Área de Conhecimento: 30500001 - ENGENHARIA MECÂNICA
A refrigeração é cada vez mais importante nos dias atuais e a produção de refrigeradores domésticos tem aumentado a cada ano. Devido ao grande número de unidades em operação no mercado, mesmo que o consumo de energia de um refrigerador seja relativamente pequeno comparado a outros aparelhos elétricos, uma pequena melhora na eficiência do sistema pode representar impacto significativo no consumo total de energia. Um dos componentes do sistema de refrigeração é o evaporador, onde ocorrem trocas térmicas entre o ar e o fluido refrigerante. Com a transferência de calor na região pode-se formar geada, que diminui área de passagem do ar, reduzindo a vazão e comprometendo o desempenho termo hidráulico do evaporador e, consequentemente, aumentando o consumo de energia. Portanto, analisou-se o evaporador no-frost, que possui geometria diferente daquela dos evaporadores comerciais convencionais. A área frontal é menor e o comprimento na direção do escoamento de ar é maior, ou seja, o evaporador no-frost tem mais passes de tubos que os convencionais. A distribuição de aletas pode ser não uniforme devido à formação de geada. Logo, o objetivo, foi a modelagem matemática de evaporadores no-frost para a compreensão da influência da geometria no desempenho térmico e hidráulico e posterior otimização desta para redução do consumo do sistema, considerando o crescimento da geada. O modelo matemático desenvolvido supõe uma temperatura superficial uniforme, ou seja, grau de superaquecimento nulo (simplificação para o estudo). Assim, apenas as características do ar foram modeladas. O evaporador foi dividido em volumes de controle, na direção do escoamento e de acordo com o número de passes de tubos de cada evaporador. Dividido em dois submodelos: submodelo térmico utilizando o balanço de energia, que calcula a troca de calor do ar e a variação de temperatura; e submodelo hidrodinâmico utilizando o balanço de momentum, que calcula a queda de pressão; ambos localmente para cada volume de controle. Os coeficientes de troca de calor e de atrito foram calculados com as correlações propostas por Barbosa et. al.. O modelo foi validado contra dados experimentais presentes na literatura dentro de uma margem de erro aceitável. O passo seguinte foi inserir uma camada de geada, modelada como um isolante para que os efeitos dela no desempenho termo hidráulico do evaporador fossem observados. Entretanto, os resultados obtidos não foram os esperados. Possivelmente o intervalo de validade das correlações utilizadas não compreende a modificação da geometria imposta pela inclusão da geada.
