Cálculos

Introdução

Este relatório apresenta a simulação do escoamento de ar na armadilha desenvolvida para capturar o mosquito Aedes aegypti, utilizando a técnica de Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) no software Ansys Fluent. Foi realizado um estudo de convergência de malha para garantir a precisão dos resultados. Analisamos 2 casos de uso. O primeiro caso será quando o algoritmo de captura, identifique que um Aedes Aegypti entrou na armadilha, desse jeito, o ventilador superior ligará criando um escoamento de ar pela tubulação com o intuito de empurrar o mosquito para dentro do reservatório onde ficaria colado numa fita adesiva. O segundo caso será quando o algoritmo identificar que não é um Aedes Aegypti, ligando assim o ventilador da parte inferior para expulsar o visitante.

Metodologia

2.1 Pré-processamento

Descrição do Problema - Velocidade média de entrada: Vin = 2,90 m/s - Massa específica: ρ = 1,225 kg/m3 - Viscosidade dinâmica: µ = 1,7894 × 10−5 kg/(m·s) - Pressão de saída (outlet): P = 0

Figura 1: Cálculo da velocidade do ar gerada pelo ventilador usando um anemômetro digital portátil de hélice

Fonte: Elaborado pelos autores (2025)

Geometria da Armadilha

Figura 2: Geometria da armadilha com algumas medidas

Fonte: Elaborado pelos autores (2025)

Condições de Contorno Caso 1

• Aresta C: Inlet (ventilador superior ligado)
• Arestas A e B: A aresta B é considerada a ventoinha inferior desligada como
• Restante de Arestasa: Paredes (condição no-slip)

Figura 3: Condição de Contorno caso 1

Fonte: Elaborado pelos autores (2025)

Condições de Contorno Caso 2

• Aresta B: Inlet (ventilador inferior ligado)
• Arestas A e C: A aresta C é considerada a ventoinha superior desligada como outlet.
• Restante de Arestasa: Paredes (condição no-slip)

Figura 4: Condição de Contorno caso 2

Fonte: Elaborado pelos autores (2025)

Malhas Utilizadas

Foram testadas 7 malhas com diferentes tamanhos de elemento, variando de 0,02 m até 0,0006 m. O número de elementos variou de 39 até 39.330. Abaixo estão os dados principais: - Malha 1: 0,02 m– 39 elementos - Malha 2: 0,01 m– 154 elementos - Malha 3: 0,005 m– 554 elementos - Malha 4: 0,0025 m– 2304 elementos - Malha 5: 0,00125 m– 9158 elementos - Malha 6: 0,000625 m– 36.314 elementos - Malha 7: 0,0006 m– 39.330 elementos

Malha Final Utilizada

Figura 5: Malha refinada utilizada na simulação

Fonte: Elaborado pelos autores (2025)

2.2 Processamento

• Simulador utilizado: ANSYS Fluent
• Modelo de turbulência: k–ω SST, adequado para capturar regiões de separação e gradientes de velocidade próximos às paredes, especialmente com malhas refinadas.
• Simulações realizadas considerando os dois casos:– Caso 1: Ventilador superior como entrada (inlet), ventilador inferior como saída de pressão (outlet).– Caso 2: Ventilador inferior como entrada (inlet), ventilador superior como saída de pressão (outlet).
• Critério de convergência: os resultados foram considerados convergentes quando a velocidade máxima no ponto de interesse deixou de variar significativamente com o refinamento da malha, o que ocorreu a partir da Malha 6.

Tabela 1: Estudo de Convergência de Malha com Velocidade Máxima da Linha do Outlet do Reservatório

Fonte: Elaborado pelos autores (2025)

Figura 6: Número X Tamanho de Elementos

Fonte: Elaborado pelos autores (2025)

Figura 7: Velocidade Máxima X Número de Elementos

Fonte: Elaborado pelos autores (2025)

Figura 8: Velocidade Máxima X Tamanho de Elementos

Fonte: Elaborado pelos autores (2025)

2.3 Pós-processamento

• As velocidades máximas observadas variaram de 2,49 m/s a 3,08 m/s com o refina mento das malhas
• A partir da Malha 6, as variações de velocidade foram mínimas, indicando convergência dos resultados
• Gráficos gerados: velocidade máxima vs número de elementos; velocidade máxima vs tamanho dos elementos

Campo de Velocidade Resultante

Figura 9: Distribuição da magnitude da velocidade para os dois casos simulados:(a) Caso 1: Ventilador superior ligado

Fonte: Elaborado pelos autores (2025)

Figura 9: Distribuição da magnitude da velocidade para os dois casos simulados:(b) Caso 2: Ventilador inferior ligado

Fonte: Elaborado pelos autores (2025)

Análise do Comportamento de uma Partícula (Mosquito) Dentro da Armadilha

Para compreender a eficácia da armadilha no direcionamento de mosquitos até o sistema de captura, é essencial analisar qualitativamente o comportamento de uma partícula representando um mosquito ao ser inserida no escoamento de ar gerado pelas ventoinhas. Usando o Modelo de Fase Discreta (DPM), foi simulado o comportamento de uma partícula (single) e um grupo de partículas (group) para o primeiro caso de funcionamento da armadilha. O modelo DPM é usado para investigar o comportamento de partículas a partir de uma visão Lagrangiana e de uma perspectiva discreta. Foi definida a partícula como inerte, ou seja, segue equilibrio de for¸cas e possui transderência de calor. Por fim, a simulação foi feita em um modelo laminar, ou seja, sem turbulência. A partícula foi definida usando as seguintes propriedades: - Diametro: 2 mm. - Densidade: 1 kg/m3 (materia org´anica). - Velocidade inicial: 0,1 m/s - Tipo de part´ ıcula: inerte.

Os resultados da simulação de partícula do tipo individual (single) e grupo (group) para o modo captura de mosquito podem ser cosultadas nas figuras abaixo:

Figura 10: simulação de partícula do tipo individual (single) e grupo (group) para o modo captura de mosquito

Fonte: Elaborado pelos autores (2025)

Conclusão

O estudo de convergência de malha demonstrou que, a partir da Malha 6, os resultados numéricos se tornaram praticamente independentes do refinamento, validando a qualidade da simulação.

Para o caso 1, com o ventilador superior ativado e a base fechada como uma parede, observamos que a geometria atual da armadilha não favorece o direcionamento do mosquito para o reservatório com fita adesiva. O escoamento tende a seguir em direção à saída inferior, o que pode comprometer a eficiência do sistema de captura. Como recomendação futura, sugere-se a modelagem de uma nova geometria que favoreça o escoamento do ar em direção à fita adesiva no centro do dispositivo.

Já para o caso 2, em que a ventoinha inferior atua como entrada de ar (inlet), a simulação indicou que o escoamento segue exatamente a direção desejada, validando o funcionamento esperado da armadilha nesse modo. Assim, conclui-se que essa condição apresenta um projeto eficiente para direcionamento do fluxo ao sistema de captura.

No caso 1, com a ventoinha superior ativada e a parte inferior da armadilha fechada, o escoamento gerado foi direcionado majoritariamente para a lateral inferior. A linha de corrente indica que o fluxo n˜ao guia a partícula diretamente para o centro da armadilha, onde está localizada a fita adesiva. Isso sugere que, sob essa condição, o mosquito tenderia a ser expulso pelo orifício inferior, dificultando a sua captura. Portanto, a geometria da armadilha não favorece o trajeto ideal do mosquito nessa configuração. Quando simulamos este mesmo caso porém com um grupo de 20 particulas, observamos que a trajetória dessa partícula para a fita adesiva é uniformemente distribuída. Essa análise mostra que o comportamento da partícula depende fortemente tanto da geometria quanto das condições de contorno impostas. Modificações futuras na forma interna da armadilha e no posicionamento dos ventiladores podem otimizar ainda mais a eficiência do sistema de captura.

Histórico de Versão

Versão	Descrição	Data	Responsável
1.0	Criação do documento	25/04/2025	Gabriela Itacaramby
1.1	Adição dos cáluclos	02/05/2025	Ana Karolina Fernandes
2.0	Adição dos cáluclos	03/05/2025	Luis Rivera e Ana Karolina Fernandes
2.1	Atualização dos calculos e simulações	18/07/2025	Luis Rivera e Alejandro Lopez