16º POSMEC Universidade Federal de Uberlândia Faculdade de Engenharia Mecânica

Transcrição

1 16º POSMEC Universidde Federl de Uberlândi Fculdde de Engenhri Mecânic METODOLOGIA PARA DETERMINAÇÃO QUALITATIVA DA QUEDA DE PRESSÃO EM PAINEL EVAPORATIVO UTILIZADO EM UNIDADE DE RESFRIAMENTO EVAPORATIVO DIRETO ATRAVÉS DO CÓDIGO CFX Liomr de Oliveir Cchuté José Crlos Pereir Noves Crlos Alberto Chves José Crlos Lombrdi José Rui Cmrgo Universidde de Tubté, Deprtmento de Engenhri Mecânic, Ru Dniel Dnelli, s/n, Cep Tubté-SP Resumo Este trblho present simulção do processo de resfrimento evportivo direto, fzendo uso ds prátics d Dinâmic dos Fluidos Computcionl, trvés do progrm de simulção computcionl ou código CFX, utilizndo pinel evportivo disponível no mercdo Seu objetivo é visulizção do processo de qued de pressão, trvés d simulção do escomento no qul está inserido, levndo em considerção sus crcterístics dimensionis, vriáveis de estdo desenvolvendo ssim, um ferrment de vlição de pinéis de contto utilizndo o progrm ou código CFX Plvrs-Chve: Simulção computcionl, Dinâmic dos Fluidos Computcionl, Resfrimento evportivo, Código CFX, Pinel evportivo 1 INTRODUÇÃO O método de simulção numéric plicd às áres de Mecânic dos Fluidos e Trnsferênci de Clor, conhecido como DFC (Dinâmic dos Fluidos Computcionl) ou CFD ( Computcionl Fluid Dynmic ), é tulmente um ferrment poderos pr solução de problems, nests e em outrs áres do conhecimento científico ou tecnológico, segundo Fortun, AR (000) O processo de resfrimento evportivo, segundo Cmrgo e Ebinum (00), consiste n utilizção d evporção d águ trvés d pssgem de um fluxo de r, provocndo redução n tempertur do r Atulmente são conhecidos o resfrimento evportivo direto e o indireto, sendo que no primeiro, o r é resfrido e umidificdo o entrr em contto com um superfície úmid ou jtos de águ Já tipo indireto, o r se mntém seprdo do processo de evporção d águ trnsferindo pens clor sensível pr um corrente de r secundári Este tipo de resfrimento present inúmers vntgens sobre os processos de condicionmento de r convencionis: não usm fluidos refrigerntes que gridem o meio-mbiente; presentm bixo consumo de energi renovm constntemente o r do mbiente, reduzindo drsticmente proliferção de fungos e bctéris e tem su eficiênci umentd n medid em que ument tempertur e diminui umidde do r Nos trblhos desenvolvidos por Cmrgo e Ebinum (00), form mostrds s relções entre s principis grndezs físics envolvids no resfrimento evportivo, permitindo ssim simulção numéric do processo Cstro e Piment (004) bordrm teori que rege os princípios de funcionmento de um sistem de resfrimento evportivo direto por pinéis de contto presentndo um modelgem mtemátic d trnsferênci de clor e mss em pinéis evportivos

2 FORMULAÇÃO DO PROBLEMA Possibilitr simulção e vlição qulittiv d qued de pressão em pinel evportivo utilizdo em unidde de resfrimento evportivo direto A visulizção do processo de qued de pressão, com simulção do escomento trvés do pinel evportivo, lev em considerção s crcterístics dimensionis e vriáveis de estdo, desenvolvendo ssim, um ferrment com possibiliddes de plicção no desenvolvimento deste tipo de pinel 3 MÉTODO O processo de resfrimento evportivo direto, utilizndo pinel evportivo umedecido, pode ser modeldo mtemticmente trvés ds equções d trnsferênci de clor e mss, fzendo um blnço de mss e energi relciondo o fluxo de r trvés do pinel, mostrdo n Fig1 Nest modelgem são feits lgums considerções: o r seco e vpor de águ têm comportmento de gás idel; o r é um mistur de dois gses (r seco e vpor de águ); s perds de clor pr o mbiente são desprezíveis, ou sej, o processo é dibático; o processo se dá em regime permnente; s vrições de energi cinétic e potencil são mínimos e, portnto podem ser desprezds; águ do sistem est em constnte circulção, presentndo tempertur à de bulbo úmido do r mbiente Figur 1 - Blnço de mss e energi relcionds o fluxo de r trvés do pinel evportivo Aplicndo 1ª Lei d Termodinâmic o fluxo de r trvés do pinel: q & + m& h + m& h + m& h = m& h + m& h (1) Onde: 1 v1 v1 e vwb v v q v1 v e Tx de trnsferênci de clor (W) m Vzão mássic de r seco (kg/s) m Vzão mássic de vpor d águ n entrd (kg/s) m Vzão mássic de vpor d águ n síd (kg/s) m Vzão mássic de vpor d águ evpordo (kg/s) h 1 Entlpi do r seco n entrd do pinel (J/kg)

3 h Entlpi do r seco n síd do pinel (J/kg) h vwb Entlpi do vpor d águ n tempertur de bulbo úmido(j/kg) h v1 Entlpi do vpor d águ n entrd do pinel (J/kg) h v Entlpi do vpor d águ n síd do pinel (J/kg) cp Clor específico do r seco (J/kgK) Pr o blnço de mss n corrente de r: m & e = m& m& () v v1 Dividindo () m : & = m& ( w w ) (3) m e 1 Onde w 1 e w são s umiddes bsoluts do r n entrd e síd do pinel Substituindo (3) em (1): q& m& ( h 1 h ) + m& ( w 1 h v1 w h v ) + m ( w w 1 ) h vwb (4) = Considerndo que entlpi do vpor de águ no r se encontr no estdo sturdo: ( cp ( T T ) + w ( h h ) w ( h h ) q& = m& (5) 1 1 g 1 gwb g A entlpi e umidde bsolut em (5) podem ser representds como funções ds respectivs temperturs e sendo s condições de entrd do r e vzão mássic conhecids, tx de trnsferênci de clor é função pens d tempertur do r n síd do pinel 31 Qued de pressão no pinel evportivo Segundo Cstro e Piment (004), o fluxo de r sofre um processo de contrção o pssr trvés do pinel, como conseqüênci d redução d áre de pssgem Esse processo crretrá um qued de pressão exercid pelo r, em rzão do seu contto com s predes d estrutur do pinel em form de colméi e tmbém pels vrições constntes em seu volume, or contrindo or expndindo Est qued de pressão pode ser representd em função d pressão dinâmic, resultnte do escomento de r trvés do pinel, pel seguinte relção: ( ρv ) P = C (6) Sendo C e ρ constntes crcterístics do pinel evportivo, podemos expressr ess relção d qued de pressão P unicmente em função d velocidde do r trvés dele (v) e com isso teremos: gwb P = C 0 v (7) 3

4 Os fbricntes de pinéis evportivos fornecem informções respeito d qued de pressão pr váris espessurs fbricds, ou sej, constnte C 0 conforme mostrdo Fig Dest form pode ser verificdo que qued de pressão tmbém pode ser express em função d espessur do pinel evportivo P = ξlv (8) Onde L é o comprimento do pinel e ξ constnte crcterístic do pinel evportivo determind pelo seu fbricnte, segundo Cstro e Piment (004) Figur Curv qued de pressão x velocidde do escomento ( Generl Shelters of Texs ) 4 SIMULAÇÃO DO PROCESSO DE RESFRIAMENTO EVAPORATIVO DIRETO 41 Prâmetros de simulção Pr simulção do processo de resfrimento evportivo direto, foi utilizdo um pinel evportivo d empres Generl Shelters of Texs, modelo 6-30x30, fbricdo com folhs de celulose corrugd, estruturd em form de colméi, cold e impermebilizd, conforme mostrdo n Fig3 As dimensões do pinel são: lrgur (x) = 0,30m; ltur (y) = 0,7m e espessur(z) = 0,15m A tempertur de entrd do r foi fixd em 5 C e tempertur inicil d águ em 18 C As velociddes do fluxo de r trvés do pinel form de 0,5 m/s 3,5 m/s A pressão tmosféric considerd foi de 101,3 kp Com os ddos obtidos trvés d curv pr pinéis com espessur 0,15m (6 ),fornecid pelo fbricnte, conforme Fig e trvés d equção (8) foi determind constnte ζ = 0,7 Ns /m 5 Estes prâmetros form inseridos no progrm ou código CFX verão 56, que executou o processo de simulção numéric do escomento de r trvés do pinel evportivo, especificdo nteriormente e gerou como resultdo, s figurs que são presentds seguir 4

5 Figur 3 Pinéis evportivos, fbricnte Generl Shelters 4 Figurs obtids n simulção do processo CFX Figur 4 Qued de pressão x velocidde do r, v = 0,5 m/s 5

6 Figur 5 Qued de pressão x velocidde do r, v = 1,0 m/s Figur 6 Qued de pressão x velocidde do r, v = 1,5 m/s 6

7 Figur 7 Qued de pressão x velocidde do r, v =,0 m/s Figur 8 Qued de pressão x velocidde do r, v =,5 m/s 7

8 Figur 9 Qued de pressão x velocidde do r, v = 3,0 m/s Figur 10 Qued de pressão x velocidde do r, v = 3,5 m/s 8

9 5 COMENTÁRIOS E CONCLUSÕES O modelo mtemático desenvolvido foi plicdo, com uxílio ds técnics disponíveis n áre d Dinâmic dos Fluidos Computcionl (DFC), um processo de resfrimento evportivo direto utilizndo o pinel evportivo, conforme ctálogo Generl Shelters, com dimensões e geometri especificds Foi relizd simulção deste processo com utilizção do código CFX com o objetivo de vlir, de form qulittiv, qued de pressão o longo do fluxo de r, trvés do pinel evportivo devidmente umedecido por um fluxo constnte de águ e com tempertur préestbelecid Os resultdos dest simulção estão representdos ns Figurs 4 10, permitindo um rzoável visulizção d qued de pressão no processo, pr s velociddes do r de 0,5 3,5 m/s Dest form podemos concluir que, metodologi presentd é um ferrment dequd pr vlição deste tipo de pinel, utilizdo em processo de resfrimento evportivo direto Fic como sugestão pr trblhos futuros, plicção dest metodologi com o objetivo de quntificr qued de pressão, otimizr geometri, vlir novos mteriis de construção e fzer comprção entre modelos diversos destes pinéis REFERÊNCIAS Cmrgo, JR e Ebinum, C D, 00, Modelo mtemático pr resfrimento evportivo direto e indireto pr sistems de condicionmento de r, IX Congresso Brsileiro de Engenhri e Ciêncis Térmics - ENCIT, Cxmbu MG, Brsil, CIT Cstro WP e Piment, JM D, 004, Modelgem e simulção em pinéis evportivos diretos, 10 Congresso Brsileiro de Ciêncis Térmics e Engenhri, ENCIT 004, ABCM, Rio de Jneiro, RJ, Brsil CFX, Softwre for Fluid Dynmics, ANSY, versão 56 Fortun, AR Técnics Computcionis pr Dinâmic dos Fluidos: Conceitos Básicos e Aplicções, Editor d Universidde de São Pulo, São Pulo, SP, Brsil, 000 Generl Shelters, Generl Shelters of Texs, SB, Ltd Center, Texs 75935, USA Disponível em < : 03 mio 006 DIREITOS AUTORAIS Os utores são os únicos responsáveis pelo conteúdo do mteril impresso incluído no seu trblho METHODOLOGY FOR QUALITATIVE DETERMINATION OF PRESSURE DROP IN EVAPORATIVE PANEL USED AT DIRECT EVAPORATIVE COOLING UNIT TROUGH THE CFX CODE Abstrct This work presents the simultion of the direct evportive cooling process, doing use of the prctices of the CFD, through the progrm of simultion computtionl or code CFX, utilizing evportive pnel which it is vilble in the mrket Its objective is the viewing of the drop pressure process, through the simultion of the flow in which is inserted, leding in considertion its dimension chrcteristics, vribles of stte, developing thus contct pnels evlution tool with utiliztion of progrm or code CFX Key words: Numericl simultion, computtionl fluid dynmics, evportive cooling, CFX code evportive pnel 9