Modelo para estudo da ambiência em instalações animais, com o uso da fluidodinâmica computacional (CFD)

Sistemas de ventilacao utilizados em instalacoes suinas deveriam ser estudados por afetar diretamente a produtividade em granjas, pois a uniformidade e qualidade da distribuicao de ar e temperatura e essencial para o bem-estar dos animais em seu ambiente de criacao. Os objetivos do presente estudo foram os seguintes: validar resultados simulados, via comparacao com dados coletados de temperatura do ar e testar eficiencia dos modelos de turbulencia; identificar se o posicionamento das entradas e saidas de ar poderia influenciar na distribuicao de velocidade e temperatura do ar; comparar simulacoes realizadas no software OpenFOAM com aquelas feitas no CFX. As simulacoes foram baseadas em uma instalacao comercial com sistema de ventilacao por pressao negativa que alojava femeas suinas na fase de gestacao. A malha foi desenhada utilizando-se o Ansys Icem, consistindo em malhas hexaedricas estruturadas. As coletas de temperatura do ar foram realizadas em 30 pontos ao longo da granja e o anemometro, alocado em uma plataforma fixa, foram movidos do ponto 1 ao 30, permanecendo seis minutos em cada local. Posteriormente, os dados de cada ponto foram tomados por segundo, resultando em 360 valores, de onde foi retirada uma media. Alem das coletas na mesma posicao dos pontos 1 e 30, foram realizadas mais duas medidas, proximo as entradas. Tambem foram coletadas as temperaturas de superficie de piso, paredes, forro e porcas. As simulacoes no modelo k-? RNG atingiram a convergencia estipulada ainda em estado estacionario, com excecao da RMS-H. Ao continuar as simulacoes em regime transiente a partir dos resultados estacionarios, os residuos caem para valores abaixo de 10-6. Ja as simulacoes com o modelo k-? padrao e SST, apresentaram comportamento diferente, nao atingindo a convergencia em regime estacionario, com excecao do RMS P-Mass. Ja em regime transiente, os resultados ficaram abaixo do RMS estipulado de 10-5. Os modelos de turbulencia apresentaram erros relativos medio de 2,1; 1,9 e 2,8% para os modelos k-? padrao, k-? RNG e SST, respectivamente. Os modelos k-? padrao e k-? RNG tiveram praticamente o mesmo gasto computacional, enquanto o modelo SST, apresentou um acrescimo de 20% de tempo para concluir as simulacoes. A instalacao com configuracao real mostrou um aumento gradual na velocidade do ar a partir das entradas e zonas mortas nessa regiao devido a mudanca na direcao do fluxo de ar. Nao houve diferenca quando o posicionamento dos exaustores foi alterado e foram mantidas as entradas originais. Os arranjos propostos com somente uma entrada de ar reduziu as areas de baixa movimentacao do ar. Alem disso, as variaveis tiveram o mesmo padrao ao longo do plano transversal. As simulacoes mostraram que os posicionamentos das entradas de ar tiveram maior influencia na distribuicao de temperatura. Os erros relativos no OpenFOAM comparado coma aqueles coletados na granja variaram de 0 a 4,4% com uma media total de 1,8%, levando um tempo maior para convergir comparados com as simulacoes no CFX. Conclui-se que foi possivel validar o modelo via comparacao dos dados de temperatura do ar. Alem disso, alteracoes no posicionamento das entradas de ar exercem maior influencia sobre a distribuicao de temperatura e velocidade do ar, onde os cenarios com apenas uma entrada de ar proporcionou uma maior uniformidade no perfil destas variaveis climaticas. Quanto ao modelo de turbulencia, o k-? RNG apresentou um erro relativo medio menor e uma melhor convergencia em relacao aos outros modelos. As simulacoes com o software OpenFOAM mostra custo-beneficio, porque mesmo levando-se um maior tempo computacional, a compra de uma licenca de um software CFD e o maior investimento para quem trabalha com simulacoes. Abstract