Estudo experimental da performance termodinâmica de um ultrafreezer

dc.contributor.advisorBarbosa, Cleiton Rubens Formiga
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/8673332414572221
dc.contributor.authorSouza, Rafael Matos de
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/2516264409112362
dc.contributor.referees1Barbosa Júnior, Cleiton Rubens Formiga
dc.contributor.referees1IDhttps://orcid.org/0000-0002-2068-8813
dc.contributor.referees1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9160680023711066
dc.contributor.referees2André, Thiago da Silva
dc.contributor.referees2IDhttps://orcid.org/0000-0003-1236-2909
dc.contributor.referees2Latteshttp://lattes.cnpq.br/4001624102117533
dc.date.accessioned2025-07-17T17:21:53Z
dc.date.available2025-07-17T17:21:53Z
dc.date.issued2025-07-07
dc.description.abstractThis work presents an experimental study of the thermodynamic performance of a Coldlab ultrafreezer, designed to operate at ultra-low temperatures down to -86 °C. To achieve this, a cascade refrigeration system was implemented in the equipment, consisting of two interdependent circuits that utilize R-404A (high-stage cycle) and R-23 (low-stage cycle) refrigerants. The general objective of this study was to evaluate the thermal performance of the system by monitoring variables such as pressure, temperature, and electrical power. For this purpose, the equipment was instrumented with thermocouples connected to a National Instruments data acquisition system, programmed using LabVIEW software. Operating pressures were measured with the aid of two manifold sets (analog and digital), allowing the reading of evaporation and condensation pressures for both cycles. The electrical powers of the compressors were recorded with a Minipa digital clamp wattmeter. Based on temperature and pressure data, and calculations of superheating and subcooling, pressure-enthalpy (P×h) diagrams were constructed using Coolpack software, enabling the determination of the coefficient of performance (COP) for each stage over time. The system reached temperatures around -55 °C during the determined test period; it is important to note that analysis of high simultaneous superheating and subcooling degrees indicated a low refrigerant charge. The analysis of COPs, correlated with electrical powers, demonstrated operational stability and satisfactory performance of the cascade cycle. Among other conclusions, the study reinforces the importance of replacing fluids with high global warming potential (GWP) with more sustainable alternatives, in compliance with environmental regulations and good engineering practices. As a contribution, this work proposes an experimental analysis methodology applicable to cascade refrigeration systems, focusing on energy efficiency and sustainability.
dc.description.resumoEste trabalho apresenta um estudo experimental da performance termodinâmica do ultrafreezer do fabricante Coldlab, projetado para operar em temperaturas ultrabaixas de até -86 °C. Para tanto, foi aplicado no equipamento um sistema de refrigeração em cascata composto por dois circuitos interdependentes que utilizam os fluidos refrigerantes R-404A (ciclo de alta) e R-23 (ciclo de baixa). O objetivo geral deste trabalho foi avaliar o desempenho térmico do sistema a partir do monitoramento de variáveis como pressão, temperatura e potência elétrica. Para isso, o equipamento foi instrumentado com termopares conectados a um sistema de aquisição de dados da National Instruments, programado via software LabVIEW. A medição das pressões de operação foi realizada com o auxílio de dois conjuntos manifold (analógico e digital), que permitiram a leitura das pressões de evaporação e condensação dos dois ciclos. As potências elétricas dos compressores foram registradas com um alicate wattímetro digital do fabricante Minipa. Com base nos dados de temperatura, pressão e nos cálculos de superaquecimento e subresfriamento, foram construídos diagramas pressão-entalpia (P×h) por meio do software Coolpack, possibilitando a determinação dos coeficientes de performance (COP) de cada estágio ao longo do tempo. O sistema alcançou temperaturas em torno de -55 °C no período determinado para o ensaio, sendo importante destacar que a partir da análise dos altos graus de superaquecimento e subresfriamento, simultâneos, houve indicação de baixa carga de fluido refrigerante. A análise dos COPs, correlacionada às potências elétricas, demonstrou estabilidade operacional e desempenho satisfatório do ciclo em cascata. Além de outras conclusões, o estudo reforça a importância da substituição de fluidos com alto potencial de aquecimento global (GWP) por alternativas mais sustentáveis, em conformidade com regulamentações ambientais e boas práticas de engenharia. Como contribuição, este trabalho propõe uma metodologia de análise experimental aplicável a sistemas de refrigeração em cascata, com foco na eficiência energética e na sustentabilidade.
dc.identifier.citationSOUZA, Rafael Matos de. Estudo experimental da performance termodinâmica de um ultrafreezer. 2025. 70 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) - Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2025.
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/64531
dc.language.isopt_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Rio Grande do Norte
dc.publisher.countryBrazil
dc.publisher.departmentEngenharia Mecânica
dc.publisher.initialsUFRN
dc.publisher.programEngenharia Mecânica
dc.rightsAttribution 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/
dc.subjectUltra freezers
dc.subjectCiclo em cascata
dc.subjectMapeamento térmico
dc.subjectR-404A
dc.subjectR-23
dc.subjectCOP
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA
dc.titleEstudo experimental da performance termodinâmica de um ultrafreezer
dc.typebachelorThesis

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