Estudo experimental da perda de pressão em canais convencionais com o refrigerante R1234yf em ebulição convectiva
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tese de doutorado
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Primeiro orientador
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Matheus Pereira Porto
Ricardo Nicolau Nassar Koury
Rudolf Huebner
Ricardo Nicolau Nassar Koury
Rudolf Huebner
Resumo
Novas legislações na Europa, limitam o uso de refrigerantes com alto potencial de
aquecimento global, GWP (Global Warming Potential). Atualmente o refrigerante mais usado
em equipamentos de média temperatura é o R134a com GWP de 1430, que consequentemente
deve ser substituído. O principal substituto é o refrigerante R1234yf, que já em uso no mercado
automotivo. O R1234yf possui um GWP menor que 1. Este trabalho apresenta o estudo teóricoexperimental
da perda de pressão do fluido refrigerante R1234yf em ebulição em um tubo liso
horizontal. Foram realizados testes de perda de pressão para o escoamento bifásico em ebulição
convectiva do refrigerante R1234yf para uma faixa de título de vapor (0%-100%), velocidade
mássica (200 kg/m²s, 300 kg/m²s e 400 kg/m²s), fluxo de calor (0 kW/m², 7 kW/m² e 14 kW/m²)
e para duas temperaturas de evaporação (20°C e 30°C). Foram usadas seções de testes com
quatro diâmetros internos: 3,2 mm, 4,8 mm, 6,4 mm 8,0 mm. Os resultados experimentais foram
comparados com 19 correlações da literatura. A correlação proposta por Xu e Fang no ano de
2012, foi a melhor com um erro médio absoluto de 20%. Uma nova correlação baseada no
parâmetro de Martinelli foi proposta baseada nos resultados obtidos para o fluido R1234yf nas
condições estudadas. A correlação apresentou um erro médio absoluto de 17%. Além das
correlações, um modelo baseado em redes neurais multicamada foi desenvolvido como uma
nova alternativa às correlações tradicionais. Este modelo mostrou um erro médio absoluto de
6%. Finalmente foi mostrado que a perda de pressão em ebulição convectiva do R1234yf é 20%
menor quando comparada com o R134a nas condições experimentais testadas
Abstract
New legislation in Europe, limit the use of refrigerants with high global warming
potential (GWP). Currently the most widely used refrigerant medium temperature equipment is
the R134a with GWP of 1430, which therefore must be replaced. The main substitute is the
fluid R1234yf, which is already being used in the automotive industry. The R1234yf has a GWP
lower to 1. This work presents the theoretical and experimental study of the pressure drop of
the refrigerant R1234yf on boiling in a horizontal smooth tube. Tests were carried out to
pressure drop into two-phase flow in convective boiling of refrigerant R1234yf for vapor
quality (0% to 100%), velocity mass (200 kg/m²s, 300 kg/m²s and 400 kg/m²s), heat flux (0
kW/m², 7 kW/m², 14 kW/m²) and two evaporation temperatures (20°C and 30°C). The test
sections were used with four internal diameters: 3.2 mm, 4.8 mm, 6.4 mm 8.0 mm. The
experimental results were compared with 19 correlations of literature. The correlation
suggested by Xu and Fang in the year 2012, was the best with a mean absolute error of 20%. A
new correlation based on the parameter Martinelli was proposed based on the results obtained
for the R1234yf fluid under the conditions studied. The correlation presented a mean absolute
error of 17%. In addition, a multilayer neural networks model has been developed. The model
showed a mean absolute error of 6%. Finally, it was shown that the pressure drop in convective
boiling of R1234yf is 20% lower when compared with R134a in the experimental conditions
tested.
Assunto
Engenharia mecânica, Escoamento bifásico, Redes neurais (Computação)
Palavras-chave
R1234yf, Baixo GWP, Perda de pressão, Escoamento bifásico, Redes neurais
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