A theoretical and experimental investigation on flow boiling of organic refrigerants at high reduced temperatures (2025)
- Authors:
- Autor USP: MARCHETTO, DANIEL BORBA - EESC
- Unidade: EESC
- Sigla do Departamento: SEM
- DOI: 10.11606/T.18.2025.tde-01092025-084854
- Subjects: TRANSFERÊNCIA DE CALOR; TERMODINÂMICA
- Keywords: Ciclo Rankine orgânico.; Ebulição convectiva.; Microcanal.; Perda de pressão.; Temperatura elevada.
- Agências de fomento:
- Language: Inglês
- Abstract: Tecnologias para mitigar o uso de fontes de energia não renováveis e reaproveitar o calor rejeitado em processos têm sido constantemente desenvolvidas. Dentre os ciclos de potência propostos para essa finalidade, o ciclo Rankine orgânico (ORC) se destaca como uma alternativa promissora. Embora o número de publicações envolvendo ORCs tenha se intensificado nos últimos anos, estudos experimentais para a ebulição convectiva em condições de operação típicas desses sistemas ainda são escassos. Esta escassez se acentua considerando investigações em canais de diâmetro reduzido e para refrigerantes de reduzido potencial de aquecimento global (GWP). Nesse contexto, a presente tese de doutorado trata do estudo teórico-experimental da ebulição convectiva de refrigerantes orgânicos a temperaturas de saturação (Tsat) entre 50 e 130°C, no interior de canais horizontais de 1,22 e 2,07 mm de diâmetro. Cerca de 1300 dados experimentais foram levantados para o gradiente de pressão e o coeficiente de transferência de calor (CTC), além dos respectivos padrões de escoamento, durante a ebulição convectiva dos refrigerantes R245fa e de seus possíveis substitutos de baixo GWP, R1233zd(E) e R1336mzz(Z). A análise paramétrica dos dados experimentais revelou o aumento do gradiente de pressão com o incremento da velocidade mássica e a redução de Tsat e do diâmetro. Os resultados experimentais para o CTC indicaram a superposição dos efeitos convectivos e de ebulição nucleada, com suas contribuições relativas variando de acordo com a condição experimental. O aumento do CTC foi verificado com o incremento do fluxo de calor e de Tsat , enquanto o incremento da velocidade mássica resultou no aumento do CTC apenas em condições dominadas por efeitos convectivos. Para temperaturas de saturação equivalentes, os refrigerantes de baixo GWP apresentaram perda pressão superior e CTCs inferiores, indicando que a substituição direta do R245fapor esses fluidos em ORCs implica em um decréscimo do desempenho termo hidráulico. Os resultados experimentais foram comparados com uma extensa lista de métodos de previsão da literatura. Razoável precisão foi verificada para o gradiente de pressão, independente da temperatura de saturação. No entanto, em geral os métodos de previsão do CTC apresentaram progressiva perda de precisão com o aumento de Tsat . Além disso, as comparações revelaram que, de maneira geral, os métodos de previsão não descrevem adequadamente as tendências experimentais do CTC em função do título de vapor. Tais constatações motivaram o desenvolvimento de um modelo empírico-analítico, baseado no particionamento do fluxo de calor, para previsão do coeficiente de transferência de calor durante a ebulição convectiva em padrão anular, no interior de canais de diâmetros reduzidos. O modelo proposto foi capaz de prever 86,0% dos dados experimentais com desvios inferiores a ±30%, resultando em um erro absoluto médio de 18,2%
- Imprenta:
- Publisher place: São Carlos
- Date published: 2025
- Data da defesa: 30.06.2025
- Este periódico é de acesso aberto
- Este artigo NÃO é de acesso aberto
-
ABNT
MARCHETTO, Daniel Borba. A theoretical and experimental investigation on flow boiling of organic refrigerants at high reduced temperatures. 2025. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Carlos, 2025. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18164/tde-01092025-084854/. Acesso em: 14 fev. 2026. -
APA
Marchetto, D. B. (2025). A theoretical and experimental investigation on flow boiling of organic refrigerants at high reduced temperatures (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18164/tde-01092025-084854/ -
NLM
Marchetto DB. A theoretical and experimental investigation on flow boiling of organic refrigerants at high reduced temperatures [Internet]. 2025 ;[citado 2026 fev. 14 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18164/tde-01092025-084854/ -
Vancouver
Marchetto DB. A theoretical and experimental investigation on flow boiling of organic refrigerants at high reduced temperatures [Internet]. 2025 ;[citado 2026 fev. 14 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18164/tde-01092025-084854/ - A state-of-the-art review on flow boiling at high reduced pressures
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Informações sobre o DOI: 10.11606/T.18.2025.tde-01092025-084854 (Fonte: oaDOI API)
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