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Os efeitos da estrutura do cabeçalho na distribuição do fluxo em um evaporador de microcanal

Evaporadores de microcanais (MCEs) são tecnologias de transferência de calor amplamente utilizadas em ar condicionado de automóveis. Seu pequeno volume, alta eficiência e fácil manutenção os tornam escolhas populares; no entanto, são susceptíveis à má distribuição do refrigerante, o que tem sérias ramificações no desempenho térmico e precisa de ser resolvido de forma eficaz, melhorando a distribuição do fluxo dentro dos seus canais. Portanto, este artigo explora experimentalmente como as estruturas do coletor afetam a distribuição do fluxo dentro dos evaporadores microcanais.
Os evaporadores microcanais dependem de um regime de fluxo dentro de seu coletor para controlar como o fluido se move dentro dele. O regime de fluxo dentro desses microcanais é afetado pela temperatura do fluido, que por sua vez é determinada pela geometria e pelas forças de tensão superficial que atuam sobre o refrigerante de entrada. A má distribuição só pode ser evitada minimizando os gradientes de pressão ao longo do seu cabeçalho.
Várias estratégias foram propostas para reduzir a queda de pressão de um evaporador, otimizando a distribuição de líquido e vapor dentro dos microcanais. A maioria dessas estratégias depende da alteração das características do fluxo ou da geometria dos microcanais; embora eficazes, as suas aplicações tendem a ser limitadas devido à complexidade e aos custos de capital; além disso, eles não fornecem soluções abrangentes para problemas relacionados à distribuição de vapor dentro dos microcanais de um evaporador.
Uma das soluções mais promissoras é empregar um evaporador microcanal com orientação de tubo vertical e coletores superdimensionados, proporcionando desempenho térmico ideal sob diversas condições operacionais. Um distribuidor interno de refrigerante garante injeção igual de refrigerante através de tubos microcanais multiportas, enquanto coletores grandes permitem a drenagem livre da condensação; além disso, sua orientação vertical evita o acúmulo de água no coletor de admissão e nas paredes do evaporador.
Estudos demonstraram que os evaporadores de microcanais podem se beneficiar significativamente com o emprego de várias estratégias para controlar a distribuição de fluxo dentro de seus microcanais. Uma dessas estratégias envolve aumentar o espaço das aletas para diminuir a queda de pressão no lado do ar de um trocador de calor; outro utiliza o projeto de coletores com distribuição uniforme de refrigerante; finalmente, o terceiro modifica ambas as estratégias, alterando os coeficientes de transferência de calor do lado do ar e do lado do refrigerante de cada microcanal individualmente.
Conduziu testes extensivos comparando o desempenho do evaporador microcanal com o do trocador de calor de tubo redondo, descobrindo que a queda de pressão do lado do ar era menor quando a capacidade de resfriamento era equalizada. Eles desenvolveram ainda um modelo computacional para prever esse fator para trocadores de calor microcanais, descobrindo que ele se correlacionava bem com os dados experimentais e, assim, demonstraram como o uso poderia reduzir a queda de pressão do lado do ar em até 27% sem afetar o desempenho ou a confiabilidade.

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