Uma metodologia para a simulação transiente de refrigeradores domésticos

Abstract

Uma metodologia para a simulação computacional do comportamento transiente de refrigeradores domésticos é proposta nesta tese. Embora possa ser estendida a quaisquer refrigeradores domésticos, a metodologia proposta foi aplicada a um refrigerador 440 litros com dois compartimentos refrigerados, em que a temperatura de um deles é controlada pela ação de um damper termostático, enquanto a do outro é regulada através do acionamento e desligamento do compressor. Cada um dos componentes do refrigerador é modelado separadamente. Os trocadores de calor (evaporador e condensador) são modelados com base nas equações de conservação da massa e da energia discretizadas segundo um esquema de volumes finitos com uma formulação explícita no tempo. Novas correlações para a transferência de calor na região aletada são propostas tanto para o condensador como para o evaporador, sendo capazes de predizer os resultados experimentais com erros de 10%. O modelo do compressor foi dividido em dois sub-modelos: carcaça e cilindro. O primeiro leva em conta a transferência de calor na carcaça e as interações entre óleo e refrigerante, enquanto o segundo representa o processo de compressão. Ambos foram calibrados contra dados experimentais obtidos em um calorímetro de ciclo quente. O modelo do tubo capilar foi implementado tanto para escoamentos adiabáticos como para não-adiabáticos. Suas predições para o fluxo de massa foram comparadas com cerca de mil pontos experimentais para os refrigerantes HFC-134a e HC-600a, com 85% dos pontos com erros na faixa de 10%. O trocador de calor tubo capilar-linha de sucção foi modelado através do conceito de efetividade de temperatura, tornando o processamento dos casos não-adiabáticos tão rápido quanto o dos casos adiabáticos. O modelo dos compartimentos refrigerados leva em conta as variações temporais da carga térmica, já que considera a influência do "damper" nas vazões de ar de cada compartimento através de correlações experimentais obtidas em um túnel de vento. A integração temporal das equações diferenciais ordinárias é realizada explicitamente através de um método preditor-corretor de ordem variável e passo de integração auto-adaptativo. Comparações com evidências experimentais mostram que o modelo é capaz de predizer o comportamento transiente do refrigerador de forma bastante satisfatória tanto para o regime de partida como para o regime cíclico, com estimativas para o consumo de energia e para as temperaturas do ar com erros máximos, respectivamente, de 10% e 1 C.