Desempenho térmico de radiador protótipo para resfriamento radiativo noturno

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Trento, Daniel Gustavo
• Orientador(a): Kruger, Eduardo Leite
• Banca de defesa: Kruger, Eduardo Leite , Fernandes, Leandro Carlos , Mizgier, Martin Ordenes
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná; Curitiba
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Radiadores; Resfriamento; Dinâmica de fluidos computacional; Métodos de Simulação; Conforto humano; Edifícios - Propriedades térmicas; Radiators; Cooling; Computational fluid dynamics; Simulation methods; Human comfort; Buildings - Thermal properties
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::CONSTRUCAO CIVIL
• Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/26303

Esta pesquisa tem foco na caracterização térmica de radiadores protótipos desenvolvidos e confeccionados para o aproveitamento do resfriamento radiativo noturno como estratégia passiva para edificações. Para tanto, a pesquisa comparou dados gerados por três métodos. Primeiro, o método analítico para quantificar o potencial teórico máximo que o resfriamento radiativo noturno atinge submetido às condições atmosféricas. Na sequencia, dados experimentais foram coletados durante funcionamento de um sistema piloto, que consistiu em uma superfície composta por módulos de radiadores noturnos protótipo com área total de 0,78 m², os quais estavam conectados a um reservatório de água principal com 200 l e um intermediário com 30 l. O sistema fechado tinha bombeamento de baixa potência, funcionando entre as 18h e 6h da manhã seguinte, entre os dias 9 e 12/02 de 2021. A terceira etapa consistiu em dados gerados por método numérico por meio de simulações computacionais em CFD (computational fluid dynamics), utilizando os mesmos dados ambientais coletados no experimento, com o objetivo de prever o desempenho térmico dos radiadores. Os resultados experimentais, quando comparados aos resultados analíticos e simulados, demonstraram por correlação de dados que o resfriamento teórico obtido pelo método analítico foi capaz de definir o potencial máximo de resfriamento radiativo noturno e os resultados simulados conseguiram prever o comportamento dos radiadores protótipos submetidos às mesmas condições climáticas. Foi identificado por meio das simulações em CFD que o modelo de radiador protótipo possuía uma acentuada queda de temperatura no início e estagnação de temperatura no restante de seu trajeto interno. Para a verificação deste comportamento térmico, foram coletadas termografias do sistema em funcionamento, as quais demonstraram que os dados simulados representavam tal fato. Foi proposta, com base nos resultados, uma mudança no desenho dos radiadores, alterando-os para canais paralelos, com menor trajeto interno. Foram utilizadas simulações computacionais para gerar dados deste cenário e o resultado foi a melhoria no desempenho térmico médio durante a noite de até 9.6%. Por fim, foi simulado um cenário com os radiadores alterados com comprimento de 3 metros de largura, onde foram simulados diferentes fluxos de água para o funcionamento do sistema. Concluiu-se que o uso de simulações CFD é uma alternativa viável para determinar a eficiência térmica de arranjos e desenhos de radiadores para resfriamento radiativo noturno. Com menores trajetos internos da água ocorre mais resfriamento com maior eficiência térmica e que dentre os fluxos de fluido simulados, seu aumento só proporciona melhoria no desempenho térmico quando a velocidade do vento é relevante.