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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.3.2016.tde-16062016-080831
Document
Author
Full name
Bruno Medeiros Leite
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2015
Supervisor
Committee
Simões-Moreira, Jose Roberto (President)
Barbosa Junior, Jader Riso
Vargas, José Viriato Coelho
Title in Portuguese
Modelagem do absorvedor e do gerador de ciclos de refrigeração por absorção de calor com o par amônia/água baseados na tecnologia de filme descendente sobre placas inclinadas.
Keywords in Portuguese
Amônia
Filme líquido
Placa inclinada
Refrigeração por absorção
Simulação numérica
Abstract in Portuguese
Esse trabalho constitui o desenvolvimento da modelagem térmica e simulação por métodos numéricos de dois componentes fundamentais do ciclo de refrigeração por absorção de calor com o par amônia/água: o absorvedor e o gerador. A função do absorvedor é produzir mistura líquida com alta fração mássica de amônia a partir de mistura líquida com baixa fração mássica de amônia e mistura vapor mediante retirada de calor. A função do gerador é produzir mistura líquido/vapor a partir de mistura líquida mediante o fornecimento de calor. É proposto o uso da tecnologia de filmes descendentes sobre placas inclinadas e o método de diferenças finitas para dividir o comprimento da placa em volumes de controle discretos e realizar os balanços de massa, espécie de amônia e energia juntamente com as equações de transferência de calor e massa para o filme descendente. O objetivo desse trabalho é obter um modelo matemático simplificado para ser utilizado em controle e otimização. Esse modelo foi utilizado para calcular as trocas de calor e massa no absorvedor e gerador para diversas condições a partir de dados operacionais, tais como: dimensões desses componentes, ângulo de inclinação da placa, temperatura de superfície e condições de entrada da fase líquida e vapor. Esses resultados foram utilizados para estabelecer relações de causa e efeito entre as variáveis e parâmetros do problema. Os resultados mostraram que o ângulo de inclinação da placa ótimo tanto para o absorvedor como para o gerador é a posição vertical, ou 90°. A posição vertical proporciona o menor comprimento de equilíbrio (0,85 m para o absorvedor e 1,27 m para o gerador com as condições testadas) e se mostrou estável, pois até 75° não foram verificadas variações no funcionamento do absorvedor e gerador. Dentre as condições testadas para uma placa de 0,5 m verificou-se que as maiores efetividades térmicas no absorvedor e gerador foram respectivamente 0,9 e 0,7 e as maiores efetividades mássicas no absorvedor e gerador foram respectivamente 0,6 e 0,5. É esperado que os dados obtidos sejam utilizados em trabalhos futuros para a construção de um protótipo laboratorial e na validação do modelo.
Title in English
Modeling of the absorber and the generator of ammonia/water heat absorption refrigeration cycle base on the falling film technology on inclined plates.
Keywords in English
Absorption refrigeration
Ammonia
Inclined plate
Liquid film
Numerical simulation
Abstract in English
This work presents the development of thermal modeling and simulation by numerical methods of two fundamental components of an ammonia/water heat absorption refrigeration cycle: absorber and generator. The function of the absorber is produce high ammonia mass fraction liquid mixture from low ammonia mass fraction liquid mixture and vapor mixture by heat removal. The function of the generator is produce vapor mixture from liquid mixture by heat addition. It is used the falling film technology over Inclined plates and the finite difference method to slice the plate length in discreet control volumes and do the mass, ammonia specie and energy balances along with the heat and mass transfer equations to the falling film. The aim of this work was obtain a simplified mathematical model to be used in control and optimization. This model was used to calculate the exchanges of heat and mass of both absorber and generator in many conditions from operational data such as: components dimensions, plate angle, surface temperature and inlet condition of liquid and vapor phase. These results were used to establish relations of cause and effect between the problem variables and parameters. The results showed that the optimum plate angle for both absorber and generator is the vertical position, or 90°. The vertical position provides the smallest equilibrium length (0,85 m to the absorber and 1,27 to the generator in tested conditions) and it proves itself to be stable, because until 75° no variations in the function of absorber and generator were detected. Among the tested condition for a 0,5 m plate length the highest thermal effectiveness for absorber and generator were respectively 0,9 and 0,7 and the highest mass effectiveness for absorber and generator were respectively 0,6 and 0,5. The obtained data is expected to be used in future works for the construction of a laboratorial prototype and in the model validation.
 
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Publishing Date
2016-06-16
 
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