A apresentação está carregando. Por favor, espere

A apresentação está carregando. Por favor, espere

E STUDO N UMÉRICO E E XPERIMENTAL DO D ESEMPENHO T ÉRMICO DE E QUIPAMENTOS E XPOSITORES R EFRIGERADOS Universidade da Beira Interior Departamento de Engenharia.

Apresentações semelhantes


Apresentação em tema: "E STUDO N UMÉRICO E E XPERIMENTAL DO D ESEMPENHO T ÉRMICO DE E QUIPAMENTOS E XPOSITORES R EFRIGERADOS Universidade da Beira Interior Departamento de Engenharia."— Transcrição da apresentação:

1 E STUDO N UMÉRICO E E XPERIMENTAL DO D ESEMPENHO T ÉRMICO DE E QUIPAMENTOS E XPOSITORES R EFRIGERADOS Universidade da Beira Interior Departamento de Engenharia Electromecânica Pedro Dinis Gaspar Universidade da Beira Interior Covilhã e UBI, Julho 2002

2 Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia de Sistemas de Produção e Conservação de Energia Universidade da Beira Interior Departamento de Engenharia Electromecânica Realizada sob orientação cientifica de : Prof. Dr. Alexandre Borges de Miranda Prof. Dr. Alexandre Borges de Miranda (Professor Auxiliar – Dept.º de Eng.ª Electromecânica - Universidade da Beira Interior) Prof. Dr. Rui António Pitarma Sabino Cunha Ferreira (Professor Coordenador –Dept.º de Eng.ª Mecânica-ESTG-Intituto Politécnico da Guarda)

3 I NTRODUÇÃO EXIGÊNCIA SOCIAL E ECONÓMICA: Uso racional de energia no sector comercial. ELEVADO CONSUMO ENERGÉTICO: Necessidade de conservação em frio dos alimentos; Manutenção do perfeito estado sanitário e nutritivo. DESENVOLVIMENTO DE MÉTODOS DE ANÁLISE: Minimização do consumo energético; Melhoria da performance dos equipamentos. AVALIAÇÃO EXPERIMENTAL; SIMULAÇÃO NUMÉRICA.

4 R ELEVÂNCIA P RÁTICA DO PROBLEMA SOLUÇÃO Aplicação de uma Cortina de Ar. INCONVENIENTES Diversos problemas técnicos: Imperfeições da cortina de ar; Características geométricas dos equipamentos; Entre outros factores... EQUIPAMENTOS REFRIGERADOS ABERTOS: Característica: Inexistência de barreira física. Intuito: Visualização e Manuseamento de produtos. CONSEQUÊNCIAS Perda de capacidade: Aumento do Consumo Energético; Variação do valor da Temperatura de conservação dos produtros alimentares.

5 E QUIPAMENTOS E XPOSITORES (Cortesia: JORDÃO Cooling Systems ® ) MURAL ILHA VITRINE

6 O BJECTIVOS FINALIDADE Indicação de alterações de projecto: Uniformizar o campo de temperaturas interior; Melhorar a distribuição do escoamento; Reduzir o consumo energético. DESENVOLVIMENTO DE MODELO NUMÉRICO: Simulação do Desempenho Térmico de Equipamentos Expositores Refrigerados Abertos. VALIDAÇÃO DAS PREVISÕES NUMÉRICAS. APLICAÇÃO DO MODELO: Casos de relevância prática.

7 M ODELO C OMPUTACIONAL VANTAGENS: PROJECTO COM BASE CIENTIFÍCA: Prescinde de dimensionamento empirico; Permite realizar a avaliação local das propriedades. MÉTODO EXPEDITO DE PREVISÃO; FÁCIL ADAPTAÇÃO A NOVOS CASOS: Permite examinar modificações a efectuar nos equipamentos. TÉCNICA DE ESTUDO: Custo mais reduzido; Tempo de desenvolvimento inferior.

8 M ETODOLOGIA DE A BORDAGEM ENSAIOS EXPERIMENTAIS: Mural Aberto: Versão de Lacticínios Temp.: 3-6 [ºC]; Sensibilidade relativamente ao funcionamento; Análise qualitativa de todos os parâmetros; Percepção da realidade antes de avaliar os resultados; Inclusão de características funcionais no modelo. MODELAÇÃO FÍSICA E MATEMÁTICA; VALIDAÇÃO DO MODELO COMPUTACIONAL; Validação experimental essencialmente qualitativa. APLICAÇÃO EM PROBLEMAS DE ENGENHARIA.

9 E STUDO E XPERIMENTAL ENSAIOS EXPERIMENTAIS METODOLOGIA E ABORDAGEM Seguida pelo fabricante; Norma ASHRAE Standard Method of testing open refrigerators. Secção I&D da JORDÃO Cooling Systems. Condições de Fronteira do Modelo: Medição Temperatura e Velocidade. Validação do Modelo: Medição Temperatura.

10 E STUDO E XPERIMENTAL TÉCNICAS EXPERIMENTAIS E EQUIPAMENTOS GrandezaTécnica Experimental Velocidade do Ar Termo-Anemometria Termó-anemometro Temperatura do Ar Termometria por Termopares Termómetros digitais sonda: Termopar tipo T Temperatura Superficial Termometria por Termopares Termómetro digital: Cole Parmer sonda: Termopar de contacto tipo T Condições de fronteira do modelo. Validação das previsões numéricas.

11 E STUDO E XPERIMENTAL Disposição genérica dos dispositivos de sensorização no equipamento. MEDIÇÕES DA VELOCIDADE E TEMPERATURA

12 E STUDO E XPERIMENTAL MEDIÇÕES EXPERIMENTAIS Zona \ PropriedadesU [m/s]T [ºC] Grelhas Insuflação2,51,5 Aspiração1,79,1 Orifícios z=1277[mm]1,5 z=155[mm]1,01,5 Paredes SSE-22,7 SPE-20,7 SSI-6,6 SFI-6,3 SII-8,1 Abertura ao ar ambiente -25,0

13 E STUDO E XPERIMENTAL TÉCNICAS EXPERIMENTAIS COMPLEMENTARES ObjectivoTécnica Experimental Taxa de Renovação de Ar Gases Traçadores Gás: Hexafluoreto de Enxofre (SF 6 ) Analisador de Gases: Bruel&Kjaer Multi-Gas Monitor Type 1302 Temperatura Superficial Termografia por infravermelhos Câmara de Infravermelhos : NEC San–ei Thermo tracer TH1100 Visualização do Escoamento Injecção de fumo Gerador de Fumo : Profog K-15 Avaliação auxiliar da distribuição das propriedades. Recolha fotográfica: Nikon F60 –Filme 100 ASA

14 E STUDO E XPERIMENTAL GASES TRAÇADORES 6 [ren/h] VISUALIZAÇÃO TERMOGRAFIA IV

15 M ODELO F ÍSICO E M ATEMÁTICO Formulação das Equações de Governo do Escoamento: TURBULENTO; BIDIMENSIONAL; NÃO ISOTÉRMICO. REGIME ESTACIONÁRIO; Características do Fluido de Trabalho Ar: GÁS IDEAL; INCOMPRESSÍVEL; Diversas PROPRIEDADES CONSTANTES.

16 M ODELO F ÍSICO E M ATEMÁTICO EQUAÇÕES: Conservação de massa: Conservação de quantidade de movimento: Conservação de energia: MODELO DE TURBULÊNCIA k- Fecho das Eqs. LEIS DE PAREDE Quantificação de efeitos viscosos e dos elevados gradientes das variáveis.

17 M ODELO N UMÉRICO Discretização: DIFERENÇAS FINITAS / Volumes de Controlo; Esquema HÍBRIDO. Algoritmo de resolução numérica iterativa: SIMPLEST. Características da Malha Computacional (50x240 VCs): ORTOGONAL; DESLOCADA; NÃO UNIFORME. Código de Dinâmica de Fluidos Computacional: PHOENICS.

18 M ODELO N UMÉRICO CONDIÇÕES DE FRONTEIRA ÁreaTipoOrigem Paredes SólidasTemperatura imposta Não Deslizamento Experimental Aberturas de Insuflação/Aspiração Temperatura imposta Velocidade imposta k e impostas I t imposta Experimental Abertura ao Ar AmbienteTemperatura imposta Pressão imposta Experimental Prateleiras Produtos (Simuladores) Fluxo de calor nulo (Superfícies Adiabáticas) Fontes de Calor (Iluminação interior) Fluxo de calor imposto Q = 10 [W/m] Fabricante

19 R ESULTADOS N UMÉRICOS OBJECTIVO: Avaliação da distribuição dos campos de Velocidades e Temperaturas no interior do equipamento; Investigação de pontos de possível evolução técnica. PREVISÕES: Distribuição do Campo de Velocidades: Padrão das Linhas de Corrente; Vectores de Velocidade. Distribuição do Campo de Temperaturas: Contornos do Campo de Temperaturas global; Contornos do Campo de Temperaturas interior.

20 R ESULTADOS N UMÉRICOS LINHAS DE CORRENTE e VECT. DE VELOCIDADE

21 R ESULTADOS N UMÉRICOS VECTORES DE VELOCIDADE: Grelha de Insuflação PREVISÕES: Entrada de ar ambiente para o interior; Grande recirculação na prateleira superior.

22 R ESULTADOS N UMÉRICOS VECTORES DE VELOCIDADE: Grelha de Aspiração PREVISÕES: Perda substancial para o exterior de mistura de ar refrigerado com ar ambiente.

23 R ESULTADOS N UMÉRICOS VECTORES DE VELOCIDADE: Parede Frontal Interior PREVISÕES: Baixas velocidades que caracterizam o escoamento na zona de exposição dos produtos alimentares.

24 R ESULTADOS N UMÉRICOS DISTRIBUIÇÃO DO CAMPO DE TEMPERATURAS PREVISÕES: Cortina de ar: Eficácia do dispositivo; Interacção térmica. Abertura frontal: Zona inferior Saída de ar refrigerado.

25 R ESULTADOS N UMÉRICOS DISTRIBUIÇÃO DO CAMPO DE TEMPERATURAS PREVISÕES: Grelha de insuflação: Temperatura mínima. Área de exposição: Zona inferior T max; Zona média T const.

26 V ALIDAÇÃO E XPERIMENTAL ESTUDO COMPARATIVO TENDÊNCIA GENÉRICA: Evolução muito aproximada; Boa concordância de resultados. DESVIOS: Distribuição não uniforme: Abertura Erro Zona interior Erro MODELO COMPUTACIONAL: Apresenta eficácia considerável. z=1213 [mm] z = 898 [mm] z = 388 [mm]

27 A PLICAÇÃO P RÁTICA DO M ODELO Caso A : Aumento do diâmetro dos orifícios: A = 2 Grelha de insuflação: Conservação de massa U = 2,1 [m/s] OBJECTIVO: Uniformização das propriedades físicas relevantes. Melhorar as condições de funcionamento através de alterações geométricas e funcionais da configuração. Caso B : Configuração do Caso A. Perfuração e alteração dimensional das prateleiras.

28 A PLICAÇÃO P RÁTICA DO M ODELO VECTORES DE VELOCIDADE: Global Caso A PREVISÕES: Melhor distribuição do escoamento.

29 A PLICAÇÃO P RÁTICA DO M ODELO VECTOR DE VELOCIDADES: Grelha de Insuflação Caso A PREVISÕES: Velocidade de Insuflação mais reduzida; Atenuação da recirculação na prateleira superior.

30 A PLICAÇÃO P RÁTICA DO M ODELO VECTORES DE VELOCIDADE: Grelha de Aspiração Caso A PREVISÕES: Ligeira alteração da cortina de ar; Perda para o exterior de mistura de ar refrigerado.

31 A PLICAÇÃO P RÁTICA DO M ODELO VECTORES DE VELOCIDADE: Parede Frontal Interior Caso A PREVISÕES: Aumento substancial da circulação de ar refrigerado; Redução da Temperatura entre as prateleiras.

32 A PLICAÇÃO P RÁTICA DO M ODELO DISTRIBUIÇÃO DO CAMPO DE TEMPERATURA Caso A PREVISÕES: Desvio da Temperatura: 10 % ; Redução de 0,7 [ºC]. Maior uniformização do Campo de Temperaturas.

33 A PLICAÇÃO P RÁTICA DO M ODELO DISTRIBUIÇÃO DO CAMPO DE TEMPERATURA Caso A PREVISÕES: Zona superior: Velocidade de Insuf. Temperatura & Atenuação da recirculação

34 A PLICAÇÃO P RÁTICA DO M ODELO Caso B : Caso particular (Caso A): B = A = 2 Grelha de insuflação: Conservação de massa U = 2,0 [m/s] Perfuração e alteração dimensional das prateleiras. De modo a permitir na zona de exposição: Maior circulação de ar refrigerado; Redução adicional da temperatura; Maior homogeneidade das propriedades.

35 A PLICAÇÃO P RÁTICA DO M ODELO VECTORES DE VELOCIDADE: Global Caso B PREVISÕES: Aumento significativo da circulação de ar refrigerado entre as prateleiras.

36 A PLICAÇÃO P RÁTICA DO M ODELO VECTORES DE VELOCIDADE: Grelha de Insuflação Caso B PREVISÕES: Velocidade de Insuflação Modificação das características da cortina de ar.

37 A PLICAÇÃO P RÁTICA DO M ODELO VECTORES DE VELOCIDADE: Grelha de Aspiração Caso B PREVISÕES: Distribuição mais uniforme da Temperatura.

38 A PLICAÇÃO P RÁTICA DO M ODELO VECTORES DE VELOCIDADE: Parede Frontal Interior Caso B PREVISÕES: Maior conformidade do escoamento em todo o espaço refrigerado.

39 A PLICAÇÃO P RÁTICA DO M ODELO DISTRIBUIÇÃO DO CAMPO DE TEMPERATURA Caso B PREVISÕES: Desvio da Temperatura: 11 % ; Redução de 0,8 [ºC]. Maior uniformização do Campo de Temperaturas.

40 A PLICAÇÃO P RÁTICA DO M ODELO DISTRIBUIÇÃO DO CAMPO DE TEMPERATURA Caso B PREVISÕES: Passagem de ar refrigerado entre as prateleiras. Distribuição mais uniforme que no Caso A.

41 C ONCLUSÕES Desenvolvimento e Validação de um modelo numérico: Simulação com precisão adequada; Apreciação dos fenómenos associados à refrigeração de produtos em Equipamentos Expositores Abertos. Aplicação de Técnicas Experimentais: Avaliação e Caracterização do Escoamento e Transmissão de Calor. Aplicação Casos de estudo de Relevância Prática: Redução e Uniformização da Temperatura; Maior Conformidade do escoamento. Aumento do período de conservação dos produtos.

42 C ONCLUSÕES SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS: MODELO NUMÉRICO: Tridimensionalidade e Regime Transiente; Modelo de Radiação Térmica; Modelo de Concentração de Espécies; Geometrias mais complexas; Integração do sistema de refrigeração; Extensão do código à carga térmica dos produtos. Investigação de Casos Práticos adicionais. ESTUDO EXPERIMENTAL: Secção de teste; Técnicas experimentais; Validação.


Carregar ppt "E STUDO N UMÉRICO E E XPERIMENTAL DO D ESEMPENHO T ÉRMICO DE E QUIPAMENTOS E XPOSITORES R EFRIGERADOS Universidade da Beira Interior Departamento de Engenharia."

Apresentações semelhantes


Anúncios Google