Modelagem semi-empírica de sistemas de refrigeração domésticos em regime permanente Equipe Prof. Cezar O. R. Negrão, UTFPR Prof. Raul H. Erthal, UTFPR Acadêmico Cassio A. Yared, UTFPR

Sumário Parte I – Simulação do sistema completo Parte II – Análise do subresfriamento

Parte I – Simulação do sistema completo

Introdução Consumo de energia em refrigeradores domésticos: 11% da energia produzida Custos em etapas de projeto e validação de sistemas de refrigeração domésticos Simulação

Objetivos Modelo matemático Simulação em regime permanente Calibração através de testes empíricos Redução da quantidade de testes para projeto e validação

Metodologia 5 componentes –Compressor –Condensador –Trocador de calor TC-LS –Evaporador –Gabinete Conservação da energia Conservação da massa Evaporador Condensador Compressor Gabinete Ambiente Trocador de calor TC-LS Qc Qe W el Qe

Modelo do Compressor Balanço de Energia Vazão Potência

Modelo do Condensador Area Sub-resfriadoSaturado T dl T s,c TcTc Taxa de calor rejeitado Balanços de Energia

Modelo do Evaporador Taxa de Calor Absorvido Balanços de Energia Area SaturadoSuperaquecido T s,e TeTe Temperatura

Modelo do Trocador de Calor TC-LS Tubo capilar –Adiabático  maior facilidade computacional com resultados satisfatórios –A troca de calor não influencia no escoamento e vice versa Vazão mássica

Modelo do Trocador de Calor TC-LS Balanço de Energia no Trocador de Calor Taxa de Transferência de Calor

Modelo do Gabinete Taxa de Transferência de Calor Em regime permanente

Calibração Freezer vertical 300L Testes de calorímetro: 2 compressores (EMBRACO/WHIRPOOL SA) Testes de pull-down (POLO – UFSC) Cálculo dos coeficientes globais de troca de calor (U)

Resultados

Análise de sensibilidade –A mudança de compressor não alterou a precisão da simulação –O modelo respondeu bem às mudanças no tubo capilar –Bastante sensível em relação à condutância do gabinete –Pouco sensível às condutâncias nas regiões de única fase

Conclusões O modelo é viável Permite simular a mudança de componentes individualmente Boa concordância com os testes –Diferenças inferiores a 10% Modelo robusto –Não apresentou casos de não convergência

Parte II – Análise do subresfriamento

Análise do subresfriamento Refinamento da simulação Simulação atual: tubo capilar adiabático Vazão mássica no tubo capilar  critério de convergência

O grau de subresfriamento Definição: diferença entre temperatura de condensação e temperatura na saída do condensador ∆T sub = T c – T s,c Influência na vazão que passa no tubo capilar

Diagrama pressão X entalpia

Objetivos Determinar o grau de subresfriamento que proporciona a mesma vazão em um tubo capilar adiabático Relacionar com parâmetros de troca de calor –Condutância do trocador de calor TC-LS(UA tc ) –Taxa de calor trocado no trocador de calor TC-LS (Q tc )

Determinação do ∆T sub ótimo ∆T sub ótimo  grau de subresfriamento em que a vazão no tubo capilar adiabático é igual à vazão no tubo capilar não adiabático Método da falsa posição Dados experimentais – Zangari (1998)

Resultados

Adaptação programa CAPHEAT Adaptar rotina de capilar não adiabático ao programa principal Avaliar a influência do tubo capilar não adiabático no programa completo Utilizou-se uma versão do programa CAPHEAT (POLO-UFSC)

Dificuldades encontradas Determinação das propriedades termodinâmicas –Adaptou-se para utilizar as rotinas de interpolação Convergência do programa CAPHEAT –Não atingiu-se a convergência do programa isoladamente –Investigou-se qual a razão da não-convergência, sem sucesso

Alternativa ao CAPHEAT Programa Capillary Tubes – (POLO, UFSC) Simulação de tubos capilares –Adiabático –Não adiabático Concêntrico Lateral Limites estreitos para simulação Comparar os resultados do tubo capilar não-adiabático com o adiabático utilizado na simulação do sistema completo

Resultados

Conclusões Grande influência do grau de subresfriamento na vazão mássica que passa pelo tubo capilar A determinação de um grau de subresfriamento ótimo possibilita melhorias na precisão das simulações de um tubo capilar adiabático Avaliou-se o grau de precisão da rotina de tubo capilar adiabático utilizada no programa

Agradecimentos EMBRACO/WIHRPOOL SA CNPQ UTFPR LACIT