Análise e otimização de ciclos de refrigeração com injeção de vapor e tanque flash utilizando misturas de refrigerantes

Analysis and optimization of refrigeration cycles with flash tank vapor injection using refrigerant mixtures

dc.creatorCarvalho, Stella Maia Rocha de, 1990-
dc.date2017
dc.date2017-07-28T00:00:00Z
dc.date2017-09-27T15:02:03Z
dc.date2017-09-27T15:02:03Z
dc.date.accessioned2018-03-29T05:32:58Z
dc.date.available2018-03-29T05:32:58Z
dc.identifierCARVALHO, Stella Maia Rocha de. Análise e otimização de ciclos de refrigeração com injeção de vapor e tanque flash utilizando misturas de refrigerantes. 2017. 1 recurso online (191 p.). Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química, Campinas, SP.
dc.identifierhttp://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/325416
dc.identifier.urihttp://repositorioslatinoamericanos.uchile.cl/handle/2250/1359659
dc.descriptionOrientador: José Vicente Hallak D'Angelo
dc.descriptionDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química
dc.descriptionResumo: O uso de hidrocarbonetos como fluidos refrigerantes tem despertado novamente o interesse de pesquisadores nos últimos dez anos devido às crescentes restrições ao uso de compostos halogenados. Hidrocarbonetos não degradam a camada de ozônio e propiciam um bom desempenho dos ciclos de refrigeração. Além disso, a necessidade de reduzir o consumo de energia leva a uma busca constante de otimização dos ciclos de refrigeração, que são grandes consumidores de energia elétrica em muitas indústrias de processos, especialmente na indústria alimentícia. Neste trabalho, duas abordagens alternativas a estas questões foram combinadas: o uso de misturas de hidrocarbonetos como refrigerantes e a modificação de um ciclo de compressão de vapor convencional (VCC) por meio da adição de um segundo estágio de compressão e tanque flash para injeção de vapor entre os dois estágios (FTVI). Utilizando o simulador de processos Aspen HYSYS®, oito pares de refrigerantes envolvendo Etano, Propano, Isobutano, n-Butano e CO2 com diferentes composições foram estudados e tiveram seu desempenho comparado ao dos refrigerantes puros. Os ciclos FTVI e VCC também foram comparados. Para cada composição testada, o ciclo foi otimizado para o COP máximo, atendendo a uma capacidade de refrigeração fixa (1 kW) para temperaturas dos fluidos de troca térmica de 8 °C a -4 °C no evaporador e 25 °C a 35 °C no condensador. O FTVI propiciou um aumento entre 4% e 36% do COP em comparação ao VCC operando nas mesmas condições. As misturas de refrigerantes apresentaram melhor desempenho que os respectivos fluidos puros para os pares Etano/Propano, Propano/Isobutano e Propano/n-Butano. Os melhores resultados nas condições testadas foram obtidos para o par Propano/n-Butano no FTVI, com COP máximo de 4,88 para a composição com 60% de Propano. Foi ainda realizada uma análise econômica preliminar dos sistemas, que foram otimizados para o custo anual mínimo. Nesta segunda parte do estudo a capacidade de refrigeração considerada foi de 1 MW. O menor custo anual foi obtido para o ciclo FTVI operando com a mistura Propano/n-Butano 20%
dc.descriptionAbstract: The use of hydrocarbons as refrigerants has regained the interest of researchers and industries in the last ten years because of increasing restrictions to the use of halogenated fluids. Hydrocarbons do not deplete the ozone layer and allow good cycle performance. Besides this, the need to reduce energy consumption leads to a constant search for optimizing the operation of refrigeration cycles, which are major consumers of electrical energy in many processes industries, especially in the food industry. In this work, two alternatives to approach these issues were combined: the use of hydrocarbon mixtures as refrigerant and the modification of a conventional vapor compression cycle (VCC) by adding a second compression stage and a flash tank for vapor injection between compression stages (FTVI). Using process simulator Aspen HYSYS®, eight different pair of mixed refrigerants involving ethane, propane, isobutane, n-butane and CO2 with different compositions were explored and compared to the performance of a pure refrigerant. FTVI and VCC cycles were compared as well. For each composition tested the cycle was optimized for the highest COP, while attending a fixed refrigeration capacity of 1 kW for a heat exchange fluid temperatures of 8 °C to -4 °C in the evaporator and 25 °C to 35 °C in the condenser. FTVI led to a COP improvement from 4% to 36% when compared to the VCC at the same conditions. Mixed refrigerants presented a better performance than the pure ones for the pairs ethane/propane, propane/isobutane and propane/n-butane. The best results for the tested conditions were obtained for propane/n-butane in the FTVI cycle, with maximum COP (4.88) for the composition 60/40 wt%. Later, a preliminary economic analysis of the cycles was presented and they were then optimized for minimal annual cost. For this second part of the study, the considered refrigeration capacity was 1 MW. The smallest annual cost was obtained for FTVI system, operating with propane/n-butane 20/80 wt% refrigerant mixture
dc.descriptionDoutorado
dc.descriptionSistemas de Processos Quimicos e Informatica
dc.descriptionDoutor em Engenharia Química
dc.description152390/2015-4
dc.descriptionCNPQ
dc.format1 recurso online (191 p.) : il., digital, arquivo PDF.
dc.formatapplication/pdf
dc.publisher[s.n.]
dc.relationRequisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDF
dc.subjectRefrigeração
dc.subjectSimulação (Computadores)
dc.subjectOtimização
dc.subjectHidrocarbonetos
dc.subjectMisturas
dc.subjectRefrigeration
dc.subjectSimulation (Computers)
dc.subjectOptimization
dc.subjectHydrocarbons
dc.subjectMixtures
dc.titleAnálise e otimização de ciclos de refrigeração com injeção de vapor e tanque flash utilizando misturas de refrigerantes
dc.titleAnalysis and optimization of refrigeration cycles with flash tank vapor injection using refrigerant mixtures
dc.typeTesis


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