Studies of formation of "Frost" on pipes of different arrangements in a wet air stream

Este trabalho apresenta os resultados experimentais e numéricos de uma investigação sobre a formação de frost em torno de um cilindro vertical, dois cilindros verticais em série e três cilindros verticais em arranjo triangular na presença de ar úmido. A Formação de frost sobre superfícies frias em contato com ar úmido provoca sérios problemas em muitos equipamentos de refrigeração, prejudicando o seu desempenho térmico resultando em graves gargalos, gastos energéticos desnecessários, além da interrupção do processo de congelamento para eliminar o "frost" formado ocasionando grandes paradas de manutenção desses equipamentos. O principal objetivo desta investigação é estudar as influências dos parâmetros geométricos e operacionais sobre a camada de frost depositada, sua espessura e sua velocidade da frente de solidificação. Tendo em vista que os evaporadores são compostos de arranjos de tubos onde passa o fluido refrigerante, esta simulação e modelagem serão de grande valia para caracterizar o problema e investigar os diferentes efeitos desse fenômeno. Um código computacional foi adaptado para simular o processo de formação de frost em torno de um cilindro vertical. As medidas experimentais são utilizadas para validação do modelo e corroborar a possibilidade de sua utilização na previsão de desempenho desse tipo de arranjo de tubos. São apresentados e discutidos os resultados experimentais e numéricos dos efeitos das variações da vazão volumétrica de ar úmido, da vazão mássica e da temperatura do fluido secundário (álcool) sobre a taxa de deposição de frost, sua velocidade e espessura, mostrando boa concordânciaThis paper presents experimental and numerical results of an investigation into the formation of frost about a vertical cylinder, two vertical cylinders in series and three vertical cylinders in triangular arrangement in the presence of humid air. The formation of frost on cold surfaces in contact with moist air causes serious problems in many refrigeration, impairing its thermal performance resulting in serious bottlenecks, unnecessary energy expenses, beyond the cessation of the freezing process to eliminate the "frost" formed leading major stops maintenance of such equipment. The main objective of this research is to study the influences of operational and geometrical parameters on the layer of frost deposited, its thickness and its rate of deposition. Considering that the evaporators are composed of arrays of tubes where it passes the refrigerant, this modeling and simulation will be of great value to characterize the problem and investigate the different effects of this phenomenon to evaluate our contribution to the formation of frost. A computer code was adapted to simulate the process of formation of frost around a vertical cylinder. Samples are used to validate the model and corroborate the possibility of their use in predicting the performance of such an arrangement of pipe. The experimental and numerical results of the effects of changes in volume flow of moist air, the mass flow and temperature of secondary fluid (alcohol) on the frost deposition rate, their rate of deposition and thickness showed good agreement and are displayed and discusse