Simulação de um Refrigerador Doméstico

Abstract

Refrigeradores domésticos estão presentes em quase todas as residências do Brasil e representam uma fatia significante da energia consumida pelas famílias. Geralmente, esses refrigeradores operam conforme um ciclo de compressão mecânica de vapor, no qual um fluido refrigerante circula pelos componentes compressor, evaporador, condensador e dispositivo de expansão. Neste trabalho, um modelo semi-empírico foi implementado para simulação computacional de um refrigerador doméstico. O modelo consiste do acoplamento de um sub-modelo para o ciclo de refrigeração, baseado em uma formulação integral e permanente, com um sub-modelo para os compartimentos refrigerados, construído a partir de uma formulação integral e transiente. Os resultados foram validados com dados da literatura e o modelo de simulação foi utilizado para realizar um estudo paramétrico, com o intuito de avaliar o efeito da alteração do compressor e dos trocadores de calor sobre o consumo de energia do refrigerador. Alguns modelos de compressor disponíveis no mercado foram avaliados, e um deles conferiu redução de 17 % no consumo de energia do refrigerador. Por outro lado, ao dobrar as áreas de troca de calor do evaporador e do condensador, o modelo previu reduções no consumo de energia de 8 % e 17 %, respectivamente.

Household refrigerators are present in almost all homes in Brazil and represent a significant slice of the energy consumed by families. Generally, these refrigerators operate according to a mechanical vapor compression cycle, in which a refrigerant fluid circulates through the compressor, evaporator, condenser and expansion device components. In this work, a semiempirical model was implemented for computational simulation of a domestic refrigerator. The model consists of the coupling of a sub-model for the refrigeration cycle, based on an integral and permanent formulation, with a sub-model for the refrigerated compartments, built from an integral and transient formulation. The results were validated with data from the literature and the simulation model was used to perform a parametric study, in order to assess the effect of changing the compressor and heat exchangers on the energy consumption of the refrigerator. Some compressor models available in the market were evaluated, and one of them resulted in a 17% reduction in the energy consumption of the refrigerator. On the other hand, by doubling the heat exchange areas of the evaporator and the condenser, the model predicted reductions in energy consumption of 8% and 17%, respectively.