Análise teórico-experimental da transferência de calor e massa em bandejas de água de degelo

• Main Author: Ronzoni, Adriano Francisco
• Other Authors: Universidade Federal de Santa Catarina
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: 2015
• Subjects: Engenharia mecânica; Refrigeração; Calor; Transmissão; Evaporacao
• Online Access: https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/135249

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014. === Made available in DSpace on 2015-09-29T04:01:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 334809.pdf: 6984823 bytes, checksum: 0516e164b0285d3d90e738a15c8c27ff (MD5) Previous issue date: 2014 === Na maioria dos refrigeradores domésticos o ar quente e úmido proveniente do gabinete é misturado com o ar frio e seco proveniente do freezer e depois resfriado e desumidificado no evaporador. À medida que o ar é desumidificado, uma camada de geada se deposita sobre a superfície fria do trocador de calor. Essa camada precisa ser removida para evitar a queda do desempenho do sistema e por este motivo resistências de degelo são tipicamente utilizadas. Durante o processo de degelo, água escoa através de um dreno e é recolhida em uma bandeja instalada nas proximidades do compressor. Essa água é eliminada pela ação do calor proveniente da carcaça do compressor. Entretanto, em ambientes de umidade relativa elevada, a formação excessiva de geada associada à baixa taxa de evaporação pode levar ao transbordamento da bandeja de degelo, o que é inaceitável para os usuários e um desafio para os fabricantes de refrigeradores. O uso de compressores de alta eficiência que operam com temperaturas de carcaça mais baixas pode agravar ainda mais esse problema. Por esse motivo, este trabalho se propõe a analisar os processos de transferência de calor e massa que ocorrem em bandejas de degelo. Para tanto, a influência das condições ambientes e operacionais sobre a taxa de evaporação foi avaliada através de uma bancada de testes especialmente desenvolvida para essa finalidade. No total, foram realizados 37 experimentos obtendo-se taxas médias de evaporação entre 3 e 37 g/h. Observou-se que com a utilização de uma bandeja do tipo membrana, a temperatura média do compressor foi reduzida em até 11,6ºC e a taxa média de evaporação aumentada em até 109,5%. Um modelo matemático de natureza semi-empírica foi também desenvolvido para prever simultaneamente a temperatura da carcaça do compressor e a taxa média de evaporação. Os resultados numéricos foram comparados com a base de dados experimentais onde 85% das previsões do modelo para a taxa média de evaporação se mantiveram dentro de uma faixa de erro de ±15%. Além disso, observou-se que as temperaturas características do compressor e da água foram previstas respectivamente com um erro médio quadrático máximo de aproximadamente 3,2ºC e 1,6ºC.<br> === Abstract : In most of modern household refrigerators warm humid air from the fresh food compartment and cold and dry air from freezer compartment are both cooled and dehumidified in the evaporator. As the air is dehumidified, frost accumulation takes place on the cold evaporator surfaces. This layer must be removed to avoid the depletion of the system performance and to this end, defrost heaters are periodically used. During the defrost process, water drains through a pipe into a drip pan which is usually installed at the vicinity of the compressor. This water is eliminated due to the heat transferred from the hot compressor shell. However, in high relative humidity areas, an excessive frost formation associated with a lower evaporation rate can lead to water overflow, which is an unacceptable problem from the viewpoint of users and therefore it poses a challenge for most of refrigerator manufacturers. High efficient compressors with low shell temperature may worsen this condition. For this reason, this study outlines a theoretical and experimental analysis of the heat and mass transfer process that take place during water evaporation from compressor water trays. The influence of both operating and environmental conditions on water evaporation was experimentally evaluated using a purpose built testing facility. In total, 37 experiments were carried out with the water evaporation rate spanning from 3 to 37 g/h. It was found that the compressor shell temperature was up to 11.6ºC lower and the average water evaporation rate was up to 109.5% higher in the membrane tray design. A semi-empirical dynamic simulation model was put forward to predict both the compressor shell temperature and the water evaporation rate simultaneously. The numerical results were compared with its experimental counterparts with over 85% of the model predictions for the average evaporation rate within a 15% error band. It was also found that the water and compressor shell temperatures were predicted with maximum root mean square errors of approximately 1.6ºC and 3.2ºC, respectively.