Estudo experimental para a otimização e o controlo automático de uma cortina de ar

Abstract

Sempre que se abre uma porta de acesso a um espaço climatizado ou a uma câmara frigorífica/refrigeração, ocorrem trocas de ar e de energia através dessa porta. Com o intuito de reduzir as perdas energéticas para o ambiente exterior, recorre-se frequentemente ao uso de dispositivos de cortinas de ar, utilizadas como barreiras aerodinâmicas. Estes equipamentos, quando corretamente dimensionados, são capazes de reduzir as trocas de energia em mais de 50%, e quando comparados com outros dispositivos, possuem a vantagem de permitir o livre acesso aos espaços climatizados/refrigerados. Esta dissertação possui como objetivo, em primeiro lugar, o estudo experimental de um equipamento de cortina de ar de jato plano vertical e descendente, com vista à determinação da velocidade ótima do jato (que permite atingir a eficiência máxima de vedação), para diferentes configurações paramétricas; em seguida, pretende-se desenvolver e testar um sistema de controlo automático para a cortina de ar, com a capacidade de adaptação da velocidade do jato de ar às condições variáveis de cada lado da porta de acesso. Para tal, utilizou-se uma instalação laboratorial, constituída por duas salas contíguas de dimensões semelhantes, ligados por uma porta sobre a qual se encontra instalado um dispositivo de cortina de ar. Para o controlo e especificação das temperaturas ambiente nos espaços utilizou-se, na “sala fria”, uma unidade de refrigeração com o grupo evaporador/ventilador e um termoconvetor elétrico na “sala quente”, para simular o ambiente exterior de uma câmara refrigerada. De forma a avaliar a capacidade de a cortina de ar minimizar as trocas de energia entre os dois espaços, i.e., a fuga de frio da sala refrigerada, efetuaram-se ensaios experimentais com a cortina de ar acionada, tomando como referência os resultados dos ensaios com a cortina desligada, para cada configuração paramétrica. Neste estudo evidenciou-se que a velocidade ótima do jato depende significativamente da altura da porta e da diferença de temperatura entre as salas. Os resultados obtidos contribuíram para a proposta de uma correlação empírica para a velocidade ótima do jato em função destes dois parâmetros. Com base no estudo experimental, foi desenvolvido e testado um dispositivo eletrónico de controlo automático da velocidade do jato que permite que a cortina de ar se adapte autonomamente à variação das condições ambiente em simultâneo com um funcionamento próximo da eficiência máxima de vedação. Os ensaios realizados comprovaram os benefícios deste sistema, ainda que seja necessário efetuar melhorias.

Every time a door is opened to access a climatized space or a freezing/refrigeration chamber, air and energy exchanges occur across the doorway. In order to reduce the energy losses to the outdoor ambient, air curtains are frequently used to act as aerodynamic barriers. When correctly dimensioned, these equipments are capable of reducing the energy exchanges over 50%, and when compared to other devices they have the advantage of allowing free access to climatized or refrigerated spaces. The main objectives of the present dissertation are, first, to experimentally study a downward vertically-blowing air curtain device (ACD) aiming to determine the optimal jet velocity (that allows for the maximum sealing efficiency of a refrigerated chamber) in different parametric configurations; and then, to develop and test an automatic control system for the ACD that might adapt the jet velocity to variable conditions from each side of the doorway. For these purposes, a laboratorial set-up was used, composed by two contiguous rooms with similar dimensions, which are connected by a doorway having an air curtain device installed on top of it. For the control and specification of the ambient temperatures in the rooms, a refrigeration unit was used in the “cold room” with the evaporator/ventilator group, and an electric fan coil in the “warm room”, which simulates the outdoor ambient of a refrigerated chamber. In order to evaluate the air curtain capacity of minimizing the energy exchanges between the two spaces, i.e., the cold leakage from the refrigerated room, experimental tests were conducted with the ACD blowing, taking as a reference the results of the corresponding tests with the curtain turned off, for each parametric configuration. In this study, it was clear that the jet optimum velocity is significantly dependent on the doorway height and on the temperature difference between the two sides. The obtained results contributed to the proposal of an empiric correlation for the jet optimum velocity as a function of those two parameters. Based on this correlation, an electronic device was developed for the automatic control of the jet velocity, allowing the air curtain to adapt itself to variable ambient conditions while permanently work close to its optimal sealing efficiency. The tests conducted proved the benefits of this feature, although indicating the need of some improvements.