Navegando por Autor "Rocha, Luiz Joaquim Cardoso"

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Análise do impacto da distribuição de ar em ambientes isolados climatizados para pacientes com doenças transmissíveis pelo ar via simulação computacional.
(2022) Pimenta, João Vitor Fernandes de Paula; Bortolaia, Luis Antônio; Bortolaia, Luis Antônio; Machado, Luiz; Pimenta, Fausto Aloísio Pedrosa; Leal, Elisângela Martins; Rocha, Luiz Joaquim Cardoso
Atualmente, o principal método de transmissão de doenças pelo ar é o aerossol. Em ambientes hospitalares tem-se uma grande preocupação no controle desse tipo de disseminação, principalmente no que diz respeito às contaminações cruzadas. Para isso, os estabelecimentos de saúde normalmente possuem ambientes denominados de quartos para isolamento de pacientes com infecção transmitida pelo ar. Esse tipo de ambiente tem por objetivo isolar o ar contaminado interno em relação às áreas e ambientes adjacentes. Para tanto, é necessário manter o quarto em um diferencial de pressão negativo, ou seja, retirar um volume de ar maior do que será insuflado. Mas, uma forma de contaminação cruzada normalmente negligenciada em projetos dessa área é a que atinge o acompanhante e/ou os profissionais que mantém contato com esse paciente. O objetivo desse trabalho é analisar a distribuição de ar nesses ambientes de forma a mitigar essas possíveis transmissões. As análises do ambiente isolado, em diferentes configurações de posicionamento de bocais de ar, são realizadas via simulações computacionais em CFD (Computational Fluid Dynamics), buscando avaliar quais configurações são mais eficientes, considerando a influência das posições do insuflamento e exaustão na distribuição do ar. Dessa forma, o estudo das localizações das aberturas de insuflamento e exaustão permitem estabelecer um controle mais efetivo da disseminação das contaminações, definindo a melhor configuração de distribuição de ar. Com os resultados obtidos, nota-se que, a grelha posicionada atrás da cama, a uma distância de 20cm abaixo do eixo de ocupação, torna o sistema de exaustão mais eficiente nesses ambientes, melhorando assim a mitigação de possíveis contaminações cruzadas. Além disso, a temperatura no ambiente para essa opção de posicionamento de grelha se manteve em um intervalo aceitável para o conforto de 21oC a 24°C.
Análise fluidodinâmica do perfil aerodinâmico NACA 0012 em baixas velocidades.
(2023) Lima, Augusto Henrique de Miranda; Rocha, Luiz Joaquim Cardoso; Rocha, Luiz Joaquim Cardoso; Brito, Cristiano Henrique Gonçalves de; Leal, Elisângela Martins; Bortolaia, Luis Antônio
Os grandes avanços na indústria da fluidodinâmica estão correlacionados ao desenvolvimento dos setores aeroespacial e aeronáutico, o que torna as técnicas de CFD, atualmente, uma alternativa substitutiva ou complementar aos ensaios experimentais. Sendo assim, o presente trabalho visa estudar, numericamente, o escoamento do ar atmosférico em torno do perfil NACA 0012 (2D) sob baixas velocidades no ANSYS® Fluent. Dois modelos de turbulência foram empregados durante as simulações (Spalart-Allmaras e K-ε realizable) com o intuito de avaliar os coeficientes de sustentação e de arrasto; a eficiência aerodinâmica; e a esteira de turbulência sob o perfil. As soluções numéricas foram legitimadas através das pesquisas de Abbott et al. (1959) e Ladson et al. (1987), ambas realizadas em túneis de vento e com dados experimentais divulgados pela NASA. Os resultados obtidos foram considerados validados com algumas ressalvas. No que concerne aos coeficientes de sustentação, para ambos os modelos de turbulência, obteve-se uma solução muito satisfatória para ângulos de ataque menores do que 12o, apresentando uma margem de erro inferior à 5%. Já a máxima eficiência aerodinâmica extraída para o perfil, seja numericamente ou empiricamente falando, é obtida quando α = 9o sob o Re = 6x106 independentemente do modelo de turbulência utilizado. Contudo, no que tange aos coeficientes de arrasto, notou-se uma margem de erro em torno de 50% para toda a faixa de ângulo de ataque estudada, a saber, 0o < α < 12o – o que implica na utilização de uma malha mais refinada, em combinação com um melhor modelo de turbulência, para melhor a acurácia dos resultados numéricos. Por fim, constatou-se também que o modelo Spalart- Allmaras apresentou melhor coerência física nos resultados de distribuição de esteira turbulenta em detrimento ao modelo k- ε realizable – sendo este, por conseguinte, não indicado para trabalhar com fenômenos físicos sujeitos à gradiente de pressão adverso.
Análise numérica da condução de calor através do sistema de fechamento vertical em Light Steel Framing.
(2020) Muzzi, Thassiana Armond; Souza, Henor Artur de; Souza, Henor Artur de; Rodrigues, Eliana Ferreira; Rocha, Luiz Joaquim Cardoso; Tribess, Arlindo; Evangelista, Wemerton Luis
No Brasil, a construção civil ainda é caracterizada pela baixa produtividade e principalmente pelo grande desperdício. Porém, o mercado tem sinalizado que essa situação está sendo alterada e que o uso de novas tecnologias de construção e materiais é a melhor forma de permitir a industrialização e a racionalização dos processos de construção. O sistema Light Steel Framing (LSF) tem sido utilizado intensamente, há mais de trinta e cinco anos, nos Estados Unidos, Inglaterra, Austrália, Japão e Canadá. No Brasil o sistema LSF foi introduzido no final da década de 1990 e está ainda passando por um processo de aceitação no mercado da construção civil nacional e de desenvolvimento técnico, mas ainda existem dúvidas em relação ao detalhamento no projeto e na execução dos sistemas complementares de fechamento e também quanto ao seu desempenho térmico. Tendo em vista esses aspectos, neste trabalho obtém-se a distribuição de temperatura em dois tipos de fechamento vertical em LSF, um intermediado por lã de vidro e uma camada de ar e um segundo intermediado somente por lã de vidro, por meio de simulações numéricas no programa computacional ANSYS (versão 17), considerando dias de máxima e mínima temperaturas de bulbo seco em quatro condições climáticas diferentes. Pelos resultados obtidos observa-se que para ambos os fechamentos, o comportamento das temperaturasse apresenta de forma bastante semelhante e com uma diferença numérica máxima de 0,40C na interface gesso acartonado/perfil no horário de maior temperatura externa. Para as temperaturas superficiais internas dos fechamentos obtém-se também uma diferença numérica máxima de 0,50C, no horário de maior temperatura externa. Como o desempenho térmico dos dois fechamentos é bastante similar, tem-se que o fechamento intermediado por ar e lã de vidro se torna mais viável no país pois atende também as expectativas de menores custos e menor impacto ambiental da construção já que utiliza menor quantidade de lã de vidro.
Análise numérica da performance de refrigerantes zeotrópicos e azeotrópicos em um sistema de refrigeração por compressão de vapor.
(2023) Nascimento, Leonardo Simões; Bortolaia, Luis Antônio; Bortolaia, Luis Antônio; Carpio, Ricardo Carrasco; Leal, Elisângela Martins; Rocha, Luiz Joaquim Cardoso
Refrigerantes com alto potencial de aquecimento global (GWP) tem sido amplamente utilizados em sistemas refrigeração e climatização. Contudo, eventos climáticos, como ondas de calor, tem se tornado frequentes ao redor do mundo. É estimado um acréscimo na temperatura do globo de mais de 2,0 oC até 2100. Em vista disso, o Acordo de Paris e o Protocolo de Montreal buscam substituir os refrigerantes com elevado GWP por outros com menor impacto ambiental. Nesse viés, este trabalho consiste em um estudo numérico da performance energética e exergética de refrigerantes zeotrópicos e azeotrópicos como substitutos do R134a em sistemas de refrigeração por compressão de vapor. O ciclo considera sub-resfriamento, superaquecimento, perdas de carga no evaporador, condensador, válvulas de sucção e descarga, linhas de sucção e descarga, e eficiência isentrópica, mecânica e elétrica do compressor. São simulados oito refrigerantes puros, e então, com base no desempenho destes, selecionados seis grupos de misturas ternárias com fração em peso alterada em 10%, 30% e 60%. A análise do drop-in é realizada avaliando o coeficiente de performance (COP), a capacidade de refrigeração volumétrica, a temperatura de descarga, a razão de pressão, a vazão mássica, a destruição de exergia e a eficiência exergética. Uma nova forma para calcular a inflamabilidade de refrigerantes é proposta por este trabalho, mostrando maior simetria comparado à norma ASHRAE. A mistura com melhor desempenho geral é a RBGC3 (R290/R1234yf/R1234ze(E) peso 60/30/10), que, embora tenha reduzido o COP em 1,5%, resultou em redução da vazão mássica (28,2%) e temperatura de descarga (5,4%), além de um aumento na capacidade de refrigeração volumétrica de 28,6%. O GWP reduziu cerca de 386 vezes quando comparado ao R134a.
Análise técnica de um sistema híbrido usando energia solar e biomassa para geração de eletricidade e dessalinização.
(2023) Teixeira, Edilberto dos Anjos; Leal, Elisângela Martins; Leal, Elisângela Martins; Bortolaia, Luis Antônio; Rocha, Luiz Joaquim Cardoso; Guedes, Luiz Carlos Vieira
Os desafios globais atuais relacionados à energia são diversos, abrangendo desde as mudanças climáticas causadas pelas atividades humanas até o crescimento constante da demanda por diversas formas de energia. Essas circunstâncias têm exigido que os planejadores de sistemas energéticos se concentrem em metodologias de planejamento de expansão e operação mais eficientes e sustentáveis do ponto de vista ambiental. A água é necessária em quase todas as atividades humanas e também para o equilíbrio do planeta em termos de biodiversidade. Este trabalho visa analisar, do ponto de vista técnico, um sistema híbrido com energia solar e queima de biomassa para geração de eletricidade e dessalinização. Para o desenvolvimento deste trabalho, é necessário conduzir uma revisão bibliográfica com o objetivo de modelar e propor o modelo de sistema híbrido mais adequado para a região nordeste do Brasil. Nesse sentido, é necessário identificar os centros urbanos que são potenciais produtores de resíduos sólidos urbanos ou áreas agroindustriais que produzem resíduos agrícolas. Os locais adequados para a implantação do sistema híbrido devem ter um bom potencial de insolação e estar próximos à costa para a captação de água do mar, ou possuir fontes de água salobra para a dessalinização. Uma vez que os locais de estudo tenham sido identificados, é possível modelar o sistema híbrido considerando seus principais parâmetros e componentes que afetam a eficiência térmica dos ciclos termodinâmicos analisados. Isso é feito por meio da determinação do poder calorífico inferior, com base na composição e quantidade de resíduos coletados. Após a modelagem dos ciclos e seus componentes, os resultados são obtidos usando equações e considerações relevantes. Os resultados do ciclo híbrido Rankine com CSP comparados com os resultados de um ciclo Rankine base mostraram que o consumo de combustível diminui em 16,46 t/h para a cidade de Natal – RN e 11,80 t/h para a cidade de Fortaleza – CE, considerando o horário de maior incidência solar. Isto representa uma economia de combustível de 14,46% para ambas as cidades. Na unidade de dessalinização MSF de único estágio, a partir da modelagem feita usando os coletores solares implementados no ciclo híbrido desse trabalho, obtive-se o retorno de 0,082 kg/s (295,2 l/h) de água dessalinizada, destacando os incrementos da temperatura. Representa uma eficiência do sistema da ordem de 10%.
Análise técnica e econômica do uso de dieselbiodiesel-etanol-hidrogênio como combustíveis em um motor de combustão interna
(2021) Silva, Wilian Nascimento; Leal, Elisângela Martins; Leal, Elisângela Martins; Barros, José Eduardo Mautone; Santana, Cláudio Márcio; Bortolaia, Luis Antônio; Rocha, Luiz Joaquim Cardoso
Meios sustentáveis em todos os setores ganham cada vez mais destaque durante o passar dos anos, uma vez que a humanidade visa seu desenvolvimento. Porém, a degradação do meio ambiente exige ações e medidas controladas para a sua reconstrução. Embasado neste novo modelo de desenvolvimento, este trabalho tem como principal motivo demonstrar a viabilidade da substituição de combustíveis fósseis por combustíveis oriundos de fontes renováveis e suas misturas em um motor de combustão interna operando por injeção direta de combustível. A análise do uso destes combustíveis foi realizada de forma computacional pelo software Lotus Engine. A partir da análise computacional é realizada a avaliação energética, exergética e econômica, demonstrando com isto, o desempenho dos possíveis substitutos ao óleo diesel. O estudo é realizado em um motor Cummins IBS6.7 no qual os combustíveis são submetidos às simulações com diversos valores do fator  com o intuito de encontrar a melhor configuração de desempenho de cada combustível, uma vez que neste trabalho não éconsiderado qualquer alteração geométrica do motor. Os resultados mostram que as misturas contendo hidrogênio apresentam maiores valores de torque (+11,5%), potência (+14,35%), pressão média efetiva (+14,36%) e eficiências térmica (+3%) e exergética (+21,56%), menores consumos específicos (-35,72%) e custos de operação (variando de -10% a -1%). Por outro lado, apresentam maiores perdas exergéticas o que indica que há espaço para melhoria no equipamento. Os combustíveis contendo etanol apresentam valores intermediários entre as misturas e os combustíveis puros. Assim, a partir da realização de simulações em um software computacional, é mostrado através das análises energética, exergética e econômica a aplicabilidade técnica e econômica destes combustíveis em um motor de combustão interna.
Análise termoeconômica e ambiental da central termelétrica de uma usina siderúrgica integrada a coque simulando numericamente o uso do hidrogênio como combustível auxiliar.
(2021) Coura, Dimas Pereira; Leal, Elisângela Martins; Leal, Elisângela Martins; Silva, Guilherme Liziero Ruggio da; Assis, Paulo Santos; Bortolaia, Luis Antônio; Rocha, Luiz Joaquim Cardoso
A siderurgia apresenta fundamental importância no contexto energético do Brasil, sendo caracterizada como um dos grandes consumidores de eletricidade no país. Para ter competitividade no mercado global, uma indústria siderúrgica precisa apresentar um excelente plano estratégico. Este plano inclui um planejamento energético eficiente, buscando um melhor aproveitamento dos recursos, baixos impactos ambientais e custos operacionais. As centrais termelétricas em ciclo Rankine das usinas siderúrgicas integradas demonstram grande potencial econômico, uma vez que fazem uso dos próprios gases residuais do processo. O objetivo principal deste trabalho é analisar, do ponto de vista termoeconômico, a central termoelétrica de uma indústria siderúrgica, observando a influência da adição de hidrogênio juntamente com os gases do processo siderúrgico. A geração de hidrogênio é pela eletrólise da água, alimentada eletricamente por placas fotovoltaicas. A metodologia compreende o uso de um modelo computacional criado através do software Cycle Tempo versão 5.0. Para validação do modelo, os dados da central termoelétrica são usados, como parâmetro operacionais, variáveis do fluido de trabalho e a descrição dos equipamentos. Após, é realizada a introdução do hidrogênio como combustível auxiliar na caldeira, com avaliação do impacto dessa adição. A modelagem termoeconômica tem como finalidade obter um sistema de equações de custos que representa matematicamente o processo de formação de custos na planta. Em 39 simulações computacionais e 7 cenários de misturas de combustíveis possíveis e realizando a mistura com o gás de alto forno, o gás de coqueria e o gás de aciaria com hidrogênio além da uma análise termoeconômica. Os resultados apontam que até 30% de hidrogênio com o gás de alto forno é possível de se obter eficiência energética e exergética equivalente ao cenário zero, que mais representa a operação na central termoelétrica e ainda reduzir o custo com combustível.
Avaliação de transientes hidráulicos em dutos utilizados para transporte de rejeito de mineração – estudo de caso.
(2022) Alves, Maycon Silva; Rocha, Luiz Joaquim Cardoso; Rocha, Luiz Joaquim Cardoso; Bortolaia, Luis Antônio; Santana, Cláudio Márcio; Teixeira, Eder Daniel
O transporte hidráulico de polpas minerais utilizando tubulações, conhecido como mineroduto ou rejeitoduto é um dos principais modais utilizados nos processos de beneficiamento de minérios de ferro. O entendimento dos fenômenos transientes relacionados a tais transportes são de grande importância para otimização de operações e projetos. O trabalho em questão apresenta um estudo de caso que utiliza um software comercial (AFT Impulse) para modelagem dos fenômenos transientes. Tal software utiliza o método das características para solução das equações diferenciais que são discretizadas em pontos específicos da malha, além disso, utiliza o fator de atrito proposto por Brunore para contabilizar as flutuações de velocidade. O modelo computacional é calibrado utilizando-se os dados de vazão, pressão, densidade, nível e rotação, medidos em campo, sendo considerada a condição de parada dos conjuntos motor/bombas para estudo das oscilações de pressão. O trabalho engloba 3 cenários operacionais distintos sendo determinado para cada um deles, as oscilações de pressão em três pontos da rota de tubulação, os valores de celeridade utilizando as teorias de Wood e Kao, Thorley e Liou e os fatores de atrito do primeiro pulso de pressão utilizando um método indireto de decremento logarítmico. Para os casos estudados, as teorias de Wood e Kao e Liou apresentam erros da mesma ordem de grandeza enquanto a teoria de Thorley destoa dos resultados operacionais com maiores erros atribuídos. Não se observa uma diferença significativa nas pressões do sistema em virtude da adoção dos fatores de atrito em regime permanente e transiente, além disso, apesar do método indireto e por similaridade utilizado na determinação dos fatores de atrito reais, os resultados apresentam-se coerentes com o esperado. As pressões transientes calculadas por sua vez, têm bastante discrepância em relação aos valores medidos especialmente na estação de bomba, onde os efeitos de fechamento de válvulas e variação de condições de contorno são mais evidentes. Para os demais pontos de medição considerados, os resultados calculados são aderentes aos medidos. Todas as análises levam a conclusão da possibilidade de aplicação do software para modelagem de sistemas com características similares, exceto quando a vazão de recalque está próxima à velocidade de sedimentação das partículas. Vale salientar a necessidade de correção da rigidez do tubo ao ser adotado revestimento na tubulação.
Desempenho térmico de galpões industriais equipados com lanternins.
(2019) Camargos, Bruno Henrique Lourenço; Souza, Henor Artur de; Gomes, Adriano Pinto; Souza, Henor Artur de; Gomes, Adriano Pinto; Rocha, Luiz Joaquim Cardoso; Bortolaia, Luis Antônio; Tribess, Arlindo
Neste trabalho, faz-se uma análise do desempenho térmico via simulação computacional de galpões industriais dotados de fonte interna de calor de alta intensidade, visando-se aferir as condições internas de conforto higrotérmico. Estuda-se a influência de algumas configurações de sistemas de fechamento considerando-se ainda os efeitos da ventilação natural, em função da posição das aberturas e da presença de lanternins. Compara-se os resultados anuais finais com os limites do índice IBUTG previstos na norma regulamentadora NR-15, como forma de avaliar a exposição ocupacional ao calor. Os resultados mostram que o aumento da temperatura interna pode chegar a 1,8°C em se tratando do fechamento metálico do galpão industrial e de até 0,9°C ao se aplicar camadas de isolantes térmicos no fechamento. Sob o viés da ventilação natural, proporcionada pelas aberturas de entrada de ar e pela presença do lanternim, observa-se que devido a esse se tem uma diminuição de até 9,2°C da temperatura interna do galpão, provando que esse aparelho é indispensável em se tratando de edificações dotadas de fonte interna de calor, uma vez que a fonte interna tende a contribuir para a intensificação do efeito chaminé e acentuar a exaustão natural do ar interno através do lanternim. Verifica-se que os galpões com maiores áreas para saída de ar apresentam melhor desempenho térmico, diminuindo em até 5,1°C a temperatura interna. Nota-se que a vazão possui comportamento simétrico nas aberturas do lanternim longitudinal, ou seja, quando uma abertura está com a máxima vazão de saída do ar interno, a abertura oposta à direção predominante do vento está atuando como ponto de entrada para o ar externo. Já os lanternins transversais mostram-se mais sensíveis em relação à direção do vento, posto que estão posicionados perpendicularmente à edificação. À vista disso, o melhor resultado encontrado é para a situação do vento incidindo paralelamente ao galpão obtendo-se uma redução na temperatura interna de até 1°C, aumento na taxa de renovação de ar por hora, no ambiente interno, em até 1ren/h, e um acréscimo de cerca de 10% no volume de ar infiltrado. O total de horas de desconforto anual do galpão munido com a melhor configuração, ou seja, aqueles com maiores áreas de saída de ar (equipados com lanternim longitudinal e lanternins transversais) e fechamento utilizando materiais com menores valores de absortância, apresenta apenas 8,25% das horas do ano acima do limite para o IBUTG recomendado pela norma, demonstrando a eficácia das intervenções de construção sugeridas neste trabalho frente à maximização do desempenho térmico global desta edificação industrial.
Desempenho termoenergético e lumínico de fachadas envidraçadas com brise-soleil em edificações multipavimentos climatizadas : tipos de vidros e tipologias de brises.
(2021) Dias, Luma de Souza; Souza, Henor Artur de; Gomes, Adriano Pinto; Souza, Henor Artur de; Gomes, Adriano Pinto; Ferreira, Franciele Maria Costa; Rocha, Luiz Joaquim Cardoso; Marçal, Viviane Gomes; Tribess, Arlindo
Para que se obtenha um bom desempenho termoenergético em qualquer edificação, é necessário analisar o uso da iluminação natural, uma vez que seu uso influencia não só os aspectos de eficiência energética e sustentabilidade, mas também o bem-estar do usuário. Os dispositivos de brise soleil externos à edificação bloqueiam os raios solares excessivos nas fachadas das edificações, reduzindo assim a iluminação e calor excessivos ao ambiente de trabalho. Em paralelo a esses dispositivos têm-se os vidros, materiais com direta responsabilidade quanto à penetração da radiação solar no interior dos ambientes. Portanto, o estudo desses materiais em direta interação e a análise da variação dos dispositivos de brise podem contribuir para ambientes eficientes energeticamente e que ofereça conforto aos usuários. Assim, o presente estudo tem como objetivo analisar a influência da variação desses dispositivos de proteção solar e, em conjunto com as propriedades dos vidros, verificar o melhor cenário para uma edificação comercial com fachada envidraçada na cidade de Belo Horizonte/MG. Para obter respostas a esses objetivos, são realizadas simulações computacionais com os softwares Daysim e EnergyPlus e feitas análises comparativas para obter o melhor cenário, onde são escolhidas as fachadas sul e oeste para análises, devido a estas possuírem intensidades e tipos de radiação predominante diferentes, sendo que a fachada sul recebe radiações difusas e menos intensas e a fachada oeste recebe radiações diretas e mais intensas. Dessa forma é possível perceber de forma mais clara a diferença de comportamento entre estas quando se tem a variação dos parâmetros envolvendo os brises. Constata-se em resultados isolados que brises com angulações de 90° implicam em maiores taxas de radiação solar através das janelas, o vidro laminado na cor verde representa os menores valores de consumo com energia de resfriamento e afastamentos de 60cm resultam em uma autonomia de luz natural elevada. A análise em consideração de todos esses fatores, associado aos resultados com variação do tipo de brise e conforto térmico dos usuários leva a um modelo com mais horas de conforto e menor consumo, correspondente ao modelo composto por brise horizontal, vidro laminado na cor verde, afastamento de 60cm e angulação de 90°, para a fachada oeste e fachada sul.
A influência da temperatura do solo no desempenho térmico de construções que utilizam fundação em radier.
(2017) Fabris, Jessica; Souza, Henor Artur de; Gomes, Adriano Pinto; Souza, Henor Artur de; Gomes, Adriano Pinto; Rocha, Luiz Joaquim Cardoso; Hipper, Maria Aparecida Steinherz
O Light Steel Framing (LSF) é uma das soluções construtivas que vem ganhando cada vez mais espaço no cenário nacional e sendo bastante utilizada tendo em vista o crescimento populacional e a necessidade de atender a uma demanda crescente por habitações. Por se tratar de um sistema leve, que exige menos da fundação em comparação ao sistema tradicional de construção, e cujas cargas da estrutura são distribuídas uniformemente, é necessário que a fundação seja contínua em toda a sua extensão. Portanto, para este sistema, a fundação do tipo radier é bastante eficiente, além de ser muito empregada em casas térreas e sobrados constituídos por outros sistemas construtivos leves. De modo similar, uma mudança notável no setor da construção civil é relativa à crescente preocupação com o desempenho das edificações como um todo, principalmente, devido às exigências da norma de desempenho NBR 15.575. Dos vários fatores que interferem no desempenho térmico das edificações, a temperatura do solo nem sempre é considerada, porém sabe-se que é um fator que influencia no resultado final das trocas de calor do ambiente, principalmente, em edificações térreas. Desta forma, o objetivo deste trabalho é a avaliação do desempenho térmico de tipologias construtivas em LSF, que utilizam fundação em radier, levando em consideração a influência da temperatura do solo. O método adotado consiste na simulação numérica de uma edificação unifamiliar em Light Steel Framing por meio do software EnergyPlus com a utilização do pré-processador Slab. À partir das simulações foi realizada uma análise das temperaturas internas dos ambientes baseada nas exigências da norma de desempenho e considerando a interação da edificação com solo por meio do pré-processador, onde se verifica que a utilização do Slab proporciona resultados de temperaturas internas diferentes dos obtidos em uma simulações convencional, com variações que chegam a 4,5°C no verão e 2,1°C no inverno.
Influência do solo no desempenho térmico de habitações com cômodos subterrâneos.
(2017) Resende, Bruna Cristina; Souza, Henor Artur de; Gomes, Adriano Pinto; Rocha, Luiz Joaquim Cardoso; Gomes, Adriano Pinto; Carlo, Joyce Correna; Souza, Henor Artur de
Dentre os diversos fatores que interferem no desempenho térmico das edificações, a temperatura do solo nem sempre é considerada nas avaliações de desempenho térmico. Entretanto, a temperatura do solo é um fator que influencia o resultado final das trocas de calor dos ambientes, principalmente em edificações térreas. Desta forma, faz-se necessário avaliar esta influência devido à interação do solo com as paredes e piso de uma edificação, pois a transferência de calor através desses elementos tem uma extensão significativa na carga térmica total de uma edificação térrea. Além disso, em função do caráter tridimensional e transiente dos processos de troca de calor envolvendo o solo, a abordagem numérica torna-se uma ferramenta importante na análise do desempenho térmico das edificações. Neste contexto, o programa EnergyPlus surge como uma alternativa para a obtenção de tais resultados, principalmente por meio do pré-processador Basement. Diante dessas considerações, neste trabalho avalia-se os resultados fornecidos por meio das simulações realizadas no programa EnergyPlus, levando-se em consideração o efeito do processo de transferência de calor através do piso e paredes subterrâneos numa residência. A análise das alternativas de modelagem existente no programa mostra que o módulo Basement apresenta uma formulação mais sofisticada que, dentre as opções de simulação encontradas no EnergyPlus, gera valores de temperatura da interface piso/paredes e solo de forma mais precisa. Os resultados ainda indicam que o uso de outras alternativas de modelagem, no lugar do Basement, gera uma diferença significativa nos resultados encontrados para a temperatura interna do porão, alcançando um valor máximo de 1,9ºC, no verão, e 1,4ºC, no inverno. Verifica-se também a influência de alguns parâmetros nos resultados finais de desempenho térmico a partir da variação de alguns dados de entrada. Os resultados destas análises apontam que a variação do tipo de solo é capaz de alterar a temperatura interna do ambiente em até 0,4ºC. Além disso, o material de isolamento das paredes e piso do ambiente subterrâneo é capaz de manter a temperatura do ambiente interno mais elevada em até 0,5ºC em relação ao ambiente externo.
Método para a avaliação dos efeitos das pontes térmicas no desempenho térmico de edificações com estrutura de aço exposta.
(2021) Caetano, Lucas Fonseca; Souza, Henor Artur de; Gomes, Adriano Pinto; Souza, Henor Artur de; Mazon, Ana Amélia Oliveira; Tribess, Arlindo; Rocha, Luiz Joaquim Cardoso; Ribas, Rovadávia Aline de Jesus; Gomes, Adriano Pinto
A busca pela diminuição no impacto que as edificações promovem no consumo de energia é crucial para a elaboração de projetos que proporcionem maior conforto térmico e, ao mesmo tempo, controlem o consumo de energia nas edificações. A crescente tendência de aplicação da tecnologia do aço como sistema estrutural no Brasil conduz ao estabelecimento de critérios e métodos para evitar as perdas térmicas por meio desse material, que atua como ponte térmica, o que pode favorecer a um aumento dos gastos de energia para aquecimento e/ou resfriamento dos ambientes. Neste trabalho é proposto e implementado um método para a avaliação dos efeitos das pontes térmicas no desempenho térmico de edificações com estrutura de aço exposta. O método consiste em aplicar as normas de cálculo de pontes térmicas EN ISO 10211 e EN ISO 14683 a partir de um modelo de parede equivalente, possibilitando a avaliação por meio de simulações computacionais utilizando o EnergyPlus. São analisados quatro casos de simulação computacional: Caso 1 – desconsidera-se a presença de pontes térmicas na edificação; Caso 2 – estrutrura de aço exposta isolada termicamente; Caso 3 – avalia-se o efeito da ponte térmica plana; e Caso 4 – consideram-se as pontes térmicas a partir da aplicação das normas EN ISO 10211 e EN ISO 14683. Aplica-se o método em quatro cidades brasileiras (Curitiba/PR, Belo Horizonte/MG, Ouro Preto/MG e Santa Maria/RS), em um ambiente condicionado artificialmente, no qual é feito também, via medições, o monitoramento das temperaturas superficiais internas da envoltória, da temperatura interna do ambiente e do consumo de energia com resfriamento e aquecimento do ambiente. Os resultados obtidos indicam que a carga térmica de resfriamento do ambiente é a que sofre maior influência das pontes térmicas na envoltória da edificação, aumentando cerca de 27,2% ao se considerar o dia típico de projeto de verão de Curitiba. Isso implica em custos adicionais para resfriamento do ambiente, podendo chegar a até 38% de aumento em um ano. O isolamento térmico da estrutura exposta implica em uma redução de cerca de 32% do consumo de energia anual para resfriamento do ambiente para essa mesma Zona Bioclimática. A análise experimental mostra que as diferenças entre as temperaturas superficiais da estrutura em aço exposta e da parede são bem acentuadas. No verão, há uma diferença de até 13,9 °C no período diurno. No inverno, essa diferença chega a 7,5 °C à tarde e 3,0 °C à noite, o que pode ocasionar problemas para a envoltória da edificação. Estes resultados evidenciam a necessidade de se buscar alternativas que minimizem os ganhos e/ou perdas de calor através das pontes térmicas, ou até mesmo tratá- las com um isolamento térmico apropriado, reduzindo custos para condicionar os ambientes e prevenindo a propensão de patologias na envoltória dos edifícios estruturados em aço.
Numerical study of the influence of internal heat source in naturally ventilated offices.
(2016) Rocha, Luiz Joaquim Cardoso; Souza, Henor Artur de
The natural ventilation in a building performs a fundamental role in users' welfare and health, when used as a bioclimatic and architectural strategy, it can provide brighter projects. Increasing the indoor air speed ventilation has an important performance main¬taining indoor air quality, contributing to thermal interactions between human body and environment, which can significantly reduce the building’s energy cost. In this study, a numerical research of natural convection in single-sided and cross ventilation is developed using the finite volume method, taking account the internal heat sources influence. The numerical model is used to determine the effects of wind and thermal forces combined by analyzing the stream functions and temperature distribution within an office. The turbu¬lence model is the two differential equations for the low Reynolds number. The building’s internal heat sources influence is analyzed herein. The results show that the single-sided ventilation presents excellent conformity with the results obtained in literature. The influ¬ence of the internal heat source is considered and it has been observed that the best source position is near to the air exit for both single-sided ventilation and cross ventilation.
Otimização de Ciclos Rankine Orgânicos supercríticos : proposta de escolha do fluido de trabalho.
(2023) Alves, Izabela Mendes; Rocha, Luiz Joaquim Cardoso; Rocha, Luiz Joaquim Cardoso; Naves, Fabiano Luiz; Leal, Elisângela Martins; Rocha, Ana Maura Araújo
Os Ciclos Rankine Orgânicos são uma variação do ciclo Rankine convencional. Neste tipo de ciclo, fluidos orgânicos são utilizados em substituição à água. A principal vantagem deste ciclo é a possibilidade de serem utilizados em fontes de baixa temperatura e pressão, 400 °C e 30 bar, enquanto ciclos de potência a água operam com temperaturas entre 320-620 °C e pressão de 20-250 bar. Isso possibilita que as fontes de calor dos ORCs (Organic Rankine Cycles) sejam energia geotérmica, energia solar, recuperação de calor residual e biomassa. Consequentemente, os ORCs se apresentam como uma fonte alternativa aos combustíveis fósseis para a geração de energia elétrica. Como se trata de uma tecnologia relativamente nova, necessita de mais estudos e investimentos para seu desenvolvimento a fim de se tornar uma opção competitiva e eficiente. Este trabalho propôs a simulação de 14 fluidos orgânicos supercríticos em quatro configurações de ciclo, com o objetivo de encontrar o fluido de melhor rendimento térmico, exergético e maior produção de trabalho líquido. As simulações foram realizadas no Engineering Equation Solver (EES), utilizando dois recursos desse software: tabelas paramétricas e a ferramenta de otimização. O fluido que apresentou o melhor resultado foi o benzeno, com 25,20% de eficiência térmica, 43,85% de eficiência exergética e trabalho líquido de 3086,2 kW.
Simulação do efeito do campo magnético no escoamento de metal líquido em leito poroso.
(2021) Silva, Marcos Rafael da; Rodrigues, Eliana Ferreira; Souza, Henor Artur de; Rodrigues, Eliana Ferreira; Souza, Henor Artur de; Rocha, Luiz Joaquim Cardoso; Medeiros, Eduardo Bauzer
O efeito da introdução de um campo eletromagnético sobre um processo de solidificação de metal líquido é considerado. O objetivo é controlar o escoamento de fluido de metal líquido em um leito poroso. Na verdade, durante a solidificação de uma liga, o escoamento de fluido que se desenvolve na fronteira líquido-sólido tende a aumentar a macrossegregação, um efeito que é prejudicial à qualidade dos produtos acabados. A interação do campo eletromagnético com o processo de metal líquido parece ser um recurso promissor para modificar os campos de velocidade existentes, pois as forças eletromagnéticas induzidas proporcionam um efeito de desaceleração no escoamento do fluido. A presente análise é baseada em um modelo de simulação considerando o escoamento de estanho líquido através de um leito poroso. O estanho foi escolhido para possibilitar a comparação da presente simulação com resultados experimentais de outras fontes. O campo eletromagnético estático é imposto transversalmente ao escoamento que corre em um leito poroso de cobre ou alumina. Os resultados obtidos com o uso de uma simulação ANSYS-CFX® mostram que a imposição do campo magnético resulta em forças através do leito poroso que, por sua vez, produzem o efeito combinado de (aumento) queda de pressão e redução da velocidade superficial do metal líquido. Os resultados são caracterizados por meio dos números de Reynolds e de Hartmann, este último relacionado à razão entre as forças de Lorentz e as forças viscosas. É importante mencionar que o controle eletromagnético também tem efeito sobre o número de Reynolds, pois modifica o escoamento. Este efeito é mais perceptível quando as forças viscosas predominam sobre as forças inerciais, ou seja, para valores de Reynolds resultantes menores. Além disso, a introdução do campo magnético reduz consideravelmente os valores da energia cinética turbulenta e a taxa de dissipação da energia cinética turbulenta no leito poroso. Por ser o cobre um material condutor, os efeitos descritos são mais pronunciados para o leito poroso de cobre quando comparados com as simulações realizadas para o leito de alumina, este último um material isolante. Os resultados finais indicam que pode ser alcançada uma redução de 26% da velocidade superficial para o leito de cobre e 10% para o leito de alumina. Finalmente, deve-se mencionar que os resultados simulados forneceram boa concordância com os resultados experimentais, com um desvio inferior a 2%.