Avaliação numérico-experimental do resfriamento de ambientes por um sistema ciclônico-psicrométrico

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Dias, Daiane Ribeiro
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFU
Texto Completo: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/29691
http://doi.org/10.14393/ufu.di.2020.570
Resumo: Thermal comfort is a necessity present in many environments such as houses, stores, and public spaces, especially in a tropical country like Brazil that has well defined dry periods, which are mainly characterized by high temperature the low relative humidity. Hot, dry air causes a thermal cooling effect when it interacts with some structure dampened with water – psychrometric effect – due to the evaporation of the fluid that absorbs latent heat in the process. In ideal conditions, thermal decays of up to 18ºC can be obtained in the structure, depending on the observed temperature and relative humidity values. Thus, this dissertation proposes and experimentally investigates a sustainable and low energy consumption air conditioning system by combining the potentiality of dry air with the characteristics of the flow within a cyclone covered with a wet fabric structure. For this purpose, a new cyclone geometry was proposed to enhance the heat transfer between fluid and walls. The new cyclone family with 0.2627 m² of surface area was satisfactory for application in thermal exchange phenomena, since it presented convective coefficients of heat transfer ranging between 37.6 and 56.9 W/(m²°C) and Euler numbers between 1525 and 2821. The proposed cyclonic-psychrometric system provided thermal decays in the fluid between 3.9 and 13.1°C, whereas the system achieved an average thermal efficiency of 60.5%. The results also indicated that the water consumption to maintain tissue humidification is relatively low, in which about 16.02 g of liquid is needed to cool 1 m³ of air flowing through the cyclone. The numerical simulations indicated that, in 15 minutes, a cyclonic-psychrometric system consisting of 10 cyclones can provide a reduction of up to 7.0ºC in a room of 20.0 m² during a hot day (32.0ºC) at a relative humidity of 20.0%. Energy balances and economic analysis showed that the electric power consumed by the proposed system would represent only 19.8% of the power required by a conventional 18,000 Btu air conditioner to promote the same reduction of temperature. This energy-saving would certainly have a direct and positive impact on the user’s budget, especially those with low income and who live in dry and remote regions.
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In ideal conditions, thermal decays of up to 18ºC can be obtained in the structure, depending on the observed temperature and relative humidity values. Thus, this dissertation proposes and experimentally investigates a sustainable and low energy consumption air conditioning system by combining the potentiality of dry air with the characteristics of the flow within a cyclone covered with a wet fabric structure. For this purpose, a new cyclone geometry was proposed to enhance the heat transfer between fluid and walls. The new cyclone family with 0.2627 m² of surface area was satisfactory for application in thermal exchange phenomena, since it presented convective coefficients of heat transfer ranging between 37.6 and 56.9 W/(m²°C) and Euler numbers between 1525 and 2821. The proposed cyclonic-psychrometric system provided thermal decays in the fluid between 3.9 and 13.1°C, whereas the system achieved an average thermal efficiency of 60.5%. The results also indicated that the water consumption to maintain tissue humidification is relatively low, in which about 16.02 g of liquid is needed to cool 1 m³ of air flowing through the cyclone. The numerical simulations indicated that, in 15 minutes, a cyclonic-psychrometric system consisting of 10 cyclones can provide a reduction of up to 7.0ºC in a room of 20.0 m² during a hot day (32.0ºC) at a relative humidity of 20.0%. Energy balances and economic analysis showed that the electric power consumed by the proposed system would represent only 19.8% of the power required by a conventional 18,000 Btu air conditioner to promote the same reduction of temperature. This energy-saving would certainly have a direct and positive impact on the user’s budget, especially those with low income and who live in dry and remote regions.CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoDissertação (Mestrado)O conforto térmico é uma necessidade presente em muitos ambientes como casas, comércios e espaços públicos, especialmente em um país tropical como o Brasil que tem períodos de seca bem definidos, caracterizado principalmente pela alta temperatura e baixa umidade relativa do ar. Ar quente e seco provoca um efeito térmico de resfriamento quando interage com alguma estrutura umedecida com água – efeito psicrométrico – devido à evaporação da água que absorve calor latente no processo. Em condições ideais, decaimentos térmicos de até 18ºC podem ser obtidos na estrutura, dependendo dos valores de temperatura e umidade relativa observados. Assim, esta dissertação propõe e investiga experimentalmente um sistema de climatização sustentável e de baixo consumo energético mediante a combinação da potencialidade do ar seco com as características do escoamento em ciclones revestidos por uma estrutura de tecido umedecida. Para tanto, uma nova configuração de ciclone foi proposta para potencializar a troca de calor entre fluido e parede. A nova família de ciclone com 0,2627 m² de área superficial mostrou-se satisfatória para aplicação em fenômenos de troca térmica, uma vez que apresentou coeficientes convectivos de transferência de calor variando entre 37,6 e 56,9 W/(m²°C) e números de Euler entre 1525 e 2821. O sistema ciclônico-psicrométrico proposto proporcionou decaimentos térmicos no fluido entre 3,9 e 13,1°C, enquanto o sistema atingiu uma eficiência térmica média de 60,5%. Os resultados também indicaram que o consumo de água para manter a umidificação do tecido é relativamente baixo, em que cerca de 16,02 g de líquido são necessários para resfriar 1 m³ de ar que escoa pelo ciclone. Previsões numéricas indicaram que, em 15 minutos, um sistema ciclônico-psicrométrico constituído por 10 ciclones pode proporcionar uma redução de até 7,0ºC em uma sala de 20,0 m² durante um dia quente (32,0ºC) a uma umidade relativa de 20,0%. Balanços de energia e análises econômicas mostraram ainda que a potência elétrica a ser consumida pelos acessórios do resfriamento ciclônico-psicrométrico representaria apenas 19,8% da potência elétrica requerida por um aparelho de ar-condicional convencional de 18000 BTU para realizar a mesma redução de temperatura. Tal economia certamente teria um impacto direto e positivo no orçamento dos usuários, especialmente para aqueles de menor renda ou que vivem em regiões secas e remotas.2024-08-07Universidade Federal de UberlândiaBrasilPrograma de Pós-graduação em Engenharia QuímicaVieira, Luiz Gustavo Martinshttp://lattes.cnpq.br/6266547523604644Silva, Danylo de Oliveirahttp://lattes.cnpq.br/8216573686887098Santana, Ricardo Corrêa deMarczak, Ligia Damasceno FerreiraArouca, Fábio de OliveiraDias, Daiane Ribeiro2020-08-13T19:21:58Z2020-08-13T19:21:58Z2020-08-07info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfDIAS, Daiane Ribeiro. Avaliação numérico-experimental do resfriamento de ambientes por um sistema ciclônico-psicrométrico. 2020. 63 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2020. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2020.570https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/29691http://doi.org/10.14393/ufu.di.2020.570porinfo:eu-repo/semantics/embargoedAccessreponame:Repositório Institucional da UFUinstname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)instacron:UFU2023-11-06T10:50:16Zoai:repositorio.ufu.br:123456789/29691Repositório InstitucionalONGhttp://repositorio.ufu.br/oai/requestdiinf@dirbi.ufu.bropendoar:2023-11-06T10:50:16Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)false
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description Thermal comfort is a necessity present in many environments such as houses, stores, and public spaces, especially in a tropical country like Brazil that has well defined dry periods, which are mainly characterized by high temperature the low relative humidity. Hot, dry air causes a thermal cooling effect when it interacts with some structure dampened with water – psychrometric effect – due to the evaporation of the fluid that absorbs latent heat in the process. In ideal conditions, thermal decays of up to 18ºC can be obtained in the structure, depending on the observed temperature and relative humidity values. Thus, this dissertation proposes and experimentally investigates a sustainable and low energy consumption air conditioning system by combining the potentiality of dry air with the characteristics of the flow within a cyclone covered with a wet fabric structure. For this purpose, a new cyclone geometry was proposed to enhance the heat transfer between fluid and walls. The new cyclone family with 0.2627 m² of surface area was satisfactory for application in thermal exchange phenomena, since it presented convective coefficients of heat transfer ranging between 37.6 and 56.9 W/(m²°C) and Euler numbers between 1525 and 2821. The proposed cyclonic-psychrometric system provided thermal decays in the fluid between 3.9 and 13.1°C, whereas the system achieved an average thermal efficiency of 60.5%. The results also indicated that the water consumption to maintain tissue humidification is relatively low, in which about 16.02 g of liquid is needed to cool 1 m³ of air flowing through the cyclone. The numerical simulations indicated that, in 15 minutes, a cyclonic-psychrometric system consisting of 10 cyclones can provide a reduction of up to 7.0ºC in a room of 20.0 m² during a hot day (32.0ºC) at a relative humidity of 20.0%. Energy balances and economic analysis showed that the electric power consumed by the proposed system would represent only 19.8% of the power required by a conventional 18,000 Btu air conditioner to promote the same reduction of temperature. This energy-saving would certainly have a direct and positive impact on the user’s budget, especially those with low income and who live in dry and remote regions.
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