Trocadores de calor para sistemas de refrigeração miniaturizados

Abstract

Esta dissertação de mestrado propõe uma análise experimental e o desenvolvimento de um modelo aplicados a trocadores de calor que fazem parte de um sistema de refrigeração por compressão mecânica de vapor miniaturizado. É apresentada a avaliação experimental do desempenho térmico e hidráulico dos trocadores de calor, assim como o desenvolvimento de novos trocadores de calor que correspondam às aplicações que um sistema de refrigeração miniaturizado possa ter. A bancada experimental permite a avaliação dos condensadores e dos evaporadores nas condições típicas do sistema de refrigeração miniaturizado. Ela consiste num circuito fechado de ar em conjunto com um circuito de fluido refrigerante e com um dispositivo que simula a carga térmica fornecida ao evaporador. Foi utilizado isobutano (R-600a) como fluido de trabalho no circuito do fluido refrigerante. Dois tipos de condensadores foram testados na bancada experimental: condensadores aletados com micro-canais e condensadores porosos com micro-canais. O primeiro consiste em condensadores com aletas ventiladas de alumínio. Diferentes características das aletas foram variadas e suas influências no desempenho dos condensadores foram exploradas. O segundo é composto por meios porosos, ao invés de aletas. Três diferentes amostras de cobre foram utilizadas. Um condensador com aletas simples foi testado e comparado aos condensadores porosos. Além da bancada experimental, foi desenvolvido um modelo computacional que prevê a transferência de calor entre um evaporador e entre tubos de calor usados na refrigeração de micro-componentes eletrônicos. Em seguida, um protótipo foi fabricado e testado na bancada experimental para uma posterior comparação com o modelo teórico. Foi visto que o uso do alumínio provou ser uma solução promissora na questão do peso dos condensadores miniaturizados. A diminuição do número de poros e o aumento da porosidade resultaram em menores coeficientes de transferência de calor. O condensador com menor número de poros e porosidade apresentou a maior queda de pressão. A comparação entre os testes do evaporador e o modelo teórico apresentou uma boa concordância.