Orientador: Vivaldo Silveira Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-15T20:10:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ChavezGutierrez_MirkoSalomon_M.pdf: 5850684 bytes, checksum: 9125e38d9fe164c0e08b0242569f71af (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Os equipamentos utilizados para refrigeração e condicionamento ambiental têm um potencial significativo de redução de consumo energético, principalmente porque esta pratica utilizam quantidades significativas de energia e são encontrados em todas as residências e indústrias. Neste contexto existem numerosos estudos dirigidos para aumentar a eficiência energética dos sistemas de refrigeração domésticos, utilizando diferentes estratégias tecnológicas. O dispositivo proposto neste trabalho atua como um condensador evaporativo, substituindo o ar,, como meio de troca térmica convencional dos sistemas de refrigeração domésticos, por uma corrente vertical de água em contato com a superfície do condensador, aproveitando desta maneira o calor absorvido pela água na mudança de fase (efeito evaporativo) e diminuindo a temperatura de condensação. O protótipo foi desenvolvido, considerando o principio de funcionamento dos condensadores evaporativos industriais e adaptado numa escala menor, para que possa ser facilmente montado na estrutura de um refrigerador doméstico convencional. Com as mudanças nas condições de condensação, especificamente a temperatura, procura-se aumentar o COP (coeficiente de desempenho) que é um indicador da eficiência do sistema, dado que nessas condições de funcionamento, o efeito frigorífico torna-se maior e o trabalho do compressor torna-se menor durante o ciclo. Estas condições de funcionamento, assim como o consumo de energia elétrica, foram monitorados e comparados com os sistemas de refrigeração convencional, utilizando uma câmara especialmente condicionada para esse propósito. Assim, o desempenho do sistema com as novas condições de condensação, promovidas pelo dispositivo, teve uma maior eficiência global com um COP maior em 24% e, em consequência, um aumento da eficiência energética do sistema, com uma redução de 17% de energia em ensaios padronizados conforme norma ABNT 12888 / Abstract: Los equipos utilizados para refrigeración y condicionamiento ambiental tienen gran potencial de reducción de consumo energético, principalmente porque estos aparatos utilizan cantidades significativas de energía y son encontrados en la mayoría de residencias y en las industrias. Existen numerosos estudios dedicados a aumentar la eficiencia energética de los sistemas de refrigeración domésticos utilizando diferentes estrategias tecnológicas. El dispositivo propuesto en este trabajo actuara como un condensador evaporativo, substituyendo el aire, como medio de intercambio de calor convencional de los sistemas de refrigeración domésticos, por una corriente vertical de agua en contacto con la superficie del condensador, aprovechando de esta forma el calor absorbido por el agua durante el cambio de estado (efecto evaporativo) y disminuyendo la temperatura de condensación. Este prototipo fue desarrollado considerando el principio de funcionamiento de los condensadores evaporativos industriales y fue adaptado a una escala menor, para que pueda ser fácilmente instalado en la estructura de un refrigerador domestico convencional. Con las modificaciones en las condiciones de condensación específicamente, la temperatura, se procura aumentar el COP (coeficiente de desempeño), que es un indicador de la eficiencia del sistema, en vista que en estas condiciones de funcionamiento, el efecto frigorífico se torna mayor y el compresor trabaja menos durante el ciclo. Estas condiciones de funcionamiento, así como el consumo de energía eléctrica son monitoreados e comparados con los sistemas de refrigeración convencional, utilizando una cámara especialmente condicionada para este propósito. De esta manera el desempeño del sistema con las nuevas condiciones de condensación, promovidas por el dispositivo en estudio, tuvo una mayor eficiencia global con un COP superior en 24%, y como consecuencia un aumento de la eficiencia energética del sistema, con una reducción del consumo de energía en 17% durante ensayos homogenizados según la norma Brasileña ABNT 12888 / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos

Este trabalho trata de um estudo experimental da transferência de calor e de massa de um condensador evaporativo, bem como, da relação existente entre as grandezas envolvidas durante a sua operação. Para o desenvolvimento da pesquisa foi construído um condensador evaporativo de pequeno porte com dimensões proporcionais a condensadores comercialmente fabricados no Brasil para operar com R-22 como fluido refrigerante. Este condensador tem 35 colunas e 12 fileiras de tubos de cobre de 6,35 mm de externo e opera junto a uma instalação que proporciona o escoamento de R-22 por termossifao. O distribuidor de água também foi construído em cobre e o eliminador de gotas em alumínio, assim como a estrutura do condensador. As laterais e a bandeja de recolhimento de água foram construídas em vidro para permitir a visualização do escoamento da água que e aspergida sobre os tubos. A fim de variar as condições operacionais, este condensador foi acoplado a um ventilador centrifugo acionado por um conversor de freqüência e a um circuito que permitiu a variação da vazão de água aspergida sobre os tubos. Dos ensaios resultaram 79 amostras de medição, que serviram para verificar a relação existente entre grandezas, bem como avaliar os coeficientes de transferência de calor e massa. Foram determinados os coeficientes de transferência de calor médio e local para o R-22. Alem disso, foram verificadas as regiões onde ocorrem o dessuperaquecimento, a mudança de fase e o subresfriamento do fluido refrigerante, e foram confrontados os coeficientes globais de transferência de calor obtidos a partir dos dados experimentais com aqueles obtidos por correlações para as regiões de condensação e subresfriamento. Destas investigações, resultou uma correlação para o coeficiente global de transferência de calor que visa determinar esta grandeza através das condições operacionais e das características geométricas do condensador. O Maximo desvio encontrado entre os valores provenientes dos dados experimentais e aqueles calculados pela correlação foi inferior a 10%. / This work presents an experimental heat and mass transfer study of an evaporative condenser, as well as, the relationship between measured quantities obtained during its operation. A small scale evaporative condenser was built in agreement to the real size equipment geometric similarity. The small scale condenser has a bundle of 210 copper tubes, with the outer diameter equal to ¼ inch, which were arranged in 35 columns and 6 rows and operating connected to the thermosifon facility that promote R-22 flow. The spray water distributor is also built on copper and the drift eliminator on aluminum, as well as the evaporative condenser structure. This condenser bounds were constructed as a glass enclosure to allow for the spray water flow visualization. To evaluate the operational conditions, the equipment was attached to a centrifugal fan controlled by a frequency inverter and a spray water circuit which allows for water quantity changing. From the carried out tests, 79 measuring samples were obtained and used to verify the quantities relationship, as well as, to evaluate the heat and mass transfer coefficients For the R-22 were determined the local and average heat transfer coefficients. Furthermore, the dessuperheating, condensation and subcooling regions were verified and compared both, the experimental overall heat transfer coefficient and those calculated by correlations at condensation and subcooling zones. From these investigations a correlation for the overall heat transfer coefficient is proposed. Its application allows determining the coefficient using the operational conditions and the geometric condenser features. The higher deviation found between the experimental data and the presented correlation is lower to 10%.

Este trabalho trata de um estudo experimental da transferência de calor e de massa de um condensador evaporativo, bem como, da relação existente entre as grandezas envolvidas durante a sua operação. Para o desenvolvimento da pesquisa foi construído um condensador evaporativo de pequeno porte com dimensões proporcionais a condensadores comercialmente fabricados no Brasil para operar com R-22 como fluido refrigerante. Este condensador tem 35 colunas e 12 fileiras de tubos de cobre de 6,35 mm de externo e opera junto a uma instalação que proporciona o escoamento de R-22 por termossifao. O distribuidor de água também foi construído em cobre e o eliminador de gotas em alumínio, assim como a estrutura do condensador. As laterais e a bandeja de recolhimento de água foram construídas em vidro para permitir a visualização do escoamento da água que e aspergida sobre os tubos. A fim de variar as condições operacionais, este condensador foi acoplado a um ventilador centrifugo acionado por um conversor de freqüência e a um circuito que permitiu a variação da vazão de água aspergida sobre os tubos. Dos ensaios resultaram 79 amostras de medição, que serviram para verificar a relação existente entre grandezas, bem como avaliar os coeficientes de transferência de calor e massa. Foram determinados os coeficientes de transferência de calor médio e local para o R-22. Alem disso, foram verificadas as regiões onde ocorrem o dessuperaquecimento, a mudança de fase e o subresfriamento do fluido refrigerante, e foram confrontados os coeficientes globais de transferência de calor obtidos a partir dos dados experimentais com aqueles obtidos por correlações para as regiões de condensação e subresfriamento. Destas investigações, resultou uma correlação para o coeficiente global de transferência de calor que visa determinar esta grandeza através das condições operacionais e das características geométricas do condensador. O Maximo desvio encontrado entre os valores provenientes dos dados experimentais e aqueles calculados pela correlação foi inferior a 10%. / This work presents an experimental heat and mass transfer study of an evaporative condenser, as well as, the relationship between measured quantities obtained during its operation. A small scale evaporative condenser was built in agreement to the real size equipment geometric similarity. The small scale condenser has a bundle of 210 copper tubes, with the outer diameter equal to ¼ inch, which were arranged in 35 columns and 6 rows and operating connected to the thermosifon facility that promote R-22 flow. The spray water distributor is also built on copper and the drift eliminator on aluminum, as well as the evaporative condenser structure. This condenser bounds were constructed as a glass enclosure to allow for the spray water flow visualization. To evaluate the operational conditions, the equipment was attached to a centrifugal fan controlled by a frequency inverter and a spray water circuit which allows for water quantity changing. From the carried out tests, 79 measuring samples were obtained and used to verify the quantities relationship, as well as, to evaluate the heat and mass transfer coefficients For the R-22 were determined the local and average heat transfer coefficients. Furthermore, the dessuperheating, condensation and subcooling regions were verified and compared both, the experimental overall heat transfer coefficient and those calculated by correlations at condensation and subcooling zones. From these investigations a correlation for the overall heat transfer coefficient is proposed. Its application allows determining the coefficient using the operational conditions and the geometric condenser features. The higher deviation found between the experimental data and the presented correlation is lower to 10%.

Este trabalho trata de um estudo experimental da transferência de calor e de massa de um condensador evaporativo, bem como, da relação existente entre as grandezas envolvidas durante a sua operação. Para o desenvolvimento da pesquisa foi construído um condensador evaporativo de pequeno porte com dimensões proporcionais a condensadores comercialmente fabricados no Brasil para operar com R-22 como fluido refrigerante. Este condensador tem 35 colunas e 12 fileiras de tubos de cobre de 6,35 mm de externo e opera junto a uma instalação que proporciona o escoamento de R-22 por termossifao. O distribuidor de água também foi construído em cobre e o eliminador de gotas em alumínio, assim como a estrutura do condensador. As laterais e a bandeja de recolhimento de água foram construídas em vidro para permitir a visualização do escoamento da água que e aspergida sobre os tubos. A fim de variar as condições operacionais, este condensador foi acoplado a um ventilador centrifugo acionado por um conversor de freqüência e a um circuito que permitiu a variação da vazão de água aspergida sobre os tubos. Dos ensaios resultaram 79 amostras de medição, que serviram para verificar a relação existente entre grandezas, bem como avaliar os coeficientes de transferência de calor e massa. Foram determinados os coeficientes de transferência de calor médio e local para o R-22. Alem disso, foram verificadas as regiões onde ocorrem o dessuperaquecimento, a mudança de fase e o subresfriamento do fluido refrigerante, e foram confrontados os coeficientes globais de transferência de calor obtidos a partir dos dados experimentais com aqueles obtidos por correlações para as regiões de condensação e subresfriamento. Destas investigações, resultou uma correlação para o coeficiente global de transferência de calor que visa determinar esta grandeza através das condições operacionais e das características geométricas do condensador. O Maximo desvio encontrado entre os valores provenientes dos dados experimentais e aqueles calculados pela correlação foi inferior a 10%. / This work presents an experimental heat and mass transfer study of an evaporative condenser, as well as, the relationship between measured quantities obtained during its operation. A small scale evaporative condenser was built in agreement to the real size equipment geometric similarity. The small scale condenser has a bundle of 210 copper tubes, with the outer diameter equal to ¼ inch, which were arranged in 35 columns and 6 rows and operating connected to the thermosifon facility that promote R-22 flow. The spray water distributor is also built on copper and the drift eliminator on aluminum, as well as the evaporative condenser structure. This condenser bounds were constructed as a glass enclosure to allow for the spray water flow visualization. To evaluate the operational conditions, the equipment was attached to a centrifugal fan controlled by a frequency inverter and a spray water circuit which allows for water quantity changing. From the carried out tests, 79 measuring samples were obtained and used to verify the quantities relationship, as well as, to evaluate the heat and mass transfer coefficients For the R-22 were determined the local and average heat transfer coefficients. Furthermore, the dessuperheating, condensation and subcooling regions were verified and compared both, the experimental overall heat transfer coefficient and those calculated by correlations at condensation and subcooling zones. From these investigations a correlation for the overall heat transfer coefficient is proposed. Its application allows determining the coefficient using the operational conditions and the geometric condenser features. The higher deviation found between the experimental data and the presented correlation is lower to 10%.