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ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-6274-2179
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Desenvolvimento de materiais intermediários com grafite para intensificar a transferência de calor em sistemas de refrigeração
Alternate title (s): Development of intermediate materials with graphite to enhance heat transfer in refrigeration systems
Author: Guilherme, Ítalo Franco
First Advisor: Bandarra Filho, Enio Pedone
First member of the Committee: Carvalho, Solidônio Rodrigues de
Second member of the Committee: Cotta, Carolina Palma Naveira
Summary: Este trabalho tem como objetivo desenvolver e avaliar experimentalmente as propriedades temofísicas de materiais compósitos com o intuito de aplicá-los como materiais intermediários para armazenamento de energia térmica em sistemas de refrigeração operando com fluido refrigerante hidrocarboneto, especificamente em resfriadores de líquidos. Para isso, foi utilizado um condutivímetro para análise das propriedades, desenvolvido uma bancada experimental para análise de transferência de calor nesses materiais e projetado um evaporador para operar com auxílio desse MI. Com os resultados obtidos, observou-se que a adição de grafite em compósitos à base de cal hidratado, gesso e cimento fez com que as propriedades temofísicas aumentassem, principalmente a condutividade térmica, que incrementou 134 %, 106 % e 16 %, respectivamente. Esse acréscimo refletiu na eficiência do processo de transferência de calor e permitiu variações de temperatura mais rápidas. Além disso, notou-se a influência da quantidade de água utilizada na fabricação dos materiais, visto que à medida que ocorre a secagem, surgem vazios devido a perda de água. De modo que quanto maior a quantidade de poros menor a condutividade e difusividade térmicas e menos eficientes se tornam os processos de transferência de calor. Por fim, a aplicação do evaporador contendo material intermediário, com grafite, em um resfriador de líquido possibilitou a substituição do fluido refrigerante R-22 pelo R-290, com carga reduzida e semelhante capacidade. A temperatura de descarga do propano no compressor foi bem inferior àquela observada para o HCFC. E ao comparar os valores médios de potência ativa, o sistema com auxílio do MI obteve redução de 40 %, tendo influência direta na economia de energia elétrica consumida pelo equipamento.
Abstract: This work aims to develop and experimentally evaluate the thermophysical properties of composite materials in order to apply them as intermediate materials for thermal energy storage in refrigeration systems operating with hydrocarbon refrigerant fluid, specifically in a refrigeration system of liquids. For this, a conductivity meter was used to analyze the properties, an experimental bench was developed for the analysis of heat transfer in these materials and an evaporator was designed to operate with the help of the intermediate material. With the obtained results, it was observed that the addition of graphite in hydrated lime, gypsum and cement composites increased the thermophysical properties, especially the thermal conductivity, which developed by 134 %, 106 % and 16 %, respectively. This increment influenced the efficiency of the heat transfer process and allowed for faster temperature variations. Furthermore, the influence of the amount of water used in the manufacture of the materials was noted, since as drying occurs, voids appear due to water loss. Therefore, the greater the number of pores, the lower the thermal conductivity and diffusivity and the less efficient the heat transfer processes become. Finally, the application of the evaporator containing intermediate material, with graphite, in a refrigeration system of liquids made it possible to replace the refrigerant R-22 with R-290, with reduced load and similar capacity. The discharge temperature of the propane in the compressor was much lower than that observed for the HCFC. And when comparing the average values of active power, the system with the help of the new material obtained a reduction of 40 %, having a direct influence on the electric energy economy consumed by the equipment.
Keywords: Compósito
Composite
Grafite
Graphite
Transferência de calor
Heat transfer
Substituição de fluido refrigerante halogenado
Halogenated refrigerant substitution
R-290
R-290
Engenharia mecânica
Mechanical engineering
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Subject: Engenharia Mecânica
Mecânica dos fluidos
Energia - Conservação
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: GUILHERME, Ítalo Franco. Desenvolvimento de materiais intermediários com grafite para intensificar a transferência de calor em sistemas de refrigeração. 2022. 139 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2022. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2022.278.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2022.278
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/35225
Date of defense: 14-Jun-2022
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