Resumo

O presente trabalho apresenta uma análise teórica e experimental de trocadores de calor tubo-aleta aplicados a refrigeração doméstica. O desempenho de um conceito alternativo de evaporador, o chamado Evaporador de Fluxo Acelerado (EFA), foi investigado sistematicamente. Neste evaporador, a área de seção transversal do lado do ar diminui com a distância da região de entrada, causando a aceleração do escoamento e promovendo um aumento no coeficiente de transferência de calor do lado ar. Um estudo de otimização também foi realizado com o objetivo de obter uma configuração otimizada para o EFA aplicado a um refrigerador doméstico. Uma bancada experimental foi construída para avaliar a perda de carga e a transferência de calor em 15 protótipos de evaporadores, em função da vazão, da razão da seção transversal entre a entrada e a saída, do número de aletas e do comprimento do trocador. O aparato experimental é constituído de um túnel de vento e de um circuito de água para circulação interna dentro dos tubos. Um modelo de evaporador que simula o comportamento termo-hidráulico do lado ar também foi desenvolvido. Este modelo divide o evaporador em regiões (volumes de controle) e em geometrias elementares (tubos e aletas), para fazer uso das informações de geometrias mais simples disponíveis na literatura e, assim, modelar os fenômenos que ocorrem neste componente. Um modelo simplificado de um refrigerador doméstico (duas portas, #frostfree#) também foi elaborado para avaliar o impacto global da utilização de um determinado evaporador no sistema de refrigeração. Os resultados numéricos dos modelos do evaporador e do sistema de refrigeração foram validados através da comparação com dados experimentais, verificando-se uma razoável concordância de ±15%. Através dos estudos de otimização verificou-se que o conceito do EFA apresenta um grande potencial para a aplicação em refrigeradores domésticos, já que todas as configurações dos evaporadores obtidos pela otimização apresentaram alguma aceleração. Com a utilização de um EFA, foi possível constatar reduções de massa do evaporador de até 40%, com uma redução no COP do sistema de apenas 1%.

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