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ORCID:  http://orcid.org/0009-0002-4186-2312
Tipo do documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Título: Avaliação experimental do emprego de ejetores em um ciclo de refrigeração transcritico de CO2
Título(s) alternativo(s): Experimental evaluation of the use of ejectors in a transcritical CO2 refrigeration cycle
Autor(es): Blanco Ojeda, Frank Wiliam Adolfo
Primeiro orientador: Andrade, João Rodrigo
Primeiro membro da banca: Carvalho, Solidonio Rodrigues de
Segundo membro da banca: Borges, Valerio Luiz
Terceiro membro da banca: Schneider, Paulo Smith
Quarto membro da banca: Silva, Alexandre Kupka da
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
Área(s) do CNPq: 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
Assunto: Engenharia mecânica
Processo de refrigeração
impacto ambiental
Idioma: por
País: Brasil
Editora: Universidade Federal de Uberlândia
Programa: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Referência: 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
Identificador do documento: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.581
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/47128
Data de defesa: 1-Ago-2025
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS): ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
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