Uma Análise de modelos de projeto de ejetores e aplicações em ciclos de refrigeração utilizando o vapor d´água e CO2

• Main Author: Iglesias, José Miguel Cardemil
• Other Authors: Universidade Federal de Santa Catarina
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Florianópolis 2012
• Subjects: Engenharia mecânica; Vapor d'agua; Dioxido de carbono; Refrigeração
• Online Access: http://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/96273

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica === Made available in DSpace on 2012-10-26T10:26:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 310137.pdf: 20958033 bytes, checksum: cfc7bda6b292668cc3bf64c18ed83427 (MD5) === O fenômeno do aquecimento global tem incentivado as pesquisas em sistemas eficientes e que não agridam o meio ambiente, com intuito de reduzir substancialmente as emissões de gases que contribuem ao efeito estufa. Devido ao potencial impacto na atmosfera dos fluidos refrigerantes sintéticos, comumente utilizados nos sistemas de refrigeração e ar condicionado, os refrigerantes denominados de naturais têm ganhado espaço, principalmente devido a sua estabilidade e abundância. Os sistemas de refrigeração por ejetor datam de 1901. Entretanto, sua aplicação tem sido reduzida devido à robustez dos equipamentos e sua baixa eficiência. Nos últimos anos, contudo, tem-se constatado uma grande quantidade de pesquisas que visam a utilização de sistemas de ejetor combinados a sistemas solares. Entretanto, os modelos de cálculo orientados para o projeto e otimização de ejetores sobretudo para condição de gás real ainda apresentam deficiências. Os modelos existentes para predição do desempenho de ejetores não podem ser aplicados para avaliar ejetores operados com refrigerantes naturais, tais como água e CO2, devido ao desenvolvimento de um escoamento bifásico no interior do ejetor. Por conseguinte, propõe-se nesta tese um novo modelo termodinâmico para análise de ejetores de vapor, considerando a equação de estado do gás real e a condição de escoamento bifásico. Nesse contexto, propõe-se a utilização de um modelo de relaxação para o cálculo da velocidade do som em meios bifásicos. O modelo proposto apresenta uma nova abordagem para a modelagem da interação entre os escoamentos primário e secundário na câmara de sucção onde não ocorre mistura dos escoamentos, mas se considera a transferência de energia decorrente dos choques desenvolvidos nesta seção. Os resultados obtidos do modelo apresentam boa aderência aos dados experimentais disponíveis nas referências técnicas afins, para os fluidos de trabalho HCFC141b, vapor d'água e CO2. O modelo unidimensional foi verificado através de simulações em CFD, empregando as equações de estado de gás real. Os resultados das simulações corroboram as hipóteses adotadas no modelo unidimensional e fornecem uma base para a análise detalhada do escoamento em ejetores. O modelo apresentado no presente trabalho é aqui utilizado na análise exergética de dois ciclos inovadores, um de refrigeração por ejetor de configuração em cascata e outro de geração combinada de potência e refrigeração. === Global warming has encouraged the scientific community to carry out research on energy effcient and environmentally friendly systems, in order to substantially reduce the greenhouse gases emissions. Considering the impact of the refrigerants commonly used by refrigeration and air conditioning systems on the atmosphere, the so-called natural refrigerants have gain more attention, mainly due to their stability and low cost. The ejector refrigeration system dates from 1901. Nevertheless, its application has been reduced due to the robustness of the equipment involved and low effciency. Notwithstanding, in the last years a rapid growth in the researches concerning these systems has been observed, especially, systems combining ejector refrigeration with low temperature solar collectors. Meanwhile, the mathematical modeling of vapor ejector still needs improvements especially for real gases. The existing models for performance prediction of the ejectors cannot be applied to evaluate ejectors operated with natural refrigerants, as Water and Carbon Dioxide. Therefore, the present Thesis proposes a new thermodynamic model to analyze vapor ejectors, which considers a real gas equation of state and two-phase flow condition. In this context, the utilization of a relaxation model has been proposed to calculate the speed of sound in the two-phase flow. The proposed model represents a new approach, which includes modeling the interaction of the two flows inside the suction chamber. In this section, the streams do not mix; however, energy is transferred between the flows due to the oblique shocks commonly developed in the chamber. The results show good agreement with the experimental data available in the literature for the working fluids HCFC141b,Water and Carbon Dioxide The One-Dimensional model was compared to CFD simulations, using real gas equations of state. The results of these simulations corroborate the hypotheses established in the One-Dimensional model and provide the base for a detailed analysis of the flow inside of the ejector. The model presented herein is used to develop an exergetic analysis of to novel cycles: the cascade ejector refrigeration cycle and a power and refrigeration cogeneration cycle.