Browsing by Author "Heidinger, Gustavo Galdi"
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- Comparing open and closed vertical refrigerated display cabinets at mild and tropical external environmentsPublication . Heidinger, Gustavo Galdi; Nascimento, Samuel Mariano do; Gaspar, Pedro Dinis; Silva, Pedro Dinho daThis paper reports the results of experimental tests performed according to ISO 23953 in vertical open and closed refrigerated display cabinets (VORDC vs. VCRDC). Tests were performed at a mild climate class (n. º 3: T=25°C; φ=60%) and a tropical one (n. º 6: T=27°C; φ=70%). The direct energy consumption is 46% higher at VCRDC due to the heated glass doors frame and defrost heaters. The product simulator temperature is higher and more stable at VORDC. The highest product simulator temperature is lower (-1.4°C) at the VCRDC and less stable (+2.7°C variation) due to the opening doors period. The total mass of condensed water at the evaporator is reduced 87% and the total heat load is 77% lower at the VCRDC. Thus, the estimated total energy consumption is reduced 42%. Given the current concerns with energy consumption and sustainability of the heat exchange processes, the VCRDC provide the best solution.
- Estudos experimentais de análise do desempenho termodinâmico e eficiência energética de equipamentos de refrigeração em climas tropicaisPublication . Heidinger, Gustavo Galdi; Gaspar, Pedro Miguel de Figueiredo Dinis OliveiraA análise do desempenho termodinâmico e eficiência energética de equipamentos de refrigeração em climas tropicais é onde incide o foco deste trabalho. Os ensaios experimentais realizados tiveram o objetivo de mensurar as diferenças de desempenho de expositores refrigerados abertos e fechados com portas de vidro, de média e baixa temperatura em função do clima sob o qual se encontram em operação. A indústria mundial de desenvolvimento de expositores refrigerados utiliza a condição climática de ar ambiente com temperatura de 25°C com 60% de humidade relativa (classe climática n.°3), como limite máximo admissível para o bom funcionamento e operação destes equipamentos. Assim sendo, será analisado o desempenho global de expositores refrigerados sob funcionamento em climas tropicais, definida neste trabalho como sendo a condição climática de ar ambiente de temperatura 27°C com 70% de humidade relativa (classe climática n.°6), que excede o limite tido como padrão. A necessidade desse estudo vem da realidade de operação deste tipo de equipamentos que pode ocorrer nas mais adversas situações, principalmente em ambientes de lojas sem condicionamento de ar e em cidades litorais localizadas em países de clima tropical. Os ensaios experimentais em equipamentos abertos quantificaram, em função da alteração da classe climática n.°3 para n.°6 na qual o expositor está inserido, a necessidade de diminuição no sobreaquecimento do fluido refrigerante que circula no evaporador, de modo a reduzir a temperatura média na descarga de ar (-0,5°C) e manter a temperatura de conservação dos produtos dentro dos limites regulamentais, mas com aumento da massa total de água condensada entre as alhetas no evaporador (+47%). Tem-se também uma maior formação de gelo entre as alhetas do evaporador, que afeta significativamente a distribuição de ar, a diferença de pressão do ar através do evaporador (+38%) e impacta na taxa de redução do caudal de ar circulante (-66%), relativamente à condição do evaporador livre de gelo durante o período de operação. Com a alteração da classe climática n.°3 para n.°6, ocorre aumento das cargas térmicas sensível (+10%), latente (+46%) e total (+25%). Evaporadores com mesma área de troca térmica e diferentes configurações de alhetas, com espaçamento não-uniforme, foram projetados com o objetivo de reduzir a quantidade de gelo formado (-18%) e consequentemente aumentar o tempo de operação antes da descongelação. No entanto, devido à redução do tempo de residência entre o ar e as alhetas, a permuta térmica mostrou-se menos eficiente (-14%), prejudicando a temperatura média do ambiente refrigerado (+0,7°C). Portanto, os evaporadores com espaçamento não uniforme só se mostrarão eficazes com aumento da área de troca térmica. A formação de água e gelo, ou seja, a carga térmica latente é energia gasta na condensação e congelação do vapor de água presente no ar ambiente e em nada contribui para a refrigeração dos produtos. Desse modo, os expositores verticais fechados com portas de vidro foram analisados. Ao alterar a classe climática n.°3 para n.°6, a massa de água condensada no evaporador aumenta (+45%) e a carga térmica aumenta (+11%), se existirem frestas de 6 mm entre as portas de vidro. A existência destas frestas pode decorrer da requalificação de equipamentos abertos ou como solução técnica para redução da condensação nas superfícies vidradas. Sem a influência das frestas, os valores alteram para 41% e 9%, respectivamente. As presença das frestas tem impacto direto nas temperaturas médias do ar e, consequentemente, no Fator de Infiltração de Ar (TEF) que aumenta (+48%) sob a classe climática n.°6. A partir dos resultados obtidos, defende-se o uso das portas em climas adversos, devido à diminuição da carga latente (-90%), à redução na temperaturas dos produtos (-1,5°C) e à redução de carga térmica (-75%). Por fim, a análise da influência do clima tropical foi estendida ao ambiente interno (classe climática) e externo num equipamento refrigerado vertical fechado com portas de vidro de baixa temperatura, com compressor incorporado ao móvel e condensação a água. Ao manter a temperatura média de condensação do fluido refrigerante em 50°C, o consumo de energia do compressor aumenta (+10%), quando a classe climática é alterada da n.°3 para n.°6 e a temperatura dos produtos aumenta (+3,0°C). Independente da classe climática, o aumento da temperatura média de condensação de 45ºC para 50°C, leva ao aumento do consumo de energia do equipamento (+8%) e da temperatura dos produtos (+1,6°C). Dos resultados obtidos obtém-se uma melhoria significativa na compreensão dos fenómenos físicos envolvidos e do real impacto do incremento de temperatura e humidade relativa do ar ambiente na eficiência global dos expositores refrigerados. Evidencia-se que o clima tropical impacta de maneira extremamente negativa o desempenho global de expositores refrigerados, podendo prejudicar a conservação dos alimentos se uma nova regulação dos parâmetros de funcionamento não for realizada e, portanto, o benefício energético do uso de portas vai de encontro com a perspetiva de desenvolvimento global sustentável. A variação da temperatura do ar ambiente externo afeta significativamente o desempenho dos equipamentos de refrigeração com compressor incorporado e condensação a água e, portanto, no caso da aplicação em locais com elevada amplitude climática, é necessário levar em consideração maiores folgas de dimensionamento nos componentes a fim de atender todas as situações de operação. Nesta perspetiva, o conteúdo exposto neste trabalho fornece uma base sólida de conhecimento da operação de equipamentos expositores refrigerados em condições de clima tropical (elevada temperatura e humidade relativa do ar), que são de extrema valia para novos desenvolvimentos tanto de formas de controlo, regulação e comando baseadas nas variações das grandezas físicas envolvidas em cada uma das condições de clima experimentadas e quanto à seleção e dimensionamento de componentes para operar na condição mais adversa de clima. Os resultados experimentais aqui apresentados orientam como proceder de forma a garantir o funcionamento adequado do equipamento, que garantirá qualidade de temperatura aos produtos expostos, em condições climáticas que ultrapassam o limite definido mundialmente como padrão para homologação de expositores refrigerados, que são comumente encontrados em países de clima tropical.
- Experimental analysis of aerothermodynamics performance of the air curtain subject to the systematic crossing of a solid bodyPublication . Nascimento, Samuel Mariano do; Heidinger, Gustavo Galdi; Gaspar, Pedro Dinis; Silva, Pedro Dinho daVertical open refrigerated multideck display cabinets (VORDC) are widely used to display perishable products in supermarkets and convenience stores. During the daily operation of food stores, consumers and repository personnel pass in front of VORDC and frequently remove or place food products on shelves. This movement is part of the trade, however it has consequences on the thermal performance of the VORDC. Each interference drags or breaks the air curtain of the equipment resulting in the modification of air flow and promoting the ambient air thermal entrainment that consequently changes the equipment's operative conditions. This paper reports the results of experimental tests performed according to ISO 23953 in a VORDC to assess the thermal performance of the air curtain when subjected to the systematic crossing by a solid body simulating people arms. This solid body consists on a moving electromechanical device composed by a set of pneumatic cylinders that allows several patterns of air curtain interference.
- Experimental analysis to optimize the performance of air curtains and heat exchangersPublication . Nascimento, Samuel Mariano do; Heidinger, Gustavo Galdi; Gaspar, Pedro Dinis; Silva, Pedro Dinho daThis chapter reports an overview about experimental studies concerning the thermal performance of air curtains and heat exchangers installed in vertical open refrigerated display cases. The air curtain analysis shows the influence on the thermal performance by varying the width of the discharge air grille and the perforation density of the back panel by a mathematical model. The variation on the perforation density of the back panel and the width of discharge air grille alter significantly the thermal entrainment factor and the energy consumption of the equipment. Focusing the influence of environmental conditions on the performance of the heat exchanger, a second mathematical model was developed to evaluate the total heat load, its partial components and the condensate water mass. This analysis provides valuable information to the design of the air curtain and heat exchanger based on in-store environmental conditions and airflow efficiency.
- Experimental and Numerical quantitative evaluation of the thermal performance of refrigerated display cabinets with variation of air curtain thickness and porosity of the back panelPublication . Nascimento, Samuel Mariano do; Heidinger, Gustavo Galdi; Gaspar, Pedro Dinis; Silva, Pedro Dinho daOpen multideck display cabinets are widely used to expose perishable products in supermarkets and convenience stores. This paper reports the results of experimental tests performed according to ISO23953 in an open multideck refrigerated display cabinet to assess the impact on the thermal performance by varying the width of the discharge air grille and the perforation density of the back panel. The experimental laboratory tests were conducted for climate class n.° 3 (25° C and 60%). The results evaluation shows that the perforation density of the back panel and the width of discharge air grille alter significantly the thermal entrainment factor and the energy consumption of the equipment. The best performance configuration showed a 10% reduction of the cooling load. The analysis of the results provides valuable information for the development of these equipments
- Experimental comparison at open and closed vertical multidecks display cases at standard and tropical environmental conditionsPublication . Heidinger, Gustavo Galdi; Nascimento, Samuel Mariano do; Gaspar, Pedro Dinis; Silva, Pedro Dinho daThis paper reports the results of experimental tests performed according to ISO 23953 in vertical open and closed multideck display cases to evaluate the influence of double glass doors in the direct energy consumption, product simulator temperature, evaporator total condensed water mass, total heat load and total energy consumption. Tests were performed at climate classes n.º 3 (Ta = 25°C; a = 60%) and n.º 6 (Ta = 27°C; a = 70%). The direct energy consumption is 46% higher at the closed display case due to the heat load generated by the heated glass doors frame and defrost heaters. The product simulator temperature is higher and more stable at the open display case. The highest product simulator temperature is lower (-1.4°C) at the closed display case and less stable (+2.7°C variation) due to the opening doors period. The total mass of condensed water at the evaporator is reduced 87% and the total energy consumption is 58% lower at the closed display case. In conclusion, the estimated total energy consumption (compressor and components) is reduced at the glass doors display case. Thus, it is verified that the use of refrigeration equipment closed to ambient air is increasingly seen as the definitive solution, given the current concerns with energy consumption and sustainability of the heat exchange processes.
- Experimental evaluation and qualitative increase of thermal load in open refrigerated display cases due to breakage of the air curtainPublication . Nascimento, Samuel Mariano do; Heidinger, Gustavo Galdi; Gaspar, Pedro Dinis; Silva, Pedro Dinho daOpen refrigerated display cabinets are used extensively in convenience stores and supermarkets in order to display perishable products meeting the criteria of food security. In Brazil, there are about 81 thousand stores using open or closed refrigerated display cabinets for products sale. The vertical open refrigerated display cabinet is the model that consumes more energy. About 81% its total consumption is due to the infiltration of outside air through the air curtain. The air curtain performance can be influenced by several factors, among which, the customers’ movement near the equipment frontal opening causing a perturbation in the air jet and increasing its energy consumption. Experimental tests were conducted in open and closed hours of a food store. The TEF increases by 22% and cooling load by 18% when the shop is open. The results comparison allows evaluating the thermal performance of the equipment among test cases for a real scenario.
- Experimental evaluation of the influence of consumers' passing velocity on the thermal performance of open refrigerated display cabinetsPublication . Nascimento, Samuel Mariano do; Heidinger, Gustavo Galdi; Gaspar, Pedro Dinis; Silva, Pedro Dinho daVertical open refrigerated display cabinets (VORDC) used to display perishable food for sale in convenience stores and supermarkets are subject to human interference. Consumers and repository personnel pass in front of the VORDC and frequently remove or place food products on shelves. This movement affects the thermal performance of the VORDC. Each interference drags or breaks the air curtain resulting in the modification of the air flow and promoting the ambient air thermal entrainment that consequently changes the VORDC working conditions. This experimental study quantifies the products temperature and the energy consumption of the VORDC when there is an interference due to consumers passing in front of the VORDC. The tests were performed in a test room according to ISO 23953 using a robotic mannequin (MARIA - Mannequin for Automatic Replication of the Interference in the Air curtain) that systematically passes in front of the VORDC. Experimental tests are performed for translational velocity from 0.2 ms-1 to 0.8 ms-1, with 0.2 ms-1 steps and considering two conditions: mannequin moving towards and against the air flow of the test room. The results quantify the influence of MARIA’s translational velocity in front of the VORDC on the products temperature and energy consumption. These results are part of a more complex evaluation of the air curtain interference by humans to be used in the development of new products on an industrial scale.
- Experimental evaluation of the thermal performance at different environmental conditions of a low temperature display case with built-in compressor and water-cooled condenserPublication . Heidinger, Gustavo Galdi; Nascimento, Samuel Mariano do; Gaspar, Pedro Dinis; Silva, Pedro Dinho daThis paper reports the results of experimental tests performed according to ISO 23953 in a vertical closed low temperature display case to evaluate the influence of the environment where it is installed (climatic class) in the energy consumption and thermal performance. The compressor and the condenser are attached to the display case and an external water circuit is used to provide air-chilled water to the condenser. The need for this type of equipment arises from the numerous small stores without air conditioning system and without space for placing a remote cooling rack. Keeping the external environment temperature constant and consequently the refrigerant condensing temperature, changing climatic class n.° 3 (Ta=25 °C and ϕa=60%) to n.° 6 (Ta=27 °C and ϕa=70%), the compressor energy consumption increases 8% to 10% and the highest temperature of the warmest product simulator increases +3.0 °C. At the same climatic class, the water temperature increases with the external environment temperature. The compressor energy consumption increases 13% and 8% when the refrigerant condensing temperature increases from 40 °C to 45 °C and from 45 °C to 50 °C, respectively. Thus refrigeration equipment with compressor and condenser attached is susceptible to the climatic variation of the internal and external environment. In applications with large climatic amplitude, the components must be designed to meet all the operating situations.
- Experimental quantitative evaluation of thermal performance in refrigerated displays case with variation of the thickness of the air curtain and perforation density of the back panelPublication . Nascimento, Samuel Mariano do; Heidinger, Gustavo Galdi; Gaspar, Pedro Dinis; Silva, Pedro Dinho daOpen multideck display cabinets are widely used to expose perishable products in supermarkets and convenience stores. This paper reports the results of experimental tests performed according to ISO23953 in a open multideck refrigerated display cabinet to assess the impact on the thermal performance by varying the width of the discharge air grille and the perforation density of the back panel. The experimental laboratory tests were conducted for climate class n.° 3 (25° C and 60%). The results evaluation shows that the perforation density of the back panel and the width of discharge air grille alter significantly the thermal entrainment factor and the energy consumption of the equipment. The best performance configuration showed a 10% reduction of the cooling load. The analysis of the results provides valuable information for the development of these equipments.
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