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In this paper, an Artificial Neural Network soft matrix correlation to estimate the pressure drop of air-water two-phase flow is developed. The applicability of the model is extended by using dimensionless physical numbers as inputs (Air-Reynolds number, Water-Reynolds number, and the ratio of Air Inertial Forces to Water Inertial Forces), so the model can be implemented for vertical pipes with the proper combination of diameter-velocity-density-viscosity allowing estimations of dimensional numbers within the range of: Air-Reynolds numbers (430–6100), Water-Reynolds number (2400–7200), and Air-Water-Inertial forces ratio (1.6–1834), including the diameter range from 3 to 28 mm. Experimental measurements of frictional pressure drop of water-air mixtures are determined at different conditions. A search of the most suitable density, viscosity, and friction models was conducted and used in the model. The performance of the proposed ANN correlation is compared against published expressions showing good approximation to experimental data; results indicate that the most used correlations are within a mean relative error ( mre) of 23.9–30.7%, while the proposed ANN has a mre = 0.9%. Two additional features are discussed: i) the applicability and generality of the ANN using untrained data, ii) the applicability in laminar, transitional, and turbulent flow regimen. To take the approach beyond a robust performance mapping, the methodology to translate the ANN into a programmable equation is presented.

In this paper, a theoretical simulation of the influence of geometric parameters of a multilayer wire-on-tube condenser by forced convection, on the thermal capacity is presented. The geometric parameters under study are the wire diameter, the number of wires and wire pitch. The simulation was performed for two domestic refrigerators with the same type of condenser, but using the refrigerants R134a and R600a. Different empirical correlations were also analyzed for the convective heat transfer coefficient, thus selecting the one that best adjusted to previous experimental data, in this case the Zhukauskas correlation. According to the results obtained, the number of wires and their diameter are the factors that most affect heat transfer, increasing heat dissipation in the condenser between 4% and 6%. Finally, the wire pitch had a lesser influence on heat transfer. En este trabajo se presenta un simulación teórica de la influencia de parámetros geométricos, de un condensador multicapa tipo tubo-alambre por convección forzada, sobre la capacidad térmica. Los parámetros geométricos bajo estudio son el diámetro del alambre, número de alambres y el paso del alambre. La simulación se realizó para dos refrigeradores domésticos con el mismo tipo de condensador, pero usando los refrigerantes R134a y R600a. También se analizaron diferentes correlaciones empíricas para el coeficiente convectivo de transferencia de calor, seleccionando así la que mas se ajustó a datos experimentales previos, en este caso la correlación de Zhukauskas. Según los resultados obtenidos, el número de alambres y el diámetro de éstos son los factores que más afectan en la transferencia de calor, aumentando entre un 4% y 6% la disipación del calor en el condensador. Finalmente, el paso de los alambres presentó una menor influencia en la transferencia de calor. Neste trabalho, apresenta-se uma simulação teórica da influência dos parâmetros geométricos de um condensador multicamada do tipo tubo-fio por convecção forçada na capacidade térmica. Os parâmetros geométricos estudados foram o diâmetro do fio, o número de fios e o passo do fio. A simulação foi realizada para dois refrigeradores domésticos considerando o mesmo tipo de condensador, porém, utilizando os refrigerantes R134a e R600a. Também foram analisadas diferentes correlações empíricas para o coeficiente de transferência de calor convectivo, adotando-se aquele valor que melhor se ajustava aos dados experimentais anteriores, neste caso a correlação de Zhukauskas. De acordo com os resultados obtidos, o número de fios e o diâmetro foram os fatores que mais afetaram a transferência de calor, aumentando a dissipação de calor no condensador entre 4% e 6%. Por fim, o passo dos fios teve menor influência na transferência de calor.

This paper describes an educational simulator developed in the software Engineering Equation Solver to simulate the behavior of a vapor compression system. The application is focused on educational purposes, specifically for handling skills in refrigeration facilities by students in engineering careers. Using this simulator, the students are able to analyze easily the influence of the measured parameters (such as the compressor rotation speed, volumetric flow rates and temperature of the secondary fluids) on the energy performance of the facility and its components. The virtual test bench consists of a primary screen showing a general scheme of the vapor compression facility with input and output parameters. From this primary screen, the performance of the main components can be analyzed. Finally, this virtual test bench was tested by engineering students, concluding that the simulator is an interesting tool as improvement and support for learning in different subjects. Este artículo describe un simulador educativo desarrollado en el software Engineering Equation Solver para representar el comportamiento de un sistema de compresión de vapor. La aplicación está enfocada con propósitos educativos, particularmente para que estudiantes de ingeniería adquieran habilidades en el manejo de instalaciones de refrigeración. Mediante el uso de este simulador, los estudiantes tendrán la capacidad de analizar fácilmente la influencia que tienen parámetros medidos experimentalmente (como la velocidad de rotación del compresor, el flujo volumétrico y la temperatura de fluidos secundarios) sobre la eficiencia energética del sistema y sus componentes principales. El banco virtual consta de una pantalla principal que muestra un esquema general del sistema de compresión de vapor con parámetros de entrada y de salida. Desde la pantalla principal, el desempeño de los componentes principales puede ser analizado. Finalmente, este banco de pruebas virtual ha sido probado por estudiantes de ingeniería, concluyendo que el simulador es una herramienta de apoyo que permite mejorar el aprendizaje de las diferentes áreas del conocimiento.

This article presents a feasibility study of a new polymer-ceramic composite material applied as a thermal insulator on the surface of a low net volume household refrigerator. This paper describes its manufacture in a succinct manner, and a thermal and energy comparison between the factory refrigerator and the refrigerator with the composite installed. Based on the experiments, it is concluded that when using the composite, the average internal temperature of the fridge is increased by 1°C, for practical and design purposes, the refrigerator still functions below 3°C. It was also found that at stable operating conditions the energy consumption using the composite saves approximately 1.5%. Despite these slight savings, the pyro-expanded perlite composite acts as a thermal isolating material. This material may exhibit better ease of use and thermal, energetic and economic benefits, without omitting the environmental characteristics that they favor. Este artículo presenta un estudio de viabilidad de un nuevo material compuesto polímero-cerámico aplicado como aislante térmico sobre una superficie de un refrigerador doméstico de pequeña capacidad volumétrica. Este trabajo describe de manera sucinta su manufactura así como la comparación energética y térmica entre el refrigerador de referencia (cuando sale de fábrica) y el refrigerador con el composite instalado. Experimentalmente, cuando se usa el composite la temperatura interna promedio del frigobar incrementa alrededor de 1°C, que para propósitos prácticos y de diseño, el refrigerador aún funciona por debajo de los 3°C. Además, para condiciones de operación estables, la energía consumida usando el composite ahorra aproximadamente 1.5% en comparación con el refrigerador de referencia. A pesar de este ligero ahorro, la perlita pyro-expandida actúa como material aislante. Este material puede exhibir mejor facilidad de uso y beneficios térmicos, energéticos y económicos, sin omitir las características ambientales a su favor.

[EN] This paper presents a spreadsheet application for data filtering and energy analysis, which has applications in research and experimental evaluation of the energetic performance of alternative refrigerants. Experimental vapor compression system (refrigeration system) generate a large amount of data, which is stored in text files of variable size. Text files contain different parameters such as: temperature, pressure, mass flow rate and power consumption, measured at the inlet and outlet of each component of the test bench. This computational tool processes information using spreadsheet functions and programming in Visual Basic for Applications (VBA) capabilities as well as the connection with the REFPROP dynamic libraries for thermophysical properties of refrigerants. The resulting application is user friendly (for engineering students, researchers, etc.), even without VBA programming and interaction of dynamic libraries of REFPROP knowledge by the user., [ES] Este trabajo presenta una aplicación de hojas de cálculo para el filtrado de datos y análisis energético, el cual tiene su aplicación en la investigación y evaluación experimental del desempeño energético de refrigerantes alternos. El sistema experimental de compresión de vapor (sistema de refrigeración) genera una gran cantidad de datos, los cuales son almacenados en archivos de texto de tamaño variable. Los archivos de texto contienen diferentes parámetros como: temperatura, presión, flujo másico y consumo energético, estas medidas se toman a la entrada y salida de cada componente del banco experimental. La herramienta computacional desarrollada procesa la información usando las funciones de las hojas de cálculo y programación en Visual Basic para aplicaciones (VBA), así como la conexión con las librerías dinámicas del REFPROP para las propiedades termo-físicas de los refrigerantes. Resulta una aplicación amigable para el usuario (estudiantes de ingeniería, investigadores, etc.), incluso sin que el usuario tenga la necesidad de programar en VBA y sin conocimiento e iteración con librerías dinámicas del REFPROP., We acknowledge DAIP, UG for the sponsorship for this work.

[EN] This paper presents a theoretical performance of R1234yf and R152a as possible replacements of R134a in refrigeration systems. The refrigeration system performance using R134a, R1234yf and R152a was carried out for single stage refrigeration system for different evaporating condition ranging from 253 to 283 K and for condensing temperatures of 313 K, 323 K and 333 K holding 5 K as superheating degree and subcooling degree. Refrigerant performance is evaluated using COP, cooling capacity, power consumption and compressor discharge temperature. Results shown that COP increases about 2.47-30.79% using R152a, meanwhile COP decreases about 2.7-18.14% using R1234yf respect to R134a for the condensation and evaporation range studied., [ES] En este artículo se presenta la evaluación del desempeño teórico de los refrigerantes R1234yf y R152a como alternativas al R134a para ciclos de refrigeración. La evaluación se realiza para un ciclo de simple etapa en un rango de temperaturas de evaporación desde 253 K a 283 K y para tres temperaturas de condensación de 313 K, 323 K y 333 K manteniendo un grado de recalentamiento y subenfriamiento de 5 K. El desempeño de los refrigerantes se evalúa a través del COP, carga de refrigeración, potencia consumida por el compresor y temperatura de descarga. Los resultados muestran que utilizando R152a como alternativa al R134a el COP se incrementa entre un 2.46% y un 30.79% para el rango de temperaturas de condensación estudiadas. Mientras que usando el R1234yf se tiene una pérdida de COP alrededor de 2.7-18.14% en comparación con el R134a.

Este trabajo doctoral esta enfocado al desarrollo de un modelo físico que permita simular el comportamiento de una instalación de producción de frío por compresión de vapor, partiendo de las condiciones y requerimientos de funcionamiento. El modelo tiene un grado alto de fiabilidad y puede ser usado en la simulación del comportamiento de la instalación, y de esta manera predecir un mejor funcionamiento encaminado a la operación energéticamente eficiente del sistema u otras aplicaciones. Por lo tanto, los objetivos generales planteados en esta tesis son: desarrollo y validación del modelo físico capaz de predecir el comportamiento estacionario de la instalación, y la aplicación del modelo para la simulación energética con el fin de ayudar a encontrar las condiciones de operación que optimicen el funcionamiento energético de la instalación.

This work aims at developing a heat exchanger (HEX) sizing approach considering the need to maximize the heat recovery within the limitations of pressure drop and space. The application consists in the recovery of the energy contained in exhaust gases coming from an internal combustion engine (ICE). Two heat exchanger geometries are selected as case studies. The design approach involves the application of design of experiments (DOE) techniques and computational fluid dynamics (CFD) simulations. DOE techniques are used to observe the influence of some selected parameters (factors) in the design of the heat exchangers, and CFD simulations are carried out to determine the performance of the heat exchanger. The information obtained is used to determine local Nusselt number correlations that are used for the design of the heat exchangers.