Autor

Augusto José Pereira Zimmermann


Orientador

Claudio Melo


Data de publicação

01/07/2007


Categoria

#Dissertações

Resumo

Neste trabalho investigou-se o desempenho de um circuito de termossifão bifásico (CTB), utilizando dióxido de carbono como fluido refrigerante e operando nas condições típicas do lado frio de uma maquina Stirling de refrigeração (FPSC). A característica fundamental do problema reside no transporte de uma taxa de transferência de calor de 600W de um ambiente a ser refrigerado (gabinete) para uma superfície cilíndrica que corresponde a uma das extremidades de uma maquina stirling. O evaporador do CTB troca calor com o ar dentro do gabinete, enquanto que o condensador troca calor com a extremidade fria do FPSC. O trabalho divide-se em duas partes, uma experimental e outra numérica. Na parte experimental construiu-se uma bancada de testes para controlar e medir as condições de operação tanto do condensador como do evaporador. Para simular o escoamento de ar construiu-se um circuito fechado de circulação de ar, com temperatura e vazão controladas. Para simular as condições de operação da extremidade fria de um FPSC utilizou-se um trocador de calor acoplado a superfície interna do condensador. Neste trocador de calor ocorre a evaporação de um fluido, que permite uma condição de temperatura uniforme na superfície do condensador. Durante os experimentos foram variados a carga de refrigerante, a diferença de temperatura das fontes quente e fria, a diferença de altura entre condensador e evaporador, a vazão de ar em circulação e o diâmetro das tubulações. Na parte numérica desenvolveu-se um modelo aplicando as leis de conservação da massa, quantidade de movimento e energia para cada componente. As regiões bifásicas foram modeladas considerando o escoamento como homogêneo. Os coeficientes de transferência de calor nas regiões bifásicas e monofásicas foram determinados através de correlações semi-empíricas disponíveis na literatura. Os resultados experimentais mostraram que existe uma carga de refrigerante onde o CTB opera com capacidade de refrigeração máxima. Percebeu-se também que o aumento da diferença de temperatura promove um leve aumento da capacidade de refrigeração, porém as custas de uma queda na condutância térmica global. Além disso, verificou-se que a vazão de ar afeta fortemente o desempenho do sistema. Os resultados gerados pelo modelo numérico, quando comparados com os resultados experimentais, conseguiram enquadrar 85% dos pontos simulados dentro de uma banda de erro de ± 20%, o que foi considerado aceitável devido a simplicidade do modelo e a complexidade do problema em questão.

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