[pt] DESENVOLVIMENTO E VALIDAÇÃO DE UM MODELO PARA UM SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO COM NANOLUBRIFICANTE POE-DIAMANTE E REFRIGERANTE R410A

[en] DEVELOPMENT AND VALIDATION OF A NUMERICAL MODEL FOR REFRIGERATION SYSTEM OPERATING WITH POE-DIAMOND NANOLUBRICANT AND R410A REFRIGERANT

[pt] JOSE EDUARDO SANSON DE PORTELLA CARVALHO

[pt] OTIMIZACAO

[pt] EQUACAO DE ESTADO DE PENG-ROBINSON

[pt] COMPRESSAO DE VAPOR

[pt] ISOMORFISMO

[pt] SIMULACAO NUMERICA

[en] OPTIMIZATION

[en] PENG-ROBINSON EQUATION OF STATE

[en] VAPOUR COMPRESSION

[en] ISOMORPHISM

[en] NUMERICAL SIMULATION

[pt] O setor da refrigeração possui um papel essencial e crescente na economia global, com um aumento na quantidade de sistemas operantes. A necessidade de desenvolver novos refrigerantes tem sido cada vez mais frequente, a fim de atender a legislações ambientais cada vez mais rigorosas. Igualmente, medidas envolvendo a introdução de novos materiais, como os nanofluidos, tem sido uma constante. Neste trabalho, um sistema de refrigeração usando uma mistura nanolubrificante POE-diamante e refrigerante R410A foi simulado. Dados experimentais cedidos pela Universidade Federal de Uberlândia (UFU) foram usados para a elaboração e validação do modelo. O simulador utiliza a equação de Peng-Robinson para o cálculo das propriedades termodinâmicas e o método de fronteira móvel para a modelagem dos trocadores. O impacto das nanopartículas em relação aos parâmetros críticos foi avaliado a partir do princípio do isomorfismo e da natureza de ambos os materiais: fluido base e nanopartículas. A convergência da simulação do ciclo de refrigeração foi obtida com o método do simplex modificado, que mostrou-se adequado para tal aplicação, apresentando convergência satisfatória em todos os casos. As temperaturas de evaporação, condensação e de descarga do compressor são obtidas a partir das condições de operação do compressor, dos dois fluidos de transferência de calor, do grau de superaquecimento no evaporador e também do grau de subresfriamento no condensador. Superfícies de resposta foram criadas a fim de avaliar o efeito de cada uma das variáveis (temperatura de evaporação, frequência do compressor e concentração de nanopartículas) utilizadas no estudo do coeficiente de performance (COP), da capacidade frigorífica e da potência do compressor. A temperatura de evaporação possui um impacto significativo sobre a capacidades frigorífica e o COP, enquanto que a potência é mais afetada pela frequência do compressor. A concentração de nanopartículas, apesar de possuir um efeito marginal, não deve ser desprezada, devido à modificação que causa sobre as propriedades termofísicas da mistura.

[en] The refrigeration sector has an essential and growing role in the global economy, with an increase in the number of operating systems. The need to develop new refrigerants has been increasingly frequent, in order to meet increasingly stringent environmental legislation. Equally, measures involving the introduction of new materials, such as nanofluids, have been a constant. In this work, a cooling system using a POE-diamond nanolubricant mixture and R410A refrigerant was simulated. Experimental data provided by the Federal University of Uberlândia (UFU) were used for the elaboration and validation of the model. The simulation uses the Peng-Robinson equation to calculate thermodynamic properties and the moving-boundary method for modeling the heat exchangers. The impact of the nanoparticles in relation to critical parameters was evaluated based on the principle of isomorphism and the nature of both materials: base fluid and nanoparticles. The convergence of the refrigeration cycle simulation was obtained with the modified simplex method, which proved to be adequate for such application, presenting satisfactory convergence in all cases. Evaporation,condensation and discharge temperatures are obtained from the operating conditions of compressor and both heat transfer fluids, the degree of superheating in the evaporator and also the degree of subcooling in the condenser. Response surfaces were created in order to evaluate the effect of each of the variables (evaporation temperature, compressor frequency and nanoparticle concentration) used in the study of the performance coefficient (COP), refrigeration capacity and compressor power. Results have shown that the evaporation temperature has a significant impact on the cooling capacity and the COP, while the power is mainly affected by the compressor frequency. The nanoparticles concentration, despite having a more attenuated effect, should not be neglected, due to the change it causes to the mixture thermophysical properties.

JOSE ALBERTO DOS REIS PARISE

PAUL ORTEGA SOTOMAYOR

FLORIAN ALAIN YANNICK PRADELLE

JOSE ALBERTO DOS REIS PARISE

SERGIO LEAL BRAGA

PAUL ORTEGA SOTOMAYOR

JADER R BARBOSA JÚNIOR

IGOR BRAGA DE PAULA

FLORIAN ALAIN YANNICK PRADELLE

FABIO TOSHIO KANIZAWA

2020-12-07

2020-10-02

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PORTUGUÊS

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https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.50641