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ORCID:  http://orcid.org/0000-0003-0244-605X
Tipo de documento: Tese
Tipo de acceso: Acesso Aberto
Título: Análise experimental de um sistema de refrigeração cascata comercial com HFC e HFO/R744
Título (s) alternativo (s): Experimental analysis of a commercial cascade refrigeration system with HFC and HFO/R744
Autor: Queiroz, Marcus Vinícius Almeida
Primer orientador: Bandarra Filho, Enio Pedone
Primer miembro de la banca: Porto, Matheus Pereira
Segundo miembro de la banca: Santos, Daniel Dall'Onder dos
Tercer miembro de la banca: Carvalho, Solidonio Rodrigues de
Cuarto miembro de la banca: Parise, José Alberto Reis
Resumen: Este estudo apresenta o uso de componentes e fluidos refrigerantes alternativos para sistemas de refrigeração comercial utilizando um sistema de refrigeração com CO2 subcrítico em cascata. O objetivo principal desse trabalho visa substituir o HFC-134a, muito utilizado comercialmente em sistemas cascata, por fluidos menos impactantes ambientalmente (HFOs), garantindo as temperaturas e capacidades de refrigeração do sistema, comparando assim a eficiência energética, e consequentemente o impacto ambiental. A bancada experimental consiste em um compressor alternativo para R744 e uma válvula de expansão eletrônica que promove a evaporação direta do CO2 dentro de uma câmara fria (2,3m x 2,6m x 2,5m). O ciclo de alta temperatura consiste em um compressor alternativo para R134a, uma válvula de expansão eletrônica, e um condensador a ar com temperatura controlada. Possui ainda um trocador de calor de placas intermediário LLSLHX, e outro trocador de placas, que é ao mesmo tempo, o condensador para o R744 e o evaporador para R134a completando a configuração. Posteriormente, fora instalado no ciclo de baixa temperatura um gas-cooler. Por último, foram realizados drop-in diretos no sistema, substituindo o fluido de AT, pelos HFO-1234yf e HFO-513A. A análise energética do sistema original (R134a/R744) foi realizada para uma faixa de temperaturas de condensação de 36 a 48 °C, com valores de temperaturas do ar dentro da câmara fria de -20 a -15,2 °C, com capacidades de refrigeração de 3,62 ± 0,01 a 3,75 ± 0,01 kW, e COP de 0,94 ±0,02 a 1,06 ± 0,02. Na segunda etapa, com a instalação de um gas-cooler, observou-se uma redução da temperatura do ar dentro da câmara fria em cerca de 2 °C, a capacidade de refrigeração do sistema reduz em média 0,25 kW ou 6,7 %, enquanto o COP reduziu 3,9%. Posteriormente, na terceira etapa de resultados, obtiveram-se resultados energéticos semelhantes ao sistema modificado (R134a/R744 com gas-cooler), concluindo que os fluidos propostos (R513A e R1234yf) para drop-in direto do R134a em um sistema cascata com R744, possuem similaridade energética garantindo a eficácia da substituição. Com relação à análise ambiental, o TEWITOTAL para o Brasil, dos sistemas alternativos possuem valores com redução em aproximadamente de 36 % para o par R513A/R744 e 59 % para o par R1234yf/R744, sendo essa a melhor opção de drop-in para um sistema cascata subcrítico com R744.
Abstract: This study presents the use of alternative refrigerant and components for commercial refrigeration systems using a cascade subcritical CO2 refrigeration system. The main goal of this work aims to replace the HFC-134a, widely used commercially in cascade systems, for less environmentally impacting fluids (HFOs), guaranteeing the temperatures and cooling capacities of the system, thus comparing energy efficiency, and consequently the environmental impact. The experimental apparatus consists of a R744 reciprocating compressor and an electronic expansion valve that promotes the direct evaporation of CO2 inside a cold room (2.3m x 2.6m x 2.5m). The high temperature HT cycle consists of a reciprocating compressor for R134a, an electronic expansion valve, and an air-cooled condenser with the temperature controlled. It also has an intermediate plate heat exchanger LLSLHX, and another plate exchanger, which is at the same time the condenser for R744 and the evaporator for R134a, completing the configuration. Subsequently, a gas-cooler was installed in the low-temperature LT cycle. Finally, a direct drop-in was performed in the system, replacing the HT fluid with HFO-1234yf and HFO-513A. The energy analysis of the original system (R134a/R744) was performed for a range of condensing temperatures from 36 to 48 °C, with air temperatures inside the cold chamber from -20 to-5.2 °C, cooling capacities of 3.62 ± 0.01 to 3.75 ± 0.01 kW, and COP of 0.94 ± 0.02 to 1.06 ± 0.02. In the second stage, with the installation of a gas-cooler, a reduction in the air temperature inside the cold chamber of approximated 2 °C was observed, the cooling capacity of the system reduced by an average of 0.25 kW or 6.7 %, while the COP reduced by 3.9%. Subsequently, in the third stage of results, the performance results were obtained similar to the modified system (R134a/R744 with gas-cooler), concluding that the proposed fluids (R513A and R1234yf) for direct drop-in of R134a in a cascade system with R744, have an energy similarity ensuring the effectiveness of substitution. Regarding the environmental analysis to the alternative systems, the TEWITOTAL for Brazil, presented a reduction of approximately 36% for the R513A/R744 pair and 59% for the R1234yf/R744 pair, which is the best drop-in option for a subcritical cascade system with R744.
Palabras clave: Refrigeração
Refrigeration
Cascata
Cascade
R744
R134a
R513A
R1234yf
TEWI
drop-in
Área (s) del CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Tema: Engenharia mecânica
Refrigerantes - Refrigeração
Mecânica dos fluidos
Idioma: por
País: Brasil
Editora: Universidade Federal de Uberlândia
Programa: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Cita: QUEIROZ, Marcus Vinícius Almeida. Análise experimental de um sistema de refrigeração cascata comercial com HFC e HFO/R744. 2022. 145 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2022. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2022.110
Identificador del documento: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2022.110
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/34601
Fecha de defensa: 25-feb-2022
Aparece en las colecciones:TESE - Engenharia Mecânica

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