Resumo

O  desenvolvimento de trocadores de calor compactos para aplicações em refrigeração doméstica tem sido o foco de diversos estudos, isso devido ao seu impacto na redução de custos e de consumo de energia, além de um melhor aproveitamento do espaço ocupado pelos componentes dos sistemas de refrigeração. Este espaço deve ser reduzido ao máximo para permitir um aumento do volume útil de armazenamento do refrigerador sem alterar as dimensões externas do produto. Devido ao seu baixo custo de manufatura, condensadores arame sobre tubo continuam como a opção mais vantajosa para a refrigeração doméstica. Tradicionalmente, tais trocadores de calor são projetados para operar sob convecção natural. No entanto, para altas capacidades de refrigeração, os benefícios da maior compacidade dos condensadores de convecção forçada acabam por superar o ônus do bombeamento do ar externo pelo trocador. Realizou-se inicialmente neste trabalho uma busca na literatura por configurações compactas de trocadores arame sobre tubo para posterior avaliação de seu desempenho termo-hidráulico. A configuração escolhida para análise (Ohgaki, 2002) foi aquela dotada da maior área de troca térmica por unidade de volume ocupado. Nela foram identificadas as principais características geométricas (número de passes de tubo e espaçamentos radial, entre arames e longitudinal), cujo efeito sobre o desempenho termo-hidráulico foi avaliado por meio da construção e teste de dezesseis protótipos. Um calorímetro de túnel de vento de circuito aberto foi projetado e construído, e medições de condutância térmica e de queda de pressão no lado do ar foram realizadas para valores típicos de vazão de ar encontrados em condensadores de convecção forçada. Os dados foram correlacionados em função de parâmetros adimensionais, como o fator j de Colburn e o fator de atrito de Fanning. Os coeficientes das correlações foram regredidos a partir das características geométricas com base no método proposto por Montgomery (2001). A regressão mostrou uma boa concordância com os dados experimentais, com erros máximos de 9,4% para a transferência de calor e 14,2% para a queda de pressão. Finalmente, uma análise quantitativa para a seleção da configuração mais viável do ponto de vista da aplicação é discutida.

Material para download