Análise numérica da configuração geométrica de canais de injeção em problemas de infusão de resina líquida construídos com a aplicação da teoria construtal
Autor: Glauciléia Maria Cardoso Magalhães (Currículo Lattes)
Resumo
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 canais de injeção que facilitam 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 do processo. O principal objetivo do trabalho é propor uma técnica construtiva baseada na Teoria Construtal para orientar o projeto neste tipo de processo. Mais precisamente, é desenvolvida uma metodologia onde a configuração geométrica dos canais de injeção cresce a partir de uma construção elementar utilizando as seguintes funções de construção: FC: R - função de construção baseada na resistência ao escoamento de resina, FC: t - função de construção baseada na minimização do tempo de preenchimento do molde e FC: m - função de construção baseada na minimização da quantidade de massa de resina desperdiçada. As equações de conservação de massa e quantidade de movimento para a mistura de resina e ar e uma equação para o transporte da fração de volume de resina foram resolvidas com o Método dos Volumes Finitos. A interação entre as fases foi tratada com o método Volume of Fluid. A resistência ao escoamento através do meio poroso foi modelada com a lei de Darcy. Os resultados mostraram que as técnicas construtivas desenvolvidas a partir da Teoria Construtal são bastante promissoras para obter um melhor desempenho fluidodinâmico do problema, minimizando o tempo de injeção e o desperdício de resina, bem como, compreender a construção da forma nesses sistemas. Os resultados demonstraram ainda a influência da resolução do canal sobre os indicadores de performance e sobre a configuração geométrica dos canais de injeção. Quando comparada à montagem de novos elementos em pontos adjacentes aos canais de injeção com maior ou menor resistência ao escoamento, os resultados comprovaram que os novos canais devem ser inseridos nas regiões de menor resistência, no intuito de facilitar o acesso do escoamento de resina ao longo do meio poroso. As funções de construção baseadas nos indicadores de performance levaram aos melhores resultados dos próprios indicadores, ou seja, a FC: t conduziu aos menores tempos de infusão e a FC: m conduziu aos menores valores para a quantidade de massa desperdiçada. Os resultados também indicaram que formas ramificadas dos canais de injeção conduziram aos melhores desempenhos, independente da razão altura/comprimento da placa porosa empregada. Os padrões obtidos foram semelhantes às configurações naturais observadas em escoamentos de ponto para volume, mas adaptadas à restrição de área imposta.