Simulação computacional pode "dar à luz" nova geração de aquecedores - O Presente Rural
Tecnologia - 20.11.2017
Simulação computacional pode "dar à luz" nova geração de aquecedores
Uso de aquecedores com alta eficiência reduz o tempo de aquecimento do aviário e resulta em economia de combustível
Artigo escrito por José Leandro Rosales Luz, Dr. Tanit Daniel Jodar Vecina Msc., Leonardo Brito Kothe, Msc. Laeromec - Engenharia Mecânica, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS)
O presente artigo apresenta um estudo comparativo entre dois sistemas de aquecimento - um sistema comum e outro desenvolvido com auxílio de simulação computacional - utilizados na ambiência dos criadouros de frango de corte. A ambiência é um dos pilares da produção de frangos de corte, junto à nutrição e à genética. Uma ambiência adequada no criadouro favorece o desenvolvimento animal com consequências diretas no aumento da produção e dos rendimentos. O aquecimento do aviário é crucial na fase inicial da criação. Além de um posicionamento adequado destes equipamentos na granja, o uso de aquecedores com alta eficiência reduz o tempo de aquecimento do aviário e resulta em economia de combustível.
O aquecedor consiste em uma câmera de combustão que aquece um sistema de dutos. Um ventilador centrífugo promove a entrada de ar limpo, que é aquecido nos dutos e soprado ao interior do aviário. Cabe destacar três características dos aquecedores: tipo de combustível, formato do aquecedor e sistema de exaustão. Os combustíveis mais comuns são: lenha, cavaco e pellet. No mercado, existem inúmeros formatos e com sistemas de exaustão diversos, assim, tende-se a procurar o de maior eficiência, ou seja, o de menor consumo, maior vazão e maior temperatura proporcionada ao aviário.
Na atualidade, metodologias de simulação computacional, como as usadas pela Laeromec (Laboratório de Aerodinâmica e Mecânica Computacional - UFRGS), são necessárias para promover melhorias na ambiência. Essa metodologia é adotada para o desenvolvimento de equipamentos mais eficientes e na avaliação do tipo de aquecedor ideal para cada aviário. Mediante as simulações é possível avaliar as velocidades e temperaturas do ar no ambiente interno do aviário e prever os ajustes necessários a serem realizados para promover o maior bem-estar animal.
Através de simulação computacional de fluidos foram comparados dois sistemas de aquecimento. Um deles já existente no mercado e o outro desenvolvido pela Laeromec. Foram avaliados os resultados de temperatura no interior do aquecedor e dutos, e a temperatura e a vazão na exaustão do aquecedor. Posteriormente foram realizadas simulações dos aquecedores funcionando em um aviário, sob as mesmas condições, para comparar a distribuição de temperaturas após um minuto de funcionamento.
O aquecedor comum avaliado, a pellet, possui um sistema de dutos de seção quadrada para conduzir o ar limpo ao aquecimento e posterior exaustão. A exaustão se dá através de dois ventiladores centrífugos do tipo sirocco acionados por dois motores de 5cv de potência, cada, com vazão total de 136 m3/min (68 m3/min cada ventilador). O segundo sistema de aquecimento avaliado foi desenvolvido com o auxílio da simulação computacional. O aquecedor utiliza pellet como combustível e possui um sistema de dutos circulares com dimensão, quantidade e distribuição previamente estudadas e otimizadas. O ventilador centrífugo com as pás curvadas para trás, acionado por um motor de 5cv, fornece uma vazão de 137 m3/min.
Considerou-se a temperatura de entrada do ar de 25° Celsius. As figuras 1(a) e 1(b) apresentam o campo de temperaturas em um plano transversal, no centro dos aquecedores. O calor da chama aquece a parte externa dos dutos e estes aquecem o ar limpo advindo do exterior. Pode-se comprovar que no aquecedor comum, alguns dutos não entram em contato direto com a chama. No aquecedor otimizado, a maioria dos dutos experimenta um contato com a chama. As figuras 2 (a) e 2 (b) apresentam os campos de temperatura na descarga dos ventiladores.
Nota-se na figura 2 (a) que há uma distribuição não homogênea das temperaturas na saída do aquecedor comum, sendo a temperatura média na saída de 79,6° C. No aquecedor otimizado - figura 2 (b) -, a temperatura média na descarga foi de 98,2°C apresentando maior homogeneidade. As figuras 3 (a) e 3 (b) apresentam o campo de temperaturas na região do pinteiro, a 10 cm da cama. Após 60 segundos de insuflamento a temperatura média atingida com o aquecedor comum foi de 28° C, enquanto que com o aquecedor novo foi de 32° C com uma distribuição mais homogênea.
Através da metodologia aplicada, desenvolveu-se um ventilador com 137 m3/min de vazão, tornando possível utilizar um ventilador com um motor de 5 cv ao invés de dois com 5cv, cada, ou seja, uma redução de 50% no consumo de energia. O novo aquecedor apresentou uma troca de calor mais eficiente com temperaturas 23,4% superiores ao aquecedor comum na descarga, para o mesmo volume de combustível. Com o novo aquecedor a temperatura média do pinteiro, após 60 segundos de funcionamento, foi superior em 4° C. Os resultados evidenciam a importância da simulação computacional em projetos de otimização.