Análise da influência das equações constitutivas em um modelo de evaporadores do tipo roll-bond usados em refrigeradores domésticos

Resumo

Neste trabalho propõe-se a análise de um modelo do escoamento do fluido refrigerante e da transferência de calor, nos regimes permanente e transiente, ao longo de um evaporador do tipo roll-bond instalado no interior do gabinete de um refrigerador doméstico. Esse modelo é dividido em dois estágios: a modelagem do evaporador e a modelagem do gabinete. A análise do evaporador envolve o escoamento do fluido refrigerante no interior dos canais formados por duas chapas de alumínio justapostas, que formam a placa evaporadora. Tais canais são separados por filetes que atuam como uma aleta única, originando significativa transferência de calor por condução na placa evaporadora. As duas chapas de alumínio justapostas são consideradas como uma única placa plana vertical, com transferência de calor por condução nas direções horizontal e vertical. No lado externo a transferência de calor ocorre por convecção natural e por radiação entre a placa evaporadora e o gabinete do refrigerador. No interior dos canais do evaporador o escoamento é considerado unidimensional e dividido em uma região monofásica de vapor superaquecido e uma região bifásica líquido-vapor. Na região bifásica o escoamento é considerado homogêneo, ou seja, são consideradas condições de equilíbrio térmico e hidrodinâmico entre as fases. A influência da curvatura dos canais sobre o escoamento é desconsiderada e a queda de pressão no interior dos canais é considerada. A simulação do escoamento ao longo dos canais do evaporador é obtida a partir da solução numérica das equações de conservação da massa, da quantidade de movimento e de conservação de energia usando o método de Volumes Finitos. No modelo do gabinete são calculadas a temperatura média do ar no interior do gabinete e as temperaturas de suas superfícies externas e internas, modelando-se apenas as trocas térmicas por convecção e por radiação e não o escoamento do ar no interior do gabinete. São consideradas as parcelas de calor transferido por convecção do ar interno e a parcela referente ao calor trocado por radiação entre as superfícies internas do gabinete e do evaporador. O gabinete do refrigerador é tratado como uma cavidade retangular e a condução de calor através das paredes é considerada unidimensional. As resistências térmicas dos revestimentos interno e externo, que possuem condutividades térmicas elevadas, são desprezadas. No isolamento térmico, que possui condutividade térmicas reduzida, a transferência de calor é analisada segundo a abordagem diferencial. O modelo permite o cálculo, nos regimes permanente e transiente, da distribuição de temperatura, pressão e entalpia do fluido refrigerante. Além da carga térmica, são calculadas distribuição de temperatura da placa evaporadora e as temperaturas médias do interior do gabinete e das paredes internas e externas. O modelo foi validado comparando-se os seus resultados com os dados experimentais disponíveis na literatura e/ou obtidos por outros modelos. Durante o desenvolvimento desse modelo, notou-se que os resultados obtidos dependiam das equações constitutivas usadas no cálculo da queda de pressão do escoamento devido ao atrito ao longo dos canais do evaporador, do coeficiente de transferência de calor por convecção entre o fluido refrigerante e as paredes internas dos canais do evaporador, do coeficiente de transferência de calor por convecção entre o evaporador e o ar no interior do gabinete, dentre outros parâmetros. Dessa forma, propõe-se neste trabalho realizar uma análise de sensibilidade do modelo para verificar a influência dessas correlações sobre os resultados obtidos e definir o conjunto de equações constitutivas que resultem na menor diferença relativa média entre os dados experimentais, obtidos na literatura, e os resultados calculados.(AU)