Estudo de perda de pressão – Gerador – Centro de dados
Estudo de perda de pressão - Gerador - Centro de dados
Ano
2024
Cliente
NC
Localização
Marcoussis
Tipologia
Centro de Dados - Processo Industrial
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Perdas de carga nas salas de geradores de um centro de dados
A importância dos geradores nos centros de dados
Num centro de dados, os geradores são a última linha de defesa em caso de falha da fonte de alimentação principal.
O seu funcionamento ótimo garante a continuidade das operações mesmo em caso de corte de energia.
No entanto, o desempenho destes grupos geradores pode ser comprometido por uma série de factores, nomeadamente as perdas de carga nas instalações onde estão instalados.
Um estudo aprofundado das perdas de carga nestas instalações é, portanto, de importância vital para garantir a disponibilidade e a fiabilidade dos grupos geradores e, por extensão, do centro de dados como um todo.
Como caraterizar as perdas de carga numa divisão
Aenergia de um volume de ar pode ser expressa como uma soma de pressões, constituindo a pressão total do volume de ar:
- A pressão devida ao peso da coluna de ar: ρgh,
- Pressão dinâmica ligada à velocidade do ar: ρv²/2,
- Pressão estática ligada à pressão interna do ar: P.
A perda de carga de um componente é a diferença das pressões totais (soma da pressão estática, da pressão dinâmica e da pressão devida ao peso) entre a sua entrada e a sua saída.
As perdas de carga num compartimento devem-se à resistência que o fluido (ar) encontra ao passar pelos vários componentes do sistema de distribuição (tais como condutas, cotovelos, válvulas, grelhas, etc.).
Estas resistências reduzem a pressão do fluido ao longo do seu trajeto.
No caso dos grupos electrogéneos, são colocados deflectores acústicos a montante e a jusante dos GE para limitar a poluição sonora destes últimos, que geram igualmente quedas de pressão suplementares importantes.
Compreender e gerir estas perdas de pressão é essencial para garantir a eficiência e o bom funcionamento dos sistemas de ventilação, ar condicionado, aquecimento e canalização.
Minimizar as perdas de pressão nos sistemas de distribuição de fluidos é essencial para maximizar a eficiência energética, reduzir os custos e garantir um desempenho ótimo do sistema.
Este é um aspeto fundamental da conceção e gestão das salas de geradores dos centros de dados.
Porquê realizar um estudo de perda de carga CFD?
A realização de um estudo CFD de perda de carga é de importância vital em muitas áreas da engenharia, incluindo o estudo de centros de dados.
Ao permitir uma modelação numérica detalhada dos fluxos de fluidos num sistema, esta abordagem fornece informações cruciais sobre áreas de perda de carga, turbulência e estagnação.
Ao compreender estes fenómenos, é possívelidentificar pontos fracos na instalação,otimizar o design para minimizar as perdas de energia,melhorar a eficiência do sistema egarantir um desempenho ótimo em várias condições de funcionamento.
Além disso, um estudo CFD permite prever e simular os efeitos de potenciais modificações antes da sua implementação física, proporcionando um método económico de avaliação de diferentes estratégias de melhoria e de resolução de problemas.
No caso dos grupos electrogéneos, este tipo de estudo permitegarantir o seu bom funcionamento em todas as circunstâncias.
A redução das quedas de pressão também permite atingir velocidades de descarga mais elevadas ao nível do telhado, reduzindo assim o risco de looping com refrigeradores de ar.
Qual é a origem das perdas de carga?
A maioria das perdas de pressão geradas nas tubagens de extração dos geradores dos centros de dados são perdas de pressão singulares. As perdas de pressão singulares são causadas por alterações súbitas na geometria da tubagem, tais como curvas, estreitamentos ou alargamentos súbitos.
Estas perdas de pressão devem-se a vários factores:
- Formação de vórtices e zonas de turbulência: Alterações súbitas na geometria provocam perturbações no escoamento do fluido, resultando na formação de vórtices e zonas de turbulência.
Estas estruturas de vórtice conduzem a perdas de energia, resultando em perdas de carga adicionais. - Aceleração e desaceleração do fluxo: Quando um fluido passa de uma secção mais larga para uma secção mais estreita da tubagem (estreitamento) ou vice-versa (alargamento), sofre uma alteração na velocidade.
A aceleração ou desaceleração súbita do caudal provoca perdas de pressão devido à conversão da energia cinética em energia de pressão. - Atrito da parede: Irregularidades na superfície das paredes internas dos tubos, particularmente quando há mudanças na geometria, podem levar a um aumento da resistência ao fluxo do fluido.
Esta resistência resulta em perdas de carga adicionais.
É importante notar que estas perdas de carga singulares podem ser reduzidas adoptando uma conceção adequada da tubagem, utilizando ligações suaves e assegurando uma transição gradual entre as diferentes secções da tubagem.
Uma boa conceção hidráulica pode minimizar estas perdas de carga singulares e otimizar a eficiência do fluxo no sistema.
Simulação numérica das perdas de carga
Processo de modelação para o estudo CFD
A abordagem utilizada para criar o modelo 3D de uma sala de fábrica para o estudo CFD baseou-se nos planos e no modelo 3D do processo.
Todo o processo, incluindo geradores, sonotrodos, chaminés, elementos na sala, condutas e plenums, foi representado com precisão.
Utilizando um software de modelação 3D, foram criados modelos geométricos das peças, integrando os equipamentos e obstáculos do processo, respeitando a sua localização real.
Estudos de velocidade e pressão do ar
Uma vez obtidos os resultados das simulações numéricas, as velocidades e pressões são analisadas para identificar e calcular as perdas de carga para cada sala do mesmo edifício do centro de dados.
As quedas de pressão são calculadas a partir do estudo CFD, avaliando as variações totais de pressão ao longo do percurso do fluxo de ar através das salas que contêm os geradores.
Nesta análise, as simulações numéricas fornecem dados detalhados sobre a distribuição das velocidades de escoamento, gradientes de pressão, fluxos de calor e linhas de corrente dentro destes espaços.
Estes dados são utilizados paraobter a distribuição das perdas de carga ao longo da tubagem.
Impacto das armadilhas sonoras
Os registos sonoros reduzem consideravelmente o nível de decibéis na saída da conduta.
No entanto, quando o ar passa através de registos ou de colectores de som numa conduta, as quedas de pressão aumentam devido à obstrução do fluxo de ar e às mudanças bruscas de direção, promovendo a turbulência e aumentando a resistência ao fluxo.
A geometria específica destes dispositivos também pode levar a variações locais de velocidade e pressão, contribuindo para quedas de pressão significativas.
Por conseguinte, é necessário encontrar um bom equilíbrio entre a redução dos decibéis e a redução das perdas de carga.
Otimizar a conceção das condutas GE para limitar as perdas de pressão
A configuração das instalações conduzia a perdas de carga excessivas.
Foram modificadas para reduzir a resistência ao escoamento, nomeadamente nos sonoflectores e na conduta de descarga.
Foram igualmente instalados deflectores para tornar as mudanças de direção menos bruscas.
Graças às modificações efectuadas, as perdas de pressão foram reduzidas em mais de 50%.
Esta redução das quedas de pressão não só assegura um funcionamento eficiente dos geradores, como também permite atingir velocidades de ar mais elevadas à saída da conduta, reduzindo assim o potencial de formação de loops com os refrigeradores de ar do telhado.
