O presente trabalho pesquisa o fenômeno da transferência simultânea de calor e umidade em solos insaturados que envolvem dutos enterrados. Estes dutos e o solo envolvente compõem o chamado sistema trocador-armazenador de calor no solo, que é muitas vezes utilizado como fonte complementar de aquecimento em estufas solares agrícolas. O funcionamento do sistema trocador-armazenador de calor é baseado na energia armazenada no solo durante os horários de máxima insolação, sendo que durante a noite parte desta energia é recuperada. Durante o dia o ar quente do meio interno da estufa solar é bombeado para dentro do feixe de tubos enterrados, que devolvem o ar mais frio na outra extremidade. Por outro lado, durante a noite o ar mais frio do meio interno da estufa é bombeado para dentro dos dutos, os quais efetuam troca térmica com o solo envolvente, que neste horário possui a temperatura mais elevada do sistema. O objetivo geral deste trabalho é resolver o problema transiente periódico e tridimensional da transferência simultânea de calor e umidade em solos não-saturados, que compõem o sistema trocador-armazenador de calor, utilizando a simulação numérica. Como objetivos secundários têm-se: o melhoramento do sistema de troca térmica, a quantificação da parcela de calor transportado pela difusão da umidade no solo e a análise dos campos de temperatura e de conteúdo de umidade, sendo que a análise dos campos de umidade permite verificar se existe formação de frentes de secagem significativas na vizinhança dos dutos durante os sucessivos períodos de aquecimento e resfriamento a que o sistema é submetido. Na resolução do problema em questão é empregado o modelo clássico de Philip e De Vries para a transferência simultânea de calor e massa em meios porosos insaturados Neste modelo, as equações de conservação de energia e massa obtidas trazem explicitamente as influências combinadas dos gradientes de temperatura e de conteúdo de umidade nos processos de transporte de calor e umidade. O sistema de equações diferenciais governantes do problema em questão é resolvido numericamente utilizando o Método dos Volumes Finitos e na discretização destas equações é usada uma integração temporal totalmente implícita. Todas as propriedades difusivas e termofísicas empregadas são consideradas variáveis com a temperatura e o conteúdo de umidade. Os dutos de seção transversal circular do sistema trocadorarmazenador de calor no solo, são modelados como dutos de seção transversal quadrada de área equivalente para que coordenadas cartesianas possam ser utilizadas nos modelos analisados. Neste trabalho são simulados quatro modelos computacionais associados ao sistema trocador-armazenador de calor no solo. Estes modelos são compostos por: um duto isolado, um duto com convecção, dois dutos isolados e dois dutos com convecção. A variação da temperatura do ar na entrada do(s) escoamento(s), assim como a temperatura do meio ambiente, para os modelos com convecção, é dada por uma senóide com uma amplitude de 14 ºC. No modelo de um duto isolado, são realizadas simulações utilizando várias combinações dos parâmetros do modelo em questão e os resultados, assim obtidos, são comparados com aqueles encontrados na literatura Visando melhorar o sistema de troca térmica dos modelos computacionais investigados, são selecionados valores e intervalos de valores recomendados para os parâmetros do modelo de um duto isolado. Para este modelo, com um diâmetro de 0,1 m, são escolhidos valores (ou intervalos de valores) recomendados: de 4 m/s para a velocidade do escoamento interno dentro do duto, de 0,25 para o conteúdo de umidade do solo, de 5 até 20 metros para o comprimento do duto e de 0,20 até 0,30 m para a distância entre centros do dutos. As simulações dos quatro modelos computacionais realizadas utilizando as várias combinações dos valores recomendados para os parâmetros destes modelos, mostrou que não há diferença significativa entre os valores de calor volumétrico armazenado no solo empregando a resolução acoplada das equações de energia e de massa e a resolução da equação da temperatura. Mesmo para os modelos de um e de dois dutos com convecção a diferença percentual encontrada foi insignificante. Finalmente, são apresentados e analisados os campos de temperatura e de conteúdo de umidade para os quatro modelos computacionais avaliados. Os perfis de temperatura e de conteúdo de umidade em diferentes horários mostraram que, durante o dia, o solo absorve calor dos escoamentos internos de ar e, uma vez que, junto à superfície dos dutos tem-se regiões de maior temperatura, há, conseqüentemente, uma migração da umidade nestas regiões. Durante a noite, ocorre o contrário, o solo fornece calor aos escoamentos dentro dos dutos, e, desta forma, as regiões próximas aos dutos apresentam níveis de conteúdo de umidade superiores ao inicial. Ainda, os perfis de conteúdo de umidade para todas as situações analisadas mostraram que, não há formação de frentes de secagem significativas nas proximidades dos dutos que compõem os quatro modelos computacionais avaliados.

Este trabalho tem o objetivo de realizar uma análise de sensibilidade dos parâmetros operacionais e de projeto de uma usina termelétrica. A análise de sensibilidade serve para indicar qual a importância dessas grandezas no resultado do sistema. A planta modelada é a da Usina Termelétrica Presidente Médici – Fase B, localizada em Candiota, RS, onde cada módulo é capaz de produzir até 160 MW de potência. Para esta planta é apresentado o equacionamento de cada componente do sistema. Destacam-se duas modelagens para a turbina a vapor, usadas para a simulação de seu comportamento em carga parcial, o da Elipse de Stodola e o de Schegliáiev. Ambos os modelos são comparados. Também são apresentados os modos de controle de carga por válvula de estrangulamento, por válvula de bocais e por pressão deslizante. A análise de sensibilidade é feita por meio de três métodos distintos, cujos resultados são comparados. O Método Diferencial utiliza as derivadas parciais para estimar a sensibilidade. O Método de Monte Carlo realiza uma série de avaliações do sistema, com os dados de entrada gerados randomicamente em cada avaliação e análise estatística dos resultados para avaliar a sensibilidade das respostas. É desenvolvido neste trabalho o Método da Transformada de Fourier, que gera os dados de forma senoidal e utiliza a transformada de Fourier para medir as sensibilidades. A medida da sensibilidade é feita através de dois índices. O índice de importância é a derivada parcial de um resultado em relação a um parâmetro, adimensionalizado pelas médias das variáveis, e o índice de sensibilidade é a composição fracional da variância de um resultado. Como conclusão, observa-se que os modelos para operação em carga parcial da turbina de Schegliáiev e de Stodola produzem praticamente os mesmos resultados. Os três métodos de análise de sensibilidade conduzem aos mesmos índices de sensibilidade no caso estudado. A ordenação da importância dos parâmetros estudados é idêntica quando se usa tanto o índice de importância quanto o de sensibilidade, mesmo seus valores sejam diferentes para cada parâmetros.

O objetivo deste trabalho é apresentar a seqüência de desenvolvimento de um processo de forjamento a quente com uma liga de alumínio AA6351. Métodos experimentais, numéricos e computacionais são utilizados em conjunto buscando a redução do tempo de desenvolvimento do processo de conformação, reduzindo as chances de confecção incorreta de ferramental, conformação insatisfatória, capacidade dos equipamentos inadequada, entre outros. Os programas comerciais de simulação numérica MSC.SuperForge 2005® e MSC.SuperForm 2005®. Este é alimentado com parâmetros obtidos através de métodos experimentais, como curvas de escoamento e fator de atrito, e métodos teóricos como coeficientes de transferência de calor, com o objetivo de melhorar a qualidade dos resultados obtidos através da simulação numérica. As peças produzidas são comparadas com os resultados obtidos via simulação computacional com o intuito de validar os resultados obtidos e apresentar a viabilidade de utilização de métodos numéricos para desenvolvimento de processos de conformação mecânica. O desenvolvimento de geratrizes pré-formadas é realizado através de simulação numérica resultando em uma redução de aproximadamente 59% no volume de material perdido em forma de rebarba. / The purpose of this work is to present the sequence of a hot forging process development from AA6351 aluminum forged part. Experimental, numeric and computational methods are used together so as to reduce the product’s development time, chances of incorrect tools construction, incorrect formation and inadequate equipment capacity, among other things. The MSC.SuperForge 2005® commercial numeric simulation software is used. This software is fed with parameters acquired through experimental methods, like flow-stress curves and friction curves, and numeric methods, like heat transfer coefficients, with the purpose of increase the results quality got through numeric simulation. Produced parts are compared with computational simulation results with the purpose to validate the results got and present the feasibility of the use of numeric methods to development of mechanical formation processes. Pre-formed billets development is realized through numeric simulation resulting in a material volume reduction of approximately 59% in material volume loss like flash.

A otimização de processos tem como objetivo a maximização, ou minimização, de uma função objetivo que descreve o problema a ser resolvido. Para tanto, dependendo do problema e visando a obtenção da melhor resposta no menor tempo, podem ser utilizadas técnicas estocásticas ou determinísticas. Atualmente, o emprego de otimizadores não mais se restringe às aplicações da indústria de processos e manufaturas, mas também em outras áreas, como, por exemplo, a de energias renováveis. Esse fato se deve à conscientização acerca das consequências da utilização combustíveis fósseis e da busca pelo maior custo-benefício em projetos da área. Este trabalho tem como objetivo estudas o posicionamento de aerogeradores em um parque eólico utilizando otimização de processos. Para tal, foi desenvolvido um modelo baseado em Katic et al. (1986) para a descrição do déficit de velocidade do vento, aplicando o conceito de blending functions para combinar as perdas pelo efeito de esteira em todas as direções de vento incidente. O resultado é um modelo de rápida execução e qualitativamente correto. Comparou-se, então, soluções de otimizadores de busca direta global do tipo estocástico (PSO) e determinístico (DIRECT), escolhidos em função da não-regularidade da função objetivo. Considerou-se, também, o valor de 15% de perda de energia em relação à geração ideal como sendo o máximo aceitável para as respostas. O DIRECT alcançou soluções viáveis para até 8 turbinas, enquanto o PSO solucionou o problema para até 13 aerogeradores. Os resultados do PSO com 80 partículas e 100 iterações, para posicionamento de 13 aerogeradores, foi comparado com os resultados mostrados por Mosetti et al. (1994), mostrando uma necessidade de área de terreno cerca de cinco vezes menor para cada turbina. Avaliou-se, então, a influência os parâmetros algoritmo PSO, tanto os internos quantos os externos (número de partículas e iterações), em cenários de média e alta complexibilidade para a mesma quantidade de avaliações da função objetivo, respectivamente. As soluções encontradas mostraram que tais parâmetros tem grande efeito nas respostas dos otimizadores. / The aim of process optimization is maximize, or minimize, an objective function that describes a problem to be solved. To do that, depending on the problem and aiming the best solution in a shortest time, stochastic or deterministic techniques can be used. Currently, the use of optimizers no longer is restricted to process and manufacturing industrial problems, but in many others fields, like, for example, the renewable energy. This is due to the awareness about the consequences of using fossils fuels and looking for the best cost-effective in the projects of this area. The objective of this work is study the set of wind turbines in a wind park using process optimization. To do that, it was developed a model based on Katic et al. (1986) to describe the wind speed decay, using the knowledge of blending functions to add the wake losses in all wind directions. The result is a fast performance and qualitatively correct model. Then, global direct search optimizers solutions, a stochastic (PSO) and a deterministic (DIRECT), were compared. Those were chosen due the non-regular objective function. It was considerer 15% as the maximum acceptable energy losses, compared to the ideal, of the positioning answeres. The DIRECT reached viable solutions up to 8 turbines while the PSO solved the problem up to 13 turbines. The results of the PSO with 80 particles and 100 iteractions to positioning 13 turbines, was compared with the results shown by Mosetti et al. (1994) resulting in about 5 times less land required to each turbine. Then, it was evaluated the effect os the PSO parameters, inner and outer (number of particles and iteractions), in medium and high complexity scenarios to the same amount of objective functions evaluations. The solutions reached shown that those parameters have large influence in the optimizers solutions.

Os sistemas de aquecimento através da energia solar são uma fonte interessante de energia acessível e distribuída. No Brasil, a utilização de coletores solares planos já é bem conhecida e difundida. Os coletores solares de tubo evacuado até pouco tempo tinham um custo considerado elevado para o nosso mercado, mas atualmente esta tecnologia está cada vez mais difundida no mercado nacional com custos menores. Para se entender se o custo adicional deste coletor quando comparado aos tradicionais coletores planos é vantajoso, são necessários estudos comparativos para determinar as reais vantagens e quando as mesmas podem proporcionar uma maior economia financeira à instalação. Esta dissertação compara as tecnologias atuais de coletores planos com os de tubo evacuado disponíveis no mercado nacional, mostrando comparações em diferentes regiões do país e analisando se as vantagens encontradas são interessantes do ponto de vista do custo da instalação. Para realizar estas analises foram desenvolvidos testes para caracterização dos tubos destes coletores, de forma a determinar os parâmetros de desempenho dos mesmos. Também foi preparada uma bancada de testes para os coletores solares e foram realizados ensaios de comportamento térmico. Conhecendo os resultados foi possível adequar e utilizar um software de simulação desenvolvido no Laboratório de Energia Solar da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Este software visa a simulação de sistemas de aquecimento de água com diferentes configurações em qualquer região do país. Com a implementação dos coletores de tubo evacuado, e com simulações do seu desempenho em diferentes regiões, é possível comparar o seu comportamento em relação ao coletor plano. Nesta dissertação as curvas de desempenho foram comparadas em diferentes situações, onde foi possível verificar em que momentos o coletor de tubos pode ser melhor que o plano. Também foram realizadas comparações entre a área ocupada e o custo destes coletores para instalações em 3 diferentes regiões do país. Com estas comparações ficou evidente que para climas mais frios o coletor de tubos evacuados pode apresentar melhor desempenho que os coletores planos, mas o seu custo ainda é muito maior que os coletores planos nacionais. / The solar water heating systems are a interesting source of accessible and distributed energy. In Brazil, the flat plate solar collector use is well known. The vaccum tube solar collectors until little time ago had an elevated cost for our market, but, today, the technology is available in our national market with lower costs. And to understand if this costs, that are higher than the flat plane collectors are worth it, some studies are necessary to understand the real benefits of this technology. This work aims to compare both technologies available in the national market, showing comparisons in different regions of the country and studying if the advantages are interesting in the economical point of view. To achieve that some tests were developed in order to obtain the performance parameters of this collectors. Also an external bench was developed to test this collectors according to the Brazilian standard. With the results and knowing the behavior of this collectors it was possible to program the simulation software that was developed in the Laboratório de Energia Solar of the Universidade Federal do Rio Grande do Sul. This software aims at the simulation of water heating systems in different regions of the country. With the implementation of the vacuum collectors in the software, it was possible to simulate different climate conditions over the country and compare the behavior with the flat plate collectors. In this work the performance curves were compared in different climate situations, so that was possible to understand when the vaccum collector can be better. Also some comparisons where made between the occupied area and the costs in three different regions of the country. With the results of this comparisons it is evident that for cold climates the vaccum collector can obtain a better performance than the flat plate collectors, but its cost is still higher.

O principal objetivo dessa dissertação consiste nas simulações numéricas de um escoamento de um fluido viscoplástico usando o método de elementos finitos. A modelagem mecânica empregada está baseada nas equações conservativas de massa e momentum acopladas ao modelo constitutivo recentemente proposto por Souza Mendes e Dutra – aqui chamado de SMD. A modelagem mecânica foi aproximada via método de Galerkin Mínimos-Quadrados (GLS), que é construído para superar a falha numérica do método clássico de Galerkin para formulações mistas sem danificar a sua consistência. Primeiro, a fim de checar o código computacional, um escoamento em uma cavidade forçada. Em seguida, dois escoamentos de fluidos viscoplásticos foram considerados: um fluido SMD escoando através de uma expansão seguida de uma contração abrupta e outro em torno de um cilindro circular. Os resultados numéricos gerados forneceram informações físicas dos fenômenos de viscoplasticidade estudados e se mostraram de acordo com a literatura. / The main objective of this paper consists of numerical simulations of viscoplastic fluid flows using the finite element method. The mechanical modeling employed is based on the mass and momentum conservative equations coupled with the constitutive model recently proposed by Souza Mendes and Dutra - herein only named by SMD. The mechanical modeling was approximated via the Galerkin Least-Squares method (GLS) which is built to overcome the numerical shortcoming of the classical Galerkin method for mixed formulations without damaging its consistency. First, in order to check the computational code, a Newtonian leaky cavity flow. Next, two viscoplastic fluid flows has been considered: a SMD fluid flow through a sudden expansion followed by a contraction geometry and around a circular cylinder. The generated numerical results gave some physical information on the viscoplastic phenomena studied and are in accordance with the literature.

A estimativa de parâmetros térmicos relacionados à Soldagem por Fricção Linear (também conhecida como Soldagem por Fricção e Mistura Mecânica) de uma placa de alumínio AA 2195- T8 é estudada nesta dissertação. A determinação dos parâmetros é tratada como um problema de otimização, no qual a função objetivo corresponde a uma função erro entre temperaturas medidas numericamente e temperaturas calculadas, para certos valores da taxa de calor gerada pela fricção, do coeficiente de transferência calor por convecção natural e do coeficiente de transferência de calor entre a placa e a base de suporte. A distribuição transiente de temperaturas sobre a placa é determinada pela solução da equação da condução de calor tridimensional transiente, a qual é resolvida pelo método dos volumes finitos. A minimização da função objetivo é realizada com o auxílio do algoritmo Otimização Extrema Generalizada (GEO), um método evolucionário que pode lidar com diversos tipos de problemas de otimização. A avaliação da sensibilidade da leitura de temperatura é feita com relação ao posicionamento dos sensores, com o objetivo de descobrir as melhores posições para aquisição de dados, e também a determinação do parâmetro t (parâmetro utilizado no método GEO que deve ser ajustado para cada tipo de problema) que melhor se adapta para cada um dos conjuntos de medição de temperatura. Além disso, realiza-se um estudo no qual é analisado um caso em que a fonte de calor possui forma de distribuição desconhecida, sem a utilização de equações para a sua descrição, desta maneira mais parâmetros devem ser estimados pela análise inversa, assim o processo de otimização é mais complexo (cinco valores de taxa de calor e dois coeficientes de transferência de calor, ao invés de uma taxa de calor e dois coeficientes). Ainda, para simular medições de dados reais, os valores de temperatura obtidos a partir da solução numérica para valores específicos da taxa de calor e dos coeficientes de transferência de calor são perturbados com ruídos de acordo com desvios-padrão típicos dessa forma de medição. Este trabalho demonstra que a aproximação inversa proposta pode ser um modo muito efetivo para avaliar e predizer os parâmetros que governam o processo de transferência de calor na Soldagem por Fricção Linear, um importante passo para o seu controle em tempo real. / The estimation of thermal parameters related to Friction Stir Welding of a AA 2195-T8 plate is studied in this dissertation. The determination of the parameters is carried out by means of an optimization problem, in which the objective function corresponds to an error function between the numerically measured temperature and the temperature computed for each estimated values of the heat rate input, the heat transfer coefficient on the bottom surface, and the natural convection heat transfer coefficient. The time-dependent temperature distribution on the plate is determined by the solution of the three-dimensional transient state conduction equation, which is solved by the control-volum method. The minimization of the objective function is accomplished with the aid of the Generalized Extremal Optimization (GEO) method, an evolutionary method that can deal with several types of optimization problems. The evaluation of the temperature reading sensitivity is carried out, in relation to the readers locations on the plate, in order to determine the best positions that can be used to acquire datas, and the determination of the t parameter (this parameter is used in the GEO method and it must be adjusted for each type of problem) that best fits with each one of the temperature readers assembly, allowing the determination of the best temperature readers assembly. In addition, it is executed a study that considers a case where the heat rate input has unknown profile distribution, without using equations for its description, in this manner more parameters have to be estimated by the inverse analysis, so the optimization process is more complicated (five heat rate inputs and two heat transfer coefficients, instead of one heat rate input and two heat transfer coefficients). Furthermore, to simulate real-data measurements, the temperature inputs, obtained from a numerical solution for specific values of the heat rate input and the heat transfer coefficients, were perturbed with noises according to the standard deviation of the measurement procedure. This work demonstrates that the proposed inverse approach can be a very effective way to evaluate and predict the parameters that govern the heat transfer process in Friction Stir Welding, an important step to real-time control of this process.

A presente dissertação de mestrado apresenta um método numérico de solução de um transiente periódico típico que ocorre em estufas com cobertura plástica utilizadas na agricultura. Em regiões que apresentam baixas temperaturas em períodos do inverno, tem-se um decaimento da produção, ou mesmo a destruição dos vegetais. É apresentada uma simulação de um sistema de baixo custo financeiro, visando a melhora da situação de inverno. Com a intenção de reduzir os picos de temperatura negativos que ocorrem durante algumas noites, foi adotada uma solução que visa aumentar a quantidade de calor armazenado durante o dia para que ele possa ser utilizado durante a noite. Ela consiste em armazenadores de calor em forma sensível: água contida em tonéis de 200 l, introduzidos no interior da estufa. A razão de aspecto da estufa, relação comprimento largura, é 5:1. A estufa possui altura média de 3 m e o solo é considerado até 1m de profundidade. A abordagem numérica é realizada através do Método dos Volumes Finitos, sendo realizada em forma transiente não linear, bidimensional e cartesiana. A temperatura externa e a radiação solar são introduzidas com passo de tempo de 15 min, e com período de 24 h. O modelo de turbulência - para baixos números de Reynolds foi adotado para resolver a convecção natural turbulenta. Utiliza-se o modelo de Jones e Launder, 1972 modificado por Henkes et. al., 1991. O presente código computacional é validado através de trabalhos da literatura que abordam o estudo de convecção natural turbulenta em cavidades com paredes diferentemente aquecidas. São apresentados resultados para os campos de temperatura, função de corrente e velocidade. É simulada a estufa sem e com a presença dos tonéis. O nível entálpico das massas no interior da estufa é comparado durante o transiente. A presente abordagem é comparada com a empregada em Vielmo e Schneider, 1997, que utiliza um modelo de turbulência simplificado, onde a viscosidade é aumentada adequadamente para simular o escoamento turbulento da mesma estufa. / This dissertation presents a numerical method for the solution of a typical periodic transiente phenomenon that occurs in agricultural plastic covered greenhouses. In regions where there are low temperatures during the winter season, there is a yield reduction or even the total loss of the produce. A low cost system simulation is presented, aiming at a winter season performance improvement. A solution to increase the heat stored during daytime to be used at night was adopted, with the goal of reducing the peaks of negative dawn temperature. It consists in storage for sensible heat: water stored in 200 liters barrels kept in the greehouse. The aspect ratio (length to width relation) of the greenhouse is 5:1. Its average height is 3 meters, and the soil is considered to the depth of 1 meter. The numerical analysis is performed throughout the Finite Volume Method, using a two-dimensional Cartesian nonlinear transient model. External temperature and solar radiation are introduced with a 15 minutes time step within a period of 24 hours. The - turbulence model for low Reynolds numbers was adopted to model the turbulence natural convection. It was used the model of Jones and Launder, 1972, modified by Henkes et al., 1991. This computational code is validated through published solutions of turbulence natural convection in cavities with unequally heated. Results for the temperature, stream function and velocity fields are presented. The greenhouse is simulated both with and without the barrels. The enthalpy level of masses inside the greenhouse is checked during the transient. The present approach is compared to the work of Vielmo and Schneider, 1997, which uses a simplified turbulence modeling in the same greenhouse, where the turbulence is accounted for throughout an adequate increase in the viscosity.

Este trabalho propõe uma metodologia onde usamos experimentos numéricos para determinar os parâmetros de um modelo neural mais simples e, a partir deste modelo assim ajustado, tentamos estudar suas propriedades dinâmicas com a intenção de achar leis mais gerais que possam ser aplicadas a modelos mais complexos. Para este fim, os experimentos que medem a resistência, a corrente de reobase do neurônio e o decaimento do potencial de SAG se apresentam como bons candidatos para ajustar os parâmetros do modelo a dados experimentais, onde a consistência desse ajuste pode ser testada usando tanto o experimento de ressonância do potencial da membrana, como a frequência de oscilações subliminares induzidas por ruído, comparando os resultados obtidos com resultados experimentais. / This work proposes a methodology where we use numerical experiments to determine the parameters of a simple neural model, and from this model thus adjusted, try to study its dynamic properties with the intention of nding the most general laws that can be applied to more complex models. To this end, experiments measuring resistance, rheobase current and the SAG potential decay are good candidates to adjust the parameters of the model to experimental data, where the consistency of the adjustment can be tested using both the experiment of resonance membrane potential and the frequency of subthreshold oscillations induced by noise, by comparing the results with experimental results.

Esta Tese apresenta uma análise do comportamento térmico de um sistema de aquecimento solar operando por termossifão. Neste tipo de sistema o fluido no coletor solar é circulado por convecção natural, que acontece devido à diferença de massa específica da água ao longo circuito. Nestes sistemas a vazão mássica varia ao longo do dia e do ano, dependendo, dentre outros fatores, da irradiância solar absorvida, do perfil de temperaturas da água no sistema, da geometria, do volume e do perfil de demanda de água quente. Para uma avaliação detalhada do comportamento térmico de aquecedores solares operando por termossifão foram realizados ensaios experimentais e cálculos teóricos. Os resultados dos experimentos concordaram com aqueles apresentados na literatura e sua análise fundamentou o desenvolvimento do aplicativo TermoSim, um programa de simulação computacional do comportamento térmico de sistemas de aquecimento de água com energia solar. O tratamento matemático adotado no TermoSim compreende a modelagem dos coletores solares de acordo com a teoria de Hottel-Bliss-Whillier. O reservatório térmico é modelado com estratificação térmica, convecção e condução entre as camadas. A vazão mássica é obtida a partir do balanço da quantidade de movimento no circuito. Os modelos matemáticos empregados na construção do aplicativo TermoSim foram validados através do confronto dos resultados simulados com medidas experimentais. Foi demonstrado que a utilização destes modelos é adequada e permite reproduzir com precisão o comportamento térmico dos coletores solares e do reservatório térmico. Além do programa TermoSim, foi também desenvolvido o programa TermoDim, que é uma ferramenta para o dimensionamento de sistemas de aquecimento solar, que requer apenas o conhecimento dos parâmetros geométricos do sistema, dados meteorológicos em média mensal e informação a respeito do volume de demanda. O TermoDim é apropriado para estimar o desempenho de aquecedores solares operando por termossifão com tanques verticais e horizontais. O método de dimensionamento do TermoDim é baseado na correlação para a eficiência média mensal obtida neste trabalho a partir de um grande número de simulações. / This thesis presents an analysis of the thermal behavior of a thermosyphon solar water heating system. In these systems the collector fluid circulates by natural convection, i.e., due to the density difference along the system. The mass flow rate varies along the day and the year, depending on the absorbed solar radiation, the system fluid temperatures, the system geometry, the demand conditions and others factors. Preliminary calculations and measurements were performed on the mass flow rate, fluid and storage tank temperatures. Comparison between experimental and predicted theoretical results is presented. The results analysis was used on the development of TermoSim: a software for computer simulation of solar water heating systems. The mathematical models considered on TermoSim comprises mainly the solar collectors, storage tanks and connecting pipes. The solar collectors are modeled according the classical quasi-steady approximation by Hottel-Bliss-Whillier theory. The storage tank is modeled as stratified liquid tank with multinodal convection and conduction. The collector mass flow rate is evaluated from a balance between the friction pressure drop and the pressure due to density differences along the thermosyphon circuit (thermosyphon head). The models were validated from the comparison between simulated results and experimental data. It was found that the models are adequate to reproduce accurately the thermal behavior for the solar collector and storage tank. Besides the software TermoSim, it was also developed the program TermoDim, which is a design tool that requires only system geometric parameters, monthly averaged meteorological data and information about the load amount. TermoDim is appropriate for estimating the performance of thermosyphon systems with vertical and horizontal storage tanks. The design method was based on the correlation for the system monthly efficiency obtained in this Thesis from a large number of simulations.