Análise termodinâmica de ciclos de refrigeração empregados em ultrafreezers

Nascimento, Gabriel Vinco do (2022-08-02)

tcc

RESUMO: Os ultrafreezers são dispositivos projetados para alcançarem temperaturas muito baixas, atendendo as condições técnicas para o armazenamento das vacinas de RNA mensageiro durante a pandemia de covid-19, além do armazenamento de vírus, bactérias, entre outros materiais. O presente trabalho realiza uma análise energética e exergética de quatro ciclos de refrigeração em cascata para quatro fluidos refrigerantes, com o objetivo principal de determinar qual ciclo e com qual fluido obtém-se o maior valor de COP. Foram selecionados fluidos refrigerantes utilizados no mercado e fluidos com baixos índices de destruição da camada de ozônio e de potencial de aquecimento global. Para cada ciclo, foi elaborado um código no software Engineering Equation Solver (EES), simulando e realizando a otimização dos mesmos. Determinou-se a temperatura ideal de saturação para cada fluido no trocador de calor intermediário, a fim de obter o maior valor de COP para cada ciclo. Entre os fluidos selecionados, a amônia foi a que obteve os melhores valores de COP para todos os ciclos estudados, com temperatura de saturação de -33ºC. E o ciclo que obteve o melhor resultado, foi o segundo ciclo, na qual é adicionado um trocador de calor interno, entre o evaporador e o trocador de calor intermediário.

ABSTRACT: Ultrafreezers are devices designed to reach very low temperatures, meeting the technical conditions for the storage of messenger RNA vaccines during the covid-19 pandemic, in addition to the storage of viruses, bacteria, among other materials. The present work performs an energetic and exergetic analysis of four cascade refrigeration cycles for four cooling fluids, with the main objective of determining which cycle and with which fluid the highest COP value is obtained. Refrigerants used in the market and fluids with low levels of ozone layer depletion and global warming potential were selected. For each cycle, a code was created in the Engineering Equation Solver (EES) software, simulating and optimizing them. The ideal saturation temperature for each fluid in the intermediate heat exchanger was determined in order to obtain the highest COP value for each cycle. Among the selected fluids, ammonia was the one that obtained the best COP values for all the cycles studied, with a saturation temperature of -33ºC. And the cycle that obtained the best result was the second cycle, in which an internal heat exchanger is added, between the evaporator and the intermediate heat exchanger.


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