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Tipo do documento: Dissertação
Título: Análise do conforto térmico do Museu do Universo (Planetário da cidade do Rio de Janeiro)
Título(s) alternativo(s): Analysis of thermal comfort at the Museum of the Universe (Planetary of the city of Rio de Janeiro)
Autor: Castro, André Patrocínio de 
Primeiro orientador: Costa Filho, Manoel Antônio da Fonseca
Primeiro membro da banca: Cunha Junior, Americo Barbosa da
Segundo membro da banca: Maia, Cristiana Brasil
Terceiro membro da banca: Leite, Carlos Alberto Fialho Thompson
Quarto membro da banca: Mangiavacchi, Norberto
Resumo: Este trabalho tem por objetivo a obtenção dos campos de velocidade e temperatura no interior do Museu do Universo (Planetário do Rio de Janeiro) por Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) com o software comercial Ansys Fluent, e com estes, calcular os parâmetros de conforto térmico Voto Médio Estimado (PMV) e Porcentagem de Pessoas Insatisfeitas (PPD) às 10:28, 12:08 e 15:33 h de 12 de maio de 2014. O domínio computacional foi gerado extraindo o ar do interior da geometria do edifício gerada no SolidWorks@2017. As condições de contorno foram de não deslizamento em todas as paredes e velocidade prescrita nos difusores de ar condicionado. Os dados das condições de contorno para temperatura vieram de trabalho experimental anterior. Toda a envoltória recebeu uma temperatura prescrita exceto para a face norte da cobertura de vidro com fluxo de calor prescrito. A condição de fluxo de calor prescrito foi também inserida nos pisos térreo e do primeiro andar, admitindo uma distribuição uniforme do calor produzido pelos visitantes. Com o auxílio do fluente meshing no modo default foi gerada a malha poliédrica com 1.444.195 elementos, refinada nas regiões de interesse. O teste de malha foi executado para a temperatura em uma linha vertical em uma posição central. O escoamento incompressível permanente foi modelado pela média de Reynolds das equações de Navier-Stokes (RANS) com o modelo de turbulência SST k-w, pelo Método dos Volumes Finitos com solução baseada na pressão e algoritmo acoplado. A convergência numérica foi assegurada através da análise dos resíduos do balanço de massa. Comparando os resultados numéricos com os experimentais de trabalhos anteriores, no pior caso, a média das diferenças absolutas de temperatura em 13 pontos foi de 0,87ºC com um erro quadrático médio de 4,75%. As temperaturas médias nos planos horizontais a 1,5; 4,5; 8 e 12 m às 12:08 h ficaram em respectivamente em 22,1; 22,2; 24,1 e 43,9°C, muito próximas nos demais horários, exceto a 12 m às 10:28 h em 33,2ºC. Os resultados demonstraram a capacidade do sistema de ar condicionado desenvolver conforto térmico entre o piso térreo e o teto do 2º pavimento, mesmo estando desligado neste último, auxiliado nesta condição pela estratificação térmica do ar observada na região do dômus, causada pela estagnação local. O funcionamento do ar condicionado do 2º piso proporcionou uma redução de 1,5 e 3ºC na temperatura média, respetivamente a 8 e 12 m, mas isso também não evitou a estagnação do ar no dômus.
Abstract: This work aims to obtaining the velocity and temperature fields inside the Museum of the Universe (Planetarium of the Rio de Janeiro city) by Computational Fluid Dynamics with the commercial software Ansys Fluent, and then calculate the Predicted Mean Vote (PMV) and Predicted Percentage of Dissatisfied (PPD) indexes of termal comfort at 10:28 am, 12:08 am and 3:33 pm on May 12, 2014. The computational domain was generated by extracting the indoor air from the building geometry generated in SolidWorks@2017. The boundary conditions were no slip on all walls and prescribed velocity on air conditioning diffusers. Data for temperature boundary conditions came from previous experimental work. The entire envelope received a prescribed temperature except for the north face of the glass cover with prescribed heat flow. The prescribed heat ow was also inserted on the ground and first floors, assuming a uniform distribution of heat produced by the visitors. The Fluent default meshing assisted to generate the polyhedral mesh with 1,444,195 elements, refined in the regions of interest. The mesh test was performed for the temperature in a vertical line in a central position. The incompressible steady ow was modeled by the Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations (RANS) with the turbulence model SST k-w, by the Finite Volume Method with the pressure-based solution and coupled algorithm. Numerical convergence was assured through the mass balance residual analysis. Comparing the numerical results with the experimental ones from previous work, for the worst-case, the average of temperature absolute differences at 13 points was 0.87 ºC with a root mean square error of 4.75%. The average temperatures in the horizontal planes at 1.5, 4.5, 8, and 12 m at 12:08 h were respectively at 22.1, 22.2, 24.1, and 43.9ºC, very close at other times, except at 12 m at 10:28 h at 33.2ºC. The results demonstrated the ability of the air conditioning system to develop termal comfort between the ground floor and the ceiling of the 2nd floor, even when the later is turned off, aided in this condition by the thermal stratification of the air observed in the dome region, caused by local stagnation. The operation of the air conditioning on the 2nd floor provided a reduction of 1.5 and 3ºC in the average temperature, respectively at 8 and 12 m, but that also did not prevent air stagnation in the domus.
Palavras-chave: Mechanical engineering
Temperature control
Computational fluid dynamics
Air conditioning
Controle de temperatura
Fluidodinâmica computacional
Fluidodinâmica computacional
Ar condicionado
Área(s) do CNPq: ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UERJ
Departamento: Centro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de Engenharia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
Citação: CASTRO, André Patrocínio de. Análise do conforto térmico do Museu do Universo (Planetário da cidade do Rio de Janeiro). 2021. 91 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2021.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/17617
Data de defesa: 6-Dez-2021
Aparece nas coleções:Mestrado em Engenharia Mecânica

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