O estudante Guilherme Zanotelli dos Santos, orientado pelo Prof. Christian Johann Hermes Losso, Dr.Eng., defenderá sua dissertação na próxima quinta-feira (10/09), às 9h, por videconferência. A defesa é vinculada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica.
Banca:
Prof. Christian Johann Losso Hermes, Dr. Eng. (Presidente/Orientador)
Prof. César José Deschamps, Ph.D.
Prof. Marcelo De Lellis Costa de Oliveira, Ph.D. (DAS/UFSC)
Título: “Uma análise comparativa entre estratégias para a simulação transiente de refrigeradores domésticos com dois evaporadores em paralelo”
Resumo:
Uma breve análise histórica dos refrigeradores domésticos mostra que a complexidade dos sistemas de refrigeração embarcados tem aumentado ao longo dos anos, partindo dos refrigeradores combi com convecção natural, passando pelos refrigeradores frost-free que utilizam ventilador e damper, chegando aos refrigeradores french-door, com dois evaporadores e fornecimento de água e gelo na porta. Isso se deve à constante pressão para redução do consumo de energia dos refrigeradores domésticos, que tem direcionado a indústria ao uso de ciclos de refrigeração com arquiteturas complexas. O aumento do grau de complexidade do produto exige um bom entendimento da dinâmica do sistema – não só em termos de transferência de refrigerante de um componente para outro, mas também de transferência de calor para e entre os compartimentos refrigerados – a fim de propor estratégias de controle adequadas. Nesse contexto, o presente trabalho tem seu foco voltado ao desenvolvimento de modelos matemáticos para prever o comportamento transiente de um refrigerador com dois evaporadores dispostos em paralelo, sendo um para o refrigerador e outro para o congelador e ice maker. Além dos dois evaporadores com convecção forçada, o sistema é composto por um compressor linear sem óleo, um condensador a ar forçado, uma válvula de 3 vias a montante de dois tubos capilares – um para o congelador e outro para o resfriador – e uma válvula de retenção na saída do evaporador de baixa pressão. Para os trocadores de calor, foram propostos modelos com base nas equações de conservação da massa e energia seguindo um esquema de fronteiras móveis para os evaporadores e discretização em volumes finitos para o condensador. Para o tubo capilar, uma rede neural foi treinada utilizando resultados de um modelo baseado nas equações da conservação. Um modelo semi-empírico foi elaborado para o compressor linear com controle de capacidade por variação do volume da câmara de compressão. Por fim, outro modelo semi-empírico foi desenvolvido para a movimentação de ar com transferência de calor em um gabinete tipo french-door com congelador montado na parte inferior e ice maker na porta, totalizando 3 compartimentos refrigerados. Os parâmetros de fechamento dos modelos matemáticos, como condutância e capacitância térmica das paredes do refrigerador, curvas de desempenho dos trocadores de calor, vazões de ar nos compartimentos refrigerados, entre outros, foram determinados experimentalmente utilizando uma câmara climatizada bem como túneis de vento disponíveis no POLO. Os modelos foram implementados na linguagem Modelica, que permite a solução temporal do sistema de equações diferenciais e algébricas através do integrador de alta performance DASSL. As estimativas do modelo foram comparadas com resultados experimentais, mostrando-se satisfatórias tanto para o regime de partida quanto para o regime cíclico de operação, com erros na banda de ±10% e ±1°C, respectivamente, para o consumo de energia e as temperaturas dos compartimentos refrigerados. Por fim, uma análise de sensibilidade dos parâmetros de projeto é apresentada juntamente com estratégias heurísticas de controle.
Palavras-chave: Refrigerador doméstico, Simulação transiente, Múltiplos evaporadores, Compressor linear, Modelica.