentos do tipo Projeto Composto Central, diferentes combinações dos graus de liberdade foram simuladas, permitindo a construção de Superfícies de Resposta e de correlações para a eficiência do sistema em função dos graus de liberdade largura e altura da câmara, bem como a otimização do sistema baseado nas Superfícies de Resposta. Nos testes realizados a eficiência do dispositivo CAO variou de 1,48% até 19,32% no pior e melhor caso, respectivamente. Recently, the oceans have been seen as a promising source of renewable energy. Theoretically, the oceans could offer enough energy to supply the entire world demand. Among the technologies available for energy conversion from the oceans, the Oscillating Water Column (OWC) type devices stand out, which are characterized by a chamber, in which the water oscillates inside in a movement similar to a piston. This movement moves the air to a chimney, where a turbine is attached. The passage of air through the turbine promotes the conversion into mechanical energy. In the present work, the study of the performance of a 1:15 scale OWC type converter was performed using a three-dimensional computational fluid dynamics model. The analysis was based on the Constructal Design Method. In this approach, energy is the quantity that flows through the system, whose purpose is the maximum rate of conversion of wave energy into mechanical energy. Three degrees of freedom were used: the ratio of height to length of the hydropneumatic chamber (H1/L), the ratio of the height of the chimney to its diameter (H2/d), and the ratio of the width of the hydropneumatic chamber to the width of the wave tank (W/Z). The effect of different combinations between degrees of freedom for a typical wave of the southern region of the Brazilian coast was investigated. Conversion efficiency was used as a performance parameter. Computational modeling of the system was performed, using computational fluid dynamics software based on the finite volume method (FVM), using the Volume of Fluid (VoF) modeling for the interface between the gas and liquid phases. In a first analysis, it was observed that the height of the chimney always has a positive effect on the efficiency of the system. However, only workable values were selected for this degree of freedom, limiting the subsequent analyzes to two degrees of freedom, H1/L and W/Z. Through a Design Experiment of the Central Composite Project type, different combinations of degrees of freedom were simulated, allowing the construction of Response Surfaces and correlations for the efficiency of the system depending on the degrees of freedom width and height of the chamber, as well as the optimization of the system based on the Response Surfaces. In the tests carried out, the efficiency of the OWC device varied from 1.48% to 19.32% in the worst and best case, respectively.

Submitted by Jeferson Carlos da Veiga Rodrigues (jveigar@unisinos.br) on 2021-02-19T14:16:12Z No. of bitstreams: 1 David Cristopher Pellejero_.pdf: 1762271 bytes, checksum: 470b4c018e24f180543fa541bae1a627 (MD5) Made available in DSpace on 2021-02-19T14:16:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 David Cristopher Pellejero_.pdf: 1762271 bytes, checksum: 470b4c018e24f180543fa541bae1a627 (MD5) Previous issue date: 2020-09-25 Nenhuma Este trabalho investiga as geometrias ótimas para bifurcações sujeitas a escoamentos de fluidos não newtonianos pseudoplásticos, e analisar como a reologia do fluido tem efeitos sobre as configurações e o desempenho de bifurcações em forma de Y. A análise se baseia na minimização da resistência ao escoamento, com a definição da razão de diâmetros, razão de comprimentos e ângulo da bifurcação como graus de liberdade e parâmetros de projeto e imposição de restrições segundo o método Design Construtal. O fluido foi modelado utilizando a equação de Carreau, e foram analisados os efeitos do número de Carreau, razão de viscosidades e índice de escoamento. Os escoamentos foram resolvidos numericamente utilizando o Método dos Volumes Finitos e o software ANSYS® Fluent. O modelo matemático foi verificado com resultados publicados na literatura, e a malha computacional foi analisada pelo método GCI. Foi utilizado o algoritmo de otimização de Superfície de Resposta (Response Surface) para a busca pela resistência ao escoamento mínima e os valores ótimos para as variáveis de projeto. Foi utilizado um planejamento fatorial de três níveis para verificar o efeito dos parâmetros reológicos nestes resultados. Dos resultados obtidos, verificou-se que o índice de escoamento é o parâmetro reológico que possui maior efeito sobre a configuração da geometria ótima, afetando tanto a razão de comprimentos quanto a razão de diâmetros para a resistência ao escoamento mínima, sendo que o efeito estatisticamente significativo foi somente sobre a razão de diâmetros. Esta por sua vez, demonstrou ser o parâmetro geométrico que teve uma maior influência no comportamento da resistência ao escoamento. Estes resultados corroboram a tese de que a análise para sistemas com fluidos não newtonianos deve considerar a reologia dos fluidos para a obtenção de seu melhor desempenho. This work investigates the optimal geometries for bifurcations subject to pseudoplastic non-Newtonian fluid flows, and to analyze how the fluid rheology has effects on the configurations and performance of Y-shaped bifurcations. The analysis is based on minimization flow resistance, with the definition of the ratio of diameters, length ratio and bifurcation angle as degrees of freedom and design parameters and imposition of restrictions according to the Design Constructal method. The fluid was modeled using the Carreau equation, and the effects of Carreau number, viscosity ratio and flow index were analyzed. The flows were solved numerically using the Finite Volume Method and the ANSYS® Fluent software. The mathematical model was verified with results published in the literature, and the computational mesh was analyzed by the GCI method. The Response Surface optimization algorithm was used to search for the minimum flow resistance and the optimal values for the design variables. A three-level factorial design was used to verify the effect of the rheological parameters on these results. From the results obtained, it was found that the power index is the rheological parameter that has the greatest effect on the configuration of the optimal geometry, affecting both the length ratio and the ratio of diameters to the minimum flow resistance. statistically significant effect was only on the ratio of diameters. This, in turn, proved to be the geometric parameter that had the greatest influence on the flow resistance behavior. These results corroborate the thesis that the analysis for systems with non-Newtonian fluids should consider the rheology of fluids to obtain their best performance.

Submitted by Tatiane Vieira da Costa (tatianec) on 2020-10-22T16:44:56Z No. of bitstreams: 1 Leonardo Balbinot Turmina_.pdf: 801614 bytes, checksum: 86586dd46b386af93118ae89961deb01 (MD5) Made available in DSpace on 2020-10-22T16:44:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Leonardo Balbinot Turmina_.pdf: 801614 bytes, checksum: 86586dd46b386af93118ae89961deb01 (MD5) Previous issue date: 2020-07-01 Nenhuma Bifurcações de tubos têm sido consideravelmente analisadas buscandose valores ótimos para a minimização da resistência ao escoamento. A Teoria Construtal fornece uma base teórica para prever as geometrias ótimas, as quais minimizam a resistência ao escoamento sob diferentes condições e restrições. Esta dissertação aborda o Design Construtal de geometrias bifurcadas em “T” para escoamentos laminares de fluidos não newtonianos, para as quais são buscadas razões de aspecto ótimas para os diâmetros e comprimentos dos tubos ramo principal e ramos secundários, mediante restrição de volume. Foram analisados os modelos power-law, de Carreau e de Bingham. Para o modelo power-law, foi feito um desenvolvimento analítico, e, pela formulação conveniente de um número de Reynolds power-law, obteve-se a mesma razão ótima proposta por Hess e Murray para fluidos newtonianos. Para modelos não newtonianos mais complexos, utilizouse uma solução semi-analítica da literatura para a perda de carga e empregou-se um algoritmo numérico com o auxílio do software EES para a obtenção das razões de aspecto ótimas. Uma análise fatorial de três fatores em dois níveis indicou que, no caso do modelo de Carreau, os parâmetros reológicos possuem efeitos significativos sobre as geometrias ótimas, com destaque para a razão de viscosidades. Apresenta-se a análise de sensibilidade aos parâmetros reológicos dos modelos Carreau e Bingham para a minimização da resistência ao escoamento. Este trabalho fornece, além dos resultados de razões de aspecto ótimas de tubulações, uma perspectiva de aplicação do Design Construtal utilizando soluções semi-analíticas para modelos reológicos complexos.

Submitted by Tatiane Vieira da Costa (tatianec) on 2020-10-22T15:10:42Z No. of bitstreams: 1 Camila Fernandes Cardozo_.pdf: 9620897 bytes, checksum: dcf630b828c713a457014ea0d5b82813 (MD5) Made available in DSpace on 2020-10-22T15:10:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Camila Fernandes Cardozo_.pdf: 9620897 bytes, checksum: dcf630b828c713a457014ea0d5b82813 (MD5) Previous issue date: 2020-06-25 CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Dispositivos conversores de energia das ondas do mar aproveitam o movimento de água para gerar eletricidade, convertendo energia potencial e cinética em elétrica. O presente trabalho centra-se no estudo de um conversor do tipo Coluna de Água Oscilante (CAO), que utiliza o movimento vertical das ondas no interior de uma câmara semi submersa para obter ar em alta velocidade através de uma chaminé, na qual deve estar conectado um gerador elétrico. Um modelo tridimensional de dispositivo CAO, com câmara retangular e chaminé cilíndrica, em escala 1:15, foi investigado com o objetivo de maximizar a eficiência hidrodinâmica a partir de variações geométricas, utilizando o método Design Construtal. O problema foi resolvido numericamente com o software Fluent, que utiliza o Método dos Volumes Finitos, junto ao modelo Volume of Fluid para escoamento multifásico. Os parâmetros analisados foram nível de submersão da câmara (H3/h), razão entre a largura da câmara e a largura do tanque de ondas computacional (w/Z) e razão entre a altura e o diâmetro da chaminé (H2/d). Para os casos estudados, os maiores valores de eficiência foram obtidos quando H3 ≈ h, W ≈ Z e H2 d. Contudo, os campos de pressão no interior do dispositivo apresentaram comportamento simétrico ao longo da largura w, sugerindo que, para os casos estudados, o parâmetro w/Z teve baixa influência nos valores de eficiência. Em contrapartida, variações geométricas na chaminé (H2/d) apresentaram ganhos de eficiência mais significativos, diminuição de recirculações internas de ar e campos de velocidade e pressão mais uniformes. Entre todos os casos analisados, o pior e o melhor valor de eficiência obtidos foram de, respectivamente, 0,14% e 49,85%. Wave energy converting devices take advantage of the movement of water to generate electricity, converting potential and kinetic energy into electrical. The present work focuses on the study of an Oscillating Water Column (OWC) converter, which uses the vertical movement of the waves inside a semi-submerged chamber to obtain high speed air through a chimney, in which an electrical generator must be connected. A three-dimensional model of the OWC device, with a rectangular chamber and a cylindrical chimney, in a 1:15 scale, was investigated with the objective of maximizing the hydrodynamic efficiency from geometric variations, using the Constructal Design method. The problem was solved numerically with the Fluent software, which uses the Finite Volume Method, along with the Volume of Fluid model for multiphase flow. The parameters analyzed were the chamber submersion level (H3/h), ratio between the width of the chamber and the width of the computational wave tank (w/Z) and ratio between the height and the diameter of the chimney (H2/d). For the studied cases, the highest efficiency values were obtained when H3 ≈ h, W ≈ Z and H2 d. However, the pressure fields inside the device showed a symmetrical behavior along the width w, suggesting that, for the cases studied, the parameter w/Z had a low influence on the efficiency values. In contrast, geometric variations in the chimney (H2/d) showed more significant efficiency gains, a decrease in internal air recirculations and more uniform velocity and pressure fields. Among all the cases analyzed, the worst and the best efficiency values obtained were 0.14% and 49.85%, respectively.

Submitted by JOSIANE SANTOS DE OLIVEIRA (josianeso) on 2020-03-02T12:53:47Z No. of bitstreams: 1 Fernando Claudio Spengler_.pdf: 3615483 bytes, checksum: e7664b29879dabcec904553db869adde (MD5) Made available in DSpace on 2020-03-02T12:53:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fernando Claudio Spengler_.pdf: 3615483 bytes, checksum: e7664b29879dabcec904553db869adde (MD5) Previous issue date: 2019-09-05 CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior O presente trabalho emprega o Design Construtal para a análise numérica do efeito do posicionamento e da geometria de aletas envolvidas por PCM, sobre o processo de fusão, no interior de cavidades anulares. No presente trabalho é explorado o processo de fusão de um PCM em uma cavidade anular com diferentes disposições e geometrias de aleta. É estudado o processo de fusão do PCM ácido láurico no interior de uma cavidade cilíndrica anular aletada, bem como o efeito da variação de posicionamento e dimensões da aleta. O estudo é realizado através CFD e Teoria Construtal. Não é analisada o efeito dos processos de troca de calor que extrapolam a camada limite. Assim como não são abordados aspectos de compatibilidade química do PCM com o material do invólucro, processos construtivos do armazenador de calor e custos associados.

Submitted by JOSIANE SANTOS DE OLIVEIRA (josianeso) on 2019-07-16T16:46:02Z No. of bitstreams: 1 Fábio Becker_.pdf: 5485738 bytes, checksum: 8657b820d8716e776b044e52d97c52c2 (MD5) Made available in DSpace on 2019-07-16T16:46:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fábio Becker_.pdf: 5485738 bytes, checksum: 8657b820d8716e776b044e52d97c52c2 (MD5) Previous issue date: 2019-03-27 CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior A utilização de energia térmica é uma forma eficiente de armazenamento de energia e pode ser aplicada em várias áreas, tais como indústria automotiva, de construção civil, plantas de energia solar e em componentes eletrônicos. Das possíveis formas de armazenamento térmico, o calor latente é o mais atrativo, por apresentar alta capacidade de armazenamento de energia em temperatura constante. Muitos estudos concentram-se na utilização de materiais de mudança de fase (PCM - Phase Change Material) como forma de armazenamento de energia. Porém, devido a sua baixa condutividade térmica, faz-se necessária a implementação de técnicas de aprimoramento da transferência de calor. Dentre as possíveis técnicas existentes, a utilização de aletas é a mais difundida. Assim, torna-se importante a análise da melhor dimensão das mesmas, para que o processo na qual estão inseridas, possa ser otimizado. Este trabalho tem como objetivo a verificação da influência da razão de aspecto de uma aleta em uma cavidade retangular, contendo PCM ácido láurico, em processo de fusão. Os resultados foram obtidos através de simulação numérica por CFD, utilizando-se o método dos volumes finitos. O modelo matemático é baseado nas equações da conservação da massa, quantidade de movimento e conservação da energia, sendo o processo de mudança de fase baseado no modelo entalpia-porosidade. O modelo matemático foi validado com resultados experimentais da literatura e as malhas computacionais foram verificadas pelo método GCI. Foram simuladas 09 razões de aspecto da aleta e 09 frações entre área da cavidade e área da aleta, totalizando 78 configurações. Com estes resultados foi aplicado o método Design Construtal para determinar a razão de aspecto ótima para cada fração de área, a qual minimiza o tempo total do processo de fusão do PCM. Em todas as frações de área analisadas, constatou-se que, quanto maior a razão de aspecto da aleta, maior foi o tempo total do processo de fusão. Já para um mesmo valor de razão de aspecto constatou-se que quanto maior a fração de área, menor foi o tempo total do processo. The use of thermal energy is an efficient form of energy storage and can be applied in various areas such as automotive industry, building industry, solar power plants and electronic components. Of the possible forms of thermal storage, latent heat is the most attractive, because it presents high energy storage capacity at constant temperature. Many studies focus on the use of Phase Change Material (PCM) as a form of energy storage. However, due to its low thermal conductivity, it is necessary to implement techniques of heat transfer enhancement. Among the possible existing techniques, the use of fins is the most widespread. Thus, it is important to analyze the best dimension of them, so that the process in which they are inserted, can be optimized. This work aims to verify the influence of the aspect ratio of a fin in a rectangular cavity, containing PCM lauric acid, in the process of melting. The results were obtained through numerical CFD simulation, using the finite volume method. The mathematical model is based on the equations of mass conservation, amount of movement and conservation of energy, being the phase change process based on the enthalpy-porosity model. The mathematical model was validated with experimental results from the literature and the computational meshes were verified by the GCI method. We simulated 09 fin aspect ratios and 09 fractions between cavity area and fin area, totalizing 78 configurations. With these results the Construtal Design method was applied to determine the optimum aspect ratio for each area fraction, which minimizes the total time of the PCM fusion process. In all the fractions of area analyzed, it was found that the larger the aspect ratio of the fin, the longer the total time of the fusion process. For the same value of aspect ratio, it was found that the larger the fraction of area, the smaller the total time of the process.

Submitted by JOSIANE SANTOS DE OLIVEIRA (josianeso) on 2019-07-16T14:47:16Z No. of bitstreams: 1 Jocemar Bueno_.pdf: 1878658 bytes, checksum: 3d224f5d1d803c14f0ad680ce8e45c0d (MD5) Made available in DSpace on 2019-07-16T14:47:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jocemar Bueno_.pdf: 1878658 bytes, checksum: 3d224f5d1d803c14f0ad680ce8e45c0d (MD5) Previous issue date: 2019-02-22 Nenhuma O presente trabalho investiga o Design Construtal de uma aleta inserida em uma cavidade submetida à convecção mista por fluidos não newtonianos. O objetivo é obter a razão de aspecto ótima para a aleta considerando diferentes condições de escoamento e variações nos parâmetros reológicos do fluido. Os fenômenos de escoamento e transferência de calor são modelados pelas equações de balanço de massa, quantidade de movimento e energia, e a equação constitutiva de líquido newtoniano generalizado. A viscosidade é modelada como a de um fluido pseudoplástico, utilizando a função de Carreau. O problema de otimização consiste em maximizar a transferência de calor a partir da aleta, na forma do número de Nusselt médio. A variável de projeto investigada é a razão de aspecto entre as arestas do perfil da aleta plana retangular. As restrições são a área da cavidade e da aleta. Os resultados são obtidos numericamente utilizando um código de volumes finitos e uma geometria bidimensional, através de busca exaustiva. Os resultados mostram que a geometria da aleta influencia o número de Nusselt máximo principalmente para os casos com altos números de Reynolds e de Rayleigh, assim como foi mostrado em trabalhos anteriores. Também se verificou que o Nusselt aumenta conforme o aumento da intensidade de escoamento, representada pelo parâmetro ‘NuH’, e que a o resultado do número de Nusselt máximo não varia monotonicamente com a viscosidade não newtoniana adimensional e com o índice de escoamento, mostrando que a pseudoplasticidade do fluido implica em configurações ótimas muito distintas daquelas previstas para fluidos newtonianos.

O Trocador de Calor Solo-Ar (TCSA) é um dispositivo constituído por dutos enterrados no solo através dos quais o ar é forçado a escoar. O ar que entra no duto pode trocar calor com o solo e sai do duto com uma temperatura mais amena em relação a sua temperatura de entrada. Em períodos quentes, o ar sofre resfriamento e, em períodos frios, o mesmo sofre aquecimento. O ar, então, troca calor com o solo, que por sua vez armazena energia térmica na sua camada superficial, sendo que esta energia é originária da radiação solar incidente na superfície terrestre, que é uma energia renovável. A principal finalidade do TCSA é proporcionar uma melhoria na condição térmica no interior de edificações, visando à redução no consumo de energia elétrica de equipamentos de condicionamento de ar tradicionalmente utilizados. A presente pesquisa sustenta-se sobre três pilares: o aprimoramento do modelo computacional de TCSA; a análise de desempenho do TCSA e o estudo de caso realizado. O objetivo geral desta pesquisa é melhorar o desempenho de TCSA em forma de "Y", por meio de um modelo computacional aprimorado, considerando um novo parâmetro de desempenho específico para este tipo de dispositivo, em um estudo de caso realizado no município de Rio Grande. Os principais destaques e contribuições desta pesquisa são: o desenvolvimento do Modelo Computacional Compacto (MOC) de TCSA; a criação do Indicador de Desempenho Energético (IDE) e o estudo de caso inédito do TCSA em forma de "Y", aplicado no município de Rio Grande. A simulação numérica, a técnica de caracterização do tipo de solo, o método de obtenção do perfil de temperaturas do solo e do ar, a técnica da Busca Exaustiva e o método Design Construtal são as principais ferramentas metodológicas empregadas neste estudo. Para aplicação do método Design Construtal, dois graus de liberdade são considerados no sistema para que o mesmo possa evoluir: a razão (L2/L1) e o ângulo Â, sendo que L2 é o ramo secundário, L1 é o ramo primário (da configuração em "Y") e  é o ângulo formado entre o ramo secundário e a direção horizontal. Enquanto a razão (L2/L1) assume os valores: 0,05; 0,10; 0,25; 5,50 e 11,50, os ângulos  admitidos são: 0º, 15º, 30º, 45º, 60º e 75º. Diversas instalações de TCSA são propostas e investigadas. Os resultados mostraram que: (a) é possível estabelecer um novo modelo computacional, validado e verificado, mais acurado, mais rápido e com capacidade de aplicabilidade em diversas regiões do planeta. Esse modelo é capaz de levar em consideração as características do tipo de solo local e dados reais ou realísticos de temperaturas do solo e do ar de uma determinada região. Nesta pesquisa, é adotado um procedimento desenvolvido para solução das equações de conservação, denominada de metodologia numérica de solução desacoplada dos fenômenos fluidodinâmicos e térmicos - DFT. Um novo critério de geração de malha com base em elementos hexaédricos para análise fluidodinâmica é definido; (b) o TCSA formado por L2/L1 = 0,05 e  = 30º é considerado o dispositivo ótimo, dentre os casos analisados, isto é, aquele que conduz a maximização do IDE do TCSA. Consequentemente, esse dispositivo conduz ao melhor desempenho energético do TCSA e (c) o TCSA aplicado em uma determinada localidade do município de Rio Grande, na profundidade recomenda de 1,00 m, pode render na economia de energia elétrica mensal de até 120 kWh (aquecimento), em períodos de frio, e de 75 kWh (resfriamento), em períodos de calor. Earth-Air Heat Exchanger (EAHE) is a device consisting of ducts buried in the ground through which air is forced to flow. Air that enters the duct can exchange heat with the soil and leave the duct at a milder temperature than its inlet temperature. In hot periods, the air cools, and in cold periods, it warms. Air then exchanges heat with the soil, which in turn stores thermal energy in its surface layer, and this energy originates from solar radiation incident on the earth's surface, which is a renewable energy. The main purpose of EAHE is to provide an improvement in the thermal condition inside buildings, aiming at reducing the electric energy consumption of traditionally used air conditioning equipment. The present research is based on three pillars: the improvement of the computational model of EAHE; performance analysis of EAHE and case study. The general objective of this research is to improve the performance of Y-shaped EAHE by means of an improved computational model, considering a new performance parameter specific for this type of device, in a case study conducted in the city of Rio Grande. The main highlights and contributions of this research are: the development of Compact Computational Model (CCM) of EAHE; the creation of the Energy Performance Indicator (EPI) and the unpublished case study of Y-shaped EAHE, applied in the city of Rio Grande. Numerical simulation, soil type characterization technique, soil and air temperature profiling method, Exhaustive Search technique and Constructal Design method are the main methodological tools employed in this study. For application of the Constructal Design method, two degrees of freedom are considered in the system so that it can evolve: the ratio (L2/L1) and the angle Â, where L2 is the secondary branch, L1 is the primary branch (of the configuration in Y-shaped) and  is the angle formed between the secondary branch and the horizontal direction. While the ratio (L2/L1) assumes the values: 0.05; 0.10; 0.25; 5.50 and 11.50, the angles allowed are: 0º, 15º, 30º, 45º, 60º and 75º. Severalinstallations of EAHE are proposed and investigated. The results showed that: (a) it ispossible to establish a new computational model, validated and verified, more accurate, faster and capable of applicability in several regions of the planet. This model is able to take into account local soil type characteristics and real or realistic soil and air emperature data for a given region. In this research, a procedure developed for solving conservation equations is adopted, called numerical methodology of decoupled solution of fluid dynamic and thermal phenomena - DFDT. A new hexahedral element mesh generation criterion for fluid dynamic analysis is defined; (b) the installations of EAHE formed by L2/L1= 0.05 and  = 30º is considered the optimal device, among the analyzed cases, that is, the one that leads to the maximization of the EPI of EAHE. Consequently, this device leads to the best energy performance of the TCSA and (c) the EAHE applied in a particular locality of the city of Rio Grande, at the recommended depth of 1.00 m, can yield monthly energy savings of up to 120 kWh ( heating) in cold periods and 75 kWh (cooling) in warm periods.

O presente trabalho apresenta um estudo numérico acerca da avaliação geométrica de um escoamento sobre quatro cilindros dispostos alternadamente, com convecção forçada, bidimensional, laminar, transiente e incompressível. A geometria varia de acordo com o método Design Construtal. Os objetivos são a maximização do número de Nusselt (NuD) e a minimização do coeficiente de arrasto (CD) entre os cilindros e o escoamento circundante. As simulações numéricas foram realizadas considerando números de Reynolds de ReD = 10, 40 e 150, com número de Prandtl de Pr = 0.71 (que simula o ar como fluido de trabalho). O problema apresenta três graus de liberdade: ST/D (relação entre o passo transversal dos cilindros intermediários e o diâmetro), SL1/D (relação entre o passo longitudinal dos cilindros frontal e intermediários e o diâmetro) e SL2/D (relação entre o passo longitudinal dos cilindros intermediários e posterior e o diâmetro). Além disso, as medidas atribuídas para 1.5 < SL1/D < 4.0, 1.5 < SL2/D < 3.0 e 1.5 < ST/D < 5.0, totalizando 288 simulações. As equações de conservação de massa, quantidade de movimento e energia são resolvidas utilizando o software FLUENT® 14.5, o qual se baseia no Método dos Volumes Finitos (MVF). Os resultados indicam que o ReD possui influência sobre a geometria ótima do arranjo e sobre o efeito de cada grau de liberdade sobre os indicadores de performance. Para ReD = 10 notou-se uma configuração assimétrica, onde os cilindros centrais estão posicionados próximos ao cilindro frontal. Para ReD = 40 a melhor configuração foi obtida para os cilindros centrais mais próximos ao cilindro posterior e para ReD = 150 uma configuração levemente assimétrica conduziu ao melhor desempenho. Dessa forma, os resultados indicaram que o uso de passos longitudinais diferentes pode conduzir a um melhor desempenho quando comparado a arranjos simétricos (com um único passo longitudinal SL). This presents a numerical study about the geometric evaluation of flow on four cylinders arranged alternately, with forced convection, two-dimensional, laminar, transient and incompressible flow. The geometry varies according to the Design Construtal method. The aims are the maximization of Nusselt number (NuD) and the minimization of drag coefficient (CD) between the cylinders and the surrounding flow. Numerical simulations were performed considering Reynolds numbers of ReD = 10, 40 and 150, with Prandtl number of Pr = 0.71 (which simulates air as working fluid). The problem has three degrees of freedom: ST/D (ratio between the cross-section of the intermediate cylinders and the diameter), SL1/D (ratio between the longitudinal pitch of the front and intermediate cylinders and the diameter) and SL2/D (the longitudinal pitch of the intermediate and posterior cylinders and the diameter). In addition, the measures assigned for SL1/D = 1.5; 3.0 and 4.0, for SL2/D = 1.5; 2.0; 2.5 and 3.0 and 1.5 < ST/D < 5.0, totaling 288 simulations. The conservation equations of mass, momentum and energy are solved using FLUENT® software in its version 14.5, which is based on the Finite Volume Method (MVF). The results indicate that ReD has influence on the optimal geometry of the arrangement and on the effect of each degree of freedom on the performance indicators. For ReD = 10 an asymmetrical configuration was noted, where the central cylinders are positioned close to the front cylinder. For ReD = 40 the best configuration was obtained for the central cylinders closest to the rear cylinder and for ReD = 150 a slightly asymmetrical configuration led to the best performance. Thus, the results indicated that the use of different longitudinal steps may lead to better performance when compared to symmetrical arrangements (with a single longitudinal pitch SL).

O Trocador de Calor Solo-Ar (TCSA) é um dispositivo constituído por um ou mais dutos enterrados no solo, por onde o ar é forçado a escoar. No processo de troca de calor entre o ar e o solo, o ar sai do TCSA com uma temperatura mais amena em relação à sua temperatura de entrada, podendo ser utilizado para a melhoria da condição térmica de edificações. A partir de um TCSA com duto reto (uma entrada e uma saída) adotado como referência, diferentes configurações geométricas de um TCSA com formato T (uma entrada e duas saídas) foram propostas através do método Design Construtal. O objetivo deste trabalho é aliar a modelagem computacional ao método Design Construtal visando a minimização do volume de solo ocupado pelas instalações de TCSA, a maximização do seu potencial térmico e a minimização da perda de carga do escoamento. Os graus de liberdade considerados relacionam o comprimento do ramo bifurcado com o comprimento do ramo principal (L1/L0) e o diâmetros desses ramos (D1/D0). Simulações numéricas realizadas no software FLUENT, baseado no Método dos Volumes Finitos (MVF), permitiram avaliar o potencial térmico do TCSA, enquanto a perda de carga e o volume de solo foram determinados analiticamente. Com o auxílio do método da Busca Exaustiva, os resultados de todas as configurações geométricas foram comparados entre si, de modo a realizar uma otimização geométrica. Os resultados indicaram que à medida que a razão D1/D0 aumenta (casos em que D1>D0) e com L0>L1 o potencial térmico é maximizado. Deste modo, a instalação definida por razões (D1/D0)o=1,5 e (L1/L0)oo=0,5 maximiza o potencial térmico em aproximadamente 21% se comparado à Instalação Referência. A instalação definida por razões (D1/D0)o=0,5 e (L1/L0)oo=7,0 minimiza o volume de solo ocupado em, aproximadamente, 23%. No entanto, há baixa influência do grau de liberdade D1/D0. A perda de carga do escoamento é reduzida em torno de 67% pela instalação definida por (D1/D0)o=1,25 e (L1/L0)oo=7,0. Além disso, a perda de carga só é minimizada nos casos em que a velocidade do escoamento se divide pela metade ou diminui após a bifurcação dos dutos, ou seja, casos em que D0=D1 ou D1>D0. Ao considerar os três parâmetros simultaneamente, a instalação definida por D1/D0=1,5 e L1/L0=7,0 apresenta melhor desempenho. An Earth Earth-Air Heat Exchanger (EAHE) is a device consisting of one or more buried ducts in the soil, through which the air is forced to flow. In the heat exchan ge process between air and soil, the air leaves the EAHE with a milder temperature relative to its inlet temperature and can be used to improve the thermal condition of buildings. From an EAHE with a straight duct (with one inlet and one outlet) adopted as reference, different geometric configurations of a T T-shaped EAHE (with one inlet and two outlets) were proposed using the Constructal Design method. The objective of this work is to combine computational modeling with the Constructal Design method aiming to minimize the soil volume occupied by EAHE installations, maximize their thermal potential and m inimize the pressure drop. The degrees of freedom considered relates to the length of the bifurcated branch to the length of the main branch (L1/L0) and the diameters of these branches (D1/D0). Numerical simulations performed in the FLUENT software, based on the Finite Volume Method (FVM), allowed to evaluate the thermal potential of the EAHE, while the pressure drop and soil volu me were analytically determined. With the aid of the Exhaustive Sea rch method, the results of all geometric configurations were compared with each other to perform a geometric optimization. The results showed that when L0>L1 and the ratio D1/D0 increases (cases when D1>D0), the thermal potential is maximized. Thus, the configuration defined by (D1/D0)o=1.5 and (L1/L0)oo=0.5 maximize the thermal potential by 21% compared to the Reference Installation. Installation defined by (D1/D0)o=1.5 and (L1/L0)oo=0.5 minimize the occupied soil volume by approximately 23%. However, there is little influence of the degree of freedom D1/D0. The pressure drop is reduced by 67% when (D1/D0)o=1.25 and (L1/L0)oo=7.0. Also, the pressure drop is only minimized in cases where the flow velocity is halved or decreases after bifurcation of the ducts, i.e., the cases when D0=D1 or D1>D0. Considering the three para meters simultaneously, the installation defined by D1/D0=1.5 and L1/L0=7.0 has the best performance.

O propósito deste trabalho é apresentar um estudo numérico de um canal bidimensional com duas aletas retangulares submetido a um escoamento no regime laminar com transferência de calor por convecção forçada avaliando a geometria das aletas através do método Design Construtal. Os objetivos principais são maximizar a taxa de transferência de calor e ao mesmo tempo minimizar a diferença de pressões entre a entrada e saída do canal para diferentes dimensões das duas aletas do canal, considerando os mesmos números de Reynolds (ReH= 100) e Prandtl (Pr = 0,71). O problema é submetido a três restrições dadas pelas áreas do canal, aletas e área máxima de ocupação de cada aleta. O sistema ainda possui três graus de liberdade dados pela razão entre altura e comprimento do canal, que é mantida fixa H/L = 0,0625, a razão entre altura e comprimento da aleta frontal (H3/L3) situada na superfície inferior do canal e a razão entre altura e comprimento da aletaposterior (H4/L4) localizada na superfície superior do canal. Os dois últimos graus de liberdade foram variados neste estudo. Para a abordagem numérica do problema, as equações de conservação de massa, quantidade de movimento e energia são resolvidas com o método dos volumes finitos (MVF). Os resultados mostraram que uma razão de H4/L4 igual a 3,0 é a que melhor atende ao multi-objetivo proposto. Também foi observado que razões de H4/L4 mais próximas de 0,25 tem melhor desempenho fluidodinâmico, sendo a razão entre o melhor e o pior caso fluidodinâmico igual a 28,79, enquanto que razões de H4/L4 próximas à 4.0 tem melhor desempenho térmico, com desempenho 60,62% superior comparado ao pior caso.Palavras-chave: Design Construtal, convecção forçada, escoamento em canais, aletas retangulares, estudo numérico.

Neste trabalho propõem-se duas metodologias, empregando Design Construtal e Algoritmos Genéticos, para a construção de caminhos de alta condutividade inseridos numa placa quadrada de baixa condutividade, com geração interna de calor a uma fração volumétrica constante. O objetivo é minimizar a temperatura máxima que ocorre no volume do domínio sólido, facilitando o acesso ao fluxo de calor através dos caminhos condutivos, os quais estão conectados a um dissipador de calor. O volume total da placa e o ocupado pelo material de alta condutividade térmica são fixos assim como a relação térmica entre as condutividades dos materiais. A primeira metodologia facilita a construção dos caminhos de forma evolutiva usando todo o material disponibilizado. A segunda, também usando a ideia de evolução, distribui gradativamente (um percentual a cada evolução) o material de forma sequencial. As formas encontradas para os caminhos, têm uma grande semelhança com as formas ramificadas em formato de árvore encontradas na natureza, porém, as topografias apresentaram diferenças dependentes do total de material disponibilizado. Quando a relação entre a condutividade dos materiais é pequena, o material tende a se acumular mais perto do dissipador de calor criando caminhos mais espessos. Ao usar uma relação de condutividades maior, esses caminhos são mais finos e tendem a se afastar do dissipador de calor. Embora não exista uma forma ótima universal para este problema, os resultados mostrados oferecem um desempenho eficiente, caracterizado pela minimização constante da temperatura na medida que é acrescentado material e/ou evolui a aplicação do Algoritmo Genético, tendo apresentado o uso do último, grandes vantagens computacionais. Além disso, alguns dos resultados apresentaram melhor desempenho, comparados de forma aproximada, com alguns trabalhos prévios encontrados na literatura. In the present study, two methodologies are proposed using Constructal Design and Genetic Algorithms for the construction of high conductivity pathways inserted in a square plate of low conductivity, with internal heat generation at a constant volumetric fraction. The goal is to minimize the maximum temperature that occurs in the volume, facilitating access to the heat flow through the conductive pathways, which are connected to a heat sink. The total volume of the plate and that occupied by the material of high thermal conductivity are fixed as well as the thermal ratio between the conductivities of the materials. The first methodology facilitates the construction of the paths in an evolutionary way using all available material. The second, also using the idea of evolution, gradually distributes (a percentage to each evolution) the material, sequentially. The forms found for the paths have a great similarity to the tree-shaped branched forms found in nature, however, the topographies presented differences depending on the total material available. When ratio of the material conductivity is small, the material tends to accumulate closer to the heat sink creating thicker paths, on using a higher conductivity ratio, these paths are thinner and tend to move away from the heat sink. Although there is no universal optimal form for this problem, the results presented offer an efficient performance, characterized by the constant minimization of temperature as the material is added and/or the Genetic Algorithm (GA) is applied. The use of GA offers great computing advantages. In addition,some of the results presented better performance, compared with some previous studiesfound in the literature.

As necessidades energéticas do homem estão em constante evolução. Já somos mais de 7 bilhões de pessoas em um planeta onde a mudança do estilo de vida da população é constante e esta mudança faz com que a dependência da humanidade pela energia seja cada vez maior. O panorama mundial está mudando rapidamente, por motivos ligados a três das grandes preocupações da humanidade: meio ambiente, energia e economia global. Atualmente as grandes potências mundiais mantêm investimentos fortes nas fontes de energias renováveis, mas não conseguem se tornar totalmente independentes das fontes de combustíveis fósseis. A preocupação mundial em expandir a matriz energética foi o que ocasionou a busca por um maior número de fontes de energias renováveis possibilitando assim sua maior diversificação. Dentro da diversificação de fontes de recursos energéticos renováveis para uma melhoria da malha energética, os oceanos surgem como uma das opções a serem estudadas. O presente trabalho apresenta um estudo sobre a configuração de um sítio de conversores dentro da Plataforma Continental Sul do Brasil e busca encontrar uma configuração que alcance a maior potencialização de conversão, para isso foi utilizado o método do Design Construtal para o desenvolvimento do melhor arranjo das turbinas levando em consideração suas regras de restrição. Neste estudo foi utilizado o modelo tridimensional TELEMAC3D para análise dos processos hidrodinâmicos, este modelo foi acoplado ao módulo de conversão de energia para o cálculo da potência convertida. Este estudo também realizou uma comparação com estudos encontrados na literatura e apresenta a importância da análise da hidrodinâmica do local onde será implantado o sítio, pois este afeta a posição dos conversores. Os resultados obtidos indicaram que a construção do arranjo segue um padrão assimétrico. Isso ocorreu devido ao comportamento do escoamento não ter um padrão definido, como ocorrem em experimentos controlados. Assim, as recomendações teóricas propostas em estudos de laboratório podem sofrer desvios quando aplicadas em sítios reais, o que não acontece na proposta de estudo realizada aqui, visto que a aplicação ocorreu em um sítio real. A esteira que se desenvolveu após o escoamento passar pelos conversores mostrou que fica inviável a implantação de conversores dentro desta área que chegou a mais de 1000m, levando em conta a quebra na intensidade da corrente que ocorre. O estudo desenvolvido permitiu obter um ganho de potência disponível de 23,73% em comparação com um arranjo simulado proposto na literatura. Dessa forma, o método Design Construtal conduziu a uma importante recomendação teórica sobre o design nesse tipo de aplicação. The mans energy needs are in constant evolution. There are more than 7 billion people on a planet where the change of populations habits is constant and this change increases the dependence that humanity has related to energys growth. The world panorama changes fast, for reasons related to three big concerns of humanity: environment, energy and the global economy. Nowadays, the greatest powers keep strong investments in the renewable energy sources, however, they cannot become totally independent of fossil fuel sources. The world concern to increase the energy matrix was the motivation to search for a larger number of renewable energy sources, and it becomes possible their diversification. To improve energy matrix related to the diversification of renewable energy sources, the oceans appear as an option to study. This paper presents a study on a setting of farm converters inside of the Continental Shelf of Southern Brazil and it intends to find a setting that reaches the greater potency of conversion. In this regard, the Constructal Design method was used for developing of turbine arrangement and considering the rules of restriction. In this study, the three-dimensional model TELEMAC3D was used for analyzing of hydrodynamic processes. This model was coupled to the energy conversion module to calculate the converted potency. This study also compared the studies found in the literature and presents the importance of analysis of hydrodynamic of the locality where the farm will be implanted, because it affects the position of the converters. The results indicate that the construction of the arrangement has an asymmetrical pattern. It happened due to the flow behavior, because it does not have a defined pattern, it happens to controlled experiments. Therefore, the theoretical recommendations proposed by laboratory studies can suffer irregularities when they are applied on real farms, it does not happen to purpose of this paper, because in this case the application happened on the real farm. The wave that developed after pass through converters showed that the implementation of converters inside this area exceeded 1000m and its unfeasible, considering the broken current intensity. The developed study provided a potency gain of approximately 23,73% compared to the simulated arrangement proposed in the literature. Therefore, the Constructal Design method leads an important theoretical recommendation of the design in this application.

Tubos estruturais são componentes empregados como colunas em estruturas metálicas devido à sua boa relação peso/resistência mecânica. Porém, quando submetidos a um carregamento de compressão axial os mesmos podem sofrer um fenômeno de instabilidade elástica conhecido como flambagem. Para uma coluna sem perfurações, existem equações analíticas para a determinação da carga crítica de flambagem. Entretanto, se existirem perfurações, somente análises experimentais ou numéricas podem ser empregadas para obter o valor desta carga crítica. Sendo assim, nesse trabalho, um modelo computacional desenvolvido no software ANSYS, que é baseado no Método dos Elementos Finitos (MEF), foi usado na determinação da carga crítica de um tubo estrutural perfurado. Além disso, o método Constructal Design foi aplicado para avaliar a influência da inserção de perfurações retangulares e elípticas ao longo do tubo estrutural na carga crítica de flambagem. O objetivo consistiu em determinar a geometria ótima para essas colunas perfuradas submetidas à flambagem elástica, de forma a maximizar a carga crítica suportada. Foi considerado (razão entre o volume removido e ovolume total da coluna) de 0,05; 0,10; 0,15; 0,20 e 0,25, com variações da razão entre asdimensões características das perfurações (H0 / L0 ) . Os resultados indicaram que valores menores de 0 0 / HLconduzem a maiores valores de carga crítica. Structural tubes are components that are used as columns in metallic structures due its good relation mechanical resistance/weight. However, when they are submitted to an axialcompression loading, they may suffer an elastic instability phenomenon known as buckling. For a column without perfurations openings, there are analytical equations for determining the critical load of buckling. However, if there perfurations openings, only experimental or numerical analysis can be used to get the value of this critical load. Thus, in this study, a computational model developed in the ANSYS software, which is based on the Finite Element Method ( FEM), was used in determining the critical load of a perforated structural tube. Furthermore, the Constructal Design method was applied to evaluate the influence of the insertion of rectangular and elliptical perfurations openings along the structural tube in the critical load of buckling. The goal is to determine the optimal geometry for those perforated columns submitted to elastic buckling , in order to maximize the supported critical load. It was considered (ratio between the removed volume and the total volume of the column) of 0,05; 0,10; 0,15; 0,20 and 0,25, with ratio variations between the holes characteristic dimensions (H0 / L0 ) . The results indicated that smaller values of 0 0 / HL lead to higher critical load.

O presente trabalho apresenta um estudo numérico de escoamento laminar em três cavidades quadradas aletadas sob o efeito de convecção forçada. O escoamento proposto é assumido bidimensional, laminar e permanente. Objetiva-se através do Design Construtal a obtenção de geometria ótima da aleta de forma a maximizar a transferência de calor entre o fluido que escoa no interior da cavidade e a aleta aquecida, para alguns números de Reynolds (ReH = 10; 50; 100 e 1000). Para isto é fixada a relação das dimensões externas da cavidade (H/L = 1) e variação da geometria da aleta entre seu comprimento e altura (H1/L1) para a otimização da troca térmica. Todas as simulações são realizadas com número de Prandtl fixo (Pr = 0,71). A relação entre a área da cavidade e a aleta é considerada fixa ( = 0,05). As equações de conservação de massa, quantidade de movimento e energia foram resolvidas através de um código comercial de dinâmica dos fluidos computacional (CFD - do inglês: Computational Fluid Dynamics) baseado no método dos volumes finitos. O Design Construtal permitiu um significativo aumento de desempenho térmico, o maior número de Nusselt (NuH) foi obtido para a aleta inserida na superfície lateral direita da cavidade com H1/L1 = 2,0 com ReH = 1000, mostrando que o desempenho térmico depende da geometria. Como esperado, a geometria tem forte influência sobre o NuH para todos os ReH avaliados. The current work presents a numerical study of laminar flow in three finned square cavities under forced convection. The proposed flow is two-dimensional, laminar and steady. Using Constructal Design in order to obtain a optimal geometry of the fin to maximize the heat transference between the fluid that flow into the cavity and the heated fin, for some Reynolds numbers (ReH = 10; 50; 100 e 1000). For this, it is fixed the extern dimension relation of cavity (H/L = 1) and the fin geometry variation between the legth and the height (H1/L1) for optimization of the heat exchange. All the simulations are perfomed for a fix Prandtl number (Pr = 0,71). The relation between the cavity area and the fin is considered fixed ( = 0,05). The conservation equations of mass, momentum and energy were resolved through a commercial code of computational fluid dynamics based in the finite volume methods. The Constructal Design allow a significant increasing of thermal performance, the Nusselt biggest number (NuH) was obtained for the inserted fin on the right side surface of cavity with H1/L1 = 2,0 with ReH = 1000, showing that the thermal performance depends of the geometry. As expected, the geometry has a strong influence on NuH for all ReH evaluated.

O presente trabalho apresenta uma investigação numérica de um processo de infusão de resina líquida, que consiste na injeção de uma resina polimérica em um molde fechado composto por um meio fibroso e um canal aberto que facilita o escoamento da resina ao longo do domínio. No âmbito industrial, o método da tentativa e erro tem sido normalmente empregado para a definição geométrica dos canais, o que pode levar a elevado tempo de injeção e falha durante as fases iniciais da produçãode um novo componente em material compósito. O principal objetivo do trabalho é aplicar o Design Construtal para orientar o projeto neste tipo de processo. Mais precisamente, é investigada a influência da geometria de canais abertos em forma de "I" e "T" inseridos em uma placa retangular bidimensional com um meio poroso, sobre o tempo de infusão da resina. O canal em forma de "I" tem como grau de liberdade a relação L0/H0 (relação entre a espessura e o comprimento do canal), enquanto que o canal em forma de "T" tem três graus de liberdade: L0/H0 (relação entre a espessura e o comprimento do ramo simples), L1/H1 (relação entre o comprimento e a espessura do ramo bifurcado) e H0/H1 (relação entre o comprimento do ramo simples e a espessura do ramo bifurcado).A avaliação numérica do efeito da geometria sobre o tempo de infusão foi realizada através do Design Construtal e a otimização geométrica através da Busca Exaustiva (BE). As equações de conservação de massa e quantidade de movimento para a mistura de resina e ar e uma equação para o transporte da resina foram resolvidas com o Método dos Volumes Finitos (MVF). A interação entre as fases foi tratada com o método Volume of Fluid (VOF). A resistência do meio poroso foi considerada através da lei de Darcy. Os resultados mostraram a importância do emprego do Design Construtal na minimização do tempo de injeção de resina no meio poroso. As melhores geometrias com o canal em forma de "I" foram as com uma maior penetração na placa porosa para a região de saída. Para o canal em forma de "T" as geometrias de pior desempenho são restritas na região inferior da placa e o desempenho é melhorado quando o ramo principal tem elevada inserção no meio poroso para a região da saída e a razão entre as espessuras do ramo simples e bifurcados não seja muito elevada ou pequena. Quando comparado o desempenho dos canais em forma de "I" e em forma de "T" sobre o tempo de infusão, os resultados mostraram que a geometria três vezes otimizada para o canal em forma de "T" é cerca de 192,0 % melhor que a geometria ótima para o canal em forma de "I". Nestesentido, os resultados mostraram a importância da avaliação geométrica para o processo de infusão de resina líquida e a aplicação do Design Construtal para racionalizar o projeto desse tipo de processo. This work presents the numerical investigation of a liquid resin infusion process, whichconsists of injecting a polymeric resin in a closed mold comprise of a fibrous medium and an open channel which facilitates the spread of the resin throughout the domain. In the industrial field, the method of trial and error has been often employed for the geometrical definition of the channels, which can lead to high injection time and degree of failure during the initial stages of the production of a new component made of composite material. The main objective is to apply the Constructal Design to guide the project in this type of process. More specifically, the influence of the geometry of open channels in the shape of "I" and "T" inserted into a two-dimensional rectangular plate with a porous medium on resin infusion time is investigated. The channel in the form of "I" has as degree offreedom the relation L0/H0 (relation between the thickness and the length of the channel), while the channel in the form of "T" has three degrees of freedom: L0/H0 (relation between thickness and length of the single branch), L1/H1 (relationship between length and thickness of the forked branch) and H0/H1 (relationship between length of the branch simple and thickness of the forked branch). The numerical evaluation of the effect of the geometry on the infusion time was performed using the Constructal Design and geometric optimization by Exhaustive Search (BE). The mass conservation equations and amount of movement to the mixture of resin and air, and an equation for the transport of the resin were resolved with the Finite Volume Method (MVF). The interaction between the phaseswas treated with the Volume of Fluid method (VOF). The resistance to flow in the porous medium is addressed by Darcy law. The results showed the importance of the Constructal Design for minimising resin injection time. The best geometries with the channel in the form of "I" were those with greater penetration into the porous plate to the outlet region. For the "T" channel, the worst performance geometries are restricted in the lower region of the plate and performance is improved when the main branch has high insertion into the porous medium towards the outlet region and the ratio between the thicknesses of the simple branch and bifurcated is not too high or low. When compared the performance of the channels regarding infusion times, the results showed that the geometry threetimes optimized for the channel in the form of "T" is approximately 192.0 % better than the geometry for the channel in the form of "I". In this sense, the results showed the importance of evaluating the injection strategy in liquid molding and the application of Constructal Design to rationalize the design of this type of process.

No presente trabalho é realizado um estudo numérico em escoamento incompressível, laminar, bidimensional com convecção mista em um canal horizontal com duas aletas retangulares inseridas nas superfícies, onde a influência da geometria e o posicionamento das aletas sobre a taxa de transferência de calor são avaliados com o método Design Construtal. O problema é submetido a duas restrições geométricas, dadas pelas áreas do canal e das duas aletas, e três graus de liberdade: H1/L1, que é a razão entre as dimensões da aleta a montante do escoamento, H2/L2, é a razão entre as dimensões das aletas a jusante e L3, o distanciamento entre os centros das aletas. Dessa forma, foi possível maximizar a taxa de transferência de calor por unidade de comprimento três vezes (qmmm). Também foi avaliada a influência geométrica para diferentes números de ReH (10, 100 e 200) e GrH (103, 104 e 105). A criação do domínio computacional, discretização e especificação das regiões de imposição das condições de contorno (pré-processamento) foram realizadas com o software GAMBIT®. Já o processamento, que consiste em solucionar numericamente, através do Método dos Volumes Finitos, as equações de conservação de massa, quantidade de movimento e energia, foi realizado no software FLUENT®. A partir dos resultados obtidos pode-se observar que as taxas de transferência de calor por unidade de comprimento foram maximizadas para as maiores razões de H1/L1 e H2/L2, ou seja, quando as aletas tiveram a maior inserção no domínio do canal. O distanciamento, uma vez otimizado das aletas, (L3)o, sofreu influência dos números de ReH e GrH avaliados. Dessa forma, os resultados indicaram que a aplicação do Design Construtal levou a resultados com mais de 100% de diferença na taxa de transferência de calor entre as geometrias ótimas e as piores configurações estudadas, evidenciando assim a relevância e a necessidade da realização de uma análise geométrica do problema proposto para alcançar um desempenho satisfatório. In this work we performed a numerical study on a flow that is incompressible, laminar, and two-dimensional with mixed convection in a horizontal channel with two rectangular flaps placed on the surfaces of the channel, where the influence of the geometry and positioning of the fins over heat transfer rates are evaluated with the Constructal Design method. The problem is subjected to two geometric constraints given by the areas of the channel, the areas of two flaps and three degrees of freedom: H1/L1, which is the ratio between the dimensions of the flap upstream of the flow, H2/L2 is the ratio between the dimensions of downstream fins and L3, the distance between the centers of the fins. Thus, it was possible to maximize the heat transfer rate per unit of length three times (q'mmm). It was also evaluated, in this study, the geometric influence for different numbers of ReH (ReH = 10, 100 and 200) and GrH (GrH = 103, 104 and 105). The creation of the computational domain, domain discretization and specification of the imposition regions of the boundary conditions (preprocessing) was performed with the GAMBIT® software. On the other hand, the processing step, which consists on solving numerically mass conservation, momentum and energy equations by the Finite Volume Method, was done with FLUENT® software. From the results it could be observed that heat transfer rates per unit of length were maximized to the highest ratios of H1 / L1 and H2 / L2, that is, when the fins have a greater insertion in the channel field. The once optimized spacing of fins, (L3)o, was influenced by the number of ReH and GrH evaluated. Thus, the results indicate that the Constructal Design application led to a more than 100% difference in heat transfer rate between the optimal geometries and the worst studied configurations. Thus demonstrating the relevance and necessity of performing a geometric analysis of the proposed issue to achieve satisfactory performance.

As colunas de aço oferecem alta resistência mecânica nos diversos estados de tensão, suportando grandes esforços apesar da área da seção transversal ser relativamente pequena. As mesmas são elementos estruturais amplamente empregados em projetos de engenharia. Porém, elementos estruturais sujeitos a carga axial compressiva podem desenvolver o fenômeno conhecido como flambagem, podendo apresentar um comportamento elástico ou elastoplástico. Além disso, a inserção de perfurações na alma das colunas pode influenciar no valor da carga crítica de flambagem e de sua carga última. Desse modo, neste trabalho foi realizado um estudo numérico da capacidade de carga de colunas de aço com seção transversal do tipo U simples com perfurações retangulares, através do Método de Elementos Finitos (MEF) pelo software ANSYS®. Para isso, foi feita a verificação do modelo numérico para a carga crítica elástica comparando com resultados de outros autores, e, em seguida, a validação para a carga última (elastoplástica) com resultados experimentais. Através da modelagem computacional, o método Constructal Design foi utilizado para comparar os resultados entre os tipos de perfurações, visando maximizar a capacidade de carga. Testes para perfurações retangulares foram feitos, levando em conta a retirada de 5%, 10% e 15% do volume do material da coluna. Para cada fração de volume foi variada a relação entre as dimensões características das perfurações (H0/L0), permitindo determinar um valor ótimo para as dimensões características das perfurações (H0/L0)o. The steel columns offer high mechanical strength in the various stress states, supporting great efforts despite the cross-sectional area be relatively small. These ones are structural elements widely used in engineering projects. However, structural elements subdued to compressive axial load can develop the phenomenon known as buckling and they may have an elastic or elastoplastic behavior. In addition, the drilling insertion in the columns soul can influence in the value of the critical load of buckling and his last charge. Thus, in this paper it was realized a numerical study of the load capacity of the steel cross-sectional columns with cross-section of the simple U type with rectangular perforations, through the Finite Element Method (FEM) by ANSYS® software. To do this, it was made a verification of the numerical model for elastic critical load comparing with results of other authors, then the validation for the last load (elastoplastic) with experimental results. Through computational modeling, the Constructal Design method was used to compare the results between the drilling types to maximize the load capacity. Tests for rectangular drilling were made, taking into account the withdrawal of 5%, 10% and 15% of the column volume material. For each volume fraction it was varied the ratio between the characteristic dimensions of drillings (H0/L0), allowing determinate the optimum value to the characteristic dimensions of drillings (H0/L0)o.