Publicação: Avaliação experimental do emprego de ejetores em um ciclo de refrigeração transcritico de CO2
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA::TERMODINAMICA, CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::TRANSFERENCIA DE CALOR, CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA::APROVEITAMENTO DA ENERGIA
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Resumo
Este trabalho apresenta uma análise experimental do desempenho energético e ambiental de um
ciclo de refrigeração transcrítico com CO₂, com foco nos efeitos termodinâmicos do ejetor na
eficiência do sistema. Primeiramente, foram conduzidos testes comparativos no ciclo base de
refrigeração, variando a temperatura de evaporação entre –12 °C e –3 °C e a temperatura de
saída do resfriador de gases entre 31 °C e 37 °C. A abertura da válvula de alta pressão foi
ajustada entre 60 % e 90 %, permitindo avaliar como a pressão no resfriador de gases influencia
a eficiência energética do sistema e estabelecer resultados de referência. Em seguida, o ejetor
foi instalado entre a linha de líquido e saída do evaporador, possibilitando alcançar temperaturas
de evaporação mais baixas, até –15 °C, e temperaturas de saída do resfriador de gases de até 40
°C, para a carga térmica. Essas condições não eram possíveis no ciclo base devido à elevada
temperatura de descarga no compressor, evidenciando experimentalmente o potencial do ejetor
para atingir menores temperaturas de evaporação. Na terceira etapa, foi realizada a comparação
dos resultados médios. Observou-se uma redução média na temperatura de descarga de até 24,5
°C, acompanhada de um aumento médio na capacidade de refrigeração de até 63% e de uma
diminuição média no consumo de potência em 26,2%. Esses efeitos combinados resultaram em
um incremento médio no COP de até 121%. Esse comportamento pode ser explicado pelo
aumento da capacidade de refrigeração específica devido à presença do separador de fases,
atrelado ao incremento da vazão mássica à medida que é elevada a temperatura de saída do
resfriador de gases, ocasionando uma menor degradação do COP em comparação ao ciclo
transcrítico convencional. Quanto aos impactos ambientais, foram analisados cenários no
Brasil, Arábia Saudita, França e Estados Unidos. Esses cenários apresentam diferentes
condições de fatores de recolhimento e de emissões indiretas, para justamente avaliar os
diferentes impactos ambientais para localidades diferentes. De modo geral, destaca-se a
importância de sistemas de refrigeração energeticamente eficientes para contribuir de forma
significativa na redução das emissões. Entre os cenários avaliados, o maior impacto ambiental
foi observado para a Arábia Saudita, devido ao elevado coeficiente de emissões indiretas.
Abstract
This work presents an experimental analysis of the energy and environmental performance of
a transcritical CO₂ refrigeration cycle, focusing on the thermodynamic effects of the ejector on
system efficiency. First, comparative tests were conducted on the baseline refrigeration cycle,
varying the evaporation temperature between –12 °C and –3 °C and the gas-cooler outlet
temperature between 31 °C and 37 °C. The high-pressure valve opening was adjusted between
60 % and 90 %, allowing evaluation of how the gas-cooler pressure influences the system’s
energy efficiency and the establishment of reference results. Next, the ejector was installed
between the liquid line and the evaporator outlet, enabling the achievement of lower
evaporation temperatures—down to –15 °C—and gas-cooler outlet temperatures up to 40 °C
for the thermal load. These conditions were not attainable in the baseline cycle due to the high
compressor discharge temperature, experimentally demonstrating the ejector’s potential to
reach lower evaporation temperatures. In the third stage, the average results were compared.
An average reduction in discharge temperature of up to 24.5 °C was observed, accompanied by
an average increase in cooling capacity of up to 63 % and an average decrease in power
consumption of 26.2 %. These combined effects resulted in an average increase in COP of up
to 121 %. This behavior can be explained by the increased specific cooling capacity due to the
presence of the phase separator, coupled with the increased mass flow rate as the gas-cooler
outlet temperature rises, resulting in less COP degradation compared to the conventional
transcritical cycle. Regarding environmental impacts, scenarios in Brazil, Saudi Arabia, France,
and the United States were analyzed. These scenarios present different conditions for recovery
factors and indirect emissions, in order to assess the varied environmental impacts across
different locations. In general, the importance of energy-efficient refrigeration systems in
significantly reducing emissions is highlighted. Among the evaluated scenarios, the greatest
environmental impact was observed in Saudi Arabia, due to its high indirect emissions
coefficient.
Palavras-chave
Refrigeração, Transcrítico, CO2, Ejetor, Refrigeration, Transcritical, Ejector
Citação
BLANCO OJEDA, F. W. A. Avaliação experimental do emprego de ejetores em um ciclo de refrigeração transcrítico de CO2. 2025. 167 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica). Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. DOI https://doi.org/http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.581
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