Design e modelagem computacional aplicados á avaliação geométrica de canais abertos em um processo de infusão de resina

• Ano de defesa: 2016
• Autor(a) principal: Magalhães, Glauciléia Maria Cardoso
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Simulação numérica; Avaliação geométrica; Infusão de resina líquida; Design construtal; Liquid resin infusion; Geometric evaluation; Constructal design; Numerical simulation
• Link de acesso: http://repositorio.furg.br/handle/1/9175

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.