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ORCID:  http://orcid.org/0000-0001-8925-9083
Document type: Tese
Access type: Acesso Embargado
Embargo Date: 2025-03-20
Title: Desenvolvimento de refrigeradores de líquido ambientalmente sustentáveis para a indústria de bebidas
Alternate title (s): Development of environmentally sustainable chillers for the beverage industry
Author: Pico, David fernando Marcucci
First Advisor: Bandarra Filho, Enio Pedone
First member of the Committee: Carvalho, Solidônio Rodrigues de
Second member of the Committee: Silva Junior, Washington Martins da
Third member of the Committee: Parise, José Alberto dos Reis
Fourth member of the Committee: Schneider, Paulo Smith
Summary: Este trabalho apresenta uma análise experimental sobre a eliminação do fluido refrigerante R22 e da redução das emissões de CO2 equivalente em refrigeradores de bebidas de expansão direta. Esses refrigeradores são amplamente utilizados em bares, restaurantes, shoppings etc. para extrair do barril e refrigerar a bebida simultaneamente. Esses sistemas de refrigeração utilizam evaporadores do tipo inundados e, consequentemente, precisam de grandes quantidades de fluido refrigerante para operar. A carga de fluido varia desde 950 g para a uma aplicação doméstica até ~6000 g para uma aplicação comercial. Os fluidos refrigerantes mais utilizados para essa aplicação são o R22 e, na tentativa de substitui-lo, o uso do R134a tem-se incrementado significativamente com o passar dos anos. Ambos os fluidos refrigerantes estão listados como substâncias reguladas pelo Protocolo de Montreal devido ao seu elevado potencial de aquecimento global (GWP), característica nociva ao meio ambiente relacionada ao efeito estufa. Para reduzir as emissões desse tipo de refrigerador, incialmente, foi proposta uma redução significativa da carga de fluido com o intuito de reduzir as emissões direta e, na sequência, foi proposta a utilização do R290 (HC) como substituto do R22 para essa aplicação. Um aparato experimental completamente instrumentado e automatizado foi construído para simular as extrações de bebida e a operação sob diferentes condições externas. Os resultados mostraram que as emissões diretas podem ser reduzidas em até 40% e o desempenho pode ser significativamente melhorado por intermédio de uma otimização de carga e tubo capilar em equipamentos existentes (expansão inundada), refletido na leve redução das emissões indiretas. Para viabilizar a utilização do R290, foram mitigados todos os pontos potenciais para redução de carga no sistema e desenvolvido um evaporador de expansão seca para essa aplicação. Esse retrofit realizado, trouxe como melhorias uma redução de carga de 4500 g de R22 para 150 g de R290 e um menor consumo de energia do equipamento. Essas melhorias permitiram reduzir em até 99% as emissões diretas e em até 3% as emissões indiretas de CO2 equivalente.
Abstract: This work presents an experimental analysis of the elimination of the refrigerant R22 and the reduction of CO2 equivalent emissions in direct expansion beverage coolers. These chillers are widely used in bars, restaurants, shopping malls, etc. to extract from the keg and chill the beverage simultaneously. These refrigeration systems use flooded-type evaporators and consequently need a high refrigerant charge to operate. The refrigerant charge can range from 950 g for a domestic application and ~6000 g for a commercial application. It is noteworthy that the most used refrigerants for this application are R22 and, to replace it, the use of R134a has increased significantly over the years. Both refrigerants are listed as substances regulated by the Montreal Protocol due to their high global warming potential (GWP), a harmful characteristic to the environment related to the greenhouse effect. To reduce the emissions of this type of refrigerant, initially, a significant reduction in the fluid charge was proposed to reduce direct contribution, furthermore, the use of R290 (HC) was proposed as a replacement for R22 for this application. A fully instrumented and automated experimental apparatus was built to simulate the beverage extractions and operation under different external conditions. The results showed that direct emissions can be reduced by up to 40% and performance can be significantly improved by refrigerant charge and capillary tube optimization on existing equipment (flooded expansion), reflected in the slight reduction of indirect emissions. To make feasible use of R290, all potential points for charge reduction in the system were mitigated and a dry expansion evaporator was developed for this application. This retrofit brought improvements such as a refrigerant charge reduction from 4500 g of R22 to 150 g of R290 and lower energy consumption of the equipment. These improvements allowed the direct emissions to be reduced by up to 99% and indirect emissions of CO2 equivalent by up to 3%.
Keywords: Refrigerantes de baixo GWP
TEWI
R290
R22
Refrigeradores de bebidas
Retrofit
Low-GWP refrigerants
R134a
Draft beer cooler
Retrofit
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA
Subject: Engenharia mecânica
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: PICO, David fernando Marcucci. Desenvolvimento de refrigeradores de líquido ambientalmente sustentáveis para a indústria de bebidas. 2023. 149 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2023. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2023.117
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2023.117
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/37701
Date of defense: 28-Feb-2023
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