Resumo

A preocupação ambiental aliada às restrições impostas por agências regulatórias têm incentivado a utilização de fluidos refrigerantes naturais como alternativas aos fluidos sintéticos CFC, HCFC e HFC em sistemas de refrigeração. Dentre as opções existentes, o dióxido de carbono (CO2 ? R744) é um fluido bastante promissor porque as suas propriedades termofísicas favorecem o uso em sistemas de refrigeração, além de ser um fluido ambientalmente amigável e relativamente seguro. Os sistemas de refrigeração que utilizam o CO2 como fluido refrigerante apresentam algumas particularidades que os distinguem dos sistemas que usam fluidos convencionais. Para que esses sistemas se tornem alternativas técnica, ecológica e economicamente viáveis, os requisitos de custo e desempenho devem ser compatíveis aos sistemas atuais. Para tanto, é necessário entender as particularidades da aplicação desse fluido e os seus efeitos sobre a operacionalidade do sistema. Desse modo, neste trabalho foram compiladas informações sobre a aplicação de CO2 em sistemas de refrigeração para subsidiar o desenvolvimento de produtos com baixo impacto ambiental e com desempenho e custo competitivos. Além disso, explorou-se o desempenho do ciclo padrão de refrigeração em condição transcrítica para melhor compreender os efeitos da temperatura ambiente, da carga térmica e do trocador de calor interno. Adicionalmente, foram examinadas técnicas para controlar de forma individual ou simultânea os parâmetros superaquecimento, pressão de descarga e pressão intermediária. As análises foram realizadas em uma bancada experimental, projetada e construída especificamente para este estudo, que permite a montagem de diferentes configurações de ciclo. O estudo foi complementado com uma análise matemática para facilitar o entendimento de diversos fenômenos que ocorrem nos componentes do sistema. Os ensaios experimentais permitiram concluir que o trocador de calor interno proporciona um aumento de 30% no desempenho do sistema. Sob condições variáveis de temperatura ambiente, o tubo capilar origina uma variação significativa do superaquecimento, mas proporciona um eficiente mecanismo de ajuste passivo da pressão de descarga. A válvula termostática, por outro lado, mantém o superaquecimento reduzido, mas afasta a pressão de descarga do valor ideal. Por sua vez, a configuração com dupla expansão garante o controle simultâneo do superaquecimento e da pressão de descarga. As três configurações apresentaram COPs semelhantes. Por fim, a configuração com extração de vapor reduz a temperatura de descarga, mas penaliza o COP devido à redução da capacidade de refrigeração em função da redução da vazão mássica circulante no evaporador.

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