Orientador :Prof. Dr. Christian Johann Losso HermesDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Defesa: Curitiba, 30/08/2013Inclui referênciasResumo: A formação de uma camada de geada em evaporadores de sistemas de refrigeração diminui a taxa de transferência de calor neste componente não só devido a sua baixa condutividade térmica, mas também pela restrição da área de passagem de ar, causando uma perda de carga significativa que implica ou no aumento da potência de bombeamento ou na redução da vazão de operação. Em ambos os casos, há uma diminuição da capacidade de refrigeração do evaporador, tal que a energia consumida pelo sistema para garantir o mesmo efeito frigorífico é maior, pois o compressor precisa atuar por mais tempo. Existem diferentes tipos de evaporadores empregados em refrigeradores domésticos. Em todos eles, o escoamento de ar ocorre em canais formados ou pelas aletas (no caso de evaporadores aletados) ou pelas placas (no caso de evaporadores tipo placa-e-tubo). Dadas as limitações dos trabalhos existentes na literatura aberta para prever a formação de geada em evaporadores de refrigeradores domésticos, o presente trabalho pretende estudar, através de uma abordagem teórico-computacional, a formação da geada em canais formados por placas planas paralelas (i.e., uma geometria simples que representa os canais formados nos evaporadores) em condições de operação típicas de refrigeradores domésticos (e.g., temperatura de superfície, grau de super-resfriamento e velocidade de face). Para tanto, um modelo matemático para prever o escoamento de ar úmido com formação de geada em canais de placas paralelas foi desenvolvido usando os princípios fundamentais da transferência de massa, calor e quantidade de movimento. Uma equação evolutiva, de natureza semi-empírica, foi adicionalmente proposta para prever o adensamento da camada de geada ao longo do tempo. As previsões do modelo foram comparadas com dados experimentais da literatura, quando se constatou que as previsões para a espessura da geada apresentaram concordância satisfatória com os dados experimentais, com erros na banda de ?10%. Uma análise de sensibilidade dos parâmetros que influenciam a transferência de calor e massa também é apresentada. Palavras-Chave: Formação de geada. Escoamento em canais. Evaporadores. Refrigeradores domésticos.Abstract: Evaporator frosting is an undesired effect in household refrigeration appliances as it decreases the evaporator capacity not only due to its low thermal conductivity, but also because the airflow passage is restricted, thus requiring a higher pumping power. In order to keep the internal compartment temperature, the refrigeration system might run longer, thus increasing the amount of energy required to produce the same cooling effect. There are different kinds of evaporators adopted in domestic refrigerators. In all cases, the air flows through channels formed by fins or by plates. A judicious inspection of the open literature reveals the frost formation models are not suitable for the working conditions of household refrigerators. Therefore, the present work is aimed at studying, by means of a theoretical-computational approach, the frost formation in channel flows (e.g., a simple geometry that emulates the evaporator channels) in conditions typical of household refrigerators (e.g., surface temperature, super-cooling degree and face velocity). A mathematical model to predict the airflow of moist air under frosting conditions in channel flows was developed using the first-principles of mass, heat and momentum conservation. An evolving semi-empirical model was further proposed to predict the frost density over time. The model predictions were compared with experimental data obtained from the literature, where it was found that the predictions for the frost thickness showed satisfactory agreement with the experimental data, with all errors falling within a ?10% error band. A sensitivity analysis of the key parameters was also carried out. Keywords: Frost formation. Channel flows. Evaporators. Household Refrigerator
