Energy analysis of low-GWP refrigerants R513A and R516A as alternatives to R134a in heat pumps for simultaneous heating and cooling of water

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: ONYEBUCHI, Okafor Geoffrey
• Orientador(a): PABON, Juan José Garcia
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Itajubá
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Engenharia Mecânica
• Departamento: IEM - Instituto de Engenharia Mecânica
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Refrigerante de baixo GWP; BPHE, bomba de calor; Aquecimento e resfriamento simultâneos; R513A, R516A; Substitutos do R134a
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA
• Link de acesso: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4196

A transição para refrigerantes de baixo potencial de aquecimento global (GWP) é essencial para lidar com as mudanças climáticas. Este estudo avalia o desempenho energético dos refrigerantes de baixo GWP R513A e R516A como alternativas ao R134a em sistemas de bomba de calor para aplicações simultâneas de aquecimento e resfriamento. Utilizando um modelo matemático validado e dados experimentais, o estudo examina a eficiência termodinâmica (COP) de cada refrigerante sob condições operacionais variáveis, incluindo variações de temperatura e vazão no evaporador e condensador. A pesquisa examinou dois casos principais: um cenário de temperatura média (cenário 1), onde as temperaturas de entrada do evaporador da mistura de água-glicol variam de 0 a 5 °C, e as temperaturas de entrada da água do condensador variam de 35 a 40 °C, simulando aplicações como resfriamento moderado e aquecimento de água quente doméstica. O cenário de alta temperatura (cenário 2) envolve temperaturas de entrada do evaporador entre 10 e 15 °C e temperaturas de entrada da água do condensador de 50 a 55 °C, representando condições adequadas para recuperação de calor residual e aplicações de aquecimento de processos industriais. Embora essas temperaturas se sobreponham a outras tecnologias, como coletores solares de tubo evacuado, sua integração em sistemas de bomba de calor ressalta a versatilidade e a escalabilidade desses sistemas para diversas demandas de energia. Em ambos os cenários, a vazão mássica de água foi ajustada entre 0,05 e 0,15 kg/s no evaporador e no condensador. Os resultados indicam que o R513A e o R516A alcançaram desempenho comparável ao R134a, com o R516A demonstrando um COP ligeiramente maior sob condições de alta temperatura. Para os três fluidos, o COP médio no modo de resfriamento (COPc ) foi de 3,3, e no modo de aquecimento (COPh ), foi de 4,6 nas condições testadas. Essas descobertas destacam o potencial de R513A e R516A como substitutos eficazes para refrigerantes de alto potencial de aquecimento global, apoiando a transição para tecnologias de refrigerantes sustentáveis.