Com o aumento da conscientização ambiental da comunidade internacional, os problemas de destruição da camada de ozônio e efeito estufa têm recebido atenção contínua e ampla. Cada vez mais pesquisadores focam em refrigerantes ecológicos. O CO2 é valorizado por sua simplicidade, disponibilidade, segurança, além de ótimas propriedades de transferência de calor e fluidez. Este artigo analisa e resume os avanços na pesquisa de pequenas máquinas expansoras bifásicas gás-líquido de CO2, constatando que a substituição da válvula de estrangulamento por uma máquina expansora de CO2 no ciclo pode melhorar efetivamente a eficiência de refrigeração do sistema. Os cálculos mostram que o ciclo transcrítico de CO2 com máquina expansora tem eficiências de refrigeração e aquecimento maiores em 6,9% e 4,6%, respectivamente, comparados ao ciclo R134a, e 25,76% e 16,17% superiores ao ciclo com válvula de estrangulamento; quanto maior a eficiência isentrópica da máquina expansora de CO2, maior a eficiência de refrigeração e aquecimento do sistema. Quando a eficiência isentrópica da máquina expansora de CO2 ultrapassa 32%, o desempenho do sistema com a máquina expansora é superior ao sistema com regenerador. Devido a diferentes estruturas, as máquinas expansoras de CO2 apresentam eficiências, vazamentos e perdas por atrito distintos: máquinas expansoras de pistão e rotor são estruturalmente simples, mas têm perdas significativas por vazamento; máquinas expansoras de lâminas deslizantes, rotativas e scroll apresentam grandes melhorias de eficiência, mas possuem estruturas mais complexas, fabricação mais difícil e custos elevados; ao mesmo tempo, soluções para problemas atuais são propostas, como um design racional para reduzir vazamentos e perdas por atrito, fornecimento de potência de compressão para o compressor, introdução de outros gases durante a expansão e desenvolvimento de máquinas expansoras de CO2 com razão de expansão ajustável. Atualmente, a pesquisa sobre máquinas expansoras de CO2 está basicamente concentrada em laboratórios, com pouca aplicação na engenharia. Portanto, futuramente deve-se combinar experimentação e teoria para aprofundar o estudo do aumento da eficiência das máquinas expansoras de CO2 e o desenvolvimento tecnológico de componentes-chave.

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