Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:18:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2013 / O projeto de refrigeradores domésticos é focado não somente na redução do consumo de energia em condições normalizadas, mas também em condições reais de operação, quando as portas dos compartimentos refrigerados são abertas periodicamente. Nesse caso, há transporte de umidade para os compartimentos refrigerados com consequente formação de geada sobre o evaporador, redução da vazão de ar e elevação no tempo de funcionamento do compressor. O efeito de tais fenômenos deve ser considerado para o adequado projeto dos componentes assim como para a definição de estratégias de controle do produto. A robustez do produto à formação de geada é geralmente estudada através de ensaios experimentais complexos, demorados e dispendiosos. Tal cenário favorece o uso de modelos matemáticos, embora nenhum dos modelos disponíveis na literatura seja capaz de simular o comportamento de um refrigerador doméstico submetido a ciclos de aberturas de portas e a consequente formação de geada sobre as superfícies do evaporador. Para eliminar essa lacuna, desenvolveu-se um modelo matemático para simular o comportamento transiente de um refrigerador doméstico sujeito a condições típicas de um teste de robustez à formação de geada. Para tanto, adotou-se uma abordagem semi-empírica, onde os componentes do refrigerador foram modelados com base em trabalhos disponíveis na literatura. Alguns dos parâmetros empíricos associados aos modelos desses componentes foram derivados de resultados experimentais obtidos com o próprio refrigerador. As estimativas do modelo foram devidamente validadas contra dados experimentais. O desvio máximo observado na previsão da evolução temporal da vazão mássica de refrigerante, da potência consumida e das pressões de evaporação e condensação foi de ±10%, da perda de carga no evaporador de ±20%, da massa de geada acumulado no evaporador de ±30% e das temperaturas dos compartimentos refrigerados de ±2ºC. Além disso, o modelo foi utilizado para estimar o comportamento de variáveis não facilmente mensuráveis tais como a evolução temporal da posição da fronteira entre as regiões bifásica e superaquecida no evaporador, da densidade e espessura da camada de geada e da distribuição da massa de geada e da perda de carga em cada fileira do evaporador.<br> / Abstract : Modern refrigerator design is aimed not only at energy savings but also at product robustness to evaporator frosting. Whilst the former is evaluated by means of standardized test procedures, the latter is assessed by testing the refrigerator under real usage conditions, when the doors are opened in a regular basis, allowing moisture to enter the refrigerated compartment and, consequently, frost to accumulate on the evaporator surface. As the frost layer grows, the air-side pressure drop rises, reducing the air flow rate and, therefore, the evaporator capacity. As a consequence, the compressor is driven to run longer cycles, thus increasing the energy consumption. The laboratory procedures required for product assessment and development rely on costly and time consuming experiments. Albeit it has been advocated that the adoption of simulation models may aid the product development process, there is no model available in the open literature which is capable of simulating the refrigerator performance under door-opening and frost build-up conditions. Therefore, a mathematical model for simulating the transient behavior of a domestic refrigerator in such conditions has been advanced in this work. A first-principles simulation model was put forward for the refrigeration loop, whereas a semi-empirical approach was adopted for the refrigerated compartment, in such a way that the key empirical parameters were obtained by testing the refrigerator in an environmental chamber. The model was validated against experimental data, when it was found that its predictions for power consumption and refrigerant mass flow rate fell within a ±10% error band, its predictions for accumulated frost mass were within a ±20% error band, and its predictions for compartment air temperatures were within a ±2K error band. The model is also capable of predicting the behavior of some non-measurable variables, such as the time evolution of the liquid-vapor to vapor transition point of the refrigerant in the evaporator, the density and thickness of the frost layer over the different rows of the evaporator and also the contribution of each of these rows on the air side pressure drop on the evaporator.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsc.br:123456789/122739 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Borges, Bruno Nuernberg |
| Contributors | Universidade Federal de Santa Catarina, Melo, Claudio, Hermes, Christian Johann Losso |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | [171] p.| il., 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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