Modelagem Matemática em Coordenadas Generalizadas e Desenvolvimento de Simulador Computacional para Aplicação em Processos de Moldagem por Transferência de Resina.

O processo RTM é amplamente utilizado para a produção de materiais compósitos de alta qualidade. As simulações computacionais podem desempenhar um importante papel na otimização deste processo, reduzindo custos e tornando-o mais eficiente. Neste trabalho, foi desenvolvida uma modelagem matemática bidimensional transiente para a etapa de preenchimento do molde em processos RTM que prediz o escoamento de duas fases (ar-resina) em meios porosos. O conjunto de equações diferenciais parciais, escritas em coordenadas generalizadas, é discretizado utilizando o método de volumes finitos e resolvido por meio de uma abordagem totalmente implícita via método de Newton com um esquema de passo de tempo variável. Foi desenvolvido um simulador computacional com ferramentas de pré e pós-processamento para ajudar na definição de parâmetros de simulações e na visualização dos resultados obtidos. Para validar a metodologia matemática proposta, resultados numéricos de tempo de preenchimento, posição da frente de fluxo, pressão e vazão de injeção para escoamentos radiais e retilíneos foram comparados com resultados analíticos conhecidos. Como aplicação, o modelo foi usado para descrever o escoamento de óleo vegetal em uma pré-forma de fibra de vidro no interior de uma cavidade retangular e os resultados comparados com dados oriundos de estudos experimentais. Também foram simulados casos envolvendo fronteiras irregulares arbitrárias. O modelo proposto e o simulador mostraram-se consistentes produzindo resultados fisicamente coerentes para as variáveis do processo.The RTM process is widely used for the production of high quality composite materials. Computer simulations can play an important role in the optimization of this process, reducing costs and increasing efficiency. In this work, it was developed a 2D transient mathematical model for the mold filling stage in RTM process which predicts the twophase flow (air-resin) through porous media. The set of partial differential equations, written in boundary fitted coordinates, is discretized using the finite volume method in a fully implicit approach and solved by using the Newton’s method. It was developed a computational simulator with pre- and post-processing tools to help the definition of simulations parameters and the visualization of the results. To validate the mathematical methodology, numerical results for filling time, flow front position, injection pressure and injection flow rate for rectilinear and radial flows were compared to analytical results from known models. The model was employed to describe the fluid flow of a vegetable oil in a glass fiber preform within a rectangular cavity and the results were compared to experimental data. Some cases involving arbitrary irregular boundaries were also simulated. The proposed model and the simulator generated physically consistent results of the process variables.CNP