Análise termodinâmica de um sistema de refrigeração em cascata NH3/CO2 utilizando nanofluido a base de Al2O3 no estágio de baixa temperatura.

Abstract

crescente demanda por eficiência energética e a necessidade de utilização de refrigerantes ambientalmente adequados justificam o estudo de alternativas tecnológicas capazes de elevar o desempenho dos sistemas de refrigeração. O objetivo desta pesquisa consiste em avaliar o impacto da adição de nanopartículas de óxido de alumínio ao refrigerante CO₂ no coeficiente de desempenho (COP) e nos parâmetros energéticos de um ciclo de refrigeração em cascata, utilizando o fluido refrigerante CO2 na parte de baixa temperatura e amônia (R-717) na parte de alta temperatura. Para isso, desenvolve-se o equacionamento termodinâmico do ciclo de compressão de vapor em cascata, implementado por meio do software Engineering Equation Solver (EES), considerando condições de operação típicas e validação com dados da literatura. São realizadas simulações variando a fração mássica de nanopartículas, analisando-se a influência no COP, na potência dos compressores e na capacidade específica de refrigeração. Os resultados indicam que a adição de Al₂O₃ ao CO₂ promove alterações nas propriedades termofísicas do fluido, impactando diretamente o desempenho energético do sistema. Observa-se variação no coeficiente de desempenho conforme o aumento da fração mássica de 0 a 0,5%, obtendo um aumento de 43,75% em comparação ao ciclo com refrigerante puro, além de uma redução de 30,44% da potência total requerida, evidenciando que a utilização de nanofluidos pode representar uma alternativa promissora para a melhoria da eficiência de sistemas em cascata.