Este trabalho apresenta os resultados de um estudo experimental sobre a ocorrência do atraso de vaporização no escoamento de misturas de fluidos refrigerantes em tubos capilares adiabáticos, com o intuito de aprimorar modelos de simulação do desempenho desse componente do ciclo de refrigeração previamente desenvolvidos. Foi realizada uma série de levantamentos experimentais para o R410A, uma mistura quase azeotrópica composta de 50% de HFC 32 e 50% de HFC 125 em base mássica, utilizando a unidade laboratorial para estudo de tubos capilares do Laboratório de Máquinas Térmicas do PMEEPUSP. Os sensores de temperatura foram posicionados adequadamente ao longo do tubo capilar, com maior concentração na região onde o atraso de vaporização tende a ocorrer, de forma a permitir uma determinação acurada do ponto onde se inicia a mudança de fase para diversas condições operacionais e geométricas. Primeiramente foram realizados estudos para caracterização de alguns parâmetros geométricos, como a medição dos diâmetros dos tubos capilares e a determinação das curvas de fator de atrito em função do n° de Reynolds para cada tubo capilar. A seguir foram realizados 27 ensaios, nos quais se obteve um total de 44 pontos experimentais, caracterizando o efeito de vários parâmetros geométricos e operacionais na diferença de pressão de saturação e no comprimento do trecho metaestável. Os dados obtidos foram correlacionados com os parâmetros experimentais no intuito de obter uma correlação para previsão da diferença de pressão de saturação no escoamento do R 410A em tubos capilares adiabáticos. A correlação obtida prevê 67% dos valores experimentais dentro da faixa de ± 26,4%, com um erro médio de 3,2%, resultado semelhante a outros trabalhos existentes na literatura. / This work presents the results of an experimental study on the occurrence of the delay of vaporization in the flow of refrigerant blends in adiabatic capillary tubes in order to improve previously developed models that simulate this component of refrigeration cycle. Experiments were carried out for R410A, a near azeotropic mixture composed of 50% of HFC 32 and 50% of HFC 125 on mass basis, using the capillary tubes laboratorial unit of the Mechanical Engineering Department of University of São Paulo. The temperature sensors was properly positioned along the capillary tubes, concentrated in the region where the delay of vaporization is expected to happen, to allow an accurate determination of the flashing point inception for a several operational conditions and geometries. Preliminary studies for characterization of some geometric parameters like capillary tubes diameters and determination of friction factor curves as function of the Reynolds number were performed. A total of 44 experimental points, collected from 27 runs, allowed the characterization of the effect of geometric and operational parameters on the underpressure of vaporization and metastable length. A correlation was developed for predicting the underpressure of vaporization as function of operational parameters and capillary tube geometry. The obtained correlation predicts 67% of experimental data within a ± 26,4% range, with an average error of 3,2%. This result is similar to other works in the literature.

Submitted by Fabricia Fialho Reginato (fabriciar) on 2015-07-23T01:11:46Z No. of bitstreams: 1 FelipeBrochier.pdf: 2248315 bytes, checksum: 51a12fbb2e530bf08f1847557932b381 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-23T01:11:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FelipeBrochier.pdf: 2248315 bytes, checksum: 51a12fbb2e530bf08f1847557932b381 (MD5) Previous issue date: 2014-02 / Nenhuma / Este trabalho tem como objetivo otimizar o custo operacional dependente dos parâmetros de vazão de ar do condensador, número de aletas e de circuitos do condensador, frequência do compressor e parâmetros do dispositivo de expansão de um sistema de um condicionador de ar do tipo split hiwall unitário com vazão variável de refrigerante (VRV). Para a otimização foram consideradas as freqüências de ocorrência de quatro condições de temperatura do ambiente externo na cidade de Porto Alegre. O condicionador de ar abordado neste trabalho troca calor utilizando um ciclo de compressão de vapor de simples estágio, tendo como fluido de trabalho o refrigerante R-410A. O sistema completo, composto de um compressor, um condensador, um evaporador e tubo capilar, foi modelado analiticamente utilizando o software EES (Engineering Equation Solver) e ajustado de acordo com testes realizados em calorímetro. Para a otimização, um algoritmo genético foi programado no próprio EES. Após a otimização do custo operacional em função dos parâmetros físicos de projeto, o COP aumentou em até 12 % na condição de ar externo a 35 °C. A otimização em função dos parâmetros de controle mostrou aumento ainda mais significativo do COP do sistema. Também é feita uma comparação entre os valores de COP de um sistema de vazão constante de ar e refrigerante e um sistema com vazão variável de ar e refrigerante. / This work aims to optimize the operational cost of an air conditioning system with variable refrigerant flow (VRF). The cost is dependent of the following parameters: condenser air flow, number of condenser fins and circuits, compressor frequency and the expansion device. The optimization considered the frequencies of occurrence of four distinct ambient temperatures in the city of Porto Alegre. The air conditioner presented in this work exchange heat using a single stage vapor compression cycle, with the refrigerant R-410A as the working fluid. The complete system comprises a compressor, a condenser, an evaporator and a capillary tube and was analytically modeled using the EES (Engineering Equation Solver) software. The parameters were fitted according to results obtained in a calorimeter and for optimization, a genetic algorithm was programmed using the same software. After the optimization of the operational cost as a function of the project parameters, the COP was raised up to 12% in external ambient air at 35 °C. The optimization of the operational cost as a function of the control parameters showed even a more significant system COP raise. A comparison between the COP of a constant air and refrigerant flow system and a variable air and refrigerant flow system was also performed.

Este trabalho apresenta os resultados de um estudo experimental sobre a ocorrência do atraso de vaporização no escoamento de misturas de fluidos refrigerantes em tubos capilares adiabáticos, com o intuito de aprimorar modelos de simulação do desempenho desse componente do ciclo de refrigeração previamente desenvolvidos. Foi realizada uma série de levantamentos experimentais para o R410A, uma mistura quase azeotrópica composta de 50% de HFC 32 e 50% de HFC 125 em base mássica, utilizando a unidade laboratorial para estudo de tubos capilares do Laboratório de Máquinas Térmicas do PMEEPUSP. Os sensores de temperatura foram posicionados adequadamente ao longo do tubo capilar, com maior concentração na região onde o atraso de vaporização tende a ocorrer, de forma a permitir uma determinação acurada do ponto onde se inicia a mudança de fase para diversas condições operacionais e geométricas. Primeiramente foram realizados estudos para caracterização de alguns parâmetros geométricos, como a medição dos diâmetros dos tubos capilares e a determinação das curvas de fator de atrito em função do n° de Reynolds para cada tubo capilar. A seguir foram realizados 27 ensaios, nos quais se obteve um total de 44 pontos experimentais, caracterizando o efeito de vários parâmetros geométricos e operacionais na diferença de pressão de saturação e no comprimento do trecho metaestável. Os dados obtidos foram correlacionados com os parâmetros experimentais no intuito de obter uma correlação para previsão da diferença de pressão de saturação no escoamento do R 410A em tubos capilares adiabáticos. A correlação obtida prevê 67% dos valores experimentais dentro da faixa de ± 26,4%, com um erro médio de 3,2%, resultado semelhante a outros trabalhos existentes na literatura. / This work presents the results of an experimental study on the occurrence of the delay of vaporization in the flow of refrigerant blends in adiabatic capillary tubes in order to improve previously developed models that simulate this component of refrigeration cycle. Experiments were carried out for R410A, a near azeotropic mixture composed of 50% of HFC 32 and 50% of HFC 125 on mass basis, using the capillary tubes laboratorial unit of the Mechanical Engineering Department of University of São Paulo. The temperature sensors was properly positioned along the capillary tubes, concentrated in the region where the delay of vaporization is expected to happen, to allow an accurate determination of the flashing point inception for a several operational conditions and geometries. Preliminary studies for characterization of some geometric parameters like capillary tubes diameters and determination of friction factor curves as function of the Reynolds number were performed. A total of 44 experimental points, collected from 27 runs, allowed the characterization of the effect of geometric and operational parameters on the underpressure of vaporization and metastable length. A correlation was developed for predicting the underpressure of vaporization as function of operational parameters and capillary tube geometry. The obtained correlation predicts 67% of experimental data within a ± 26,4% range, with an average error of 3,2%. This result is similar to other works in the literature.

Air-cooled condensers are routinely designed for a variety of applications, including residential air-conditioning systems. Recent attempts at improving the performance of these heat exchangers have included the consideration of microchannel tube, multilouver fin heat exchangers instead of the more conventional round tube-plate fin designs. In most packaged air-conditioning systems, however, the condenser surrounds the compressor and other auxiliary parts in an outdoor unit, with an induced draft fan at the top of this enclosure. Such a configuration results in significant mal-distribution of the air flow arriving at the condenser, and leads to a decrease in performance. This work addresses the issue of mal-distribution by adapting the air-side geometry to the expected air flow distribution. A microchannel tube, multilouver fin condenser is first designed to transfer the desired heat rejection load for an air-conditioning system under uniform air flow conditions. Tube-side pass arrangements, tube dimensions, and fin and louver geometry are varied to arrive at a minimum mass, 2.54 kg condenser that delivers the desired heat load of 14.5 kW. The design model is then used to predict the performance of the condenser for a variety of air flow distributions across the heat exchanger. It is found that for a 50% air flow mal-distribution, the required condenser mass increases to 2.73 kg. The air-side geometry (fin density and height) of the condenser is then systematically changed to optimally distribute the air-side surface area across the condenser to best address the mal-distributed air flow. It is found that linear fin density and height variations from the mean value of 40% and 20%, respectively, keeping the mean fin density and height the same, reduce the required condenser mass to 2.65 kg even for this mal-distributed air-flow case. The influence of geometry variations on heat transfer coefficients, fan power and other performance measures is discussed in detail to guide the judicious choice of surface area and tube-side flow area allocations for any potential air flow mal-distribution. The results from this study can be used for the design of air-cooled condensers under realistic flow conditions.