Autor

Thiago R. V. Ebel


Orientador

Jaime A. L. Cadena


Data de publicação

16/02/2016


Categoria

#Trabalhos premiados

Resumo

Prêmio Don Miller Award for Excellence in System Level Thermo-Fluid Design

O sistema de distribuição do fluido de trabalho tem um papel fundamental na operação e eficiência global de um refrigerador magnético. No entanto há poucos trabalhos na literatura dedicados ao projeto e avaliação de circuitos hidráulicos para refrigeradores magnéticos. Dessa forma, o foco deste trabalho consiste em avaliar sistemas de manejo do fluido de trabalho em termos de uma análise qualitativa inicial e simulação numérica. Neste estudo, diferentes soluções para o dispositivo de troca de direção do fluido de trabalho foram avaliadas de forma a propor um novo circuito hidráulico para um sistema rotativo de refrigeração magnética. Existem duas soluções principais empregadas atualmente em refrigeradores magnéticos: (i) vedação face-face (válvulas rotativas), a solução mais comum e (ii) sistema de cames, como proposto por Eriksen et al. (2015). Neste trabalho um sistema eletrônico de distribuição do fluido é proposto como uma solução viável para o manejo do fluido de trabalho em um refrigerador magnético. As três soluções foram comparadas em uma Matriz de Pugh adaptada em termos de consumo energético, versatilidade e outros parâmetros chave. O sistema eletrônico foi escolhido como a solução mais adequada a ser empregada em um circuito hidráulico de um sistema de refrigeração magnético rotativo. Simulações numéricas de um circuito hidráulico simplificado do sistema foram realizadas em um pacote comercial de simulação de fluidos de forma a melhor compreender o comportamento transiente do circuito hidráulico em termos de diferentes condições de operação. A análise foi realizada para diferentes vazões mássicas, frequências de operação e rampas de abertura das válvulas. Prevê-se a ocorrências de golpes de aríete após as trocas de direção de vazão do fluido, dependendo principalmente da vazão mássica e frequência de operação. O desempenho do circuito hidráulico mostrou-se dependente da rampa de abertura das válvulas. Foi demonstrado que rampas rápidas aumentam o golpe de Aríete e rampas lentas permitem que fluido de trabalho evite passar pelos Regeneradores. A simulação numérica permitiu a estimativa do comportamento do circuito hidráulico em diferente condições de operação, dessa forma auxiliando o projeto de um novo circuito hidráulico a na seleção de válvulas solenóide. O sistema hidráulico desejado deve apresentar golpes de Aríete moderados, baixa potência de bombeamento e baixa potência de operação dos sistema de troca de direção do fluido (válvulas). O uso de válvula de retorno a montante das válvulas de alta pressão é recomendado para dimunuição dos efeitos referentes ao golpe de Aríete.

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