RESUMO

Evaporadores tubo-aletados são muito usados em aplicações de refrigeração doméstica e comercial nas quais há favoráveis condições de formação de geada, como temperaturas de evaporação abaixo de zero e graus de superresfriamento acima de 5K. Seu desempenho é muito importante, uma vez que sua eficiência contribui para o tempo de funcionamento do compressor e está diretamente ligada ao consumo energético de refrigeradores. Em geral, esse tipo de trocador de calor possui alta razão de aspecto, sendo formado de vários tubos na direção do escoamento e uma distribuição heterogênea de aletas. No entanto, em operação sob condições de formação de geada, as características de transferência de calor e massa são afetadas por esta, modificando os comportamentos térmicos e hidrodinâmicos do evaporador, que por sua vez estão relacionados à distribuição de aletas. Neste estudo, a chamada lei construtal (i.e., o projeto evolutivo visando facilitar fluxos de calor e fluidos) é usada para a obtenção da distribuição ótima das aletas do evaporador. Um modelo matemático é proposto para simular o comportamento termo-hidráulico de um evaporador tubo-aletado em operação sob condições de formação de geada. O modelo é validado em comparação com dados experimentais, mostrando boa concordância entre os valores calculados e medidos de queda de pressão e capacidade de resfriamento. O modelo também é apto a predizer a distribuição do bloqueio de passagem de ar devido à formação de geada no evaporador. A taxa adimensional de geração de entropia devido ao fluxo de calor através de diferença de temperatura não nula e ao fluxo de fluido viscoso foi adotada como uma função objetivo no processo de descoberta da distribuição de aletas que minimiza a geração de entropia global sujeita a média temporal da capacidade de resfriamento e às restrições do fluxo de ar.

Palavras-chave: Transferência de Calor e Massa, Formação de Geada, Lei Construtal