Modelagem matemática do gabinete e trocadores de calor de uma adega doméstica visando à operação por um refrigerador magnético

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2018
Autor(a) principal: Calomeno, Ricardo Schneider
Orientador(a): Barbosa Junior, Jader Riso
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Link de acesso: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/206064
Resumo: Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2018.
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Para isto, foram desenvolvidos modelos matemáticos para avaliar o comportamento do gabinete da adega em duas situações, em regime permanente e em regime transiente. Estes modelos são baseados na solução de equações de conservação através do método dos volumes finitos. Uma adega de uso doméstico foi modificada para ser conectada a um aparato experimental que emula as condições de operação de um refrigerador magnético. Assim, o comportamento térmico da adega magnética foi validado de acordo com os modelos matemáticos desenvolvidos. Em regime permanente, o modelo prevê com desvio de ±1 K, as temperaturas nas correntes dos trocadores de calor e do ar no interior do gabinete para a maioria dos casos analisados. A capacidade de refrigeração é prevista com desvio de ±15%. Em regime transiente, o modelo consegue prever, com boa concordância experimental, o perfil temporal dos principais parâmetros envolvidos na análise do gabinete, principalmente para os casos em que o trocador de calor recebe alta vazão mássica de fluido térmico (de 150 kg/h). Estes parâmetros são a temperatura do ar no interior do gabinete, as temperaturas das correntes de fluido no trocador de calor, capacidade de refrigeração e, para os casos com carga, a temperatura média das garrafas de vinho. Para os casos em que o gabinete opera com carga máxima de garrafas de vinho e utiliza alta vazão de fluido térmico foram observados desvios da ordem de até ±0,7 K para a temperatura do no interior do gabinete, ±1,4 K para a temperatura média das garrafas de vinho e ±9,4 W (±12,1%) para a capacidade de refrigeração. A partir dos modelos matemáticos desenvolvidos, pode-se ter uma boa avaliação do comportamento térmico de uma adega magnética.Abstract : Magnetic refrigeration, an emerging cooling technology based on the magnetocaloric effect, is under intense investigation by several research groups worldwide. Establishing this technology for cooling and heating applications near room temperature depends on a good thermal performance of the magnetic refrigerator integrated with the heat exchangers and other components of the system. Thus, in the present work, an evaluation of the thermal behavior of a household wine storage cabinet operated by a magnetic refrigeration device is carried out. To achieve this, mathematical models were developed to evaluate the transient (i.e., temperature pull-down) and steady-state behavior of the wine cooler. These models are based on the solution of energy conservation equations for multiple domains of the system using the finite volume method. Experimentally, a commercial household wine cooler was tested while operated by an apparatus that emulated a magnetic refrigerator. Thus, the thermal behavior was validated according to the mathematical models developed. At steady-state, the model predicts, with an error band of ±1 K, the temperatures of the fluid streams in the heat exchanger and the air inside the cabinet for most of the analyzed cases. The cooling capacity is predicted with an error band of ±15%. The transient model can predict with a reasonable experimental agreement the behavior of the main parameters involved in the cabinet analysis, especially for cases with a high mass flow of the thermal fluid (150 kg/h). Those parameters are the temperature of the air inside the cabinet, the temperatures of the fluid streams on the heat exchanger, the cooling capacity and the mean temperature of the wine bottles. For the cases with the cabinet filled with the maximum wine bottles capacity and high mass flow rate of thermal fluid were observed deviations around ±0,7 K for the temperature of the air inside the cabinet, ±1,4 K for the mean temperature of the wine bottles and ±9,4 W (±12,1%) for the cooling capacity. From the mathematical models developed in this work, a good prediction of the thermal behavior of a magnetic wine storage can be obtained.165 p.| il., gráfs., tabs.porEngenharia mecânicaPermutadores térmicosRefrigeraçãoModelagem matemática do gabinete e trocadores de calor de uma adega doméstica visando à operação por um refrigerador magnéticoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALPEMC1926-D.pdfPEMC1926-D.pdfapplication/pdf3937428https://repositorio.ufsc.br/bitstream/123456789/206064/-1/PEMC1926-D.pdf77101b773ced684139068bd3040cd912MD5-1123456789/2060642020-03-31 11:42:31.466oai:repositorio.ufsc.br:123456789/206064Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestsandra.sobrera@ufsc.bropendoar:23732020-03-31T14:42:31Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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