Avaliação experimental do desempenho térmico de trocadores de calor tubo capilar-linha de sucção

Abstract

O presente trabalho está focado na área de refrigeração doméstica, especificamente no trocador de calor interno conformado pelo tubo capilar e a linha de sucção presentes no ciclo de operação. Visando analisar experimentalmente o desempenho térmico do trocador, conhecido como TC-TCLS, devido as vantagens que fornece ao sistema, o fluido refrigerante ambientalmente amigável com que opera, e a alta quantidade de configurações encontradas e pouca informação existente quando comparadas umas com outras. Nesses trocadores o tubo capilar pode ser fixado sobre a linha de sucção (lateral) ou inserido dentro dessa linha (concêntrico), dando origem a um tocador de calor do tipo contracorrente. Várias são as opções de projeto desse componente, com efeito sobre a efetividade e consequentemente sobre o desempenho térmico do sistema. Nesse contexto, torna-se necessário um estudo experimental sistemático entre as diversas configurações existentes, com o objetivo de encontrar uma correlação entre elas, foco maior desse trabalho. Para tanto, um aparato experimental foi projetado e construído, contemplando condições típicas de operação da refrigeração doméstica que opera com HC-600a como fluido refrigerante. Além do material e dos diâmetros do tubo capilar e da linha de sucção, foi variado também o tipo de acoplamento térmico utilizado nos trocadores de calor laterais. Os experimentos foram planejados em base estatística, com a temperatura de condensação variando entre 50°C e 35ºC, a de evaporação entre -10°C e -25ºC e o sub-resfriamento, na entrada do tubo capilar, entre 5°C e 10ºC. O grau de superaquecimento na entrada da linha de sucção, foi mantido constante em 10ºC. Observou-se que a bancada reproduz razoavelmente bem os dados reportados na literatura, com os desvios observados encontrando-se dentro da faixa de incerteza das medições realizadas. Além disso, observou-se que o material, tanto do tubo como do tubo capilar, não afeta significativamente a taxa de transferência de calor promovida pelo trocador de calor interno. Para uma mesma geometria o trocador lateral brasado apresentou uma taxa de transferência de calor 11% superior ao trocador de calor do tipo concêntrico e 24% superior ao lateral com fitas adesivas de alumínio.

Abstract : The present work is focused on the domestic refrigeration area, specifically the internal heat exchanger conformed by the capillary tube and the suction line present in the operating cycle. Aiming to analyze experimentally the thermal performance of the exchanger, known as CTSL-HX, due to the advantages it provides to the system, the environmentally friendly refrigerant with which it operates, and the high amounts of configurations found and little existing information compared to each other. In these heat exchangers, the capillary tube can be fixed on the suction line (lateral) or inserted inside it (concentric), giving rise to a counter flow heat exchanger. There are several design options of this component, with effect on the effectiveness and consequently on the system s thermal performance. In this context, a systematic experimental study among the several existing configurations is necessary, in order to find a correlation between them, which is the major focus of this work. To do so, an experimental apparatus was designed and built, including typical conditions of operation of the household refrigeration area and HC-600a refrigerant. Besides the material and the diameters of the capillary tube and the suction line, the type of fixation used in the lateral heat exchangers was also varied. The experiments were planned on a statistical basis, with the condensation temperature varying between 50°C and 35°C, evaporation temperature between -10°C and -25°C and subcooling degree at the capillary tube inlet between 5°C and 10°C. The superheating degree at the inlet of the suction line was kept constant at 10°C. It was observed that the bench reproduces reasonably well the data reported in the literature, with the observed deviations being within the range of uncertainty of the measurements. In addition, it has been observed that the material of both the suction line and the capillary tube does not significantly affect the heat transfer rate promoted by the internal heat exchanger. As expected, the brazed lateral type heat exchanger proved to be the most effective of all tested configurations. For the same geometry, the brazed lateral type heat exchanger presents a heat transfer rate 11% higher than the concentric type heat exchanger and 24% higher than the lateral type with aluminum adhesive strips.