[pt] Um sistema térmico de armazenamento da energia com pasta de cristais de gelo foi desenvolvido para aplicações de condicionamento de ar e resfriamento de processos. O sistema usa um evaporador orbital de haste, um trocador de calor vertical do tipo tubo e carcaça com intensificação mecânica de transferência de calor. A pasta de gelo é produzida continuamente sem acumulação no evaporador e é compatível com unidades condensadoras convencionais, tanques de armazenamento e bombas. Soluções aquosas diluídas ou soluções inorgânicas de salmoura promovem a formação de cristais de gelo, e o gelo líquido resultante pode ser bombeado ou por gravidade alimentar um tanque de armazenamento. O circuito hidráulico de refrigeração (carga térmica) pode ser desacoplado da produção do gelo utilizando-se o tanque de armazenamento. O armazenamento de gelo líquido fornece temperaturas consistentemente baixas à medida que se derrete o gelo, que por sua forma pode ser derretido também muito rapidamente. Com suas altas temperaturas características de evaporação e elevados fluxos do calor, os sistemas de geração de gelo líquido apresentam potencial para reduzir significativamente os custos de capital inicial e operação, quando comparados com tecnologias de sistemas estáticos de gelo ou ice harvesting. / [en] New ice crystal slurry thermal energy storage (TES) system has been developed for both HVAC and process cooling applications. The system uses an orbital rod evaporator (ORE), a vertical shell-and-tube heat exchanger with mechanical heat transfer augmentation, as a dynamic ice maker to generate liquid ice. Ice forms continuously without accumulation in the ORE and is compatible with conventional condensing units, storage tanks, and pumps. Dilute glycol or inorganic brine solutions promote formation of ice crystals, and the resulting liquid ice may be pumped or gravity fed to a storage tank. The cooling load circuit can be hydraulically decoupled from ice production at the storage tank. Stored liquid ice provides consistently low solution supply temperatures over significant portions of the ice melt period and may be melted very rapidly. With its characteristic high evaporator temperatures and high heat fluxes, ORE TES systems have the potential for significantly lower capital and operating costs than static ice or ice harvesting technologies.

[pt] É desenvolvido um modelo de simulação de evaporadores automotivos tipo placa (Brazed Laminated Plate), para o resfriamento de ar úmido. O modelo estudado adota o método de análise local, onde o trocador de calor é dividido em um número de elementos de troca de calor, para os quais as equações de troca de calor e de conservação de energia são aplicadas. Para efeito da determinação do coeficiente local de troca de calor e do fator de atrito, o modelo considera duas regiões na troca de calor. Pelo lado do refrigerante foi considerada uma região bifásica (líquido - vapor) e outra, de superaquecimento (vapor). No lado do ar têm-se duas condições: com a superfície do evaporador seca ou molhada. Para cada zona foram levados em conta diferentes mecanismos de transferência de calor. Também foi estudada a queda de pressão do lado do refrigerante e do lado do ar, utilizando, para tal, as respectivas correlações de queda de pressão. Para a simulação foram consideradas definidas as condições de entrada dos fluídos e a geometria do evaporador. Um programa foi desenvolvido em FORTRAN para calcular os estados termodinâmicos de saída dos dois fluidos. As propriedades do refrigerante foram calculadas utilizando o software REFPROP versão 7.0, desenvolvido no NIST, EUA, o que permitiu a modelagem do trocador de calor operando com uma vasta gama de refrigerantes. Novos refrigerantes, H e 1234yf, ainda não constantes da biblioteca REFPROP v07, foram também testados. Os resultados da simulação foram comparados com dados experimentais disponíveis. / [en] A simulation model for automotive brazed laminate plate evaporators, for humid air cooling, was developed. The model adopts the local analysis method, where the heat exchanger is divided into a number of elemental control volumes, for which the equations of heat transfer and conservation of energy are applied. In order to determine the local heat transfer coefficient and friction factor, the model considers different regions in the heat exchanger. In the refrigerant side, two-phase or superheated flows were considered. In the air side, dry or wet surface conditions were modeled. For each zone different mechanisms of heat transfer and pressure drop were taken in account. The simulation model assumed prescribed evaporator geometry and inlet conditions for both fluids. A computer program was developed in FORTRAN to calculate overall thermodynamic outlet states of both fluids. Refrigerant properties were calculated using the software REFPROP version 7.0, developed by the NIST, U.S.A.. It allowed the modeling of the evaporator, operating with a vast range of refrigerants. New refrigerants, fluids H and 1234yf, (still not available in REFPROP v07 libraries) also were tested. The results of the simulation were compared with available experimental data.

[pt] O presente trabalho diz respeito ao desenvolvimento de um modelo de simulação para evaporadores do tipo casco e serpentina, com aplicações para resfriadores de água. O modelo considera o trocador de calor como divido em duas zonas: uma de evaporação e outra de superaquecimento. Diferentes mecanismos de transferência de calor, existentes em cada zona, foram, portanto, levados em consideração. Definidas as condições de entrada de ambos os fluidos e a geometria do evaporador,um programa escrito em FORTRAN foi desenvolvido para calcular o desempenho térmico do evaporador, incluindo a capacidade térmica, condições de saída do refrigerante e água e distribuição de área de troca pelas duas zonas. Propriedades do refrigerantes foram calculadas com subrotinas do pacote REFPROP, desenvolvido no NIST, EUA, permitindo a modelagem de equipamentos operando com uma vasta gama de refrigerantes, incluindo hidrocarbonetos e misturas não azeotrópicas. Em virtude da ausência de informação na literatura, um aparato experimental foi construído para a determinação do coeficiente de transferência de calor no lado da carcaça, por onde escoa a água. / [en] The present work is concerned with the development of a simulation model for shell and coil heat exchangers with first application in water-chillers. The model considers the heat exchanger as divided into two zones: two-phase region (boiling) and superheating region. Different refrigerant properties and heat transfer mechanisms are thus taken into account for each zone. For prescribed heat exchanger's geometry and water and efrigerant inlet conditions, a program in FORTRAN calculates the evaporator's performance which includes: refrigerant and water outlet conditions, evaporator's thermal capacity, and tube distribution for each zone. The REFPROP code programmed in FORTRAN was used for getting the local refrigerant properties, and the new kattan et al. s model for refrigerants boiling, including the new flow pattern map, was used for predicting the internal convective coefficient of heat transfer at the boiling region. A simple correlation was obtained for predicting the water convective coefficient depending on Reynolds number for the specific geometry at tested ranges of temperature. An evaporator was manufactured and an accurate test rig that included two controlled temperature baths and a data acquisition system was used for obtaining used data. The model is able to deal with a number of pure refrigerants and refrigerant blends. / [es] El presente trabajo discute el desarrollo de un modelo de simulación para evaporadores de tipo casco y serpentina, con aplicaciones para refrigeradores de agua. El modelo considera que el agente de intercambio de calor está divido en dos zonas: una de evaporación y otra de supercalentamiento. Por esto, se consideraron los diferentes mecanismos de transferencia de calor existentes en cada zona. Definidas las condiciones de entrada de ambos fluidos y la geometría del evaporador, se desarrolló un programa en FORTRAN para calcular el desempeño térmico del evaporador, incluyendo la capacidad térmica, condiciones de salida del refrigerante y agua y distribución de área de intercambio térmico por las dos zonas. Las popriedades del refrigerante fueron calculadas con subrutinas del paquete REFPROP, desarrollado en el NIST, EUA, lo que permitió modelar los equipos operando con una vasta gama de refrigerantes, incluyendo hidrocarbonetos y mezclas no azeotrópicas. En virtud de la ausencia de información en la literatura, se construyó un aparato experimental para la determinación del coeficiente de transferencia de calor en el lado del casco, por donde sale el agua.