Made available in DSpace on 2014-06-12T17:38:02Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo3821_1.pdf: 7987098 bytes, checksum: dc96bd795cfbebffffa0b7bedb4a8308 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2008 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Os refrigerantes CFCs (clorofluorcarbonos) como o R-12, foram identificados como de alto poder destruidor da camada de ozônio que protege a superfície da terra, devido à presença de cloro em sua estrutura. Os HCFCs (hidroclorofluorcarbonos) como o R-22, por possuírem cloro em sua estrutura, também devem ser substituídos como fluidos refrigerantes. Na Europa, equipamentos novos não são produzidos com o HCFC-22, desde dezembro de 2003. Diante da necessidade de substituição desses gases nocivos ao planeta, os hidrocarbonetos (HC) apresentam-se como bons candidatos a fluidos refrigerantes alternativos, pela ausência de átomos de cloro em sua estrutura e por não destruírem a camada de ozônio. Esses fatos, aliados a um baixo potencial de causar aquecimento global, fazem dos hidrocarbonetos bons candidatos ao uso em sistemas de refrigeração. Como contribuição a esse tema, a presente dissertação analisa experimentalmente os sistemas de refrigeração por compressão a vapor de um bebedouro e de uma câmara frigorífica, representantes das classes de refrigeração doméstica e comercial, ambas de pequeno porte. Os sistemas estudados foram testados com os fluidos refrigerantes (hidrocarbonetos): propano (R-290),isobutano (R-600a) e uma mistura de ambos em substituição aos fluidos originais dos sistemas testados, o R-22 e o R-12. Todos os testes foram realizados em condições normais de operação. Os resultados experimentais indicam que a mistura propano e isobutano mostra-se como a melhor opção como fluido alternativo em sistemas de refrigeração de pequeno porte utilizadores do R-12 ou R-22. Em segundo lugar apresentou-se o R-600a. Na comparação individual, o R-600a mostrou-se como a melhor opção para sistemas de refrigeração de pequeno porte ao invés do R-290. Porém, para sistemas de médio porte originalmente projetados para R-22, o R-290 aparece como a melhor opção

A presente tese envolve um estudo experimental da ebulição convectiva no interior de um dissipador de calor baseado em multi-microcanais. Resultados experimentais para perda de pressão e coeficiente de transferência de calor foram levantados para os hidrocarbonetos R600a (isobutano), R290 (propano) e R1270 (propileno), fluidos com reduzido GWP (Global Warming Potential) e ODP (Ozone Depletion Potential) nulo. O desempenho termo-hidráulico destes fluidos foi avaliado em um dissipador de calor de cobre, contendo cinquenta canais paralelos com seção transversal retangular de 123x494 µm2 , 15 mm de comprimento e área de base de 15x15 mm2. Os experimentos foram realizados para fluxos de calor de até 400 kW/m2, velocidade mássica variando entre 165 e 823 kg/m2s, graus de sub-resfriamento do líquido na entrada da seção de testes de 5, 10 e 15°C e temperaturas de saturação de 21 e 25°C. Os dados experimentais foram amplamente analisados e discutidos, focando o efeito do fluido refrigerante. Oscilações dos sinais de temperatura e pressão foram analisadas parametricamente visando caracterizar efeitos de instabilidades térmicas. Adicionalmente, realizou-se análise comparativa de desempenho dos refrigerantes baseada na 2ª Lei da Termodinâmica. Os dados para hidrocarbonetos foram comparados com resultados de trabalhos prévios para o refrigerante R134a levantados na mesma seção de testes e utilizando a mesma bancada experimental. A partir destes dados, conclui-se que os hidrocarbonetos proporcionam coeficientes de transferência de calor superiores ao R134a. Em geral, o coeficiente de transferência de calor apresenta a seguinte ordem decrescente: R290, R1270, R600a e R134a. No entanto, o R290 necessitou superaquecimentos da parede superiores ao R1270 para iniciar o processo de ebulição. O refrigerante R1270 proporcionou perdas de pressão totais inferiores aos demais fluidos segundo a seguinte ordem decrescente: R600a, R134a, R290 e R1270. O refrigerante R1270 apresentou frequências de oscilação inferiores na temperatura da câmara de saída. Baseado na análise de desempenho da 2ª Lei da Termodinâmica, conclui-se que, as irreversibilidades devido ao processo de transferência de calor foram predominantes quando comparadas àquelas devido à perda de pressão. Através desta análise também constatou-se o melhor desempenho para o refrigerante R290. / The present thesis concerns an experimental study on flow boiling inside a microchannel array. Experimental results for two-phase pressure drop and heat transfer coefficient were acquired for the hydrocarbons R600a (isobutane), R290 (propane) and R1270 (propylene). These fluids present low Global Warming Potential (GWP) and null Ozone Depletion Potential (ODP). The cooling performance of these hydrocarbons were evaluated for a copper heat sink containing fifty parallel microchannels. The microchannels are rectangular with cross section of 123x494 µm2, 15 mm length and a footprint area of 15x15 mm2. The experimental evaluation was performed in a test facility located at the Laboratory of Thermal and Fluid Engineering of School of Engineering of São Carlos, University of Sao Paulo. The experiments were performed for heat fluxes up to 400 kW/m2, mass velocities from 165 to 823 kg/m2s, degrees of liquid subcooling at the test section inlet of 5, 10 and 15°C and saturation temperatures of 21 and 25°C. The experimental data were carefully analyzed and discussed focusing on the effects of the fluid on the heat sink thermal hydraulic performance. Fluctuations in the temperature and pressure were analyzed parametrically in order to evaluate thermal instability effects. Additionally, an exergy analysis was performed to evaluate the refrigerant efficiency during convective evaporation. Subsequently, the parametric effects and performance of hydrocarbons were compared with previous results for refrigerant R134a obtained in the same test facility and under the same experimental conditions. The refrigerant R290 provided heat transfer coefficients higher than R600a and R1270. However, R290 needed a degree of wall superheating for the onset of nucleate boiling higher than R1270. Based on the exergy analysis it was concluded that, the irreversibility associated to the heat transfer process are predominant compared with the irreversibility due to the pressure drop. According to the Second Law analyses it was also concluded R290 as the fluid providing the best performance.

A presente tese envolve um estudo experimental da ebulição convectiva no interior de um dissipador de calor baseado em multi-microcanais. Resultados experimentais para perda de pressão e coeficiente de transferência de calor foram levantados para os hidrocarbonetos R600a (isobutano), R290 (propano) e R1270 (propileno), fluidos com reduzido GWP (Global Warming Potential) e ODP (Ozone Depletion Potential) nulo. O desempenho termo-hidráulico destes fluidos foi avaliado em um dissipador de calor de cobre, contendo cinquenta canais paralelos com seção transversal retangular de 123x494 µm2 , 15 mm de comprimento e área de base de 15x15 mm2. Os experimentos foram realizados para fluxos de calor de até 400 kW/m2, velocidade mássica variando entre 165 e 823 kg/m2s, graus de sub-resfriamento do líquido na entrada da seção de testes de 5, 10 e 15°C e temperaturas de saturação de 21 e 25°C. Os dados experimentais foram amplamente analisados e discutidos, focando o efeito do fluido refrigerante. Oscilações dos sinais de temperatura e pressão foram analisadas parametricamente visando caracterizar efeitos de instabilidades térmicas. Adicionalmente, realizou-se análise comparativa de desempenho dos refrigerantes baseada na 2ª Lei da Termodinâmica. Os dados para hidrocarbonetos foram comparados com resultados de trabalhos prévios para o refrigerante R134a levantados na mesma seção de testes e utilizando a mesma bancada experimental. A partir destes dados, conclui-se que os hidrocarbonetos proporcionam coeficientes de transferência de calor superiores ao R134a. Em geral, o coeficiente de transferência de calor apresenta a seguinte ordem decrescente: R290, R1270, R600a e R134a. No entanto, o R290 necessitou superaquecimentos da parede superiores ao R1270 para iniciar o processo de ebulição. O refrigerante R1270 proporcionou perdas de pressão totais inferiores aos demais fluidos segundo a seguinte ordem decrescente: R600a, R134a, R290 e R1270. O refrigerante R1270 apresentou frequências de oscilação inferiores na temperatura da câmara de saída. Baseado na análise de desempenho da 2ª Lei da Termodinâmica, conclui-se que, as irreversibilidades devido ao processo de transferência de calor foram predominantes quando comparadas àquelas devido à perda de pressão. Através desta análise também constatou-se o melhor desempenho para o refrigerante R290. / The present thesis concerns an experimental study on flow boiling inside a microchannel array. Experimental results for two-phase pressure drop and heat transfer coefficient were acquired for the hydrocarbons R600a (isobutane), R290 (propane) and R1270 (propylene). These fluids present low Global Warming Potential (GWP) and null Ozone Depletion Potential (ODP). The cooling performance of these hydrocarbons were evaluated for a copper heat sink containing fifty parallel microchannels. The microchannels are rectangular with cross section of 123x494 µm2, 15 mm length and a footprint area of 15x15 mm2. The experimental evaluation was performed in a test facility located at the Laboratory of Thermal and Fluid Engineering of School of Engineering of São Carlos, University of Sao Paulo. The experiments were performed for heat fluxes up to 400 kW/m2, mass velocities from 165 to 823 kg/m2s, degrees of liquid subcooling at the test section inlet of 5, 10 and 15°C and saturation temperatures of 21 and 25°C. The experimental data were carefully analyzed and discussed focusing on the effects of the fluid on the heat sink thermal hydraulic performance. Fluctuations in the temperature and pressure were analyzed parametrically in order to evaluate thermal instability effects. Additionally, an exergy analysis was performed to evaluate the refrigerant efficiency during convective evaporation. Subsequently, the parametric effects and performance of hydrocarbons were compared with previous results for refrigerant R134a obtained in the same test facility and under the same experimental conditions. The refrigerant R290 provided heat transfer coefficients higher than R600a and R1270. However, R290 needed a degree of wall superheating for the onset of nucleate boiling higher than R1270. Based on the exergy analysis it was concluded that, the irreversibility associated to the heat transfer process are predominant compared with the irreversibility due to the pressure drop. According to the Second Law analyses it was also concluded R290 as the fluid providing the best performance.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:58:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 IgorMGA_DISSERT_1-100.pdf: 3498388 bytes, checksum: 478be24ae351a921f1a23bafc58492ef (MD5) Previous issue date: 2010-12-20 / This research this based on the seminar on Use of Natural Fluids in Refrigeration and Air-Conditioning Systems conducted in 2007 in Sao Paulo. The event was inserted in the National Plan for Elimination of CFCs, coordinated by the Ministry of Environment and implemented by the United Nations Development Programme (UNDP). The objective of this research is analyze the performance of the hydrocarbons application as zeotropic mixtures in domestic refrigerator and validate the application of technical standards for pull down and cycling (on-off) tests to the mixture R290/R600a (50:50) in domestic refrigerator. It was first developed an computational analysis of R290/R600a (50:50) compared to R134a and other mass fractions of the hydrocarbons mixtures in the standard ASHRAE refrigeration cycle in order to compare the operational characteristics and thermodynamic properties of fluids based on the software REFPROP 6.0. The characteristics of the Lorenz cycle is presented as an application directed to zeotropic mixtures. Standardized pull down and cycling (on-off) tests were conducted to evaluate the performance of the hydrocarbons mixture R290/R600a (50:50) as a drop-in alternative to R134a in domestic refrigerator of 219 L. The results showed that the use of R290/R600a (50:50) with a charge of refrigerant reduced at 53% compared to R134a presents reduced energy performance than R134a. The COP obtained with hydrocarbon mixture was about 13% lower compared to R134a. Pull down times in the refrigerator compartments for fluids analyzed were quite close, having been found a 4,7% reduction in pull down time for the R290/R600a compared to R134a, in the freezer compartment. The data indicated a higher consumption of electric current from the refrigerator when operating with the R290/R600a. The values were higher than about 3% compared to R134a. The charge of 40 g of R290/R600a proved very low for the equipment analyzed / Esta pesquisa est? baseada no semin?rio Uso de Fluidos Naturais em Sistemas de Refrigera??o e Ar-Condicionado realizado em 2007 na cidade de S?o Paulo. O evento esteve inserido no Plano Nacional de Elimina??o de CFC?s, coordenado pelo Minist?rio do Meio Ambiente e implementado pelo Programa das Na??es Unidas para o Desenvolvimento (PNUD). O objetivo do trabalho ? analisar a performance da aplica??o de hidrocarbonetos como misturas zeotr?picas em refrigerador dom?stico e validar a aplica??o das normas t?cnicas de ensaios de abaixamento de temperatura e ciclagem para a mistura R290/R600a (50:50) em refrigerador dom?stico. Foi desenvolvida primeiramente uma an?lise computacional do R290/R600a (50:50) em rela??o ao R134a e outras fra??es de massa da mistura de hidrocarbonetos operando no ciclo de refrigera??o padr?o ASHRAE de modo a comparar as caracter?sticas operacionais e termodin?micas destes fluidos com base no software REFPROP 6.0. As caracter?sticas do ciclo Lorenz s?o apresentadas como aplica??o direcionada ?s misturas zeotr?picas. Ensaios normalizados de abaixamento de temperatura e ciclagem foram desenvolvidos para avaliar a performance da mistura de hidrocarbonetos R290/R600a (50:50) como uma alternativa de drop-in do R134a em refrigerador dom?stico de 219 litros de capacidade. Os resultados mostraram que a utiliza??o do R290/R600a (50:50) com uma carga reduzida em 53% da carga de R134a apresenta desempenho energ?tico ligeiramente inferior ao R134a. O COP obtido para a opera??o com a mistura de hidrocarbonetos foi cerca de 13% inferior em rela??o ao R134a. Os tempos de abaixamento de temperatura nos compartimentos do refrigerador para os fluidos analisados foram bastante pr?ximos, tendo sido verificada uma redu??o de 4,7% no tempo de abaixamento para o R290/R600a em compara??o ao R134a, no compartimento do freezer. Foi verificado um maior consumo de corrente el?trica do refrigerador quando operando com o R290/R600a. Os valores obtidos foram superiores cerca de 3% em rela??o ao R134a. A carga de 40 g do R290/R600a se mostrou diminuta para o equipamento analisado