Neste trabalho buscou-se propor e implementar um modelo de material capaz de prever o comportamento mecânico de estruturas em compósitos poliméricos reforçados (CPR). Inicialmente fez-se um levantamento bibliográfico sobre os modos de danificação intralaminar e falhas interlaminares bem como sobre formas de abordagem (analítica e numérica) para tratar esses problemas. Em seguida, foram apresentadas em detalhes as etapas experimentais executadas, descrevendo todo o procedimento de fabricação dos corpos-de-prova e os resultados obtidos a partir dos ensaios quase-estáticos de tração, compressão, cisalhamento e flexão. Com base nesses resultados e em informações provenientes da literatura, propõem-se alguns modelos de material que foram implementados em sub-rotinas FORTRAN. Tais modelos são posteriormente compilados em conjunto com um programa de elementos finitos (ABAQUS®) a fim de serem avaliados e terem seus parâmetros calibrados. Numa primeira fase, através de simulações computacionais dos ensaios de tração e compressão avaliou-se os modelos de material implementados. Numa segunda fase, os parâmetros foram calibrados tomando como base três estudos de caso (flexão, endentação e teste de impacto) envolvendo seqüências de empilhamento distintas. Após a simulação computacional desses estudos, apresentou-se a proposta de uma metodologia para avaliar problemas de impacto a baixa velocidade em estruturas laminadas. Conclui-se assim que o presente projeto de pesquisa traz contribuições inovadoras, mas também apresenta várias perspectivas de trabalhos futuros. / In this work, material models were proposed to predict the mechanical behavior of composite structures. First of all, it was done a study about damage intra-ply and inter-ply (delamination) on composite materials and about analytical and numerical approaches to solve problems of progressive damage on composite structures was performed. After, many specimens were manufactured and experimental tests (tensile, compression, shear and flexural tests) were carried out. Experimental results and information from literature were used to develop some material models, which were implemented using FORTRAN compiler. These material models were compiled with a commercial finite element program (ABAQUS®) in order to evaluate and calibrate parameters of the models. In the first step, computational simulations of tensile and compression test were carried out to evaluate material models implemented. In the second step, the parameters of the material models were calibrated using three case studies (flexural, indentation and impact test) with some staking sequences. After that, a methodology was proposed to evaluate impact problems on composite structures under low velocity. Therefore, this research project not only shows new contributions but also suggests many future investigations.

Building performance simulation (BPS) tools are significant and helpful during all design stages, especially during the early ones. However, there are obstacles to the full implementation and use of such tools, causing them not to become an effective part of the design process. In order to overcome this barrier, this research is presented, with the creation of regression models (meta-models) that allow to predict the discomfort by heat and/or by cold in a Brazilian low-cost house (LCH) in three distinct bioclimatic zones in Brazil, represented by the cities of Curitiba/PR, São Paulo/SP and Manaus/AM. The focus of this work was to analyze the impact of solar incidence and shading devices on thermal comfort by applying the meta-models. The method consisted in a) collecting data from projects referring to the type of building aforementioned to aid in the creation of the base model; b) definition of the key parameters and their ranges to be varied; c) simulations run on EnergyPlus using the Monte Carlo method to randomly create parameters combinations within their defined ranges; d) regression analysis and metamodels elaboration, followed by their validation with reliability tests; and lastly, e) a case study, consisting in applying the meta-models to a standard LCH to verify the impact of shading devices in a unit in regards to thermal comfort and the their potential as support tool in the design process. In general, all R2 values for the meta-models were above 0.95, except for the ones for São Paulo and Curitiba for discomfort by heat, 0.74 and 0.61, respectively. In regards to the case study, the meta-models predicted a decrease of approximately 50% in discomfort by heat for Manaus when a given combination of orientation, quantity and size of the devices was used. For the remaining locations, the meta-models predicting discomfort by heat and by cold require further investigation to properly assess some unexpected predictions and the meta-models sensitivity to the parameters related to shading devices. / Ferramentas de simulação computacional são importantes e uteis durante todas as etapas de projeto, especialmente durante as iniciais. No entanto. Há obstáculos para a completa implementação e uso de tais ferramentas, fazendo com que não sejam uma parte efetiva do processo de projeto. Para superar esta barreira, esta pesquisa é apresentada, com a criação de modelos de regressão (meta-modelos) que permitem a predição do desconforto por frio e/ou por calor em uma habitação de interesse social (HIS) no Brasil em três zonas bioclimáticas, representadas pelas cidades de Curitiba/PR, São Paulo/SP e Manaus/AM. O foco deste trabalho foi analisar o impacto da incidência solar e das proteções solares no conforto térmico utilizando os meta-modelos. O método consistiu em a) coletar dados referentes ao tipo de edifício mencionado para auxiliar na criação do modelo de base; b) a definição dos parâmetros chave e suas faixas de variação; c) simulações no EnergyPlus usando o método de Monte Carlo para aleatoriamente combinar valores de parâmetros dentro de suas faixas; d) análise de regressão e elaboração dos meta-modelos, seguida da validação dos mesmos por testes de confiabilidade; e por fim, e) um estudo de caso, consistindo na aplicação dos meta-modelos a uma HIS padrão para verificar o impacto das proteções solares em uma unidade em relação ao conforto térmico da mesma, assim como o potencial dos meta-modelos em serem utilizados como uma ferramenta de auxílio nas fases iniciais de projeto. No geral, todos os valores de R2 foram acima de 0.95, exceto para os meta-modelos de São Paulo e Curitiba para desconforto por calor, com 0.74 e 0.61, respectivamente. Em relação ao estudo de caso, os meta-modelos previram uma queda de aproximadamente 50% no desconforto por calor para Manaus, dada uma combinação entre orientação, quantidade e dimensão das proteções. Para as demais localidades, os meta-modelos prevendo desconforto por frio e por calor requerem maiores estudos para avaliar predições inesperadas e a sensibilidade dos meta-modelos em relação aos parâmetros de proteções solares.

Em algumas capitais da costa do nordeste do Brasil, a verticalização de áreas de orla marítima representa uma barreira em potencial contra a passagem da ventilação natural ao interior destas cidades. Na cidade de São Luís/MA, inicia-se um processo de verticalização nas proximidades da Avenida Litorânea, localizada na praia do Calhau, com 5,3km de extensão. Esta pesquisa tem o objetivo de investigar a relação entre esta iminente verticalização e a ventilação natural. Para isto, foram construídos cinco diferentes cenários de verticalização neste bairro, variando-se o gabarito, os afastamentos laterais e a tipologia dos edifícios propostos, em lotes voltados para a avenida mencionada. Em seguida, estes cenários foram simulados no Ansys CFX Software e comparados com a situação atual. Foram monitorados 24 pontos distribuídos em seis quadras, observando-se a influência de cada cenário sugerido nos padrões de velocidade e direção do vento e pressão no nível do pedestre. Concluiu-se que os cenários de verticalização propostos influenciam significativamente nos padrões do vento. Portanto, este trabalho traz uma grande contribuição para o planejamento urbano de São Luís, auxiliando o planejador na pré-determinação dos impactos de novos edifícios nos padrões de ventilação natural em áreas de orla já ocupadas. / In some of the coastal capitals of the Brazilian northeast states, the building verticalization of seaside areas represents a potential barrier to the air flow through the built environment, towards the inner city areas. In São Luís, capital of the state of Maranhão (MA), the verticalization process has begun along Litorânea Avenue, which is a 5,3km long street located in Calhaus Beach district. In this context, the objective of this research work is to investigate the relationship between this imminent verticalization and the natural ventilation. In order to fulfill such objective, there were created five different fictional scenarios of verticalization among the sites placed in Litorânea Avenue, which were gathered according to the height, distances between buildings and buildings typology. These scenarios were simulated in Ansys CFX Software and compared with the areas current situation. Along six blocks of the avenue, 24 points were distributed and monitored, observing the influence of each proposed scenario in the wind velocity and direction patterns, also considering the pressure in the pedestrian level. As a conclusion to this study, the pointed scenarios of verticalization have proved to result in significant influence in the wind pattern, distinguished from each other. Contributing to the urban planning of the city of São Luís, this research anticipates the impact of new buildings in the air flow of already occupied seaside areas.

A presente pesquisa faz parte de um trabalho que visa o desenvolvimento de um método de simulação computacional que permita fazer a avaliação da qualidade da imagem radiográfica de maneira rápida e completa e que não apresente os problemas dos métodos tradicionais disponíveis e usados atualmente. Neste trabalho foi desenvolvido um método que leva em consideração e simula os parâmetros importantes dos sistemas radiológicos tais como: o tamanho e a distribuição de intensidade do ponto focal, as condições geométricas de exposição, a heterogeneidade do campo, a distribuição angular dos raios X, a grade supressora, bem como o efeito Compton. O método de simulação computacional desenvolvido realiza o controle de qualidade da imagem para um objeto colocado em qualquer posição do campo de radiação. A simulação foi feita implementando os algoritmos desenvolvidos em linguagem \"C\" e os resultados foram apresentados sob forma gráfica para facilitar a compreensão dos usuários. / This research is part of a work that aims the development of a computer simulation method which allows to evaluate the radiographic image quality in a faster and complete way, so that it doesn\'t present the problems found in the available methods used nowadays. The method developed in this work takes into consideration and simulates the important parameters of the radiologic systems such as: the focal spot size, the intensity distribution focal spot, the geometric conditions exposure, the field heterogeneity, the X-ray angular distribution, the antiscatter grid (Bucky), as well as the Compton effect. This developed computer simulation method achieves the image quality control of an object at any position of the radiation field. The simulation was done implementing the algorithms developed in C language and the results were displayed in a graphic way to facilitate the users comprehension.

Estudamos as propriedades estruturais e eletrônicas da molécula emodina (EM), em diferentes condições, do ponto de vista experimental e teórico. Numa primeira parte, realizamos medidas do espectro eletrônico de absorção da EM, em meio solvente (água, clorofórmio e metanol). Nessa parte, obtivemos que o solvente provoca pouco efeito nos deslocamentos das bandas. Numa segunda parte, estudamos a EM, isoladamente e nos três solventes, através de cálculos quânticos com funcional de densidade (B3LYP), conjunto de função base de Pople (6-31G*) e modelo contínuo polariz ável (PCM). Como principais resultados obtivemos que a EM é rígida a menos da orientação relativa das 3 hidroxilas. A mudança orientacional nessas hidroxilas pode provocar formação de até 2 ligações de hidrogênio intramolecular (o que estabiliza sua geometria) e conseqüente uma diminuição no momento dipolo de 5.5 a 1.7D (o que desestabiliza sua interação com a água). Numa terceira parte, realizamos simulações com método Monte Carlo e Dinâmica Molecular em solução. Nessa parte, obtivemos que as ligações de hidrogênio intramoleculares são raramente quebradas devido as interações com o solvente e isso atribui a EM um caráter hidrofóbico. Adicionalmente, utilizando Teoria de Perturbação Termodinâmica nas simulações, calculamos a variação de energia livre de solvatação da EM em partição água/clorofórmio e água/- metanol e obtivemos -2.6 e -4.9 kcal/mol, respectivamente. Esse resultado está em boa concordância com o resultado experimental de -5.6 kcal/mol para partição de água/octanol. Por último, realizamos cálculos do espectro eletrônico de absorção da EM, isoladamente e nos três solventes, considerando as moléculas através do modelo, contínuo de solvente (SCRF) e explícito de solvente, com o método INDO/CIS. Nessa parte, obtivemos que o efeito do solvente é bem descrito teoricamente. / We study the structural and electronic properties of the emodin (EM) in different solvents of experimental and theoretical the point of view. We started performing measurements of the UV-Vis absorption spectrum of the EM in solution (water, chloroform and methanol). Our main result is that the solvent causes little effect on shifts the bands. In the second part of this work, we performing quantum calculations of isolated EM and in the three solutions using density functional (B3LYP), a set of Pople basis function (6-31G*) and the polarizable continuum model (PCM). In this part, our result is that EM presents a rigid conformation unless the orientation of its 3 hydroxyls. The change in these hydroxyls orientation can form up to 2 intramolecular H-bonds (which stabilizes its geometry) and causes a decrease in the dipole moment from 5.5 to 1.7D (which destabilizes its interaction with water). In the third part of this work, we performing Monte Carlo and Molecular Dynamics simulations in solution. Our main result is that the intramolecular H-bonds are rarely broken, even in aqueous solution, and these give to EM a hydrophobic character. Additionally, using Thermodynamics Perturbation Theory in the simulations, we calculate variations of free energy of solvation of EM in partition of water/chloroform and water/methanol and obtained -2.6 and -4.9kcal/mol, respectively. This last result is in good agreement with the experimental result[3] of -5.6kcal/mol for partition of water/octanol. Finally, we performing calculations of UV-Vis absorption spectrum of isolated EM and in the three solutions. In this calculations, we considering the molecules through the continuum solvent (SCRF) and explicit solvent model with the method INDO/CIS. In this part, we obtaining that effect of solvent is well described theoretically.

A espectroscopia Raman é utilizada para obtenção de informações dinâmicas de líquidos. A habilidade do ânion croconato como sonda das interações é testada no estudo do processo de transição vítrea no sal croconato de tetra-n-butilamônio (CTBA), [(C4H9)4N]2C5O5.4H2O, um líquido muito viscoso com temperatura de transição vítrea, Tg, em cerca de 298K. As funções de correlação temporais foram obtidas pela transformada de Fourier do contorno dos modos do croconato, C5O5-2. Posteriormente, foram ajustados modelos teóricos para o defasamento vibracional a essas funções de correlação, como o modelo de Kubo. Nesse estudo foi possível encontrar assinaturas espectroscópicas da transição vítrea que são interpretadas do ponto de vista da dinâmica do ânion croconato e das interações deste ânion com o ambiente em que ele se insere. A miscibilidade do CTBA em acetonitrila permitiu que fossem feitos estudos do defasamento do ânion croconato neste solvente. Nestes estudos, nota-se um contraste com os resultados obtidos para a solução aquosa saturada do sal Li2C5O5. O valor encontrado para tempo de correlação da flutuação da freqüência vibracional, τc, na solução diluída em acetonitrila (τc ≈ 0,5 ps) é superior ao respectivo valor encontrado no CTBA. A relaxação lenta e o ambiente homogêneo experimentado pelo oxocarbono na solução diluída de CTBA em acetonitrila corroboram que as interações de curto alcance entre as moléculas de acetonitrila e o croconato não são decisivas para o defasamento neste sistema, já que na solução aquosa o valor de τc é determinado pela estrutura de gaiola das moléculas de água em torno do C5O5-2 unidas por ligações de hidrogênio fortes. / Raman spectroscopy is used for attainment of dynamic information of liquids. The ability of the croconate anion as a probe of the interactions is tested in the study of the glass transition in the salt tetra-n-butilammonium croconate (CTBA), [n-(C4H9)4N]2C5O5.4H2O, a very viscous liquid with glass transition temperature, Tg, at ca. 298K. The time correlation functions were obtained by Fourier transforming the contour of the Raman bands of the croconate\'s modes, C5O5-2. Theoretical models for vibrational dephasing were adjusted to these vibrational time correlation functions by the Kubo\'s equation. In this study, it was possible to find spectroscopic signatures of the glass transition that are interpreted in the light of the dynamics of the croconate anion, and the interactions of this anion with the surrounding environment. The miscibility of the CTBA with acetonitrile allowed for studies of the anion dephasing in this solvent. In these studies, a contrast with the results obtained for the saturated aqueous solution of the simple salt Li2C5O5 was noticed. The value of the correlation time of the fluctuation of the vibrational frequency, τc, in the diluted acetonitrile solution (τc ≈ 0,5 ps) is higher than the respective value in pure CTBA despite the high viscosity of the latter. The slow relaxation and the homogeneous environment probed by oxocarbon in the diluted solution of CTBA in acetonitrile corroborate the physical picture in which the short-range interactions between the molecules of acetonitrile and the croconate are not essential for the vibrational dephasing in this system, since the τc value in the aqueous solution is mainly determined by the tight structure of water molecules around the C5O5-2 due to the hydrogen bonds.

Os programas computacionais de simulação do desempenho termoenergético de edificações têm adquirindo cada vez mais importância devido às possibilidades que apresentam para a avaliação dos projetos. No entanto, há dificuldades para o seu uso nas fases iniciais de projeto, por demandarem tempo, técnicos especializados, orçamentos elevados e um projeto detalhado. Atualmente, existem ferramentas computacionais simplificadas, mas que apresentam limitações quanto às possibilidades de uso, não oferecendo resultados precisos como os dos métodos mais complexos. Portanto, este trabalho propõe avaliar as possibilidades de simplificação das zonas térmicas no programa de simulação EnergyPlus, sem comprometer os resultados das simulações. Esta simplificação auxiliaria o uso dessas ferramentas computacionais nas fases iniciais do projeto. O edifício estudado é uma habitação de interesse social (HIS) naturalmente ventilada, térrea e isolada, simulada para três cidades do Brasil (Curitiba, Manaus e São Paulo). Esta HIS é modelada no EnergyPlus de duas formas: como um modelo multizona (MuZ) e como um modelo monozona (MoZ), em que toda a habitação é considerada apenas como uma única zona térmica. O impacto da simplificação das zonas térmicas é avaliado em dois estudos que consideram: 1) vários horários para abertura e fechamento de portas internas, e 2) diferentes geometrias e distribuições internas para os ambientes. Em ambos os estudos, os resultados mostram que a diferença absoluta horária da temperatura entre os modelos MoZs e MuZs é significativamente baixa para todos os casos considerados, estando abaixo de 0,4ºC mais de 50% do tempo. As maiores diferenças encontradas entre os MoZs e MuZs são obtidas nos modelos simulados nos climas mais frios, nos modelos nos quais as portas internas são consideradas fechadas e nos ambientes menores com uma exposição à radiação solar mais reduzida. As diferenças anuais mínimas e máximas da temperatura interna do ar entre os MoZ e MuZ são notadamente elevadas. No entanto, estes valores são observados num dia e uma hora específica, sendo a média anual significativamente baixa para todos os casos. / Building thermal and energy performance simulation programs are gaining more and more importance due to the possibilities they present for a project evaluation. However, there are difficulties for its use in the early stages of the project, because they demand time, specialized technicians, high budgets and a detailed project. Currently, there are simplified computer tools, but they present limits to the possibilities of its use, since they do not offer accurate results as more complex methods. Therefore, this work proposes to evaluate the possibilities of simplification of the thermal zones in EnergyPlus simulation program without compromising the results of the simulations. This simplification would help the computational tools use in the early design of the project. The studied building is a naturally ventilated single-story isolated social house, simulated for three cities of Brazil (Curitiba, Manaus and São Paulo). This building is modeled in two ways: as a multizone model (MuZ) and as a monozone model (MoZ), where the entire floorplan is considered as one thermal zone. The impact of the thermal zones simplification is evaluated in two studies considering: 1) several schedules for internal doors opening and closing, and 2) different building geometries and floorplans. In both studies, the results show that the absolute difference of temperature between the MoZs and MuZs models is significantly low for all of the cases, being below 0.4ºC more than 50% of the time. The maximum differences found between MoZs and MuZs are obtained in models simulated in colder climates, in models where internal doors are considered closed and in smaller rooms with reduced exposure to solar radiation. The minimum and maximum annual differences of the air temperature between the MoZ and MuZ are considerably high. However, these values are observed in a specific day and hour, with the annual average being significantly low for all cases.

Submitted by William Justo Figueiro (williamjf) on 2015-07-28T20:09:32Z No. of bitstreams: 1 24d.pdf: 11997633 bytes, checksum: 49b4850d8bb8e37ede1bf6f00a0ab501 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-28T20:09:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 24d.pdf: 11997633 bytes, checksum: 49b4850d8bb8e37ede1bf6f00a0ab501 (MD5) Previous issue date: 2013-05-31 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / As decisões são essenciais para a manutenção e o crescimento da firma em ambiente incerto e competitivo. As decisões são, igualmente, importantes e difíceis de serem tomadas devido à incerteza dos seus potencias resultados. Identificou-se uma carência, na literatura de modelagem e simulação, de métodos para suportar decisões que envolvem as operações e que integrem o sistemas de produção e de manufatura e apresentem o desempenho do sistema de modo antecipado, em termos da qualidade do produto e produtividade do sistema. Esta tese apresenta um método para a construção de um sistema de apoio à decisão, baseado no pensamento sistêmico e em simulação computacional. O método possibilita avaliar de forma dinâmica, estocástica, circular e sistêmica o impacto das decisões da cadeia produtiva na área de mineração frente ao fenômeno da degradação e da variabilidade da qualidade da matériaprima. A aplicação do método em um caso real mostrou-se factível. Além disso, ilustrou-se situações em que o modelo de simulação foi utilizado para suportar decisões. A pesquisa demonstra, ainda, através de um modelo computacional, o efeito da degradação da qualidade da matéria-prima no desempenho do sistema produtivo. / Decisions are essential for the maintenance and growth of the firm in competitive and uncertain environment. Decisions are also important and difficult to be taken due to the uncertainty of their future potential results. This dissertation tries to fill a gap in the literature of modeling and simulation methods to support operations decisions and setting operating policies in the operations. There are few approaches at the specialized OR/MS literature that integrate the production system and the manufacturing system and provide system performance in terms of quality the product and productivity of the system. This dissertation presents a method for the construction of a decision support system, based on systems thinking (soft OR) and computer simulation (hard OR). The method allows evaluating dynamically, stochastic and systemic the impact of the decisions of the supply chain in the mining area and deal with the phenomenon of degradation and variability in the quality of the raw material. The application of the method on a real case demonstrated to be feasible. The dissertation also illustrated situations in which the simulation model was used to support decisions at Samarco Company. The study further demonstrates, with the computational model developed, the effect of the degradation of the quality of raw material in the overall system performance.

The opening of energy markets for the production of energy from renewable sources has been positively influencing the economic investments in the sector. The growing investment from the financial market is based on the reduction of market risks inherent in projects related to the generation of clean energy. The emergence of new methodologies for the evaluation of projects concomitant with the improvement of the traditional techniques applied to the renewable energy sector are fundamental for the reduction of market uncertainties and the liquidity of investment projects in the energy sector. The valuation of investment options by the financial market occurs through the use of traditional techniques such as Discounted Cash Flow (CDF) or real options. The real option approach is considered by many investors to be complex, making discounted cash flow the most widely used approach. This thesis presents a contribution to the improvement of the use of the discounted cash flow technique in the evaluation of investment projects applied to the renewable energy sector considering the use of perpetuity or terminal value. This study is based on the evaluation of two hybrid water systems already in the literature with methods used in the evaluation of financial investments and discusses the results seeking to lay the foundations for a new way to evaluate hybrid systems based on renewable energy resources. The two systems under study were simulated with the Homer software, and in one, the choice for the final configuration did not result in the ideal configuration suggested by the software. The applied method allowed to justify this originally divergent choice of the result presented by the software Homer. The final results presented are the optimization spaces (one of the traditional ways in which the software Homer presents its results) constructed according to the presented evaluations. / A abertura de mercados energéticos para a produção de energia proveniente de fontes renováveis vem influenciando de forma positiva os investimentos econômicos no setor. O crescente investimento oriundo do mercado financeiro se baseia na redução de riscos de mercado inerentes aos projetos ligados à geração de energia limpa. O surgimento de novas metodologias de avaliação de projetos concomitante ao aprimoramento de técnicas consideradas tradicionais aplicadas ao setor de energias renováveis são fundamentais para a diminuição das incertezas de mercado e a liquidez dos projetos de investimento no setor energético. A avaliação de opções de investimento pelo mercado financeiro ocorre através do uso de técnicas tradicionais como o Fluxo de Caixa Descontado (FCD) ou as opções reais. A abordagem por opções reais é considerada por muitos investidores como complexa, tornando o fluxo de caixa descontado como a abordagem utilizada de forma mais ampla. Esta tese apresenta uma contribuição para o aprimoramento do uso da técnica do fluxo de caixa descontado na avaliação de projetos de investimentos aplicada ao setor de energias renováveis considerando a utilização da perpetuidade ou valor terminal. Este estudo se baseia na avaliação de dois sistemas híbridos hídricos já na literatura com métodos utilizados na avaliação de investimentos financeiros e discute os resultados buscando construir as bases para uma nova maneira de avaliar sistemas híbridos com base em recursos energéticos renováveis. Os dois sistemas em estudo foram simulados com o software Homer e em um deles a escolha para a configuração final não resultou na configuração ótima sugerida pelo software. O método aplicado permitiu justificar essa escolha originalmente divergente do resultado apresentado pelo software Homer. Os resultados finais apresentados são os espaços de otimização (uma das formas tradicionais na qual o software Homer apresenta seus resultados) construídos de acordo com as avaliações apresentadas.

Trocadores de Calor Solo-Ar (TCSA) são dispositivos usados para melhorar o condicionamento térmico de ambientes construídos. Eles funcionam através da ventilação do ar por um ou mais dutos enterrados, utilizando o solo como fonte ou sumidouro de calor. Em virtude da defasagem entre as temperaturas do ar e das camadas superficiais da Terra, é possível resfriar o ar no verão e aquecê-lo no inverno. Seus princípios de operação baseiam-se na mecânica dos fluidos e transferência de calor, áreas onde a teoria Construtal tem sido usada para melhorar o desempenho, ou reduzir imperfeições, de vários sistemas térmicos, após uma estratégica análise de suas geometrias (ou de seu design), também chamada de método Design Construtal que se fundamenta na lei construtal. Dessa lei, projetos em engenharia devem começar, por exemplo, descobrindo as arquiteturas que facilitam o escoamento entre uma fonte pontual e um volume, ou vice-versa. Explorando esses conceitos para TCSA, onde a corrente é o calor que flui entre os dutos e o solo, esta tese objetiva centralmente avaliar o desempenho térmico desses dispositivos em função de possíveis desenhos de suas estruturas. Particularmente, isso foi feito: (1) usando um duto e variando seu diâmetro e vazão de ar; (2) inserindo novos dutos, até um total de cinco, mantendo a vazão de ar constante, e estudando diversas disposições geométricas. Numericamente, foram empregados dois modelos testados e validados a partir de dados experimentais, que foram simulados no código comercial de dinâmica dos fluidos computacional, FLUENT, o qual baseia-se em métodos de volumes finitos. As geometrias e malhas foram geradas no software GAMBIT. Dos resultados numéricos, esta tese também avançou desenvolvendo novos modelos para o conceito de potencial térmico instantâneo, que é uma medida das diferenças de temperatura entre a saída e a entrada dos dutos de TCSA. Descobriu-se que estes modelos podiam ser simplificados em termos de funções senoidais, facilitando análises e definições analíticas subsequentes, criando um quadro resumo para grandes volumes de dados simulados. Das avaliações dos resultados nos estudos com um duto, foram encontradas faixas para a obtenção de rendimentos térmicos anuais estimados em pelo menos 80%, com mudanças no diâmetro e/ou vazão do ar. Analisando múltiplos dutos, foram reveladas melhorias significativas de rendimento com: (1) o aumento no número de dutos; (2) a redução, até certos limites, da razão entre os espaçamentos verticais e horizontais entre eles; (3) a ampliação da razão entre o volume da instalação e o volume do domínio computacional. Destaca-se, ainda, que em todos os casos foram calculados balanços energéticos, com a estimativa das taxas (e quantidade) de calor trocado, bem como da energia elétrica consumida pelos ventiladores, mostrando sua viabilidade no condicionamento de ar com redução do consumo de energia elétrica. / The Earth-Air Heat Exchangers (EAHE) are devices used to improve the thermal conditions of built environments. They work by blowing the air inside buried ducts to use the soil as heat source or sink. Due to a phase difference between the air and ground temperatures, it is possible to cool the air in the summer and heat it in the winter. These operating principles are based on the areas of fluid mechanics and heat transfer, where the Constructal theory has been used to improve the performance, or reduce imperfections, of several thermal systems, after a strategic evaluation of their geometries (or their design), also called Constructal Design method, which is anchored by the constructal law. From this law, engineering projects should begin, for example, finding the architectures which ease the flow between a source point and a volume, or vice versa. Bringing these concepts to EAHE, where the current is the heat which flows between the ducts and the soil, this thesis mainly aims to assess the thermal performance of EAHE due to possible designs of their layouts. Particularly, this was done by: (1) adopting one duct and varying its diameter and/or the air flow; (2) using up to five ducts, keeping the air flow constant, and studying various geometric shapes. Numerically, two models were used, which have been tested and validated from experimental data, and the simulations were done in the CFD software FLUENT, which is based in the finite volume methods. The geometries and meshes were generated by the software GAMBIT. From the numerical results, this thesis also pursued developing new models for the concept of the instantaneous thermal potential, which is a measure of the temperatures differences between the ducts outlet and inlet. It was found that these models can be simplified in terms of sinusoidal functions, helping analysis, definitions, and creating a framework to summarize large volumes of simulated data. From the evaluation of the data in the studies with one duct, ranges for changes in their diameter and/or air flow were found to obtain at least 80% of estimated annual efficiency. Analyzing multiple ducts, significant improvements in efficiency were also obtained by: (1) increasing the number of ducts; (2) reducing, to some extent, the ratio between their vertical and horizontal spacings; (3) increasing the ratio between the installation volume and the computational domain. It should also be highlighted that in all cases the energy balances were computed, to find the rates (and amounts) of exchanged heat, as well as the electric energy consumed by the fans, showing the economic viability of using EAHE as devices for air conditioning.