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[en] CHARACTERIZATION AND SIMULATION OF RECIPROCATING COMPRESSOR USING FLUIDS WITH LOW GLOBAL WARMING POTENTIAL / [pt] CARACTERIZAÇÃO E SIMULAÇÃO DE COMPRESSORES ALTERNATIVOS UTILIZANDO FLUIDOS COM BAIXO POTENCIAL DE AQUECIMENTO GLOBALPAUL ORTEGA SOTOMAYOR 27 January 2015 (has links)
[pt] O presente trabalho trata da caracterização e simulação de compressores alternativos dos tipos automotivo, hermético e semi-hermético, motivado pela necessidade de estudo de novos refrigerantes, com menor impacto ambiental, isto é, sem potencial de destruição da camada de ozônio e baixo potencial de efeito estufa. O estudo apresenta uma metodologia para a modelagem, mediante a qual, dependendo do tipo de compressor, este é dividido nos seguintes volumes de controle: mufla de sucção, câmara de sucção, cilindro de compressão, câmara de descarga, linha de descarga, motor elétrico, carcaça do compressor, massa metálica interna e gás escoando no interior da carcaça. Equações fundamentais de conservação, de troca de calor, de queda de pressão e de propriedades termofísicas do refrigerante são aplicadas a cada volume de controle. Buscando o desenvolvimento de modelos simples, porem, ainda capazes de identificar o desempenho do compressor operando com diferentes refrigerantes, optou-se pelo desenvolvimento de modelos semi-empíricos, determinando-se coeficientes empíricos, característicos do compressor e independentes do refrigerante ou das condições de operação. Foram efetuados ensaios calorimétricos normalizados em duas instalações laboratoriais existentes para os compressores hermético e semihermético.
Para o compressor hermético foi utilizado o HFC-134a como referência e foram testados os refrigerantes HFO-1234yf e HFO-1234ze(E) e a mistura HDR-17. Para o compressor semi-hermético foi utilizada uma instalação de refrigeração comercial instrumentada do tipo ar-ar, operando com a mistura R404A (referência), tendo sido testados oito novos fluidos. Para o compressor automotivo foram utilizados dados experimentais do refrigerante HFO-1234yf, existentes na literatura. A caracterização dos compressores alternativos foi bem sucedida na medida em que os parâmetros empíricos determinados a partir de diferentes refrigerantes mostraram-se com valores suficientemente próximos. Nos testes experimentais foram identificados fluidos refrigerantes com desempenho maior e baixo potencial de aquecimento global. Atingiu-se, com a modelagem, o desenvolvimento de uma ferramenta computacional capaz de predizer as condições de operação de compressores alternativos operando com novos refrigerantes, a partir do modelo baseado em parâmetros empíricos obtidos de testes experimentais com refrigerantes convencionais, de fácil obtenção. O método de gradiente reduzido generalizado (GRG) foi utilizado na solução do sistema de equações não lineares, para a caracterização dos compressores alternativos. O modelo de simulação foi desenvolvido na linguagem Fortran. As propriedades termodinâmicas dos fluidos refrigerantes foram obtidas pelo pacote computacional REFPROP (NIST Standard Reference Database 23, Version 8.0). Os valores previstos pela simulação apresentaram boa concordância com os resultados experimentais. / [en] This work shows a methodology for calculating the characteristic parameters of an open, a hermetic and a semi-hermetic reciprocating compressor. This study was motivated by the need to study new refrigerants with lower environmental impact with reduced global warming potential and zero ozone depletion potential. The compressor is divided in control volumes: suction muffler, suction chamber, compressor cylinder, discharge chamber, discharge line, electric motor, flowing gas through the compressor, compressor shell and inner metallic mass. Fundamental equations of conservation, heat exchange, pressure drop and thermophysical properties of the refrigerant are applied to each control volume. A semi-empirical model and standard calorimetric tests are used to obtain empirical parameters independents of refrigerant and operating conditions. For the hermetic compressor was used as reference the refrigerant HFC-134a and tested refrigerants HFO-1234yf, HFO-1234ze(E) and a mixture HDR-17. For the semihermetic compressor, an instrumented commercial refrigeration system operating with the mixture R404A was used as reference. In this system eight new fluids have been tested. For the automotive compressor experimental data from refrigerant HFO-1234yf obtained from literature were used. The characterization of the reciprocating compressors has been successful because the empirical parameters determined from different refrigerants proved to have sufficiently close values. A computational tool, able to predict the operating conditions of reciprocating compressors (open automotive, hermetic and semihermetic), working with new and untested refrigerants, was developed from the simulation models. The generalized reduced gradient (GRG) method was implemented in
order to obtain a numerical solution for the characteristic parameters and the simulation computer program was developed in FORTRAN. Refrigerant properties were calculated using the software REFPROP version 8.0, developed by NIST, U.S.A.
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[en] EXPERIMENTAL DETERMINATION OF HEAT TRANSFER CHARACTERISTIC IN AN ICE SLURRY GENERATOR / [pt] DETERMINAÇÃO EXPERIMENTAL DAS CARATERÍSTICAS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR DE UM GERADOR DE PASTA DE GELOEPIFANIO MAMANI TICONA 06 September 2007 (has links)
[pt] Um gerador de pasta de gelo foi desenvolvido para o
estudo experimental
de suas características de transferência de calor. Uma
das características
da pasta de gelo é que pode ser bombeada como qualquer
líquido. O
gerador de pasta de gelo é um evaporador, do tipo
trocador de calor de
superfície raspada com intensificação mecânica de
transferência de calor.
Foi estabelecida a influência de vários parâmetros na
transferência de calor
no gerador de pasta de gelo: a vazão mássica, a
velocidade de rotação do
raspador, a temperatura da parede na interface, a
temperatura de operação
da solução aquosa, entre outros. Estudou-se tanto a
transferência de calor
com ou sem mudança de fase. Utilizaram-se soluções
aquosas de etanol com
diferentes concentrações. A pasta de gelo era produzida
continuamente sem
acumulação no evaporador. O gerador era parte de um
sistema integral
contendo os seguintes componentes: o sistema de medição
da fração de gelo
on-line, através da medição da massa específica da pasta
de gelo; uma
bomba helicoidal de cavidade progressiva, que permitia
controlar a vazão,
por meio de um variador de freqüência; um aquecedor
elétrico, atuando
como carga térmica, com a possibilidade de variar a
capacidade desta carga
térmica e, com isto, o controle da temperatura de
operação do sistema; e o
sistema de aquisição de dados. Foi estabelecido um
modelo para determinar,
experimentalmente, o número de Nusselt e, por
conseguinte, o coeficiente
interno de transferência de calor da pasta de gelo.
Utilizou-se uma unidade
condensadora convencional, com R22 como fluido
refrigerante. A pasta
de gelo resultante era bombeada continuamente em um
circuito fechado,
assegurando o estudo de um fluido homogeneamente
distribuído, visto que o
circuito não permitia a acumulação de pasta de gelo. Os
sistemas de geração
de pasta de gelo apresentam potencial para reduzir
significativamente os
custos de capital inicial e operação, quando comparados
com tecnologias de
sistemas de termoacumulação estáticos de gelo ou
dinâmicos, como o ice
harvesting. / [en] An ice slurry generator for was developed for the
experimental study of its
heat transfer characteristics. One of the main
characteristic of ice slurry is
that it can be pumped as any liquid. The ice slurry
generator is an evaporator,
with mechanical heat transfer enhancement, by surface
scraping. The
dependence of several parameters on heat exchanger
performance was established.
They included: mass flow rate, scraped rotational
velocity, surface
temperature, solution operating temperature. Single and
two-phase flow was
studied. Aqueous ethanol solutions, of different
concentrations, were used.
Ice slurry was produced on a continuous basis. The
experimental apparatus
consisted of the heat exchanger itself, an on-line ice
mass fraction measurement
device, a helicoidal positive displacement variable flow
rate pump, an
electrical heater, the data acquisition system and a R22
condensing unit.
The ice slurry was pumped continuously on a closed
circuit, providing a
homogeneous fluid, as no accumulation of ice was possible.
Ice slurry systems
have the potential of significant reduction on capital and
maintenance
costs, when compared to traditional technologies, static
or dynamic, of ice
thermoaccumulation.
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