A prototype thermal storage system, using phase change materials, was developed for a novel electric vehicle climate conditioning application. The proposed system consists of a heat transfer fluid circulating between either an on-board hot or cold thermal storage unit, which we refer to as thermal battery, and a liquid-air heat exchanger that provides heat exchange with the incoming air to the vehicle cabin. The research presented herein focuses primarily on the development of the on-board system and hot battery. While the air conditioning system was developed strictly for laboratory use, it was designed to meet application realistic performance metrics, e.g., a heat dissipation rate of 2 kW. The prototype was tested with three phase change materials: paraffin wax, xylitol, and erythritol. Furthermore, a full system thermodynamic model was developed to predict thermal performance that features semi-analytic solution to the coupled forced convection and phase change conduction heat transfer. Modeling results are compared against a numerical benchmark as well as our own experimental data. / text

Submitted by Silvana Teresinha Dornelles Studzinski (sstudzinski) on 2017-02-10T12:57:42Z No. of bitstreams: 1 Juliano Noetzold_.pdf: 2795595 bytes, checksum: 2e54e66a30fc38e8ed8568de6278b69e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-10T12:57:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Juliano Noetzold_.pdf: 2795595 bytes, checksum: 2e54e66a30fc38e8ed8568de6278b69e (MD5) Previous issue date: 2016-10-14 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / UNISINOS - Universidade do Vale do Rio dos Sinos / Ar condicionado automotivo para máquinas agrícolas e fora de estrada, como tratores e colheitadeiras, apresenta algumas características particulares quando comparado com outros sistemas de ar condicionado para veículos. Velocidade do ar e temperatura para uma ampla faixa de condições ambientais, operação sob condições climáticas altamente transitórias e extremas, alta capacidade de resfriamento para atender elevadas cargas térmicas e proporcionar uma rápida diminuição da temperatura do ambiente do operador são características deste tipo de aplicação. O ciclo de trabalho do compressor para este tipo de veículo está diretamente relacionado com a rotação do motor. Neste trabalho foram realizados experimentos para comparar o desempenho de um ar condicionado automotivo típico para veículos off-road com capacidade nominal de 6,7 kW, desenvolvido para operar originalmente com R-134a, comparando sua performance na substituição direta pelo R-1234yf. O sistema consiste basicamente de um compressor de deslocamento fixo, uma válvula de expansão termostática, um condensador de micro-multi canais e um evaporador tubo aleta. O sistema foi instalado em uma bancada experimental e os principais parâmetros do sistema avaliados em diferentes cargas de refrigerante para uma velocidade fixa do compressor de 3500 rpm, com objetivo de verificar a carga ótima de cada refrigerante. Os parâmetros de ciclo, como capacidade do evaporador, COP, potência de compressão, taxa de compressão, sub-resfriamento no condensador, superaquecimento no evaporador, queda de pressão nos trocadores de calor e linha de sucção, as temperaturas de saída do evaporador no lado ar e taxa de fluxo de massa são comparados. A carga de refrigerante ideal para R-1234yf foi encontrada com 50 g a mais do que com R-134a. Os resultados experimentais com o sistema funcionando com a carga de refrigerante ideal, indicam que para várias condições de temperaturas de entrada do ar no evaporador, umidade relativa de 43% e temperatura de entrada do ar no condensador em 35 ºC, o sistema funcionando com o R-1234yf tem valores de capacidade do evaporador e COP menores. O R-1234yf também apresenta um maior grau de sub-resfriamento, maior superaquecimento e maior queda de pressão no evaporador e na linha de sucção do que o R-134a. A relação de compressão e a potência consumida pelo compressor para R-1234yf é mais favorável. / Automotive air conditioning for off-road agricultural machinery, like tractors and combine harvesters, presents some particular characteristics when compared with others AC systems for vehicles. Higher air velocity and temperatures over a wide range of conditions, operation under transient climatic conditions, high cooling capacity to meet high thermal loads and rapid cool down capacity on the operator environment. In addition, the compressor duty cycle is related to the engine speed for this type of vehicle and the system work in an environment subject to severe vibration. In this work, experiments were carried out to compare the performance of a typical AC for off-road vehicles of 6.7 kW nominal capacity using R-134a and with its drop-in substitute, R-1234yf. The system consists of a fixed displacement compressor, a block type thermostatic expansion valve, a multiport micro channel condenser and a tube fin evaporator. This system was installed in an experimental setup and the main parameters of operation were measured at different refrigerants charges, for a fixed compressor velocity of 3500 rpm to find the optimal refrigerant charge of each one. The cycle parameters like evaporator capacity, COP, compressor power, compression ratio, evaporator superheating, condenser sub-cooling, refrigerant pressure drop in the heat exchangers, outlet airside temperatures from evaporator and mass flow rate are compared. The optimal refrigerant charge for R-1234yf was found to be 50 g larger than with R-134a. The experimental results with the system working with the optimal refrigerant charge indicate that for different evaporator inlet air conditions, relative humidity of 43% and condenser air inlet temperature of 35 ºC, the system running with the R-1234yf presented lower evaporator capacity, COP. The same refrigerant also shows a higher degree of sub-cooling, superheat and pressure drop in evaporator and suction line. The compressor ratio and the compressor power consumption for R-1234yf were more favorable

The diploma thesis deals with the cleaning of car air conditioning system with ozone. The aim is to design equipment for ozone production, its location and cleaning algorithm. The thesis is divided into two parts. The introductory theoretical part describes the principle of operation of conventional automotive air conditioning, then discusses the methods of pollution and solutions to remove these pollutions. The theoretical part ends with a summary of information on ozone. The practical part is continuously followed by the design of device for the ozone production directly in the car. The final part deals with the location of such a device in a car, measuring its parameters and evaluating the results.

Submitted by JOSIANE SANTOS DE OLIVEIRA (josianeso) on 2018-04-25T13:35:45Z No. of bitstreams: 1 Henrique Schardosin Ferreira_.pdf: 4214270 bytes, checksum: b40eaaf06dd9b49a976b944788dce2f1 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-25T13:35:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Henrique Schardosin Ferreira_.pdf: 4214270 bytes, checksum: b40eaaf06dd9b49a976b944788dce2f1 (MD5) Previous issue date: 2017-09-29 / Nenhuma / Nessa dissertação foi apresentado um estudo do uso do ejetor bifásico em um sistema de refrigeração para condicionamento de ar automotivo, para recuperação das perdas de energia durante o processo de expansão. Um modelo numérico foi utilizado para a predição do ganho energético com a aplicação do ejetor com base no ciclo padrão de ejetor proposto por Gay (1931). Posteriormente, foi proposto um modelo numérico para a determinação das dimensões básicas necessárias para a fabricação do ejetor. Uma bancada de simulação construída para o ciclo de refrigeração padrão para condicionamento de ar automotivo foi modificada para a instalação do ejetor e passou a operar de acordo com o ciclo COS de Oshitani et al. (2005). Dos diversos modelos matemáticos existentes na literatura, foi escolhido um modelo de simulação de ciclo de ejetor para operação em regime subcrítico da análise unidimensional proposta por Kornhauser (1990) e para a solução do modelo foram desenvolvidos programas computacionais no software EES - Engineering Equation Solver, no qual as rotinas de cálculos foram construídas para solução numérica iterativa visando à determinação do ponto ótimo de operação do ciclo. Para comprovação do modelo e dos resultados obtidos pelos programas, foi repetida a análise apresentada por Kornhauser (1990) e os resultados comparados com os seus. Os resultados gerados pelos programas mostraram boa aderência aos publicados por autores que estudaram aplicação semelhante, sendo assim considerados confiáveis na aplicação para predição de desempenho de ciclos com ejetor em operação com fluidos em regime subcrítico. A bancada de testes instalada no Laboratório de Estudos Térmicos e Fluido Dinâmicos da Unisinos (LETEF), construída por Souza (2011) e posteriormente utilizada por Noetzold (2016) na simulação do ciclo padrão de refrigeração de um sistema de condicionamento de ar automotivo foi alterada para instalação do ejetor em operação sob configuração do ciclo COS. A adoção do ciclo COS se deu em função da incerteza do retorno de óleo e do controle da separação das fases do refrigerante no acumulador de sucção do ciclo padrão. O sistema foi submetido as condições de operação previstas na norma SAE J2765 OCT2008 (2008) e operou com R-134a. Os resultados foram comparados com os do ciclo padrão de Noetzold (2016) apresentando aumento médio do COP do ciclo de 25% para a faixa de baixa rotação e de 46% para a faixa de alta rotação e comparados também aos resultados de Lawrence (2012). / In this work was presented a study of the use of the ejector in a cooling system for automotive air conditioning, to recover energy losses during the expansion process. A numerical model was used to predict the energetic gain with ejector application based on the ejector standard cycle proposed by Gay (1931). Subsequently, a numerical model was proposed to determine the basic dimensions necessary for the ejector manufacturing. A simulation system for the standard refrigeration cycle for automotive air conditioning was modified for the ejector installation and started to operate according to the COS cycle by Oshitani et al. (2005). From the several mathematical models in the literature, a model of the ejector cycle simulation for subcritical fluids of the one-dimensional analysis proposed by Kornhauser (1990) was chosen, and for the solution of the model computational programs were developed in the EES - Engineering Equation Solver software in which the calculation routines were constructed for iterative numerical solution in order to determine the optimum operating point of the cycle. To prove the model and the results obtained by the programs, the analysis presented by Kornhauser (1990) and the results compared were repeated. The results generated by the programs showed good results, being thus considered reliable in the application to predict performance of ejector cycles in operation with sub-critical fluids. The simulation system installed in the Laboratory of Thermal and Dynamic Fluid Studies of Unisinos (LETEF), built by Souza (2011) and later used by Noetzold (2016) in the simulation of the standard refrigeration cycle of an automotive air conditioning system, was changed for installation of the ejector in operation under COS cycle configuration. The choice of the COS cycle was due to the uncertainty of the oil return to compressor and the control of the separation of the phases of the refrigerant in the suction accumulator of the standard cycle. The system was subjected to the operating conditions set forth in the standard SAE J2765 OCT2008 (2008) and operated with R-134a. The results were compared with those of standard cycle by Noetzold (2016), showing a mean increase of the cycle COP of 25% for the low rotation range and 46% for the high rotation range and also compared to Lawrence (2012).

[pt] O presente trabalho analisa experimentalmente um ciclo de refrigeração por absorção operando em regime transiente. Estuda-se, desta forma, a possibilidade do uso do ciclo de refrigeração por absorção em veículos automotores para condicionamento de ar. O ciclo de absorção utilizaria, como fonte térmica, os gases de exaustão ou a água de refrigeração do motor. Esta fonte de calor está disponível, geralmente, em condições variáveis de temperatura e potência. O trabalho foi dividido em três etapas. Na primeira delas é analisado o desempenho do ciclo de absorção funcionando com uma resistência elétrica de potência variável. Nesta etapa os parâmetros do ciclo foram determinados, assim como as temperaturas em diversos pontos do sistema. Na segunda etapa, foi utilizado um soprador térmico que simula os gases de exaustão de um motor a combustão interna. Na eventualidade da utilização do ciclo para o condicionamento de ar em aplicações automotivas, o uso dos gases de exaustão do motor de combustão interna reduziria o consumo de combustível do veículo, visto que o ciclo de absorção não exige potência mecânica do motor, tal como no ciclo tradicional de compressão de vapor. Há vantagens, também, nos itens relativos a manutenção e impacto ambiental. Como a carga e velocidade de um motor são variáveis, as temperaturas do ciclo sofrem variações muito rápidas. Tal problema foi minimizado com o uso de um regenerador estático, na terceira fase do trabalho, que impõe uma inércia térmica ao sistema, atenuando, desta forma, estas oscilações de temperatura. / [en] The present work is related to an experimental analysis of an absorption refrigeration cycle operating in transient regime, leading to the study of the techcnical feasibilty for the application of absorption refrigeration cycles in automotive air conditioning systems. In such system, waste heat from the exhaust or cooling systems acts as the heat source for the cycle. This heat source is typically variable in power and temperature. The work is divided din three parts. First, the steady state performance of the cycle, operating with an electrical resistance as the heat source, is studied. In the second part of the work, an electrical blower simulates the flow of exaust gases from an internal combustion engine. If compared with traditional vapor compression cycles for automotive applications, absorption refrigeration cycles have the advantage of not requiring mechanical power from the engine, as well as presenting less environmental impact and ease of maintainance. Power and rotational speed may vary rapidly and considerably in internal combustion engines. To cope with a varying heat source, the use of a static regenerator is studied in the third part of the work. This use confirmed the expectations of having temperature and power variations considerably attenuated.

[pt] A tecnologia automotiva moderna alcança progressos consideráveis tanto no aspecto mecânico como funcional, com esses avanços tecnológicos, o maior progresso foi feito na estrutura dos automóveis e dos sistemas de ar condicionado. O presente trabalho é desenvolvido considerando a importância da utilização de gás refrigerante, já que se tornou um assunto ambiental de grande importância pelo fato de ter um papel na destruição da camada de ozônio. Foi construída uma bancada experimental que consta de duas câmaras isoladas para a colocação do equipamento, instrumentos, dispositivos de medição e geração de carga térmica, em seguida foi montado um condicionador de ar automotivo composto por componentes originais do sistema de condicionamento de ar de um automóvel para simular funcionamentos, com a finalidade de avaliar os parâmetros de funcionamento afetados quando são utilizadas diferentes cargas de gás refrigerante. Foram realizados testes controlando a temperatura e umidade constantes no habitáculo automotivo (câmara 1), para variações de temperatura na câmara (2), da vazão mássica no sistema e variações de torque e velocidade, no sistema motor - compressor, com diferentes quantidades de gás refrigerante originando situações de insuficiência de carga, carga adequada e sobre carga. Para o controle da carga térmica dentro das câmaras foram utilizados controladores de potência e um software aplicativo. Os parâmetros de operação do equipamento foram obtidos e arquivados mediante um sistema automático de aquisição de dados. Os resultados experimentais mostraram o comportamento real do ciclo de refrigeração, a queda de pressão nas linhas de descarga e de sucção, assim como no condensador e no evaporador. Apresenta-se o sub-resfriamento do refrigerante na saída do condensador bem como o superaquecimento na sucção. Verifica-se uma tendência politrópica, no lugar do processo isentrópico do ciclo ideal. Esta divergência do ciclo faz com que a temperatura de descarga do compressor (T2) seja elevada. A carga de gás refrigerante exerce influência no desempenho de um sistema de condicionamento de ar e os resultados do presente trabalho concordaram bem com as expectativas teóricas do problema considerado. / [en] The modern automotive technology reaches considerable progress s in the mechanical aspect as in the functional, with these technological advances, the biggest progress was made in the structure of the automobiles and in the air conditioning systems. Considering the importance of the use of refrigerant, the present work is developed, because the refrigerant gas became a great importance ambient subject for its paper in the ozone layer destruction. An experimental bench was constructed; it consists of two isolated chambers, where equipment, instruments, devices of measurement and thermal load generation were installed. After that, an automotive air conditioner was mounted, made up of original components from an automobile air conditioning system to simulate operation, with the purpose to evaluate the operation parameters affected when using different refrigerant loads. Tests with constant temperature and humidity in the simulated automotive chamber (1) for variations of chamber (2) temperature, of mass outflow in the system and variations of torque and speed in the motor-compressor system were performed with different refrigerating amounts creating situations of insufficient load, adequate load and over load. For the chambers thermal load controlling, power controlling and appropriate software were used. The equipment operational parameters had been gotten and filed by means of an automatic data acquisition system. The experimental results had shown the real behavior of the refrigeration cycle, the pressure drop in the discharge and suction lines, as well as in the condenser and the evaporator. Also the refrigerant sub-cooling in the exit of the condenser, the gas overheating in the suction, the polytrophic trend instead of the ideal cycle isentropic process was observed. This divergence from the ideal cycle makes the discharge compressor temperature (T2) was higher. The refrigerant gas charge influences the performance of an air conditioning system and the present work results agreed well with the theoretical expectations for the considered problem.