Aluno de Iniciação Científica: Lucas Bossle (PIBIC/CNPq)

Curso: Engenharia Mecânica (MT)

Orientador: Christian Johann Losso Hermes

Departamento: Mecânica

Setor: Tecnologia

Palavras-chave: Trocadores de calor, Refrigeração, Geada

Área de Conhecimento: 30501008 - FENÔMENOS DE TRANSPORTES

O crescimento de geada em trocadores de calor é um efeito quase sempre inevitável na refrigeração, tanto em aplicações domésticas quanto comerciais. A camada de geada funciona como um isolante no evaporador, aumentando a resistência térmica do mesmo. Além disso, o crescimento de geada diminui a área de passagem do ar, e, portanto, a vazão também é afetada negativamente. Com a diminuição da capacidade calorífica do trocador, o sistema de refrigeração terá um aumento no seu consumo de energia, com um maior tempo de funcionamento do compressor e a necessidade do processo de degelo. Tais efeitos devem ser levados em conta no projeto de trocadores de calor, e por isso se faz necessário o uso de um modelo capaz de simular estes efeitos e prever o crescimento de geada no tempo. Para isto, foi desenvolvido neste trabalho um modelo transiente de evaporador que atende a estes objetivos. Este modelo consiste em três submodelos, a saber: um modelo térmico a partir do balanço de energia; um modelo hidrodinâmico, baseado no balanço de momentum; e um modelo de crescimento de geada, que se baseia, entre outros, no balanço de massa na camada de geada, onde é aplicada a analogia de Lewis. Neste trabalho, o evaporador foi discretizado e dividido em dois volumes de controle, nos quais o calor, a perda de pressão e a espessura da geada são calculados localmente. Os resultados da solução numérica implementada computacionalmente foram comparados com diversos dados experimentais, quando foi observada uma boa concordância entre estes e os cálculos. Após a validação do modelo foi possível calcular a geração de entropia no evaporador. Um número adimensional de geração de entropia foi estabelecido, e utilizado para fazer uma análise dos efeitos de diversos parâmetros geométricos (número de aletas, diâmetro dos tubos) no desempenho do trocador de calor. Assim o evaporador pode ser otimizado com base na segunda lei da Termodinâmica, levando em conta condições reais de funcionamento (crescimento da geada) e tendo como restrição a capacidade de refrigeração, como acontece na prática.

 

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