Avaliação numérica dos efeitos da perda de pressão em sistemas de refrigeração por compressão mecânica em cascata

• Autor(a) principal: Santana, Rian Maurício
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF)
• Texto Completo: https://app.uff.br/riuff/handle/1/22620; http://dx.doi.org/10.22409/PGMEC.2020.m.13174776775
• topic: Sistemas de refrigeração em cascata; Perda de pressão; TEWI; COP; Sistema de refrigeração; Simulação numérica; Trocador de calor; Cascade refrigeration systems; Pressure drop

O presente trabalho apresenta uma avaliação numérica que objetiva a investigação dos efeitos da perda de pressão no interior de trocadores de calor utilizados e fazer análise paramétrica em um sistema de refrigeração por compressão mecânica de vapor em cascata. O modelo conta com compressor modelado através da imposição de eficiências isentrópicas, e o dispositivo de expansão é modelado como adiabático. Os modelos dos trocadores de calor são unidimensionais, onde as propriedades e parâmetros de transferência de calor e de quantidade de movimento são assumidos como valores médios na seção transversal. Portanto, se considera características relacionadas com processos de transferência de calor e quantidade de movimento com e sem mudança de fases, utilizando métodos de previsão disponíveis na literatura com boa concordância com resultados experimentais independentes. A metodologia visa a simulação de um sistema de refrigeração em cascata capaz de operar em ultrabaixas temperaturas, definidas no intervalo de - 50°C a -100°C. São feitas análises utilizando como pares de fluidos o R134a/R23, R125/R32, R600a/R290, Amônia/Etano, R12/R13 e R404A/R410A, para carga térmica de 500 W, e diâmetros de canais entre 6,35 e 12,70 mm. A partir das análises realizadas, constata-se que a perda de pressão ao longo do evaporado pode apresentar significativo impacto no desempenho do sistema, enquanto que a perda de pressão ao longo do condensador, de modo geral, tem impacto marginal. Apresentam-se resultados sobre a influência do diâmetro do canal dos trocadores de calor do sistema e temperaturas de operação no COP do sistema de refrigeração. Posteriormente, é feita uma análise dos impactos diretos e indiretos do sistema de refrigeração sobre o meio ambiente utilizando a metodologia do TEWI. Os resultados indicam que, para alguns pares de fluidos a redução do COP do sistema devido à perda de pressão pode ser superior a 20%. A análise do TEWI indica que a utilização de matrizes energéticas mais limpas tem efeitos positivos mais significativos do que apenas substituir os fluidos refrigerantes por outros com GWP inferior, em termos de impactos ambientais de mudanças climáticas. Adicionalmente, conclui-se a partir das análises que os evaporadores operando com menores diâmetros, muito embora resultem em redução de COP mais significativa, proveem áreas de transferência de calor e massa de refrigerantes menores. De modo geral, os pares R600a/R290 e Amônia/Etano apresentaram melhores desempenhos, enquanto o par R12/R13 apresentou o pior desempenho, se comparados aos outros pares