AVALIAÇÃO DA DEPOSIÇÃO DE AEROSSÓIS EM DUTOS CURVOS DE VENTILAÇÃO PARA DIFERENTES SEÇÕES TRANSVERSAIS

SIMOES, Diego Barreto Pedroso1; LOPES, Marcos Batistella2;

Resumo

Introdução:As pessoas estão cada vez mais expostas a contaminantes na forma de partículas suspensas no ar, os aerossóis. Permanecer longos períodos em ambientes fechados é uma tendência e, portanto, há um aumento da exposição de pessoas aos contaminantes do ar. Aerossóis inferiores a 5µm são facilmente transportadas pelo ar, tornando-se um risco à saúde porque podem penetrar nos pulmões e afetar o sistema respiratório. Projetos de ambientes condicionados com ventilação mecânica devem estimar a concentração destes poluentes no ar visando melhorar a qualidade interna do ar. Assim, é importante conhecer o comportamento dos aerossóis transportados e depositados em dutos de ventilação, especialmente nos cotovelos em que se espera maiores taxas de deposição.

Objetivo:Usar os conceitos da CFPD (Dinâmica dos Fluidos Computacional com Partículas) para avaliar o escoamento turbulento de ar em dutos curvos de ventilação com seção transversal circular e quadrada. Injetar partículas sólidas na solução numérica do escoamento e analisar as taxas da deposição de partículas nestes dutos, aplicando um modelo Euleriano-Lagrangiano.

Metodologia:Seguiu-se as boas práticas da CFPD usando as bibliotecas do OpenFOAM® para validar dados da literatura e posterior análise comparativa. Primeiro foi definido uma geometria a partir da qual foi gerada uma malha. Aplicou-se as condições iniciais e de contorno. Observou-se a convergência da solução numérica para um erro definido. Analisou-se os resultados para o escoamento turbulento. Finalmente, uma nuvem de partículas foi injetada no escoamento para avaliar as taxas de deposição nas paredes do duto curvo.

Resultados:Primeiramente, foi apresentado o estudo do escoamento turbulento com refino de malha para dutos com seção quadrada e circular avaliando a perda de carga no duto, o fator de atrito de Darcy, perfis de velocidade na direção principal do escoamento, vetores de velocidade indicando o escoamento secundário na saída da curva e isobáricas na curva. Como a variação entre os resultados foi mínima e foi observado convergência para um valor na direção do refino, uma malha foi selecionada e foi iniciado o estudo do caso de validação. Na sequência, a geometria com seção quadrada foi validade com dados empíricos da literatura indicando que os modelos escolhidos são precisos o suficiente para representar os fenômenos físicos esperados em escoamentos turbulentos em cotovelos, tais como os vórtices de Dean e região de separação da camada limite na saída da curva. Por fim, partículas com diâmetros entre 1 µm e 100 µm são injetados no escoamento e curvas para as taxas de deposição são obtidas: a variação da eficiência de deposição com o número de Stokes e a variação da velocidade de deposição com o tempo de relaxação. Os resultados são próximos aos dados disponíveis na literatura e, portanto, a solução numérica é precisa conforme padrões de engenharia.

Conclusões:Dutos de ventilação não filtram partículas menores que 10 µm diferentemente de partículas com diâmetros superiores a 40 µm que são totalmente depositadas em dutos com seção quadrada e circular. As taxas de deposição são superiores para o duto quadrado em relação ao duto circular.

Palavras-chave:CFD. Duto curvo. Turbulência. Escoamento gás-sólido. CFPD

Legendas

    1. Estudante
    2. Orientador