Resumo

No Brasil, o consumo de energia no setor residencial é liderado pelo segmento de refrigeração e condicionamento de ar, com uma participação percentual da ordem de 50%, o que corresponde a aproximadamente 10% de toda eletricidade produzida no país. Tal valor se deve tanto ao grande número de produtos no mercado como ao seu baixo desempenho termodinâmico. Em um sistema de refrigeração por compressão mecânica de vapor, largamente utilizado na refrigeração doméstica, o ponto de operação do sistema depende da interação entre seus componentes. As pressões de condensação e evaporação afetam diretamente a capacidade do compressor e vazão mássica fornecida pelo tubo capilar e vice-versa. Já a carga de refrigerante afeta tanto a pressão de condensação como a de evaporação, através do excesso ou da falta de fluido nos trocadores de calor. Diferentes autores mostraram que o coeficiente de desempenho de um refrigerador doméstico pode ser melhorado pela simples escolha do tubo capilar e da carga de refrigerante. Porém, há escassez de trabalhos na literatura com foco no efeito simultâneo de tais parâmetros. Neste trabalho desenvolveu-se um procedimento experimental que permite a variação da carga de refrigerante e da restrição do dispositivo de expansão em refrigeradores domésticos. Para tanto, utilizam-se um dispositivo de carga de fluido refrigerante e uma válvula de expansão micrométrica instalada em série com um tubo capilar de diâmetro superior ao original. O dispositivo de carga é constituído por um cilindro suspenso em uma célula de carga e por duas válvulas solenoides de ação direta, conectadas às linhas de sucção e descarga do compressor. A combinação "válvula + tubo capilar" permite aumentar ou restringir a abertura do dispositivo de expansão em relação à situação original. Um modelo numérico foi também desenvolvido para simular o escoamento de fluido refrigerante através de tubos capilares diabáticos e adiabáticos. Esse programa permitiu a determinação do diâmetro interno do tubo capilar que origina a mesma vazão mássica obtida com o conjunto válvula mais capilar. O consumo de energia foi medido em regime permanente, o que diminui substancialmente o tempo de ensaio, sem comprometer as análises realizadas. O ponto ótimo de operação do refrigerador foi obtido através do mapeamento do consumo de energia em todas as condições de operação impostas ao sistema. Ao todo, foram realizados 95 ensaios experimentais. Verificou-se que há uma ampla região de operação onde o consumo de energia é mínimo, região esta que engloba diversas combinações de tubo capilar e carga de refrigerante. Por sua vez, uma combinação inadequada de carga de refrigerante e restrição do dispositivo de expansão pode provocar aumentos de consumo de energia de até 30%. Por fim, propôs-se uma correlação empírica para estimar o consumo de energia de um refrigerador doméstico específico em função da restrição do dispositivo de expansão e da carga de refrigerante. Um procedimento, baseado num número reduzido de testes experimentais, foi também desenvolvido e validado para derivar tais parâmetros. Um algoritmo de minimização foi utilizado para determinar o ponto ótimo de operação.

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