Influência do comprimento do tubo capilar no desempenho de refrigerador doméstico com eco

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 14460 (2022) Citar este artigo

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O sistema de aquecimento e refrigeração doméstico costuma usar o dispositivo capilar. O uso do capilar helicoidal elimina a necessidade de dispositivos de refrigeração leves no sistema. A pressão capilar é visivelmente afetada pelos parâmetros geométricos capilares, como comprimento, diâmetro médio e passo. Este artigo está preocupado com os efeitos do comprimento capilar no desempenho do sistema. Três tubos capilares de comprimentos separados foram utilizados no experimento. Os dados do R152a foram estudados sob diversas condições para avaliar o impacto da variação do comprimento. O COP máximo é obtido a uma temperatura do evaporador de - 12 °C e comprimento capilar de 3,65 m. O resultado é que o desempenho do sistema melhora quando o comprimento capilar é melhorado para 3,65 m quando comparado com 3,35 me 3,96 m. Como resultado, à medida que o comprimento capilar aumenta até um valor específico, o desempenho do sistema melhora. Os resultados do experimento foram comparados com os da análise de dinâmica de fluidos computacional (CFD).

Um refrigerador é um aparelho de resfriamento que compreende um compartimento termicamente isolado, e um sistema de refrigeração é um sistema que produz um efeito de resfriamento no compartimento isolado. Como a refrigeração é definida como um processo de remoção de calor de um espaço ou substância e transferência desse calor para outro espaço ou substância. Hoje em dia, os frigoríficos são amplamente utilizados para armazenar alimentos que se deterioram à temperatura ambiente; a deterioração causada pelo crescimento bacteriano e outros processos é muito mais lenta no refrigerador com baixas temperaturas. O refrigerante é o fluido de trabalho usado como absorvedor de calor ou agente de resfriamento no processo de refrigeração. O refrigerante coleta calor evaporando em baixas temperaturas e pressões e depois condensa em temperaturas e pressões mais altas para liberá-lo. A região parece esfriar à medida que o calor é evacuado da câmara refrigerada. O processo de refrigeração ocorre em um sistema que inclui um compressor, um condensador, um capilar e um evaporador. A geladeira é a planta de refrigeração empregada neste estudo. Os refrigeradores são amplamente utilizados em todo o mundo e esse equipamento tornou-se uma necessidade doméstica. O desempenho de um refrigerador moderno é bastante eficiente, mas pesquisas para melhorar o sistema ainda estão em andamento. Uma desvantagem principal do R134a é que ele é conhecido por não ser tóxico, mas tem um potencial de aquecimento global (GWP) muito alto. O R134a, utilizado em refrigeradores domésticos, foi incorporado ao Protocolo de Quioto da Convenção-Quadro das Nações Unidas sobre Mudanças Climáticas1,2. Como consequência, contudo, a utilização do R134a deve ser significativamente diminuída3. Dos problemas ecológicos, fiscais e de saúde, é importante encontrar refrigerantes de baixo aquecimento global4. Várias pesquisas provaram que o R152a é um refrigerante ecologicamente sustentável. Mohanraj et al.5 investigaram a viabilidade teórica do emprego de refrigerantes R152a e hidrocarbonetos em refrigeradores domésticos. Descobriu-se que os hidrocarbonetos são ineficientes como refrigerantes independentes. O R152a é mais eficiente em termos energéticos e ecológico do que os refrigerantes de eliminação progressiva. Bolaji et al.6. Em um refrigerador de compressão de vapor, foi comparado o desempenho de três refrigerantes HFC ecológicos. Eles chegaram à conclusão de que o R152a pode ser empregado em sistemas de compressão de vapor e pode substituir o R134a. O R32 tem desvantagens como alta pressão e baixo coeficiente de desempenho (COP). Bolaji et al.7 testaram o R152a e o R32 como substitutos do R134a em um refrigerador residencial. De acordo com a pesquisa, o R152a tem um COP médio 4,7% maior que o R134a. O R152a e o R134a foram testados em uma planta de refrigeração com compressor hermético por Cabello et al. 8. O R152a foi testado em sistema de refrigeração por Bolaji et al.9. Eles concluíram que o R152a era o mais eficiente em termos energéticos, com potência de refrigeração por tonelada 10,6% menor que a do R134a anterior. Maior capacidade de refrigeração volumétrica e COP foram demonstrados no R152a. Chavhan et al.10 analisaram o desempenho do R134a e R152a. Na pesquisa dos dois refrigerantes investigados, o R152a mostrou ser o mais eficiente em termos energéticos. O R152a tem um COP 3,769% maior que o R134a e pode ser usado como substituto imediato. Bolaji et al.11 estudaram vários refrigerantes de baixo GWP como alternativas ao R134a em sistemas de refrigeração porque têm um baixo potencial de aquecimento global. O maior desempenho energético dos refrigerantes avaliados foi o R152a, que utilizou 30,5% menos eletricidade por tonelada de refrigeração do que o R134a. O R161 precisará ser completamente redesenhado antes de poder ser usado como substituto, segundo os autores. Muitos pesquisadores realizaram vários trabalhos experimentais em refrigeradores domésticos para melhorar o desempenho do sistema com refrigerantes de baixo GWP e misturá-los com o R134a como uma futura alternativa de substituição no sistema de refrigeração12,13,14,15,16,17,18,19,20 ,21,22,23. Baskaran et al.24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35 examinaram o desempenho de vários refrigerantes ecológicos e combinações com R134a como uma alternativa alternativa em potencial em vários testes em um sistema de refrigeração por compressão de vapor. Tiwari et al.36 utilizaram análises experimentais e CFD para comparar o desempenho de tubos capilares com diferentes refrigerantes e diâmetros de tubo. A análise é realizada utilizando o software ANSYS CFX. O melhor design em espiral helicoidal é recomendado. Punia et al.16 investigaram o efeito do comprimento, diâmetro e diâmetro da serpentina do tubo capilar na vazão mássica do refrigerante GLP através de tubos helicoidais da serpentina. Ajustar a faixa de comprimento capilar entre 4,5 e 2,5 m aumentou a taxa de fluxo de massa em uma média de 25%, de acordo com os resultados. Söylemez et al.16 usaram três modelos diferentes de turbulência (viscosa) para realizar uma análise de CFD para um compartimento de alimentos frescos de um refrigerador doméstico (DR) para obter informações não apenas sobre a taxa de tempo de resfriamento do compartimento de alimentos frescos, mas também sobre o ar e distribuição de temperatura dentro do compartimento quando este foi carregado. As previsões do modelo CFD desenvolvido ilustram vividamente o fluxo de ar e os campos de temperatura dentro do FFC.