Estudo numérico de escoamentos em equipamento de refrigeração vertical aberto

Abstract

Os equipamentos de refrigeração verticais abertos, muito usados em superfícies comerciais na conservação de produtos alimentares, cumprem uma dupla funcionalidade manter os alimentos à temperatura de conservação, visíveis e de fácil acesso por forma a maximizar o potencial de venda. O trabalho deste estudo centra-se na análise do escoamento de ar frio que percorre o equipamento e a sua interação com o ar ambiente. Para este efeito recorreu-se ao uso do programa de computação de dinâmica de fluidos CFD ANSYS Fluent. Este usa a técnica dos volumes finitos na solução das equações de conservação de massa, momentum e energia. A zona crítica acontece desde a insuflação na parte superior até à aspiração na parte inferior, conhecida como cortina de ar, onde se dá a interação do ar arrefecido com o ar do meio ambiente, na qual ocorrem as infiltrações, responsáveis por 70% do consumo destes aparelhos. Na primeira parte do trabalho fez-se um conjunto de simulações 2D de dois modelos que se designaram por modelo testes 1 e modelo testes 2. Foi usada uma malha quadrangular uniforme na qual se fez variar a dimensão da malha e na solução alternou-se a ordem da equação diferencial do termo transiente, entre primeira e segunda ordem. Conclui-se que o modelo de escoamento não seguia o padrão que seria expectável. Na segunda parte do trabalho, foram implementados três modelos finais de estudo aos quais foram designados por modelo 1 “cortina simples”; modelo 2 “lâminas defletoras” e modelo 3 “cortinas múltiplas”. Estes modelos tiveram correções de geometria e de malha, como consequência dos resultados obtidos dos modelos de teste. Da comparação dos resultados dos três modelos concluiu-se que modelo 1, que tem a geometria mais simples é o que obtém melhores resultados. O modelo 3, do qual se esperava os melhores resultados, apresentou os piores valores dos três modelos. Conclui-se de igual forma que a modelação a 2D tem algumas limitações que não devem ser ignoradas na avaliação final dos resultados.

Vertical open refrigerated display cabinet, (VORDC) widely used in supermarket, mainly due contrasting purposes, ensure quality and freshness of perishable food and promote the products. The scope of this work focus on the analysis of the cold air flow through the equipment and its interaction with the ambient air. For that was used the computational fluid dynamics (CFD) software ANSYS Fluent which use the technique of finite volumes to solve the equations of mass, momentum and energy balance. The critical area known as air curtain, begins at the discharge air grill (DAG) at the top, and ends at return air grill (RAG) on the bottom, where the interaction with the cooled air and the warm air ambient happens. This interaction is responsible for approximately 70% of the total energy consumption. In the first stage of this work, a setup of 2D simulations with a simplify model was implemented. The mesh used was structured quadrangular, some variations of the mesh size and different solvers of the first and second order of the transient term have tested. The conclusion is that the flow does not have the behavior expected. In the second stage, three final study models, which were designated as Model 1 "single air curtain"; Model 2 "baffle blades" and Model 3 "multiple air curtains" were implemented. These models had geometry and mesh changes, consequence of the results obtained from test models. Comparing the results of the three models, it was concluded that Model 1 having the simplest geometry gets better results. The Model 3 showed the worst values of the three models contrarily of the expected best results. It is concluded in the same way that 2D modeling has some limitations that should not be ignored in the final evaluation of the results.