Autores: Antônio Gabriel S. Almeida ¹
Taís da Cunha Costa ¹
Francisco S. Almeida ¹
¹ IFBA – Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia
NRCA – Núcleo de Refrigeração, Controle e Automação
Traemos al presente
el futuro
de la –construcción!
Salvador
– Bahia
Brasil
Cenário ambiental dos Fluidos sintéticos
• Protocolo de Montreal extinguiu o consumo dos
CFCs e prevê eliminação do HCFCs até 2040.
Substâncias com alto Potencial de Destruição
da camada de Ozônio (PDO).
• Protocolo de Quioto tem como alvo extinção dos
HFCs, substâncias com alto Potencial de
Aquecimento Global (GWP).
Dióxido de Carbono (R-744 ou CO2)
• Características positivas:
Fluido natural, estável, atóxico, não inflamável, baixo
custo, baixo GWP, PDO=0, alta capacidade
volumétrica, baixa razão de pressão, boa propriedade
de transferência de calor, disponível no ambiente, não
precisa ser reciclado, imiscível em óleos lubrificante.
• Características negativas:
Alta pressão de trabalho, inodoro e mais denso que
o ar, necessidade de monitoramento de
vazamentos, formação de gelo seco (CO2 sólido).
Utilização do ciclo de refrigeração do R-744
Fonte: Bandarra et. al, 2011
CARACTERISTICAS DE OPERAÇÃO DO CO2
Fonte: Silva, 2006
OPERAÇÃO DO CO2 NO CICLO TRANSCRÍTICO
Fonte: Silva, 2006
Objetivo
Apresentar uma análise da exergética da
utilização do dióxido de carbono como fluido
refrigerante em um sistema de refrigeração por
compressão de pequeno porte. Nesta análise,
apresentamos o dióxido de carbono com
expansão direta, ou seja, no ciclo transcrítico,
com
temperatura
de
evaporação
e
condensação/dissipação de calor em torno de
5°C e 45°C, respectivamente.
Diagrama esquemático do sistema de refrigeração
por compressão do CO2
Fonte: (Bandarra et. al,2011)
Diagrama termodinâmico do ciclo por compressão
do CO2
Fonte: Bandarra et. al, 2011
Parâmetros de modelagem
• Todos os componentes operam em regime
permanente;
• Perda de carga desconsiderada nos trocadores
de calor e nas tubulações;
• Variações da energia cinética e potencial
desprezíveis;
• Há uma única entrada e saída para vazão
mássica;
• Expansão isoentálpica na válvula de expansão.
Equacionamento
• O balanço da taxa de exergia para volumes de
controle em regime:
• Exergia específica por unidade de massa
Parâmetros de simulação
Tabela 1 – Parâmetros de entrada fixados para simulação CO2 e R-134a
Descrição
Temperatura ambiente
Pressão ambiente
Temperatura de condensação
Temperatura de evaporação
Temperatura de entrada no compressor (CO2)
Calor absorvido pelo evaporador
Representação
Valores Considerados
35 °C
101 kPa
45 °C
5 °C
15 °C
0,50 KW
Resultados
Gráfico 01 – COP variando a temperatura de condensação/dissipação
Resultados
Gráfico 02 – Eficiência dos fluidos refrigerantes variando a temperatura de evaporação
Resultados
Gráfico 03 – Irreversibilidade dos fluidos refrigerantes variando a temperatura de evaporação
Exergia total
destruída (kW)
Exergia total destruída com a variação da Temperatura
de evaporação
2,000
CO2
1,500
R-134a
1,000
0,500
0,000
12
9
6
3
0
-3
Temperatura de Evaporação (°C)
-6
Resultados
Gráfico 04 – Destruição de exergia por componente para o CO2 e R-134a
Resultados
Gráfico 05 – Destruição de exergia por componente para o ciclo com CO2
Conclusões
1) A utilização do ciclo transcrítico do CO2 se apresenta como uma alternativa a
ser explorada, com o objetivo de substituir o R-134a. Os estudos existentes para
aplicação em sistemas de ar condicionado automotivo comprovam esta
afirmativa.
2) São necessários maiores aprofundamentos sobre a aplicação deste ciclo com
fins de conservação, como para a utilização em refrigeradores. Desafios a serem
superados:
- eficiência menor que o fluido sintético
- valores de pressão operacional que demandem cuidados específicos
- aumento da temperatura de dissipação de calor aumenta as irreversibilidades
3) Como desdobramento deste trabalho, pretende-se simular condições
operacionais de um ciclo real, estudando os melhores valores possíveis para
subresfriamento e superaquecimento, que possam reduzir as irreversibilidades.
4) Com a introdução destes fatores na modelagem e simulação espera-se
conseguir bases confiáveis para a montagem de um protótipo.
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Van Wylen, G. J., Sonntag, R. E., Borgnakke, C., 2008, Fundamentos da Termodinâmica Clássica, 5ª ed., Ed. Blucher, São Paulo,
Brasil.
Agradecimentos
Agradecemos ao Instituto Federal de Educação,
Ciência e Tecnologia da Bahia (IFBA) pelo apoio
ao desenvolvimento e divulgação da pesquisa.