Constructal Design aplicado à otimização geométrica de um material de alta condutividade térmica em forma de "T"

Michel Kepes Rodrigues, Marcelo Moraes Goulart, Daniel Helbig, Glauciléia M. C. Magalhães, Ivoni Calos Acunha Junior, Luiz Alberto Oliveira Rocha, Liércio André Isoldi, Elizaldo Domingues dos Santos

Resumo


O presente trabalho utiliza o método Constructal Design no estudo numérico da configuração geométrica de um material de alta condutividade térmica em forma de "T" que minimiza a resistência ao fluxo de calor, uma vez que as áreas ocupadas pelos materiais de alta e baixa condutividade são mantidas constantes. Para a solução numérica da equação da difusão do calor foi utilizado o método de elementos finitos (FEM), mais especificamente a ferramenta PDETOOL (Partial Differential Equations Tool) do software MATLAB. O objetivo deste trabalho é a minimização da resistência térmica do sistema gerador de calor, com baixa condutividade térmica, através da inserção de uma via em formato de "T", cujo material possui alta condutividade térmica e volume constante, sendo variáveis as dimensões correspondentes ao ramos simples e bifurcados. A geometria ótima deste material foi aquela que conduziu para a menor resistência térmica. Os resultados mostram que a geometria ótima conduz a uma diminuição da temperatura máxima mínima em aproximadamente 33% em relação a uma geometria não otimizada. Finalmente, o presente trabalho mostrou que a geometria ótima é aquela que melhor distribui as imperfeições, ou seja, os pontos quentes (pontos de temperatura máxima), o que vai ao encontro do princípio Constructal da ótima distribuição das imperfeições.


Palavras-chave


Constructal Design, otimização geométrica, material de alta condutividade térmica.

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DOI: http://dx.doi.org/10.14808/sci.plena.2015.081328

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