Joaquim Vaz

Flow of Stresses: Constructal Design of Perforated Plates Subjected to Tension or Buckling

It is possible to state that improving systems configuration for achieving better performance is the major goal in engineering. In the past, the scientific and technical knowledge combined with practice and intuition has guided engineers in the design of man-made systems for specific purposes. Soon after, the advent of the computational tools has permitted to simulate and evaluate flow architectures with many degrees of freedom. However, while system performance was analyzed and evaluated on a scientific basis, system design was kept at the level of art [1].

SIMULAÇÃO NUMÉRICA E DESIGN CONSTRUTAL APLICADOS À ANÁLISE DE UM TROCADOR DE CALOR SOLO-AR PARA O APROVEITAMENTO DO POTENCIAL ENERGÉTICO DO SOLO

O Trocador de Calor Solo-Ar (TCSA) vem sendo estudado como uma alternativa importante para melhorar a condicao termica de edificacoes. O solo, por sua vez, desempenha papel fundamental no principio de funcionamento do TCSA, pois e o agente que promove a troca de calor com o ar. O metodo Design C onstrutal aliado a simulacao numerica permite estudos sobre a configuracao geometrica de instalacoes de TCSA com o intuito de maximizar o seu desempenho termico. O principal objetivo deste trabalho e analisar cinco diferentes tipos de instalacoes de TCSA ut i lizando o metodo Design Construtal. Essas instalacoes foram dispostas na profundidade de referencia indicada na literatura com o intuito de aproveitar o potencial energetico do solo nesta regiao. Os resultados mostram que e possivel encontrar a instalacao que proporcionou o maior desempenho termico do TCSA, bem como a configuracao do arranjo dos dutos. Alem disso , na medida em que a configuracao do arranjo de dutos foi se tornando mais complexa, isto e, havendo um aumento na quantidade de dutos na instalacao, presen ci ou -se uma melhoria significativa no desempenho termico do TCSA. Isso se deu aliado a diminuicao dos respectivos diâmetros dos dutos, mantendo constante neste processo a vazao total da instalacao. No entanto, a principal contribuicao deste estudo foi o aproveitamento da energia termica do solo na profundidade de referencia, principalmente para aplicacao em periodos quentes do ano. Portanto, as instal a coes de TCSA dispostas nesta regiao proporcionaram os melhores desempenhos t e rmicos de TCSA para re s friamento, quando comparadas com as referencias encontradas na literatura.

ESTUDO DO POTENCIAL TÉRMICO DE TROCADOR DE CALOR SOLO-AR EM DOIS TIPOS DE SOLOS NO MUNICÍPIO DE RIO GRANDE (RS)

A engenharia contemporânea evolui no sentido do desenvolvimento de metodos e aplicacoes para utilizacao de energias renovaveis visando minimizar acoes danosas ao meio ambiente. O solo, por sua vez, desempenha importante papel no principio fisico de funcionamento do Trocador de Calor Solo-Ar (TCSA), pois ora cede, ora absorve o calor para o ar, que escoa no interior dos dutos. Consequentemente, as propriedades termofisicas do solo influenciam no desempenho termico do TCSA. Entao, o objetivo deste trabalho e estimar o desempenho termico do TCSA para dois diferentes perfis geotecnicos de solos considerados. Para isso, a modelagem computacional foi essencial para o desenvolvimento deste trabalho. Atraves dos resultados obtidos, foi constatado que, o TCSA, quando instalado em solo com caracteristica argilosa, apresenta melhor desempenho termico se comparado a uma instalacao em solo arenoso. Tambem se constatou que nem sempre o potencial de resfriamento e aquecimento do TCSA aumenta com a profundidade de instalacao do duto. O perfil geotecnico do solo tem influencia fundamental no desempenho do TCSA, sendo necessario considerar suas caracteristicas para um projeto adequado deste dispositivo. Dessa forma, a principal contribuicao deste trabalho consistiu no desenvolvimento de metodologia para avaliar distintos perfis de solo para modelagem de TCSA. Palavras-chave : Trocador de Calor Solo-Ar, propriedades termofisicas, potencial termico.

Numerical Analysis of Perforated Thin Plates Subjected to Tension or Buckling

Thin perforated plates are employed as structural members in many engineering applications. More specifically, in naval, marine and offshore structures these panels are used to make a way of access or to reduce the total weight of the structure. In several design situations these plates are subjected to axial forces. Besides, the presence of the perforation causes a change in the plates mechanical behavior. When the perforated plate is tensioned, regions of stress concentration are generated, and if the panel is subject a compressive load, there is a possibility to occur the buckling phenomenon. For these reasons, in this work a numerical study was accomplished, aiming to obtain the optimal geometry for the thin perforated plate subjected to tension or buckling. The computational models were developed in the ANSYS software and the geometric optimizations were based on the Constructal Design method. The results indicated an optimal geometry which can be up to 594 % superior considering the level of stress concentration, and there is an optimal geometry which presents a critical buckling load until 57.2 % superior. Moreover, these preliminary results show that additional researches into this subject are justified.