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Publicação
Análise termodinâmica e optimização de sistemas de refrigeração de ciclo transcrítico com CO2
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Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
Nesta dissertação pretende-se efectuar a análise termodinâmica e respectiva optimização de sistemas de refrigeração que funcionam em ciclo transcrítico com CO₂, aplicados a instalações frigorificas em regiões de Portugal onde ocorrem temperaturas elevadas durante o período de Verão. O foco do trabalho é a analisar o impacto da aplicação de ejectores e gas coolers com arrefecimento evaporativo em instalações tipo Booster que funcionam com ciclos transcríticos com compressão paralela de vapor, visando melhorar o desempenho energético e a eficiência do ciclo frigorifico.
A metodologia de investigação baseia-se no desenvolvimento de modelos numéricos que permitam realizar a simulação do ciclo frigorifico com compressão paralela de vapor e, posteriormente, a sua operação após a integração dos mecanismos de melhoria propostos. A análise de sistemas de arrefecimento evaporativo aplicado em gas coolers visa estimar as temperaturas de saída do CO2 em diversas condições de operação e avaliar o impacto da redução da pressão no gas cooler no consumo energético do sistema. Para tal, será realizada uma análise psicrométrica e modelação do processo de condicionamento do ar através do arrefecimento evaporativo.
O estudo tem ainda como objectivo modelar numericamente o funcionamento de ejectores com o objectivo de avaliar o seu impacto no rendimento do sistema.
Espera-se que os resultados comprovem que a utilização destes mecanismos de melhoria pode aumentar significativamente a eficiência de sistemas de refrigeração transcríticos com CO2, particularmente quando aplicados em condições de funcionamento mais adversas.
Pretende-se, igualmente, identificar qual das soluções analisadas apresenta melhor desempenho consoante diferentes condições operacionais
This dissertation presents a thermodynamic analysis and optimization of refrigeration systems operating under a transcritical CO₂ cycle, applied to commercial refrigeration installations in regions of Portugal that experience high ambient temperatures during the summer. The study focuses on assessing the impact of integrating ejectors and evaporative gas coolers into Booster-type systems using parallel vapor compression, with the goal of improving energy performance and overall cycle efficiency. The research methodology is based on the development of numerical models capable of simulating the base refrigeration cycle with parallel compression, as well as the system’s behavior after incorporating the proposed performance enhancement mechanisms. The evaluation of evaporative cooling systems applied to gas coolers aims to estimate CO₂ outlet temperatures under varying operating conditions and assess the influence of reduced gas cooler pressure on energy consumption. A psychrometric analysis and the modelling of the air conditioning process via evaporative cooling are also conducted. Additionally, the operation of ejectors is numerically modeled to evaluate their contribution to system efficiency under different conditions. The results are expected to demonstrate that these improvement strategies can significantly enhance the performance of transcritical CO₂ refrigeration systems, particularly in hot climate scenarios. The study also aims to determine which of the proposed solutions offers the best performance depending on the operating conditions.
This dissertation presents a thermodynamic analysis and optimization of refrigeration systems operating under a transcritical CO₂ cycle, applied to commercial refrigeration installations in regions of Portugal that experience high ambient temperatures during the summer. The study focuses on assessing the impact of integrating ejectors and evaporative gas coolers into Booster-type systems using parallel vapor compression, with the goal of improving energy performance and overall cycle efficiency. The research methodology is based on the development of numerical models capable of simulating the base refrigeration cycle with parallel compression, as well as the system’s behavior after incorporating the proposed performance enhancement mechanisms. The evaluation of evaporative cooling systems applied to gas coolers aims to estimate CO₂ outlet temperatures under varying operating conditions and assess the influence of reduced gas cooler pressure on energy consumption. A psychrometric analysis and the modelling of the air conditioning process via evaporative cooling are also conducted. Additionally, the operation of ejectors is numerically modeled to evaluate their contribution to system efficiency under different conditions. The results are expected to demonstrate that these improvement strategies can significantly enhance the performance of transcritical CO₂ refrigeration systems, particularly in hot climate scenarios. The study also aims to determine which of the proposed solutions offers the best performance depending on the operating conditions.
Descrição
Palavras-chave
Refrigeração Co2 Ciclo transcrítico Ejectores Gas cooler evaporativo Análise termodinâmica