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Estudo computacional de um ciclo de refrigeração transcrítico de CO2 com e sem ejetor

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Mesa, Richard Samir Hernandez
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Uberlândia
Brasil
Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/44929
https://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.108
Resumo: Despite the large social and economic benefits of refrigeration, large-scale environmental impacts have prompted researchers to replace HCFC and CFC refrigerants with natural refrigerants due to their lower environmental impact and the need to comply with the Kigali Amendment. Among the alternatives to conventional refrigerants, CO2 stands out. As a refrigerant, it has attracted attention due to its thermophysical properties, with one of the most used cycles being the transcritical vapor compression cycle with CO2. Different studies have investigated the use of promising new equipment to increase the COP in a conventional transcritical CO2 cycle. Thus, new enhancement technologies have emerged, among which the ejector stands out. It is equipment that recovers part of the compressor's work to decrease the compression ratio, resulting in improved system performance. Therefore, the aim of this work is to computationally simulate the conventional transcritical CO2 cycle with an ejector and compare the results obtained with a conventional cycle without an ejector. For the simulation, models and considerations obtained from different studies in the literature are used. The different components of the system are thermodynamically analyzed through energy, mass, and momentum balances. The computationally obtained results show satisfactory agreement with the experimental results. For the ejector, two models were compared, concluding that the constant pressure mixing model showed the highest agreement with the experimental data. The compressor model used a fictitious wall to account for the gains and losses in heat transfer during the compression process. The heat exchanger model used small control volumes, which are considered independent heat exchangers. The expansion valve was modeled considering the expansion factors for two-phase fluids. Numerically, gains between 22 % and 25 % in COP were observed when implementing the ejector.
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Ação contra a mudança global do clima - Tomar medidas urgentes para combater a mudança climática e seus impactos.Despite the large social and economic benefits of refrigeration, large-scale environmental impacts have prompted researchers to replace HCFC and CFC refrigerants with natural refrigerants due to their lower environmental impact and the need to comply with the Kigali Amendment. Among the alternatives to conventional refrigerants, CO2 stands out. As a refrigerant, it has attracted attention due to its thermophysical properties, with one of the most used cycles being the transcritical vapor compression cycle with CO2. Different studies have investigated the use of promising new equipment to increase the COP in a conventional transcritical CO2 cycle. Thus, new enhancement technologies have emerged, among which the ejector stands out. It is equipment that recovers part of the compressor's work to decrease the compression ratio, resulting in improved system performance. Therefore, the aim of this work is to computationally simulate the conventional transcritical CO2 cycle with an ejector and compare the results obtained with a conventional cycle without an ejector. For the simulation, models and considerations obtained from different studies in the literature are used. The different components of the system are thermodynamically analyzed through energy, mass, and momentum balances. The computationally obtained results show satisfactory agreement with the experimental results. For the ejector, two models were compared, concluding that the constant pressure mixing model showed the highest agreement with the experimental data. The compressor model used a fictitious wall to account for the gains and losses in heat transfer during the compression process. The heat exchanger model used small control volumes, which are considered independent heat exchangers. The expansion valve was modeled considering the expansion factors for two-phase fluids. Numerically, gains between 22 % and 25 % in COP were observed when implementing the ejector.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorDissertação (Mestrado)Apesar da refrigeração promover grandes benefícios sociais e econômicos, os impactos ambientais em larga escala têm despertado o interesse de pesquisadores em substituir os fluidos refrigerantes HCFC’s e CFC’s por fluidos refrigerantes naturais devido ao menor impacto ambiental e uma necessidade de atender a emenda de Kigali. Dentro dos refrigerantes alternativos aos convencionais se encontra o CO2, como fluido refrigerante tem atraído a atenção devido às suas propriedades termo físicas, um dos ciclos mais utilizados é o ciclo de compressão a vapor transcrítico com CO2. Diferentes estudos investigaram o uso de novos equipamentos promissores para aumentar o COP em um ciclo convencional transcrítico de CO2. Assim, novas tecnologias de aprimoramento têm surgido, entre elas destaca-se o ejetor, o qual é um equipamento que recupera parte do trabalho do compressor para diminuir a relação de compressão, resultando no aumento do desempenho do sistema. Desta forma, o objetivo do presente trabalho é simular computacionalmente o ciclo transcrítico convencional de CO2 com um ejetor e comparar os resultados obtidos com um ciclo convencional sem ejetor. Para a simulação são utilizados modelos e considerações obtidas de diferentes trabalhos encontrados na literatura. Os diferentes componentes do sistema são analisados termodinamicamente através de balanços de energia, massa e quantidade de movimento linear. Os resultados obtidos computacionalmente apresentam concordância satisfatória com os resultados experimentais, para o ejetor foram comparados dois modelos concluindo que o modelo de mistura a pressão constante apresentou a maior concordância com os dados experimentais, o modelo do compressor usou uma parede fictícia para considerar os ganhos e perdas da transferência de calor ao longo do processo de compressão, o modelo dos trocadores de calor utilizou pequenos volumes de controle os quais são considerados trocadores de calor independentes, a válvula de expansão foi modelada considerando os fatores de expansão para fluidos bifásicos. Numericamente, observou-se ganhos de entre 22 % e 25 % no COP quando implementado o ejetor.Universidade Federal de UberlândiaBrasilPrograma de Pós-graduação em Engenharia MecânicaGómez, Luben Cabezashttp://lattes.cnpq.br/5278904563501650Bandarra Filho, Enio Pedonehttp://lattes.cnpq.br/8157552858330455Vedovotto, João Marcelohttp://lattes.cnpq.br/5630598971511798Silva, Alexandre Kupka dahttp://lattes.cnpq.br/0353068309348963Mesa, Richard Samir Hernandez2025-02-26T17:39:51Z2025-02-26T17:39:51Z2025-02-19info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfMESA, Richard Samir Hernandez. Estudo computacional de um ciclo de refrigeração transcrítico de CO2 com e sem ejetor. 2025. 131 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.108.https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/44929https://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.108porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFUinstname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)instacron:UFU2025-02-27T06:16:05Zoai:repositorio.ufu.br:123456789/44929Repositório InstitucionalONGhttp://repositorio.ufu.br/oai/requestdiinf@dirbi.ufu.bropendoar:2025-02-27T06:16:05Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)false
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