Caracterização experimental de gabinetes refrigerados isolados com painéis de vácuo

• Main Author: Thiessen, Susan
• Other Authors: Universidade Federal de Santa Catarina
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: 2016
• Subjects: Engenharia mecânica; Refrigeradores; Vacuo -; Tecnologia; Isolamento térmico
• Online Access: https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/162622

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. === Made available in DSpace on 2016-05-24T17:28:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338918.pdf: 4871050 bytes, checksum: 407f6c5033901fe6fcffcf62940575d3 (MD5) Previous issue date: 2015 === As políticas governamentais de redução de consumo de energia elétrica e a conscientização da população têm impulsionado os fabricantes de eletrodomésticos a uma busca incessante por melhorias na eficiência energética de seus equipamentos. Dentre os produtos de linha branca,refrigeradores e congeladores são responsáveis por 23% do consumo de energia elétrica residencial do país. Pode-se aprimorar a eficiência de um refrigerador doméstico através da redução da carga térmica imposta a ele. Os painéis de isolamento a vácuo, comumente chamados de VIPs (Vaccum Isulation Panels), têm sido considerados como uma alternativa promissora, uma vez que suas condutividades térmicas são cerca de cinco vezes menores que as das espumas de poliuretano. Contudo, fatores limitantes como o elevado custo e os cuidados necessários no manuseio, aplicação e armazenamento, restringem a utilização de VIPs. Assim, determinar tamanho e alocação dos painéis em torno do gabinete são requisitos para o melhor custo-benefício da aplicação dessa tecnologia. Os trabalhos disponíveis na literatura a respeito de VIPs em aplicações domésticas limitam-se a estudar uma quantidade reduzida de refrigeradores e em sua maioria, apenas numericamente. Assim sendo, este trabalho visa caracterizar experimentalmente o desempenho térmico de gabinetes refrigerados com painéis de vácuo através de um total de 16 amostras montadas com diferentes quantidades, posições e áreas de painéis em torno do gabinete. As amostras foram submetidas a testes defluxo de calor reverso e consumo cíclico de energia, e verificou-se que,apesar do aumento da área de cobertura proporcionar condutâncias térmicas globais e consumos de energia menores, isso não ocorreu de modo linear. Refrigeradores com áreas de painéis idênticas apresentaram consumo de energia e condutâncias térmicas globais distintas. Concluiu-se que os testes de fluxo de calor reverso não são adequados para a caracterização de refrigeradores com paredes cujo isolamento térmico seja heterogêneo. Tais ensaios são realizados sob as premissas de que não há estratificação de temperatura no interior dos compartimentos e que a distribuição do isolamento térmico é homogênea. Diante da dificuldade de explicar alguns resultados por análises comparativas, optou-se por analisá-los estatisticamente. A base de dados experimentais foi correlacionada de diversos modos para permitir a identificação das regiões mais indicadas para a instalação dos VIPs. Observou-se então que a inserção de painéis de vácuo em ambas as portas do gabinete reduz o consumo de energia em aproximadamente 6%. O acréscimo de painéis apenas na parede traseira reduz o consumo de energia na ordem de 11% e a instalação de painéis nas paredes laterais e superior do gabinete reduz o consumo em torno de 4%.Finalmente, a adição de VIPs em todas essas superfícies provoca uma redução de 21% no consumo de energia. Adicionalmente, verificou-seque a utilização de um compressor de menor capacidade de refrigeração provocou uma redução média de 4% no consumo de energia de amostras com isolamento térmico superior.<br> === Abstract : Current public policies and the consumers' growing tendency to reduce energy consumption have been constantly motivating household appliances manufacturers to improve energetic efficiency in their products. Considering the domestic line, refrigerators and freezers are responsible for 23% of residential energy consumption in Brazil. One way to improve the energetic efficiency of a domestic refrigerator is to reduce the thermal load applied to it. Following this line, vacuum insulation panels (VIPs) are a promising alternative for thermal insulation since they exhibit a thermal conductivity around five times lower than the conventional polyurethane foams. However, the elevated cost, care on handling, application and storage of VIPs represent limiting factors that restrict their utilization. Thus, establishing the adequate size and placement inside the cabinet constitute requirements to achieve the best cost-benefit ratio while applying that technology. The available studies on the use of VIPs in domestic appliances focus on researching a reduced amount of refrigerators, usually, only numerically. Therefore, the goal of this research is to experimentally characterize the thermal behavior of refrigerated cabinets insulated with vacuum panels using 16 samples with different quantity, position and areas of VIPs inside the cabinet. The samples were submitted to thermal heat leakage and energy consumption tests. As expected, the increase of VIP coverage reduced the energy consumption and the global thermal conductance, although not linearly. Samples with identical VIP coverage areas showed distinct energy consumption and global thermal conductance. One conclusion is that the thermal heat leakage test is not appropriate to characterize refrigerators with heterogeneous thermal insulation walls. That kind of test supposes that the temperatures are not stratified and that the thermal insulation is homogeneous. Due to the difficulty to explain some of the results, they were statistically analyzed. Therefore, the experimental data was correlated in several manners in order to identify the most adequate regions to install the panels. Another conclusion is that the use of VIP on both doors reduces the energy consumption around 6%. The application of VIP on the cabinet's rear wall reduces the energy consumption around 11%, and the installation of VIP on the cabinet's lateral and superior walls decreases the energy consumption around 4%. Finally, the addition of VIP on all these surfaces causes a reduction of 21% on energy consumption. In addition, it was identified that the use of a compressor with lower refrigeration capacity reduces energy consumption on around 4% in samples with a higher thermal insulation degree.