Simulação e avaliação termodinâmica de sistemas de refrigeração com injeção de vapor e tanque flash com o uso de misturas refrigerantes
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Tipo de produção
Dissertação
Data
2017
Autores
Trazzi, G. L. M.
Orientador
Tôrres, Ricardo Belchior
Periódico
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Citação
TRAZZI, G. L. M. Simulação e avaliação termodinâmica de sistemas de refrigeração com injeção de vapor e tanque flash com o uso de misturas refrigerantes. 2017. 98 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Centro Universitário FEI, São Bernardo do Campo, 2017 Disponível em: . Acesso em: 24 set. 2018.
Texto completo (DOI)
Palavras-chave
Refrigeração,Misturas (Química),Injeção de vapor
Resumo
Sistemas de refrigeração estão presentes em diversas aplicações, como, por exemplo, proporcionar conforto térmico pela climatização de ambientes, gerar utilidades frias para aplicações em processos industriais, conservar alimentos, bebidas e produtos farmacêuticos, entre outros. Porém, esses sistemas são grandes consumidores de energia e devem ser operados da forma mais eficiente possível, evitando gastos desnecessários. Além disso, deve-se levar em
conta também a questão ambiental, que está ligada à necessidade de substituição dos fluidos refrigerantes nocivos à camada de ozônio e com alto potencial de aquecimento global por outros que sejam mais amigáveis ao meio ambiente. Neste trabalho, um ciclo de refrigeração por compressão com injeção de vapor e tanque flash foi estudado utilizando três misturas, sendo duas de hidrocarbonetos (R290/R600a e R290/R600) e outra de hidrofluorocarbonetos
(R32/R152a). Foram realizadas simulações em estado estacionário de forma a efetuar uma análise paramétrica, considerando a influência da composição de refrigerante e da razão de expansão da válvula de expansão no primeiro estágio, avaliando parâmetros como COP, RTG do evaporador e condensador, razão de compressão global e por estágio, vazão mássica do refrigerante, composição das fases líquida e vapor que saem do tanque flash e fração de vapor na entrada do evaporador. Para as condições estudadas, o sistema que apresentou o maior COP foi a mistura de R290/R600, com uma composição de 50% de propano, em massa, e razão de expansão entre 50% e 60%. A mistura HFC apresentou os piores resultados de COP em todas as situações avaliadas, além de se mostrar inviável para algumas condições estudadas.
Refrigeration systems are present in several uses, such as: providing thermal comfort through air conditioning, supplying cold utilities to industrial applications, preserving food, beverages and pharmaceutical products, among others. However, these systems are large energy consumers and should be operated in the most efficient possible way, avoiding unnecessary costs. Furthermore, the environmental issue must be taken into account, regarding the replacement of ozone depleting refrigerants and fluids with high global warming potential, choosing eco-friendly ones. This work presents a performance evaluation of a flash tank vapor injection refrigeration system using three mixtures, R290/R600a, R290/R600 and R32/R152a. Steady-state simulations were performed to accomplish a parametric analysis considering the influence of the refrigerant composition and the expansion ratio of the upper-stage expansion valve, analyzing the following parameters: COP, refrigerant temperature glide of the evaporator and the condenser, compression ratio, refrigerant mass flow rate, liquid and vapor composition of flash tank outlet streams and vapor fraction of evaporator inlet. Considering the studied conditions, a maximum COP was obtained for the mixture R290/R600, composed by 50 wt% of R290 and expansion ratio between 50% and 60%. The HFC mixture resulted in worse values of COP for all situations studied and was considered unfeasible for some conditions evaluated.
Refrigeration systems are present in several uses, such as: providing thermal comfort through air conditioning, supplying cold utilities to industrial applications, preserving food, beverages and pharmaceutical products, among others. However, these systems are large energy consumers and should be operated in the most efficient possible way, avoiding unnecessary costs. Furthermore, the environmental issue must be taken into account, regarding the replacement of ozone depleting refrigerants and fluids with high global warming potential, choosing eco-friendly ones. This work presents a performance evaluation of a flash tank vapor injection refrigeration system using three mixtures, R290/R600a, R290/R600 and R32/R152a. Steady-state simulations were performed to accomplish a parametric analysis considering the influence of the refrigerant composition and the expansion ratio of the upper-stage expansion valve, analyzing the following parameters: COP, refrigerant temperature glide of the evaporator and the condenser, compression ratio, refrigerant mass flow rate, liquid and vapor composition of flash tank outlet streams and vapor fraction of evaporator inlet. Considering the studied conditions, a maximum COP was obtained for the mixture R290/R600, composed by 50 wt% of R290 and expansion ratio between 50% and 60%. The HFC mixture resulted in worse values of COP for all situations studied and was considered unfeasible for some conditions evaluated.