Investigação do efeito da transferência de calor e massa em bandejas de degelo sobre o desempenho de compressores alternativos

Abstract

A formação de geada ocorre naturalmente em refrigeradores domésticos, e deve-se a dessublimação do vapor d água do ar ao entrar em contato com a superfície fria do evaporador. A geada age como isolante térmico e restringe a passagem de ar através das aletas, reduzindo a capacidade de refrigeração. Por esta razão, o evaporador é periodicamente descongelado, usualmente por uma resistência elétrica. Nos refrigeradores frost-free a água resultante do processo de degelo evapora em uma bandeja sobre o compressor. Como consequência, a temperatura da carcaça e dos componentes internos do compressor diminui, com impactos sobre o seu desempenho. Neste trabalho, procurou-se relacionar o processo de evaporação da água de degelo com os rendimentos mecânico, elétrico e termodinâmico do compressor. Para tanto, uma bancada experimental foi projetada e construída, capaz de controlar e monitorar as condições de operação do compressor e também os ciclos de degelo. Tal aparato foi utilizado no interior de uma câmara climatizada, responsável por manter tanto a temperatura ambiente quanto a umidade relativa do ar em valores desejados. Foram realizados ensaios a 16°C e 32°C, bem como com umidade em 45% e 75%. Um modelo matemático para estimar a taxa de evaporação, as temperaturas internas e a eficiência do compressor, foi também desenvolvido. Dois modelos de bandeja, convencional e membrana, foram testados em diversas condições de operação. A utilização da bandeja do tipo membrana provocou uma redução média de 5°C na temperatura das câmaras de descarga e de sucção, do óleo, do motor e da parede do cilindro, quando testada na condição de 32°C e 45%. Nessa mesma condição e com essa mesma bandeja, observou-se uma queda de aproximadamente 10°C na temperatura de carcaça do compressor. As previsões do modelo matemático se mantiveram dentro de uma banda de erro de ±15% em relação aos dados experimentais.

Abstract : The frost formation is a natural process in domestic refrigerators, and it is due to the air s steam desublimation on the evaporator cold surface. Frost acts as thermal insulation and restricts the air flow through the fins, reducing the cooling capacity. In order to avoid that, the evaporator must be periodically defrosted, usually by an electrical resistance. In frost-free refrigerators, the resulting water is conducted to a water tray positioned on top of the compressor, where it evaporates. Therefore, the compressor s temperatures drop, affecting its performance. This work aims to establish a relationship between the water evaporation and the compressor s mechanic, electric and thermodynamic efficiencies. To do so, a test rig capable of controlling and monitoring the compressor s condition and the defrost cycle was designed and built. This apparatus was tested inside an acclimatized chamber at 16°C and 32°C with a relative humidity of 45% and 85%. A numerical model was developed to estimate the evaporation rate, the compressor s thermal profile and its efficiency. Two models of water trays were tested in various operational conditions: conventional and membrane. The membrane water tray was responsible for an average decrease of 5°C in the discharge and suction chambers, oil, motor and cylinder wall temperatures, when compared to a test without any water trays in the same condition (32°C and 45% relative humidity). Furthermore, the shell temperature was approximately 10°C lower when using the membrane water tray. The numerical model predictions displayed reasonable errors, within a ±15% band when compared to the experimental results.