Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T20:59:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1
260433.pdf: 8641854 bytes, checksum: 39738d4f23a9785c9e29ef7784c2d35c (MD5) / Para que um refrigerador seja classificado como frost-free, a geada deve se formar apenas sobre o evaporador, de onde esta é periodicamente removida por resistências elétricas.
No entanto, existem situações onde as condições ambientais e de operação provocam o sobre as superfícies internas de gabinetes refrigerados, o que exige a intervenção do usuário para a sua remoção. Em face deste problema, empresas do setor têm recebido um número significativo de chamadas de assistência técnica e, e em situações extremas, de devoluções de produto. Os custos dessas operações geram um grande prejuízo para os fabricantes, que, por sua vez, procuram desenvolver produtos cada vez mais robustos à formação de geada, geralmente elevando o custo e penalizando a eficiência energética do
equipamento. Apesar do grande número de trabalhos existentes na literatura com foco nos fenômenos físico-químicos associados com o processo de formação da geada, nenhum deles se concentrou nas condições psicrométricas e de superfície tipicamente observadas em refrigeradores domésticos. Com o objetivo de preencher essa lacuna, este trabalho se propõe a estabelecer uma metodologia para analisar o processo de formação de geada em gabinetes refrigerados com base nas condições de operação e nas características das superfícies. Neste contexto, as condições de operação de um refrigerador típico foram avaliadas em uma câmara com controle da temperatura e umidade do ar. Amostras do material das superfícies internas do refrigerador foram extraídas e submetidas à medição de ângulo de contato e rugosidade. As condições mínimas necessárias para o início do processo de nucleação foram avaliadas em uma bancada especialmente projetada e construída para essa finalidade. Os resultados foram então empregados para validar um critério teórico para prever se ocorre ou não formação de geada sobre uma determinada superfície. Adicionalmente, um modelo matemático foi desenvolvido com base nos princípios de conservação da massa e da energia para prever a espessura e a massa da camada de geada ao longo do tempo. O modelo foi validado contra dados experimentais, quando se observou que a espessura da geada, em diferentes condições de operação, era prevista dentro de uma faixa de erro de ±10%. Embora a metodologia tenha sido elaborada para um refrigerador doméstico específico, ela se aplica a quaisquer compartimentos refrigerados onde exista formação de geada.
Household refrigerators are labeled as frost-free when frost forms on the evaporator coil only, from where it is periodically removed by the action of electrical heaters. However, when certain environmental and operating conditions take place, frost can also be formed on the cabinet inner liners, increasing the field call rates and consequently the maintenance and quality costs. In order to avoid this inconvenience, manufacturers have been trying to improve their refrigerator designs, but that increases costs and penalizes the energy performance.
Albeit several distinguishing publications in the field of frost formation can be found in the open literature, none of them actually focused on the typical working and geometric conditions of household refrigerators and freezers. Therefore, this dissertation aimed to devise a methodology for analyzing the frost formation on the inner liners of frost-free refrigerators focused on the most influencing factors that drive the frost nucleation, growth and densification processes, such as psychrometric (temperature and humidity), flow (velocity), and surface conditions (roughness and contact angle). In order to accomplish that, a refrigerator was tested inside an environmental air temperature and humidity controlled chamber using an automatic door-opening device. In addition, samples of different liner materials were extracted from the refrigerated cabinet in order to have their contact angles and surface roughness measured. These samples were tested using a purpose-built testing facility for measuring both the mass and thickness of the frost deposited over a flat horizontal surface.
The results were used to devise a criterion that establishes whether the frost nucleation would start. In addition, a mathematical model based on the mass and energy conservation principles, was developed to predict the mass and thickness of the frost layer over time. The model was validated against experimental data, showing deviations for the predicted frost thickness within a ±10% error band. Although the methodology was applied to a specific household refrigerator, it can be easily extended to any kind of refrigerated room subject to frost formation.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsc.br:123456789/91289 |
| Date | January 2008 |
| Creators | Piucco, Robson Olímpio |
| Contributors | Universidade Federal de Santa Catarina, Melo, Claudio, Hermes, Christian Johann Losso |
| Publisher | Florianópolis, SC |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | 89 f.| il., tabs., grafs. |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSC, instname:Universidade Federal de Santa Catarina, instacron:UFSC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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