Design de um painel radiante com base na lei construtal

Abstract

Os painéis radiantes são sistemas integrantes na climatização de espa- ços em que o conforto térmico é obtido através de trocas diretas de calor por radiação térmica entre os painéis, ocupantes e os objetos presentes no espaço. O seu funcionamento baseia-se no aquecimento de uma superfície através de uma rede de tubos pelos quais atravessa um fluído responsável pelo transporte de calor.

Uma vez que se trata de um sistema de escoamento de fluído, explorou-se uma nova abordagem no dimensionamento deste tipo de sistemas através da aplicação da lei construtal, que prevê as geometrias encontradas na natureza e pode ser aplicada em engenharia.

Neste sentido, obteve-se uma nova metodologia de dimensionamento de tubagens com o objetivo de maximizar a transferência de calor entre o esco- amento e o exterior do tubo para uma rede de tubos paralelos e estudou-se a possibilidade de uma rede de tubos dendrítica, obtendo configurações diferentes das que são encontradas no mercado mas com a mesma aplicabilidade.

Foi ainda realizada uma análise experimental de um painel radiante dimensionado com base na lei construtal de forma a poder avaliar o seu comportamento térmico. A partir dos ensaios experimentais realizados, mostra-se a importância das resistências térmicas no desempenho do pai- nel. Caso estas sejam minimizadas o máximo possivel, o dimensionamento construtal melhora a relação Potência/Custo em cerca de 46%, para con- dições de funcionamento semelhantes às dos ensaios experimentais.

Esta nova metodologia de dimensionamento de painéis radiantes pode ainda ser mais explorada, de forma a contribuir para o desenvolvimento tecnológico de estruturas cada vez mais eficientes.

Radiant panels are an integral part of air-conditioning systems in areas where thermal comfort is obtained through direct heat exchanges by ther- mal radiation between the panels, occupants and objects within the space. Its operation is based on heating a surface through a network of tubes through which a fluid flows, transporting heat.

Since it is a fluid flow system, a new approach is explored for the design of such systems by applying the construtal law, which predicts geometries in nature and can be applied in engineering.

In this way, a new pipe design methodology is developed, in order to maximize heat transfer between the flow and the outside of the tube to a network of parallel tubes and a theoretical study on networks of dendritic tubes is also made, obtaining different configurations from those found on the market.

An experimental analysis of a radiant panel design with the constru- tal law is performed, in order to evaluate its thermal performance. From the experimental tests conducted, is shown the importance of the thermal resistance in the panel’s performance. If these are minimized as much as possible, the construtal sizing improves the Power/Cost at about 46% for similar operating conditions to those of experimental tests.

This new design methodology for radiant panels can still be better ex- plored, in order to contribute to the technological development of more efficient structures.