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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/46037
ORCID: | ![]() |
Document type: | Tese |
Access type: | Acesso Embargado |
Embargo Date: | 2027-02-26 |
Title: | Resfriamento psicro-ciclônico: Revisão sistemática e efeito da geometria dos ciclones |
Alternate title (s): | Psychro-cyclonic cooling: Systematic review and effect of cyclone geometry |
Author: | Dias, Daiane Ribeiro |
First Advisor: | Vieira, Luiz Gustavo Martins |
Second Counselor: | Silva, Danylo de Oliveira |
First member of the Committee: | Oliveira, Thomás Valente de |
Second member of the Committee: | Lígia, Damasceno Ferreira Marczak |
Third member of the Committee: | Eduardo, Hiromitsu Tanab |
Fourth member of the Committee: | Kyriakidis, Yanne Novais |
Summary: | Com o aumento dos impactos ambientais das atividades humanas e a demanda por novas formas de resfriamento de ar, o resfriamento evaporativo indireto se destaca como uma alternativa sustentável. Neste sentido, este estudo investigou a variação térmica e o desempenho de 25 configurações geométricas de ciclones como trocadores de calor evaporativo indireto. Devido à sua natureza de escoamento centrífugo, os ciclones potencializam a transferência de calor por convecção através da velocidade tangencial. Essa característica possibilita o desenvolvimento de geometrias mais eficientes em termos de resfriamento e economicamente acessíveis, especialmente vantajosas para regiões quentes e áridas, assim como para comunidades com recursos limitados. A investigação utilizou uma abordagem experimental, na qual os ciclones revestidos com um tecido úmido de algodão foram submetidos a ensaios de resfriamento evaporativo indireto sob diversas condições geométricas e operacionais, seguidos por análise estatística dos resultados para identificar relações entre as variáveis. Os resultados revelaram uma ampla variação térmica dos ciclones, com impacto significativo de todas as variáveis geométricas e operacionais, especialmente o comprimento total do ciclone, umidade relativa, temperatura do ar e vazão volumétrica de ar. A eficiência térmica variou amplamente, sendo o comprimento total e a vazão volumétrica do fluido os fatores mais influentes. Além disso, a análise dos valores de Euler revelou a importância da geometria do ciclone na seleção daquela que minimize custos energéticos. Destacadamente, os ciclones 8 e 16, que apresentam um dos maiores comprimentos entre as geometrias testadas, demonstraram, respectivamente, o maior desempenho térmico e o melhor equilíbrio entre eficiência térmica e consumo energético, conforme evidenciado pela maior razão de desempenho térmico-energético. O diferencial entre essas duas configurações está no diâmetro de alimentação: o ciclone 8, com menor diâmetro (DI/DC = 0,16), promoveu maior velocidade tangencial do escoamento, favorecendo a transferência de calor e resultando na maior eficiência térmica. Já o ciclone 16, com maior diâmetro de alimentação (DI/DC = 0,26), apresentou menor perda de carga, refletida em um número de Euler reduzido, e se destacou pelo melhor desempenho global sob a perspectiva térmica-energética. Assim, o ciclone 8 é mais indicado para aplicações que priorizam alta eficiência térmica, enquanto o ciclone 16 se destaca por apresentar menor consumo energético, mantendo ainda uma eficiência elevada. Os achados deste estudo têm o potencial de orientar o desenvolvimento de sistemas de resfriamento evaporativo indireto mais eficientes e sustentáveis, contribuindo para a redução do consumo energético e impactos ambientais. |
Abstract: | With the increasing environmental impacts of human activities and the demand for new air cooling alternatives, indirect evaporative cooling stands out as a sustainable option. This study investigated the thermal variation and performance of 25 geometric configurations of cyclones as indirect evaporative heat exchangers. Due to their centrifugal flow nature, cyclones enhance convective heat transfer through tangential velocity. This feature enables the development of geometries that are more efficient in cooling and economically accessible, particularly advantageous for hot and arid regions, as well as for communities with limited resources. The investigation adopted an experimental approach, where cyclones coated with a wet cotton fabric were subjected to indirect evaporative cooling tests under various geometric and operational conditions. The results revealed a wide thermal variation among the cyclones, with significant impact from all geometric and operational variables, especially the total length of the cyclone, relative humidity, air temperature, and air volumetric flow rate. Thermal efficiency varied considerably, with total length and volumetric flow rate being the most influential factors. Additionally, the analysis of Euler values highlighted the importance of cyclone geometry in selecting configurations that minimize energy costs. Cyclones 8 and 16, which have some of the longest geometries tested, showed remarkable performance in terms of thermal efficiency. Cyclone 8 exhibited the best thermal performance, while Cyclone 16 achieved the best balance between thermal efficiency and energy consumption, as indicated by the highest thermal-energy performance ratio. The key difference between these two configurations lies in their inlet diameters. Cyclone 8 features a smaller inlet diameter (DI/DC = 0.16), which results in a higher tangential flow velocity. This promotes better heat transfer and enhances thermal efficiency. In contrast, Cyclone 16 has a larger inlet diameter (DI/DC = 0.26), leading to a lower pressure drop and a reduced Euler number, which contributed to its overall superior thermal-energy performance. As a result, Cyclone 8 is better suited for applications that prioritize high thermal efficiency, while Cyclone 16 emerges as a more efficient option with lower energy consumption. The findings of this study have the potential to guide the development of more efficient and sustainable indirect evaporative cooling systems, contributing to the reduction of energy consumption and environmental impacts. |
Keywords: | resfriamento psicrométrico por ciclone sustentabilidade separador ciclônico transferência de calor transferência de massa trocador de calor |
Area (s) of CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA |
Subject: | Engenharia química |
Language: | por |
Country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
Program: | Programa de Pós-graduação em Engenharia Química |
Quote: | DIAS, Daiane Ribeiro. Resfriamento psicro-ciclônico: revisão sistemática e efeito da geometria dos ciclones. 2025. 146 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.99. |
Document identifier: | http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.99 |
URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/46037 |
Date of defense: | 26-Feb-2025 |
Sustainable Development Goals SDGs: | ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação. |
Appears in Collections: | TESE - Engenharia Química |
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