Made available in DSpace on 2014-06-12T17:35:11Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2008_1.pdf: 7149488 bytes, checksum: d3b8674523d93059bebd3ba2d60c509e (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2010 / Uma das ações para se reduzir as emissões dos gases que contribuem para o efeito estufa consiste no uso de refrigerantes alternativos que causam menores impactos ao meio ambiente. Nesse sentido, uma alternativa interessante seria o uso do dióxido de carbono (R-744) como fluido refrigerante, porque esse apresenta um Potencial de Destruição do Ozônio (ODP) igual a zero e um Coeficiente de Aquecimento Global (GWP) igual a 1, valores bastante reduzidos, quando relacionados aos demais fluidos refrigerantes atualmente utilizados em sistemas de refrigeração. Sabe-se que o uso do CO2 conduz a uma baixa taxa de compressão (vida útil do compressor elevada); a uma redução do diâmetro das tubulações e trocadores de calor proporcionando uma carga de fluido refrigerante menor; leva a um menor número de compressores com sistemas de refrigeração mais compactos e manutenção da instalação reduzida, além dos benefícios ambientais inerentes à utilização desse fluido. Embora se saiba que os sistemas a CO2 exijam uma tecnologia mais refinada e mais dispendiosa que outros refrigerantes, países geradores de tecnologia, como a Alemanha, estão investindo com seriedade nesse antigo refrigerante. Neste trabalho foram comparadas e analisadas as eficiências energéticas e exergéticas para três fluidos refrigerantes: R-22 (GWP=1780, ODP=0,05); R-404A (GWP=3800, ODP = 0) e R-744 (GWP=1, ODP = 0). O estudo foi realizado por meio de simulação numérica utilizando o EES (Engineering Equation Solver). A simulação numérica foi conduzida para cinco diferentes tipos de instalações de refrigeração para supermercados, para as quais foi feita uma análise energética e exergética. Os resultados dessa análise foram validados com dados existentes na literatura e comparados com os resultados obtidos na única instalação frigorífica comercial da America Latina que trabalha com CO2, o Supermercado Verdemar, Belo Horizonte, MG/Brasil. A simulação numérica desse trabalho representou bem os dados da instalação real. Portanto, a utilização do R-744 mostrou um melhor desempenho do sistema em determinadas faixas de aplicações, bem como a redução no consumo de energia elétrica

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2018-01-15T21:40:49Z No. of bitstreams: 1 SilasFerreiraTavaresMartinsMiranda_DISSERT.pdf: 1710495 bytes, checksum: dadeb6081ade516cd49048b5696dec5a (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2018-01-17T15:27:19Z (GMT) No. of bitstreams: 1 SilasFerreiraTavaresMartinsMiranda_DISSERT.pdf: 1710495 bytes, checksum: dadeb6081ade516cd49048b5696dec5a (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-17T15:27:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SilasFerreiraTavaresMartinsMiranda_DISSERT.pdf: 1710495 bytes, checksum: dadeb6081ade516cd49048b5696dec5a (MD5) Previous issue date: 2017-07-28 / O presente trabalho tem como objetivo avaliar o desempenho de um sistema de refrigera??o por compress?o de vapor utilizando diferentes fluidos refrigerantes sint?ticos. Depois do sucesso na aplica??o do Protocolo de Montreal, que culminou na elimina??o dos CFCs (clorofluorcarbonetos) que tinha alto potencial de destrui??o da camada de oz?nio, nos ?ltimos anos foi constatado que os HCFCs que surgiram com excelente alternativa aos CFCs tamb?m prejudicam o meio ambiente, sua libera??o para atmosfera contribui para o efeito estufa causando o aquecimento global. Por isso o governo brasileiro elaborou um Programa de Elimina??o dos HCFCs (hidroclorofluorcarbonos), este programa est? voltado principalmente para elimina??o do consumo do HCFC-22 (R22), que ? um dos fluidos refrigerantes mais utilizado nos sistemas de refrigera??o e ar condicionado. Neste contexto, o presente trabalho pretende fazer estudo termodin?mico comparativo entre dois fluidos refrigerantes sint?ticos o R-22 e o R437a. O refrigerador funcionando com R437 foi submetido a testes abaixamento de temperatura conforme norma ABNT para diferentes cargas t?rmicas no evaporador. Os resultados obtidos foram comparados com o refrigerador funcionando com R22 para as mesmas cargas t?rmicas e revelam que a performance do refrigerador com o R22 ? superior ao R437a. / The objective of this work is to evaluate the performance of a steam compression refrigeration system using different synthetic refrigerant fluids. Following the successful implementation of the Montreal Protocol, which culminated in the elimination of CFCs (chlorofluorocarbons) which had a high potential for destruction of the ozone layer, it has been found in recent years that the HCFCs that have emerged as an excellent alternative to CFCs also harm the environment , its release into the atmosphere contributes to the greenhouse effect causing global warming. For this reason, the Brazilian government has developed a Program for the Elimination of HCFCs (hydrochlorofluorocarbons). This program is mainly aimed at eliminating the consumption of HCFC-22 (R22), which is one of the refrigerants used in refrigeration and air conditioning systems. In this context, the present work intends to make a comparative thermodynamic study between two synthetic refrigerant fluids R-22 and R437a. The refrigerator running on R437 was subjected to temperature lowering tests according to ABNT standard for different thermal loads on the evaporator. The results obtained were compared with the refrigerator running on R22 for the same thermal loads and show that the performance of the refrigerator with R22 is higher than R437a.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This work reports an experimental investigation related to the drop-in process of HCFC22 in a commercial refrigeration system with a maximum capacity of 15 kW. Among the alternative refrigerants there are hydrocarbons (HCs) and synthetic refrigerants, HFC. The experimental facility is basically composed of analternative variable speed compressor (VSC), tube in tube heat exchangers and an electronic expansion valve (EEV). Different methodologies were addressed to this document. Initially, the systemoperated at the nominal frequency and has been configured to the same openning condition in the expansion valve. The limits of the refrigeration system were operated by factorial experimental designs. Therefore,there were presented response surfaces and metamodels, showing consistent tools to predict the cooling system behavior. Also, an analysis of the individual performance of each refrigerant was held in three different evaporation temperatures: -15ºC, -10ºC and -5ºC. All fluids, except R134a can be suitable to replace R22 in these specific applications. Both HCs and HFC32 provide the refrigeration capacity and COP greater than the original system. In addition, the environmental impact of each fluid was estimated by the TEWI method. HCs showed the lowest impacts, while HFC404A promoted the greatest damage to the environment. Finally, the analysis of the operating system with a Scroll compressor was made. Among the seven options to R22, only five refrigerants operated in stable condition. Moreover, even with handling system parameters, this class of compressors was less flexible to the proposed drop-in. In general, as a great technical contribution for refrigeration systems, this study found that, regardless of the installation capacity, the EEV/VSC pair functionality is an essential tool not only for the adaptation of an alternative fluid to the original compression cycle, as well as to reduce environmental impacts. / O presente trabalho relata uma investigação experimental do processo de drop-in(substituição direta) do HCFC22 em um sistema de refrigeração comercial com capacidade máxima de 15kW. Entre os refrigerantes alternativos testados, encontram-se hidrocarbonetos e refrigerantes sintéticos da classe HFC.A bancada experimental é composta, basicamente, de um compressor de velocidade variável(CVV) alternativo, trocadores de calor de tubos concêntricos e uma válvula de expansão eletrônica (VEE). Inicialmente, o sistema operou à frequência nominal e foiconfigurado à mesma condição de abertura no dispositivo de expansão. Posteriormente, os limites de cada refrigeranteforam explorados por meio de ferramentas estatísticas DOE,design of experiments. Nesta segunda etapa, foram apresentadas superfícies de respostas e metamodelos, que se mostraram ferramentas coerentes na previsão do comportamento do sistema de refrigeração.Em sequência,foirealizada uma análise do desempenho individual de cada refrigerante, em três diferentes temperaturas de evaporação: -15ºC, -10ºC e -5ºC. Todos os refrigerantes, com exceção do R134a, podem substituir o R22 nestas aplicações específicas. Ambos os hidrocarbonetos (HCs) e o HFC32 proporcionaram capacidades de refrigeração e COPs superiores ao sistema original. Em complemento, a estimativa dos impactos ambientais de cada fluidofoi estimada através do método TEWI, total equivalent warming impact. Os HCs apresentaram os menores impactos, enquanto o HFC404A promoveu os maiores danos ao meio ambiente.Por fim, realizou-se a análise do sistema operando com um compressor tipoScroll. Entre as sete opções ao R22, apenas cinco refrigerantes operaram em condições estáveis. Além disso, mesmo com a manipulação de parâmetros do sistema, esta classe de compressores mostrou-se menos flexível à proposta de drop-in.Em geral, como maior contribuição técnica aos sistemas de refrigeração, o presente trabalho comprovou que, independentemente da capacidade da instalação, a funcionalidade do par VEE/CVV é uma ferramenta essencial não só para a adaptação de um fluido alternativo ao ciclo de compressão original, como também para a reduçãodos impactos ambientais. / Doutor em Engenharia Mecânica

[EN] In the regulation of a refrigeration system the expansion device have a fundamental role. The precise understanding of the way in which it works with different refrigerants is of crucial relevance in order to perform a precise design of these systems, as well as, to assist to its proper selection as a function of its capacity and the employed refrigerant. This thesis presents on the one hand the experimental characterization of the mass flow rate through an expansion valve with three different refrigerants: R22 (HCFC) as reference; R290 (propane) as a natural refrigerant, and R410A (HFC), currently one of the most common refrigerants, in a wide range of operating conditions and for different valve lifts. On the other hand, the work also includes the study of the modeling of the refrigerant flow through the expansion valve, and the development of a model based on the flashing process, with sufficient predictive ability to determine the mass flow rate circulating through the expansion valve according to the upstream fluid conditions and the opening valve. In order to determine accurately and precisely the minimum geometric area and the effective single-phase area of the expansion valve, it has been measured in the metrological center of UPV. In addition detailed hydraulic and pneumatic studies of the vale in two different test benches have been carried out. The analysis of experimental results obtained for the three refrigerants has shown that the mass flow rate through the expansion valve is strongly dependent on the upstream pressure and the degree of subcooling, but also slightly dependent on the downstream pressure. For the range of typical operation of heat pump and refrigeration systems, unlike some studies in literature have observed, the first-stage choking phenomena was not observed in our case. Instead, all the obtained results seem to be in the second-stage choking non-ideal flow. Obviously, the effect of the flow area on the mass flow is very important. The developed model of mass flow rate through expansion valves is basically derived from the Bernoulli equation for incompressible single-phase flow through orifices from assuming that the flow at vena contracta section is almost entirely liquid. The pressure at the vena contracta section is determined from the correlations obtained by Alamgir et al. [1981] and Abuaf et al. [1983] for water depressurization in "flashing" type expansions, in which a sudden depressurization occurs and subcooled liquid passes to metastable liquid and finally to two-phase flow. An adjustment coefficient, Ctwo-phase, was added to the model in order to take into account the effect of bubbles formation in the flow restriction, depending on the opening of the valve. This coefficient depends only on the flow area and it is close to the unit at high values of the flow area. The obtained results were found to be in good agreement with the measured data with approximately 95% of the measured data falling within a relative deviation of ±7%. / [ES] En la regulación del sistema de refrigeración como conjunto, el ajuste y estado del dispositivo de expansión tiene un papel fundamental, y el mejor conocimiento de su funcionamiento resulta de sumo interés para el correcto diseño del equipo, así como para asistir su correcta selección en función de la capacidad del mismo y del refrigerante empleado. Este trabajo de tesis doctoral presenta por un lado la caracterización experimental del flujo másico circulante a través de una válvula de expansión con distintos refrigerantes: el R22 (HCFC) como referencia, el R290 (propano) como refrigerante natural, y el R410A (HFC) como uno de los refrigerantes más habituales en la actualidad, en un amplio rango de condiciones de funcionamiento, para diferentes levantamientos de la válvula a estudio. Por otro lado, el trabajo incluye también el estudio del modelado del proceso de expansión a través de la válvula, y el desarrollo de un modelo basado en el proceso físico que se produce: "flashing", con capacidad predictiva suficiente para poder determinar el gasto másico circulante a través de la válvula de expansión en función de las condiciones del fluido aguas arriba y el área de paso de la misma. Para determinar con precisión y exactitud el área mínima geométrica y el área efectiva monofásica de la válvula de expansión se ha realizado medidas en el centro metrológico de la UPV, y también un estudio hidráulico y neumático detallado de la misma en sendos bancos de ensayo. El análisis de los resultados experimentales para los tres refrigerantes empleados ha mostrado que el gasto másico a través de la válvula de expansión es fuertemente dependiente de la presión aguas arriba y el grado de subenfriamiento, pero también ligeramente dependiente de la presión aguas abajo. Para el rango de funcionamiento típico de equipos de bomba de calor y sistemas de refrigeración, no se ha observado la primera etapa de flujo bloqueado que se mencionó en algunos estudios de la literatura, estando la totalidad de los resultados obtenidos claramente en la segunda etapa de flujo bloqueado no ideal. Obviamente, el efecto del área de paso sobre el gasto másico es muy determinante. El modelo de gasto másico a través de válvulas de expansión desarrollado se deriva básicamente de la ecuación de Bernoulli para flujo monofásico incompresible a través de orificios asumiendo que el flujo hasta la sección de vena contracta se encuentra prácticamente en su totalidad en estado líquido. La presión en la sección de vena contracta se ha determinado a partir de las correlaciones que obtuvieron Alamgir et al. [1981] y Abuaf et al. [1983] para la despresurización del agua en expansiones tipo "flashing", en los que se produce una despresurización súbita y el líquido subenfriado pasa a líquido metaestable y finalmente a flujo bifásico. Se ha añadido un coeficiente de ajuste, Cbifásico, en el modelo para tener en cuenta el efecto que puede tener la formación de burbujas en la restricción del flujo, en función del área de paso de flujo circulante a través de las válvulas. Este coeficiente sólo depende del área de paso y se acerca a la unidad a partir de un cierto tamaño del área de paso. Los resultados del modelo presentado en esta tesis doctoral son muy satisfactorios, llegando a predecir el 95% de los resultados con una desviación máxima del 7 %. / [CA] En la regulació del sistema de refrigeració com a conjunt, l'ajust i estat del dispositiu d'expansió té un paper fonamental i el millor coneixement del seu funcionament amb distints refrigerants resulta del màxim interés per al correcte disseny d'estos, així com per a assistir la seua correcta selecció en funció de la capacitat i del refrigerant empleat. Este treball de tesi doctoral presenta per un costat la caracterització experimental del flux màssic circulant a través d'una vàlvula d'expansió amb distints refrigerants: el R22 (HCFC) com a referència; el R290 (propà) com refrigerant natural, i el R410A (HFC) com un dels refrigerants més habituals en l'actualitat, en un ampli rang de condicions de funcionament, per a diferents alçaments de la vàlvula a estudi. D'altra banda, el treball inclou també l'estudi del modelatge del procés d'expansió a través de la vàlvula, i el desenrotllament d'un model basat en el procés físic que es produïx "flashing", amb capacitat predictiva suficient per a poder determinar el gasto màssic circulant a través de la vàlvula d'expansió en funció de les condicions del fluid aigües dalt i l'àrea de pas de la mateixa. Per a determinar amb precisió i exactitud l'àrea mínima geomètrica i l'àrea efectiva monofàsica de la vàlvula d'expansió s'han realitzat mesures en el centre metrológico de la UPV, i també un estudi hidràulic i pneumàtic detallat de la mateixa en sengles bancs d'assaig. L'anàlisi dels resultats experimentals per als tres refrigerants empleats ha mostrat que el fluxe màssic a través de la vàlvula d'expansió és fortament dependent de la pressió aigües dalt i el grau de subrefredament, però també lleugerament dependent de la pressió aigües aball. Per al rang de funcionament típic d'equips de bomba de calor i sistemes de refrigeració, no s'ha observat la primera etapa de flux bloquejat que es va mencionar en alguns estudis de la literatura, estant la totalitat dels resultats obtinguts clarament en la segona etapa de flux bloquejat no ideal. Òbviament, l'efecte de l'àrea de pas sobre el gasto màssic és molt determinant. El model de fluxe màssic a través de vàlvules d'expansió desenvolupat es deriva bàsicament de l'equació de Bernoulli per a flux monofàsic incompressible a través d'orificis a partir d'assumir que el flux fins a la secció de vena contracta es troba pràcticament en la seua totalitat en estat líquid. La pressió en la secció de vena contracta s'ha determinat a partir de les correlacions que van obtindre Alamgir t'al. [1981] i Abuaf t'al. [1983] per a la despresurització del aigua en expansions del típus "flashing", en eles que es produeix una despresurització súbita i el líquid subrefredad passa a líquid metaestable i finalment a fluxe bifásic. S'ha afegit un coeficient d'ajust, Cbifásico, en el model per a tindre en compte l'efecte que pot tindre la formació de bambolles en la restricció del flux, en funció de l'àrea de pas de flux circulant a través de les vàlvules. Este coeficient només depén de l'àrea de pas i s'acosta a la unitat a partir d'una certa grandària de l'àrea de pas. Els resultats del model presentat en aquesta tesi doctoral reprodueixen el 95% dels resultats en una desviacio máxima del 7%. / Ait Bahajji, M. (2016). Estudio teórico experimental del proceso de "flashing" de refrigerantes en válvulas de expansión [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/61980

A study of heat transfer and pressure drop in zero ozone-depletion-potential (ODP) ‎refrigerant blends in small diameter tubes was conducted. The azeotropic refrigerant ‎blend R410A (equal parts of R32 and R125 by mass) has zero ODP and has properties ‎similar to R22, and is therefore of interest for vapor compression cycles in high-‎temperature-lift space-conditioning and water heating applications. Smaller tubes lead to ‎higher heat transfer coefficients and are better suited for high operating pressures.‎ Heat transfer coefficients and pressure drops for R410A were determined experimentally ‎during condensation across the entire vapor-liquid dome at 0.8, 0.9xPcritical and gas ‎cooling at 1.0, 1.1, 1.2xPcritical in three different round tubes (D = 3.05, 1.52, 0.76 mm) ‎over a mass flux range of 200 < G < 800 kg/m2-s. A thermal amplification technique was ‎used to accurately determine the heat duty for condensation in small quality increments ‎or supercritical cooling across small temperature changes while ensuring low ‎uncertainties in the refrigerant heat transfer coefficients. ‎ The data from this study were used in conjunction with data obtained under similar ‎operating conditions for refrigerants R404A and R410A in tubes of diameter 6.22 and ‎‎9.40 mm to develop models to predict heat transfer and pressure drop in tubes with ‎diameters ranging from 0.76 to 9.40 mm during condensation. Similarly, in the ‎supercritical states, heat transfer and pressure drop models were developed to account for ‎the sharp variations in the thermophysical properties near the critical point.‎ The physical understanding and models resulting from this investigation provide the ‎information necessary for designing and optimizing new components that utilize R410A ‎for air-conditioning and heat pumping applications.‎