Modelação e simulação da deposição de gelo em evaporadores de sistemas de refrigeração

Abstract

O presente trabalho surge num contexto tecnológico onde a eficiência energética assume um papel de máxima pertinência. O desenvolvimento de sistemas de refrigeração tem procurado construir máquinas mais pequenas e mais eficientes. O uso de sistemas de arrefecimento tem vindo a aumentar e a redução dos gastos energéticos associados tem um impacto económico substancial. A deposição de frost provoca um isolamento térmico e aumenta o consumo de energia e, como tal, este tem de ser removido a partir de processos de descongelação. Este estudo procura compreender melhor a dinâmica de deposição de frost numa superfície plana e num evaporador tubular alhetado, através do desenvolvimento de um modelo computacional, implementado em Matlab. O modelo numérico desenvolvido foi validado por comparação com resultados de diversos autores. As previsões obtidas possuem um erro inferior a 10%, e permitem prever a frequência ideal de descongelação de um evaporador em funcionamento. Além disso, este estudo permite analisar o impacto de cada variável (análise paramétrica) de um sistema térmico, como é o caso da temperatura da superfície, da velocidade do ar ou da humidade relativa no espaço refrigerado.

The present work appears in a context of time in which energy efficiency plays a major role in the technological world. The development of refrigeration systems has pursued to build smaller and more efficient machines. The use of cooling systems has increased over time and its energy loss reduction has a strong impact in its economy. The frost deposition onto a system creates a thermal insulation which increases its energy consumption. Thus the frost has to be removed through a defrosting process. This study achieves to better understand the frost deposition dynamic on a flat surface and on a fin-tube evaporator. To do so a numerical model was developed and implemented using Matlab. This model was validated by comparing its outcome with results from different authors. The obtained predictions contain an error smaller than 10% and allow to predict the evaporators ideal defrosting frequency. Also this work evaluates the impact of each refrigeration systems variable (parametric analysis), as the surface temperature, the air speed or the air humidity in the cooled environment.