Aplicabilidade de sistemas de refrigeração por compressão mecânica de vapor na mesoescala : uma análise termodinâmica

Orientador : Prof. Dr. Eng. Christian J. L. HermesDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Defesa: Curitiba, 09/06/2017Inclui referências e apêndicesResumo: Equipamentos eletrônicos modernos têm a característica indesejada, porém inevitável, de elevadas taxas de geração de calor. O objetivo do presente trabalho consistiu em observar a aplicabilidade de sistemas por compressão mecânica de vapor para estes fins, propondo as configurações ótimas para cada componente do sistema. Para isto, foi realizada a implementação de um modelo de simulação em regime permanente com a inclusão de parâmetros geométricos dos componentes do ciclo. Conforme o tamanho dos trocadores de calor diminui, foram observados comportamentos que corroboram observações presentes na literatura aberta, com a presença de uma inflexão dentro dos limites propostos para a mesoescala. Propondo ainda um modelo semi-empírico capaz de captar os efeitos de escala nas eficiências de compressão, algumas das dificuldades na modelagem desse componente também foram apontadas, bem como a seleção do compressor apropriado. Por fim, uma comparação demonstrou a superioridade do sistema proposto, com COP em torno de 1,60, desempenho consideravelmente melhor do que sistemas equivalentes termoelétricos. A metodologia de seleção desenvolvida indica algumas referências para uma futura construção de sistemas voltados para o resfriamento de eletrônicos. Palavras-chave: Análise termodinâmica. Resfriamento de eletrônicos. Refrigeração por compressão de vapor. Mesoescala.Abstract: Electronic equipments have the undesired (but unavoidable) characteristic of generating large amounts of heat. The present work is aimed at verifying the applicability of vapor compression systems in these small-scale applications, also proposing the optimal configuration for each component of the system. This was achieved by means of a steady-state simulation model, with the addition of geometric parameters of the cycle components. As the heat exchangers' characteristic lengths become smaller, some expected behaviors from the open literature were confirmed. This study also points out the difficulties in modelling the compressor, and introduces a model sensitive to the scale effects, as well as a selection of the most appropriate size for the compressor. As a conclusion, a comparison showed the superiority of the proposed system, with COP values around 1,60, a good performance when compared to an equivalent thermoelectric system. The followed methodology highlights some guidelines for eventual building of systems aimed at electronics cooling applications. Keywords: Thermodynamic analysis. Eletronics cooling. Vapor compression refrigeration. Mesoscale