O tratamento de efluentes por digestão anaeróbia tem sido amplamente modelado via ADM1 (Anaerobic Digestion Model No. 1) desenvolvido pela IWA (International Water Association). Tal modelo é dinâmico de modo que concentrações das espécies químicas no interior do reator variam com o tempo, sendo matematicamente regidas por equações diferenciais ordinárias ou algébricas conforme a respectiva cinética química. Este trabalho teve como objetivo adaptar o modelo ADM1 para tratamento e posterior aproveitamento de efluentes agroindustriais, com interesse futuro ao tratamento anaeróbio da vinhaça de cana de açúcar. O presente trabalho considerou biorreatores contínuos de mistura perfeita (CSTR - Continuously Stirred Tank Reactor) e a solução numérica das equações governantes foi programada em linguagem Python. O modelo computacional implementado se mostrou aplicável e pode ser utilizado em demais pesquisas que se baseiam no modelo ADM1 de digestão anaeróbia para tratamento de efluentes agroindustriais, considerando possíveis adaptações devido à especificidade de cada tipo de efluente. / The wastewater treatment by anaerobic digestion has been extensively modelled by ADM1 (Anaerobic Digestion Model No. 1) developed by IWA (International Water Association). This model is dynamic so that chemical species concentrations within the reactor vary over time, being mathematically governed by either ordinary differential equations or algebraic equations according to their chemical kinetics. This research aimed at adapting the ADM1 model for treatment and subsequent use of agroindustrial effluents, with future interest in the anaerobic treatment of sugarcane vinasse. The present research considered Continuously Stirred Tank Reactor (CSTR) and the numerical solution of the governing equations was programmed in Python language. The computational model implemented was applicable and can be used in other studies that are based on the ADM1 model of anaerobic digestion for the treatment of agroindustrial effluents, considering possible adaptations due to the specificity of each type of efluente.

O presente trabalho trata do estudo do modelo computacional, EVSIM, que permite a simulação e caracterização da transferência de calor e massa entre o ar úmido externo e o refrigerante em evaporadores utilizados em sistemas frigoríficos e condicionadores de ar domésticos. O modelo é capaz de levar em conta a distribuição do refrigerante ao longo da serpentina mesmo em circuitos complexos. O desempenho do evaporador é calculado através de uma análise tubo a tubo. Os cálculos em cada tubo são baseados no cômputo da distribuição do ar, da vazão mássica do refrigerante e dos estados termodinâmicos determinados para cada tubo, assim como dos processos de transferência de calor e massa em cada tubo, respectivamente. A principal vantagem do modelo está na análise termodinâmica local, e na consideração dos mecanismos de transferência de calor e equações de estado para diferentes substâncias. Este trabalho acrescenta em relação ao código inicialmente desenvolvido, diferentes correlações de transferência de calor para escoamento bifásico. Os resultados de simulação obtidos são coerentes com resultados experimentais e de razoável confiabilidade. / This work concerns about a study of the computational model, EVSIM, which allows simulating and characterizing the heat and mass transfer between the humid air and the refrigerant in evaporators used in frigorific and domestic air-conditioning systems. The model is able to consider the refrigerant distribution through the coil even in complex geometrical designs. The evaporator thermal performance is calculated through a tube-by-tube analysis. The computation in each tube is based on the air distribution calculation, refrigerant mass flow rate and the thermodynamic states determination for each tube, as well as on the computation of the heat and mass transfer processes, respectively. The main advantage in this model is the ability in performing local thermodynamic analysis, and in the consideration of heat transfer mechanisms and state equations for different substances. This work brings, in relation to the original code, an update on heat transfer correlations for simulating a two-phase flow heat transfer process. The results obtained are coherent with experimental data and show a reasonable accuracy.

A reação de óxido de etileno com substratos orgânicos é um dos principais processos empregados na obtenção de tensoativos. Apesar da grande importância comercial dessas reações, ainda existe muito a se explorar sobre o assunto. As publicações encontradas em geral tratam somente do estudo da cinética dessa reação, e existem poucos trabalhos sobre a aplicação dessas leis cinéticas e de solubilidade em reatores comerciais, de forma a estudar o mecanismo da reação integrado aos diferentes equipamentos usados nas plantas químicas. O principal objetivo desse trabalho consiste no desenvolvimento de um modelo matemático que integra os mecanismos cinéticos, de solubilidade e de transferência de calor para reatores comerciais de etoxilação mecanicamente agitados. Devido ao grau de complexidade e das análises laboratoriais necessárias, optou-se por utilizar modelo cinético disponível para reações de etoxilação. A reação de etoxilação, modelada como uma reação de 2ª ordem, depende da concentração de óxido de etileno e catalisador no meio reacional. A solubilidade do óxido de etileno no substrato reacional foi estudada considerando-se a mistura entre óxido e substrato uma mistura não-ideal, e os coeficientes de atividade desses reagentes na mistura foram obtidos conforme o método de Wilson. A transferência de massa na interface entre gás e líquido foi modelada a partir da teoria de dois filmes de Whitman, na qual é considerada a existência de uma faixa fixa na fase gasosa e na fase líquida através da interface. O reator estudado é um reator mecanicamente agitado, com agitador de turbinas axiais inclinadas 45º. O controle de temperatura do reator é continuamente ativado através da abertura das válvulas de resfriamento da serpentina. A vazão de água de resfriamento é calculada através da análise iterativa da perda de carga na serpentina, considerando-se a possibilidade de escoamento líquido e bifásico.Com as equações obtidas foi elaborado um simulador dinâmico no software Matlab, e os gráficos obtidos comparados com as variáveis medidas no reator industrial. / The chemical reaction between Ethylene Oxide and organic substrates is one of the most important processes for the tensoative production. Besides the commercial significance of these reactions, there is too much to study about this subject. The papers published in general deal only with the reaction kinetics, and there is only a few papers about applying these kinetic and solubility laws in commercial reactors, in such a way to study the reaction mechanism integrated with the process equipments used in chemical plants. The objective of this project is the development of mathematical models for mechanically stirred industrial reactors concerning the kinetic, solubility and heat transfer laws for ethoxylation reactions. Due to the complexity of the laboratorial analysis required to obtain the kinetic parameters, an available kinetic model for ethoxylation reactions was choosen. The ethoxylation reaction is modeled as a 2ª order reaction, and depends on the Ethylene Oxide and catalyst concentration in the bulk reaction. The ethylene oxide solubility in the bulk reaction was analyzed according to the nonideality of the mixture between ethylene oxide and reaction bulk, and the activity coefficients of these reagents were obtained using Wilson methodology. The mass transfer in the gas-liquid interface was modeled according to the two film theory of Whitman, in which a stagnant layer in both phases along the interface is supposed to exist. The mechanically stirred reactor analyzed has some 45º pitched axial turbines along the motion axe. The temperature control acts on the cooling water valves of the submersed coil installed inside the reactor. The cooling water flow is calculated using iterative analysis of the head losses in the coil as a function of the water mass flow, in which is considered the possibility of single and two phase evaporative flow. Using the obtained equations a dynamic simulator in the Matlab software was developed, and the results were compared with measured variables in an industrial reactor.

Visando compreender os fluxos na fase líquida do crescimento de silício pelo método Czochralski, é feita a Simulação Numérica do silício fundido, resolvendo-se as equações que governam o fenômeno da convecção forçada no fluido: Balanço de Quantidade de Movimento e Balanço de Massa. A técnica numérica escolhida é a de Elementos Finitos, onde é utilizada a formulação de Galerkin, com aproximações quadráticas nas componentes da velocidade e linear na pressão. A partir de várias combinações de rotações cadinho-cristal, os perfis de velocidade obtidos são analisados com relação aos efeitos de incorporação de impurezas e/ou dopantes no cristal em crescimento. / In order to visualise the flow conditions during crystal growth of Silicon by the Czochralski technique, a numerical simulation is done. It is used the Finite Element Method with the Galerkin Formulation , and with quadratic approximations on the components of the velocity and linear approximations on the pressure. Many combinations of crystal and crucible rotations are analised and discussed considering optimal growth conditions.

Embora a literatura disponível sobre conformação mecânica disponha de grande número de trabalhos relacionados à fadiga térmica em cilindros de laminação a quente, poucos autores abordam como esse tipo de dano é influenciado por algumas características do processo - em especial a oxidação na superfície de trabalho dos cilindros, tanto enquanto formação de uma camada de óxido uniforme sobre essa superfície quanto na forma de corrosão. Essa lacuna ocorre a despeito do volume de referências que relacionam a oxidação à fadiga térmica em escala laboratorial. O presente trabalho busca relacionar ambas as linhas de investigação, utilizando métodos analíticos e numéricos comparados com experimentos em diferentes escalas, para compreender sob quais condições são formados os óxidos presentes nos cilindros, qual seu comportamento mecânico no decorrer dos ciclos de laminação e como os óxidos influenciam na ocorrência de trincas de laminação a quente. A análise da superfície de trabalho de um cilindro em escala piloto revela a presença de trincas térmicas na superfície de trabalho. Os padrões de defeitos obtidos se mostram de acordo com o exposto em diversas referências publicadas sobre ensaios de fadiga térmica e termomecânica, em relação à presença e distribuição de óxidos no interior das trincas e na superfície externa das amostras. Em paralelo, foram desenvolvidos modelos numéricos do processo de laminação a quente, inicialmente em escala macroscópica, para obter detalhes sobre distribuições de temperatura, tensões e deformações nos cilindros, de difícil obtenção experimental. Estes modelos foram simulados e seus resultados comparados com valores medidos no laminador piloto, validando seu uso para avaliação do comportamento dos cilindros durante uma série de campanhas de laminação. Os resultados obtidos mostram que o mecanismo de fadiga de baixo ciclo normalmente associado ao dano térmico não é suficiente para explicar a nucleação das trincas de fadiga térmica observadas no experimento. O erro na predição pela teoria de fadiga de baixo ciclo tradicional, em conjunto com a caracterização dos cilindros em escala piloto e com observações de cilindros em escala industrial presentes na literatura, permite levantar a hipótese de que os fenômenos de oxidação e corrosão em curso durante o processo de laminação contribuem para uma redução significativa da resistência dos cilindros à fadiga termomecânica. Cálculos analíticos e simulações adicionais em escala microscópica foram realizados, incluindo os efeitos da oxidação e da corrosão, confirmando a hipótese e oferecendo uma linha de investigação mais assertiva para a nucleação e evolução do dano nos cilindros. / Although the literature on metal forming presents a considerable amount of references related to thermal fatigue in hot rolling, only few authors discuss how this type of damage is influenced by some characteristics of the rolling process - specially the oxidation that develops at the surface of the rolls. This gap occurs despite the amount of references relating oxidation to thermal fatigue in laboratory scale. The current work aims to relate both investigation paths, employing analytical and numerical methods in comparison with experiments in different scales, to provide understanding about the conditions at which the oxides observed upon the rolls are formed, their mechanical behaviour during the rolling process and how they influence thermal fatigue cracking in the rolls. The analysis of the roll surface in a pilot scale mill reveals the presence of thermal fatigue cracks on the work surface. The patterns of defects observed are in accordance with several references on thermal and thermomechanical fatigue, regarding the presence and distribution of oxides inside the cracks and at the external surface of the samples. In parallel, numerical models of hot rolling were developed, initially at macroscopic scale, to obtain details on temperature, stress and strain distribution in the rolls, which are difficult to obtain experimentally. These models were simulated and their results were compared with values measured in the pilot scale mill, validating their use to evaluate the behaviour of the rolls throughout a series of rolling campaigns. The obtained results show that the low-cycle fatigue mechanism commonly associated to thermal damage is not enough to explain the nucleation of thermal cracks seen in the experiments. The error in the prediction using the traditional low-cycle fatigue theory, in conjunction with the characterization of the pilot-scale rolls and with observations of industrial scale rolls, yields the hypothesis that oxidation and corrosion phenomena occurring throughout the rolling process contribute to a significative reduction in the resistance of the rolls to thermomechanical fatigue. Analytical calculations and additional simulations in microscopic scale were conducted, including effects of oxidation and corrosion, confirming the hypothesis and providing a more assertive line of research for damage nucleation and evolution in the rolls.

O presente trabalho é focado no estudo dos violentos fenômenos de impacto hidrodinâmico que podem prejudicar a operação de plataformas offshore. São três os fenômenos abordados neste trabalho: o green water, o wave runup e o sloshing. O fenômeno de wave runup consiste na projeção vertical de uma coluna de água devido ao impacto de ondas em estruturas transversais. O fenômeno de green water consiste no embarque de água no convés, podendo danificar os equipamentos da planta de produção. Por fim, o sloshing consiste no movimento violento de fluído em tanques parcialmente preenchidos, resultando em perigosos carregamentos em suas paredes. Tais fenômenos possuem natureza altamente não linear e sua análise, considerando-se toda a sua complexidade, ainda constitui um desafio para a engenharia naval e oceânica. Os métodos de partículas têm se destacado no tratamento de tais fenômenos envolvendo interação fluído-estruturas, grandes deformações e fragmentação de superfície livre. Desta maneira, optou-se pelo emprego do método de partículas Moving Particles Semi-Implicit (MPS) neste trabalho para o estudo dos fenômenos de impacto hidrodinâmico. O MPS é um método totalmente lagrangeano para escoamentos incompressíveis. Para os três fenômenos abordados neste trabalho há uma primeira etapa de validação, na qual os resultados numéricos são comparados a resultados experimentais da literatura. Uma segunda etapa é baseada na aplicação do método numérico na análise de ferramentas para a mitigação dos esforços resultantes do impacto hidrodinâmico. Nesta etapa é investigada a influência do formato da proa no fenômeno de green water e a utilização de anteparas fixas e flutuantes para a mitigação de sloshing em tanques. / The present work is focused in the study of the violent hydrodynamic impact phenomenon which could jeopardize the offshore platforms operation. In this work three different phenomena involving hydrodynamic impact are studied: green water, wave runup and sloshing. The wave runup consists in the vertical projection of a water column due to wave impact on a transversal structure, such as submersible columns. The green water consists in the water boarding on the deck which could damage the equipment over the oil platform deck. Finally, the sloshing phenomenon is the violent movement of fluid in partially filled tanks, resulting in dangerous impact loads at its walls. The hydrodynamic impact phenomenon has strongly non linear nature and is still a challenge for the naval and offshore engineering its analysis considering all its complexity. The particle methods present advantages in the analysis of phenomena involving fluid structure interaction, large free surface deformation, fragmentation and merging. Therefore, in the present study the Moving Particles Semi-Implicit (MPS) method is used. The MPS is a fully lagrangian method for the simulation of incompressible flows. For the three phenomena studied in the present work a first step of validation is performed. In the validation step the numerical results obtained by the particle method are compared to experimental data presented in the literature. The second step consists in the application of the numerical method to investigate simple mechanisms to mitigate the hydrodynamic impact loads. For example, the effect of the bow shape in the green water phenomenon is studied. Also in this step the use of fixed and floating baffles in order to suppress the sloshing phenomenon are investigated.

O fenômeno da transferência de massa entre dois meios é altamente dependente da concentração do componente a ser transferido e da velocidade na camada limite de troca. A medida de velocidade na superfície da água em uma interface ar/água ainda não é realidade devido a falta de instrumental adequado. Procurando sanar este obstáculo, esta pesquisa propôs o desenvolvimento de uma sonda ótica para medida de turbulência na superfície da água em um tanque agitado por grade oscilante. O funcionamento desta sonda foi investigado e suas medidas comparadas a medidas realizadas pelo instrumento microADV, de forma a verificar se o parâmetro medido pelo novo instrumento era relacionado à componente vertical da velocidade próximo à superfície. O comportamento do escoamento no tanque foi modelado com o uso do software Open-FOAM, visando uma maior compreensão do fenômeno. A pesquisa resultou na modelação do escoamento e no desenvolvimento de um dispositivo auxiliar que possibilita o uso do microADV em medidas próximas à superfície livre. A comparação das medidas adquiridas pela sonda ótica e microADV mostram que, apesar de as medidas da sonda terem relação com a turbulência no tanque, este parâmetro turbulento apresenta fraca correlação com a medida da componente vertical da velocidade. / The mass transfer phenomena is highly dependent on the concentration of the component to be transferred and the velocity on the exchange layer. The velocity measurement at the surface of the water in an air / water interface is not yet a reality due to lack of appropriate instruments. In order to overcome this obstacle, this research proposed the development of an optical probe to measure turbulence on the surface of water in an oscillating grid tank. We investigated the operation of the proposed probe comparing its measurements to measurements made by microADV to check the relation between the parameter measured by the new instrument and the vertical velocity near to the surface. The flow behavior in the tank was MODELLED using the software OpenFOAM seeking a greater understanding of the phenomenon. The research resulted in the modeling of the flow in the tank and the development of an auxiliary device that allows the use of microADV in near-surface measurements. Although the probe measurement have relation with the turbulence in the tank, the comparison of measurements acquired by the optical probe and microADV shows the turbulent parameter presenting weak correlation to the measurement of the vertical velocity.

O presente trabalho avaliou métodos de cálculo consagrados internacionalmente de estruturas de contenção estabilizadas pela técnica de solo grampeado. A obra do Novo Hospital da Beneficência Portuguesa em São Paulo/SP, que contou com significante investigação geotécnica de campo e de laboratório e instrumentação e monitoramento durante e após as etapas executivas, serviu de base para elaboração e calibração de modelos computacionais tridimensionais, em elementos finitos, de forma a servirem de comparação com os métodos de cálculos analíticos. A avaliação dos diversos métodos compreendeu os esforços nos grampos (tração, cisalhamento e momento fletor), posição geométrica dos esforços de tração máxima, forma e local da superfície de ruptura e fator de segurança obtido. Verificou-se que, para as condições apresentadas na obra, a maior parte dos métodos de cálculo apresentaram fatores de segurança superiores ao MEF, com valores de 1 a 213 %, com exceção do método de Davis. Os resultados mostraram que o método de empuxo empregado pela FHWA, apesar de ter sido mais arrojado que o modelo de referência em 11 %, se mostrou um método simples e acurado para cálculos expeditos. Conclui-se que o uso do software comercial se mostrou a melhor ferramentas para o cálculo do solo grampeado, obtendo resultados muito próximos ao do modelo numérico com a possibilidade de consideração da estratigrafia do subsolo e de permitir uma análise mais completa do dimensionamento como um todo (geometria, parametrização, visualização das análises e resultados, consideração do nível de água, análises probabilísticas e etc.). / The present work evaluated internationally recognized calculation methods of containment structures stabilized by the soil nailing technique. The work of the New Hospital of Beneficência Portuguesa in São Paulo, SP, which consisted of significant field and laboratory geotechnical investigation and instrumentation and monitoring during and after the executive stages, served as the basis for the elaboration and calibration of three-dimensional computational models in elements finite, in order to serve as comparison for analytical analyzes. The evaluation of the various methods involved the stresses in the nails (tensile, shear and bending moment), geometric position of the maximum tensile stresses, the shape of the rupture surface and obtained safety factor. It was verified that, for the conditions presented in the work, most of the calculation methods resulted safety factor higher than MEF, with values from 1 to 213 %, with the exception of the Davis method. The results showed that the buoyancy method employed by FHWA, despite being bolder than the reference model in 11 %, proved to be a simple and accurate method for fast calculations. It was concluded that the use of commercial software proved to be the best tools for the calculation of soil nailing, obtaining results very close to the numerical model with the possibility of considering the stratigraphy of the subsoil and to allow a more complete analysis of the whole scale (geometry, parameterization, visualization of analyzes and results, consideration of water level, probabilistic analyzes and etc.).

O incêndio florestal é uma complexa combinação da energia liberada na forma de calor devido à combustão dos produtos oriundos da pirólise da vegetação e o transporte dessa energia para o ar e para a vegetação à sua volta. O primeiro é o domínio da química e ocorre na escala de moléculas e o segundo é o domínio da física e ocorre em escalas de até quilômetros. É a interação desses processos sobre uma ampla gama de escalas temporais e espaciais envolvidas no incêndio florestal que faz a modelagem do seu comportamento uma tarefa tão difícil. A propagação do incêndio através de vegetação rasteira e folhas mortas foi simulada numericamente usando a formulação física do WFDS. A abordagem utilizada foi tridimensional e transiente, e baseada em uma descrição dos fenômenos físicos que contribuem para a propagação de um incêndio de superfície através de uma camada de combustível. Neste cenário de incêndio, existem duas regiões: vegetação e ar, cada uma com suas propriedades físicas e químicas e, embora elas precisem ser integradas no mecanismo de solução, há diferentes fenômenos que ocorrem em cada uma. Na região de vegetação, a abordagem é representá-la como partículas submalha cercadas de ar. O caráter heterogêneo da vegetação, como sua natureza, folhagens, pequenos galhos, etc. foi levado em conta usando propriedades físicas médias características da floresta amazônica. Os fenômenos na região de vegetação são a evaporação da sua umidade, a pirólise e a transferência de calor por radiação e por convecção. Na região do ar, a combustão com chama ocorre em um ambiente turbulento, onde as transferências de calor por radiação e por convecção desempenham um papel significativo. Para incorporar a radiação dos gases de combustão, o modelo físico emprega o método de volumes finitos, que resolve a equação de transferência de calor por radiação como uma equação de transporte para um número finito de discretos ângulos sólidos, e que pode ser usado em uma ampla faixa de espessuras óticas e meios participantes. A combustão turbulenta para a fase gasosa é modelada com base no modelo Eddy Dissipation Concept (EDC). O modelo de combustão turbulenta adota a hipótese de reação química infinitamente rápida entre o combustível e o ar e é controlado apenas pela velocidade de mistura desses reagentes. Esse modelo representa bem a física de incêndios em ambientes ventilados, como é o caso dos incêndios florestais. Para incluir os efeitos do transporte turbulento é utilizado o método Large Eddy Simulation (LES), que calcula explicitamente as grandes estruturas turbulentas, mas trata a dissipação e a cascata inercial em escalas menores usando aproximações na escala submalha. As regiões de vegetação e ar trocam massa e energia. O comportamento da mistura gasosa resultante da degradação térmica da vegetação e das reações de combustão é regido pelas equações de Navier-Stokes. As equações que regem os modelos físicos são formuladas como equações diferenciais parciais que são resolvidas por métodos numéricos. O método utilizado para discretização das equações é o método de diferenças finitas em malha deslocada. O modelo numérico utilizado resolve as equações de Navier-Stokes para fluidos compressíveis usando o filtro de Favre. A dissipação de energia cinética é obtida através de um fechamento simples para a tensão turbulenta: o modelo de coeficiente constante de Deardorff. O transporte turbulento de energia e massa é contabilizado pelo uso, respectivamente, de números de Prandtl e de Schmidt turbulentos constantes. Os resultados das simulações do modelo físico descrito foram comparados aos dados experimentais obtidos em campo para a propagação do incêndio na floresta amazônica. Apesar da idealização das condições de combustível, vento e as incertezas dos dados experimentais, as previsões do modelo estão na mesma ordem de grandeza dos experimentos. As taxas de propagação do incêndio experimentais variam de 0,12 +/-0,06 a 0,35+/-0,07 m/min. Mesmo considerando-se o desvio padrão da taxa de propagação do incêndio experimental, os valores das taxas simuladas ficaram dentro do erro experimental somente em dois de sete casos. As simulações mostraram que os parâmetros importantes para o modelo são a área superficial por volume da vegetação, sua massa específica aparente e sua umidade. Como o coeficiente de absorção por radiação é função direta da massa específica aparente e da área superficial por volume da vegetação, esses parâmetros afetam o comportamento numérico do incêndio de superfície. De acordo com os resultados das simulações numéricas, a umidade da vegetação também tem importância no incêndio de superfície. A temperatura inicial da vegetação e a umidade do ar na faixa de variação analisada não influenciam a taxa de propagação do incêndio. As simulações também mostraram que o processo de radiação é muito importante, e afeta diretamente todos os demais processos e a taxa de propagação do incêndio. A convecção tem importância muito menor que a radiação na condição de ausência de vento externo. A coerência das taxas de propagação do incêndio experimental e numérica em função da massa específica aparente de material combustível e da umidade da vegetação foi investigada. O modelo numérico é coerente em todas as nove combinações de casos. Já o experimento é coerente em quatro combinações. Com base nas comparações entre cada dois casos experimentais e as respectivas simulações numéricas, nota-se que as taxas de propagação a partir das simulações numéricas foram mais coerentes que as experimentais. / Forest fire is a complex combination of energy released as heat due to the combustion of the products from the vegetation pyrolysis and the transport of this energy to the surrounding air and vegetation. The first is the domain of chemistry and occurs on the molecular scale, and the second is the domain of physics and occurs at scales up to kilometers. It is the interaction of these processes on a wide range of temporal and spatial scales involved in forest fires that makes modeling its behavior such a challenging task. The spread of fire through small plants and dead leaves was simulated numerically using WFDS physical formulation. The approach used was three-dimensional and transient, based on a description of the physical phenomena that contribute to the spread of a surface fire through a layer of fuel. In this fire scenario, there are two regions: vegetation and air, each one with its physical and chemical properties and, although they need to be integrated into the solution mechanism, there are different phenomena that occur in each one. In the vegetation region, the approach is to represent it as subgrid particles surrounded by air. The heterogeneity of the vegetation, such as its nature, leaves, twigs, etc. was taken into account by using average physical properties that are representative of the Amazon forest. The phenomena in the vegetation region are the evaporation of its moisture, pyrolysis, heat transfer by radiation and convection. In the air region, the flaming combustion occurs in a turbulent environment, and heat transfer by radiation and convection play a significant role. To incorporate the radiation from the combustion gases, the physical model employs the finite volumes method, solving the radiation transfer equation as a transport equation for a finite number of discrete solid angles, which can be used in a wide range of optical thicknesses and participating media. Turbulent combustion for the gaseous phase is modeled using the Eddy Dissipation Concept (EDC) model. The mixing controlled turbulent combustion model adopts the assumption of infinitely fast chemical reaction between the fuel and air. This model represents well the fire physics in ventilated areas, as is the case of forest fires. To include the turbulent flow effects, it is used the Large Eddy Simulation (LES) method, which explicitly calculates the large turbulent structures, but models the dissipation and inertial cascade using approximations in the sub-grid scale. The vegetation and air regions exchange mass and energy. The behavior of the gas mixture resulting from the vegetation thermal degradation and combustion reactions is governed by the Navier-Stokes equations. The equations governing the physical model are formulated as partial differential equations, which are solved by numerical methods. The method used for discretization of the equations is the finite difference method on a staggered grid. The numerical model solves the Navier-Stokes equations for compressible fluids using the Favre filter. Dissipation of kinetic energy is achieved through a simple closure for the turbulent stress: the constant coefficient Deardorff model. The turbulent transport of heat and mass is accounted for by use of constant turbulent Prandtl and Schmidt numbers, respectively. The physical model simulation results were compared to experimental data obtained in the field for the spread of fire in the Amazon forest. Despite of the idealized conditions of fuel, wind and the uncertainties of the experimental data, the model predictions and the experiments are in the same order of magnitude. Experimental rate of spread range from 0.12 +/- 0.06 to 0.35 +/- 0.07 m/min. Even considering rate of spread experimental standard deviation, simulated rate values were within experimental error only in two of seven cases. The simulations showed that the important parameters for the model are the vegetation surface area to volume ratio, its bulk density and moisture. As the radiation absorption coefficient is a direct function of vegetation bulk density and surface area to volume ratio, these parameters affect the numeric behavior of the surface fire. According to the numerical simulations results, vegetation moisture is also important in the surface fire scenario. Vegetation initial temperature and air humidity in the range analyzed does not influence the rate of spread. The simulations also showed that the radiation process is very important and directly affects all other processes and rate of spread. Convection heat transfer has much less significance than radiation heat transfer in the absence of external wind. The consistency of the experimental and numerical rate of spread, as a function of combustible material bulk density and vegetation moisture was investigated. The numerical model is consistent in all nine case combinations. The experiment is consistent in four cases. Based on comparisons between each two experiments and their numerical simulations, it is noted that the rate of spread variation from the numerical simulation is more consistent than the experimental one.

Este trabalho tem como propósito investigar como a variação geométrica de determinados parâmetros envolvidos na construção de uma geometria bifurcada de seção circular, em forma de Y, afeta a resistência ao escoamento, tanto de fluidos newtonianos como não newtonianos. As geometrias estudadas foram construídas utilizando-se o princípio do Design Construtal. Os parâmetros variados foram a relação entre os comprimentos dos dutos pais e filhos, a relação entre os diâmetros dos mesmos dutos, e o ângulo central da estrutura em forma de Y. Para as relações geométricas lineares foram utilizados os valores de 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9 e 1, enquanto para os ângulos, foram utilizados os valores de 155°, 135°, 115°, 95°, 75°, 45°, 25° e 10°. Os fluidos utilizados foram do tipo newtoniano e não newtoniano, dentre estes últimos, foram estudados fluidos pseudoplásticos e dilatantes. O trabalho foi realizado através de simulações numéricas, implementadas com a utilização do software comercial Ansys Fluent, o qual resolve as equações governantes através do método dos volumes finitos. As malhas utilizadas foram do tipo poliédrica. Os resultados indicam que há uma diferença em relação ao que se espera da literatura para as relações entre os diâmetros e os comprimentos. A Lei Hess-Murray indica que estas relações ótimas seriam de 2-1/3 para as relações entre os diâmetros e comprimentos. No presente trabalho, foram determinadas relações entre os diâmetros próximas de 0,6, e entre os comprimentos, iguais a 1. Os ângulos ótimos ficaram localizados no intervalo entre 100° e 135°. / This work aims to investigate how the geometric variation of certain parameters involved in the construction of a bifurcated Y-shaped circular cross-section geometry affects the flow resistance of both Newtonian and non-Newtonian fluids. The geometries studied were constructed using the Constructal Design principle. The parameters were the relationship between the lengths of the daughter and parent ducts, the relationship between the diameters of the same ducts, and the central angle of the Y-shaped structure. For the linear geometric relations, values of 0.5; 0.6; 0.7; 0.8; 0.9 and 1 where used, for the angles, the values of 155 °, 135 °, 115 °, 95°, 75 °, 45 °, 25 ° and 10 ° were used. The fluids used were of the Newtonian and non-Newtonian type, among the latter, pseudo plastic and dilatant fluids were studied. The work was carried out through numerical simulations, implemented with the commercial software Ansys Fluent, which solves the governing equations through the finite volume method. The meshes used were of the polyhedral type. The results indicate that there is a difference in relation to what is expected from the literature for the relationships between diameters and lengths. The Hess-Murray Law indicates that these optimal relations would be 2-1/3 for the relationships between diameters and lengths. In the present work, relationships between the diameters close to 0,6 were found and s equal to 1 between the lengths. The optimum angles were located in the range between 100 ° and 135 °.