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- Experimental analysis of the thermal entrainment factor of air curtains in vertical open display cabinets for different ambient air conditionsPublication . Gaspar, Pedro Dinis; Gonçalves, Luís Carlos Carrilho; Pitarma, R. A.The vertical open refrigerated display cabinets suffer alterations of their thermal performance and energy efficiency due to variations of ambient air conditions. The air curtain provides an aerothermodynamics insulation effect that can be evaluated by the thermal entrainment factor calculation as an engineering approximation or by the calculus of all sensible and latent thermal loads. This study presents the variation of heat transfer rate and thermal entrainment factor obtained through experimental tests carried out for different ambient air conditions, varying air temperature, relative humidity, velocity and its direction relatively to the display cabinet frontal opening. The thermal entrainment factor are analysed and compared with the total sensible and latent heats results for the experimental tests. From an engineering point of view, it is concluded that thermal entrainment factor cannot be used indiscriminately, although its use is suitable to design better cabinet under the same climate class condition.
- Modelação numérica do desempenho térmico de equipamentos expositores refrigeradosPublication . Gaspar, Pedro Dinis; Miranda, Alexandre; Pitarma, Rui A.Em Portugal tem-se assistido ao agravamento do consumo energético no sector comercial, estando a sua natural expansão associada ao aumento de equipamentos electromecânicos e níveis mais exigentes de iluminação. O consumo energético de qualquer estabelecimento comercial de produtos alimentares reparte-se, genericamente, pela iluminação, sistemas AVAC, compressores, condensadores e balcões frigoríficos. Face à presente evolução tecnológica, qualquer uma destas componentes é passível de ser optimizada de modo a reduzir a carga energética destes estabelecimentos. Assim, revela-se fundamental a disponibilização de meios e instrumentos de cálculo para melhorar a performance energética do sector e sua incidência no domínio ambiental. O objectivo geral do trabalho consiste num estudo numérico do desempenho térmico de equipamentos expositores refrigerados, através da previsão e visualização das características dos campos de velocidade e de temperatura do ar, que permita tecer orientações sobre alterações de projecto a efectuar. A circulação complexa do ar e a transmissão de calor são modelados com o código de dinâmica de fluidos computacional Phoenics. O modelo foi aplicado a um caso prático concreto, sendo apresentadas previsões numéricas para uma configuração típica de funcionamento.
- Modelação de problemas AVAC-R com códigos de DFCPublication . Gaspar, Pedro Dinis; Barroca, Rui Filipe; Pitarma, R. A.A modelação computacional constitui hoje em dia uma poderosa ferramenta de cálculo para projecto, permitindo antecipar e/ou corrigir problemas no domínio da engenharia de climatização e da refrigeração. Neste artigo descrevem-se e comparam-se, sucintamente, dois pacotes comerciais de Dinâmica de Fluidos Computacional (DFC), que os autores desta comunicação têm vindo a adaptar para descrever o escoamento tridimensional e turbulento do ar, a transferencia de calor e a distribuição da concentração de espécies em espaços climatizados ou refrigerados. Estudos experimentais complementares têm permitido validar os modelos computacionais propostos, evidenciando as suas potencialidades para aplicações de engenharia. Como exemplo, são apresentadas e discutidas previsões numéricas resultantes da aplicação dos modelos a casos de estudo concretos.
- Three-Dimensional CFD modelling and analysis of the thermal entrainment in open refrigerated display cabinetsPublication . Gaspar, Pedro Dinis; Gonçalves, Luís Carlos Carrilho; Pitarma, Rui A.This study presents a three-dimensional Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation of the air flow pattern and the temperature distribution in a refrigerated display cabinet. The thermal entrainment is evaluated by the variations of the mass flow rate and thermal power along and across the air curtain considering the numerical predictions of abovementioned properties. The evaluation on the ambient air velocity for the three-dimensional (3D) effects in the pattern of this type of turbulent air flow is obtained. Additionally, it is verified that the longitudinal air flow oscillations and the length extremity effects have a considerable influence in the overall thermal performance of the equipment. The non uniform distribution of the air temperature and velocity throughout the re-circulated air curtain determine the temperature differences in the linear display space and inside the food products, affecting the refrigeration power of display cabinets. The numerical predictions have been validated by comparison with experimental tests performed in accordance with the climatic class n.º 3 of EN 441 Standard (Tamb = 25 ºC,φamb = 60%; vamb = 0,2 m s-1). These tests were conducted using the point measuring technique for the air temperature, air relative humidity and air velocity throughout the air curtain, the display area of conservation of food products and nearby the inlets/outlets of the air mass flow.
- Simulação de equipamento industrial de refrigeração: estudo de casoPublication . Gaspar, Pedro Dinis; Pitarma, Rui A.Neste artigo descrevem-se e comparam-se diversas metodologias para adaptação e aperfeiçoamento dos modelos físico-matemático e numérico a um caso prático de engenharia, de modo a atribuir maior realismo físico às previsões. O estudo incide sobre um expositor refrigerado aberto ao ar ambiente, com o intuito de avaliar as características térmicas na zona de exposição e conservação de produtos alimentares, sendo a precisão das previsões avaliada pela comparação sistemática de resultados numéricos com valores obtidos em estudo experimental complementar. Assim, a abordagem consistiu na avaliação da influência do código de Dinâmica de Fluidos Computacional (DFC) utilizado no desenvolvimento do modelo de simulação, das características da malha computacional, do esquema de discretização e do modelo de turbulência. Os diversos modelos de simulação testados foram desenvolvidos com o código de DFC – FLUENT®, tendo-se mantido inalterável a configuração geométrica e funcional do equipamento, assim como as simplificações assumidas para o escoamento.
- Modelação de problemas AVAC - R com códigos de DFCPublication . Gaspar, Pedro Dinis; Barroca, Rui Filipe; Pitarma, Rui A.A modelação computacional constitui hoje em dia uma poderosa ferramenta de cálculo para projecto, permitindo antecipar e/ou corrigir problemas no domínio da engenharia de climatização e da refrigeração. Neste artigo descrevem-se e comparam-se, sucintamente, dois pacotes comerciais de Dinâmica de Fluidos Computacional (DFC), que os autores desta comunicação têm vindo a adaptar para descrever o escoamento tridimensional e turbulento do ar, a transferencia de calor e a distribuição da concentração de espécies em espaços climatizados ou refrigerados. Estudos experimentais complementares têm permitido validar os modelos computacionais propostos, evidenciando as suas potencialidades para aplicações de engenharia.Como exemplo, são apresentadas e discutidas previsões numéricas resultantes da aplicação dos modelos a casos de estudo concretos.
- Influência da localização da condição de fronteira de pressão fixa e constante na simulação de aberturas ao ar ambientePublication . Gaspar, Pedro Dinis; Gonçalves, Luís Carlos Carrilho; Pitarma, R. A.No presente trabalho faz-se um estudo comparativo da influência da localização da condição de fronteira (cf) de pressão fixa a simular uma abertura ao ar ambiente. Foram desenvolvidos vários modelos de CFD para equipamento expositor refrigerado com a cf de pressão fixa imposta para: 1/3 L; 2/3 L; L; e 3/2 L, sendo L a largura do equipamento. Os resultados numéricos são comparados com valores experimentais segundo a classe climática n.º 3 da Norma EN 441. São evidenciados os méritos e as limitações da aplicação prática destes modelos e explicitadas considerações a ter em conta durante a definição das cf de pressão fixa.
- Dynamic modelling of refrigerated truck chambersPublication . Pitarma, R. A.; Gaspar, Pedro Dinis; Carvalho, Milano GadelhaA refrigerated truck chamber is always under variable conditions. Not only weather changes but also loading and unloading processes can make the chamber behaviour dependent on time. A prediction of relevant properties distributions (velocity, temperature and relative humidity) in refrigerated chambers requires the simultaneous solution, by an iteration process, of the three-dimensional non-linear differential equations for the momentum and heat/mass transport. Basically, these two transport phenomena are coupled by the buoyancy force due to natural convection. However, especially for non-steady state thermal conditions, the high computations times become unattractive the simultaneous integration. For the majority of refrigerated truck chambers, in which the air flow is mainly dominated by forced convection, the equations can be decoupled and the two transport phenomena can be treated separately. Therefore, in the case of dynamic (transient) simulation, this strategy makes the problem much simpler and can strongly reduce the computation time. In this study the simulation method described here was applied in a case study modelling (steady and transient) and was validated by measurements taken from an experimental reduced-scale model.
- Internet of Things Architectures, Technologies, Applications, Challenges, and Future Directions for Enhanced Living Environments and Healthcare Systems: A ReviewPublication . Marques, Gonçalo; Pitarma, R.; Garcia, Nuno M.; Pombo, NunoInternet of Things (IoT) is an evolution of the Internet and has been gaining increased attention from researchers in both academic and industrial environments. Successive technological enhancements make the development of intelligent systems with a high capacity for communication and data collection possible, providing several opportunities for numerous IoT applications, particularly healthcare systems. Despite all the advantages, there are still several open issues that represent the main challenges for IoT, e.g., accessibility, portability, interoperability, information security, and privacy. IoT provides important characteristics to healthcare systems, such as availability, mobility, and scalability, that o er an architectural basis for numerous high technological healthcare applications, such as real-time patient monitoring, environmental and indoor quality monitoring, and ubiquitous and pervasive information access that benefits health professionals and patients. The constant scientific innovations make it possible to develop IoT devices through countless services for sensing, data fusing, and logging capabilities that lead to several advancements for enhanced living environments (ELEs). This paper reviews the current state of the art on IoT architectures for ELEs and healthcare systems, with a focus on the technologies, applications, challenges, opportunities, open-source platforms, and operating systems. Furthermore, this document synthesizes the existing body of knowledge and identifies common threads and gaps that open up new significant and challenging future research directions.
- Detailed CFD modelling of open refrigerated display cabinetsPublication . Gaspar, Pedro Dinis; Gonçalves, Luís Carlos Carrilho; Pitarma, R. A.A comprehensive and detailed computational fluid dynamics (CFDs) modelling of air flow and heat transfer in an open refrigerated display cabinet (ORDC) is performed in this study. The physical-mathematical model considers the flow through the internal ducts, across fans and evaporator, and includes the thermal response of food products. The air humidity effect and thermal radiation heat transfer between surfaces are taken into account. Experimental tests were performed to characterize the phenomena near physical extremities and to validate the numerical predictions of air temperature, relative humidity, and velocity. Numerical and experimental results comparison reveals the predictive capabilities of the computational model for the optimized conception and development of this type of equipments. Numerical predictions are used to propose geometrical and functional parametric studies that improve thermal performance of the ORDC and consequently food safety.
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