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[en] SIMULATION OF A COOLING SYSTEM OF WITH THERMAL STORAGE OPERATING IN TRANSIENT REGIME / [pt] SIMULAÇÃO DE UM SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO COM TERMOACUMULAÇÃO OPERANDO EM REGIME TRANSIENTEJOSE JAIME RAVELO CHUMIOQUE 11 November 2004 (has links)
[pt] O presente trabalho versa sobre o estudo e modelagem de um
sistema de
refrigeração para ar condicionado de edifícios. O modelo
considera um sistema de
compressão de vapor de grande porte, chamado habitualmente
chiller; um tanque
de armazenamento de água gelada e uma torre de
resfriamento.Para o
desenvolvimento do modelo utilizam-se as equações
constitutivas e as equações
de conservação da massa e energia em todos seus
componentes.O modelo permite
obter as condições de funcionamento ótimo do sistema de
refrigeração reduzindo
o tamanho de seus componentes (menor custo de investimento)
e o consumo de
energia (custo de operação) em correspondência com o
diagrama de carga térmica
do edifício.Consideram-se as variações da temperatura do
meio ambiente ao longo
do dia (transiente horário) para estudar a influência
destas variações no
desempenho global do sistema de refrigeração.Aplica-se o
modelo à obtenção das
características dos componentes do sistema de refrigeração
para condicionamento
de ar de um dos blocos do prédio Cardeal Leme da PUC-Rio.No
presente
estudo, a estratégia de operação usada é um fator decisivo
na seleção da melhor
alternativa econômica. / [en] The present work aims the study and modeling of a system of
refrigeration systems for air-conditioning in buildings.
The model considers a
high capacity vapor-compression refrigeration system, for
water cooling
(chiller); a tank of thermal storage tank and a cooling
tower.For the
development of the model the constitutive equations and the
equations of
conservation of mass and energy are used over all its
components.The model
provides the optimal operating conditions of the
refrigeration system to
reduce the size of its components (lesser cost of
investment) and the energy
consumption (operation cost) according to the thermal load
of the
building.Daily temperature variations of the environment
are taken into
account (hourly transient) in order to study the influence
of these variations
over the global performance of the refrigeration system.The
model is applied
to the study of the air conditioning system of one block of
the Cardeal
Leme building, at PUC-Rio.In the present study, the
strategy employed is a
keye factor in the selection of the best economical
alternative.
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[pt] MODELAGEM DE UM SISTEMA DE TERMOACUMULAÇÃO EM ENCAPSULADOS ESFÉRICOS / [en] MODELING OF A THERMAL STORAGE SYSTEM WITH SPHERICAL ENCAPSULATED MATERIALRONALDO VITORINO DOS SANTOS 19 July 2016 (has links)
[pt] O propósito deste trabalho é a modelagem de um sistema de
termoacumulação utilizando cápsulas esféricas com material de mudança de fase
(MMF) o programa computacional desenvolvido utilizado, foi à plataforma
Matlab. O ponto principal do presente trabalho, no seu inédito modelo, está no
fato de se estudar este sistema utilizando diferentes dimensões de esferas em
único tanque de estocagem (Usualmente a termoamulação em cápsulas esféricas
utiliza no interior do tanque cápsulas esféricas com um único diâmetro). Para
formar o gelo (calor latente) nas cápsulas, um fluido com temperatura abaixo da
temperatura de congelamento da água escoa em regime permanente através das
cápsulas. Desta forma há uma troca de calor entre o fluido e as cápsulas com
MMF (neste caso água). O ideal seria que toda água no interior das cápsulas se
tornasse gelo. Porém, a resistência térmica formada pelo gelo começa a interferir
na formação total da água no interior da cápsula. Outro problema é a temperatura
do fluido que circula. Com o decorrer do escoamento a temperatura do fluido
aumenta ao trocar calor com as cápsulas. Desta forma, as esferas em planos
diferentes irão receber um fluido com uma temperatura maior que do plano
anterior. Assim o gradiente de temperatura entre o fluido e a água fica cada vez
menor influenciando o tempo de formação de gelo em todas as cápsulas. O estudo
deste processo de termoacumulação prevê um tempo menor de circulação de
fluido para formação de gelo e melhor uso da energia estocada. / [en] The study and use of thermal storage has increased in recent years due to the
need to reduce production cost. The purpose of this paper is the modeling of a
thermal storage system using spherical capsules with phase change material
(water). The main point of the present work lies in the fact that the this system
uses different sizes of balls in a single storage tank (usually, in thermal storage
spherical capsules systems spherical capsules with a simple diameter only is
employed). To form the ice caps, a fluid, with a temperature below the freezing
temperature of water, flows permanently through the capsules, so there is an
exchange of heat between the fluid and the capsules with water, which freezer.
Ideally, all water inside the capsule should become ice, but the thermal resistance
posed by the ice begins to interfere with the formation of the total water within the
capsule. Another problem is the temperature of the fluid that exchanges heat with
the water capsules. As the fluid temperature increases, downstream, time of ice
formation is affected by the smaller temperature difference between fluid and
capsule external wall.
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[en] SUPERCOOLING OF THE WATER IN CYLINDRICAL CAPSULES: PARAMETERS OF INFLUENCE / [pt] SUPER-RESFRIAMENTO DA ÁGUA EM CÁPSULAS CILÍNDRICAS: PARÂMETROS DE INFLUÊNCIAHUGO GUILLERMO JIMENEZ PACHECO 11 November 2008 (has links)
[pt] Um dispositivo experimental foi desenvolvido para o estudo
do superresfriamento
da água em cápsulas cilíndricas visando sua utilização em
processos
de termoacumulação. A bancada experimental é constituída
basicamente por:
seção de teste, sistema de resfriamento, sistema de
visualização, sistema de
aquisição e armazenamento de dados. A temperatura do fluido
externo, ou fluido
de transferência (FT), uma solução aquosa de álcool a 50%
por volume,
foimantida constante por um banho de temperatura controlada
durante cada teste.
O trabalho foi dividido em quatro etapas. A primeira trata
do estudo estatístico do
super-resfriamento e da nucleação, em que foram utilizados
3 materiais distintos
(alumínio, acrílico e PVC) para cápsulas de 30 e 80 mm de
diâmetro com
diferentes tipos de rugosidade, e diferentes temperaturas
do FT. A segunda etapa
investiga a Taxa de Resfriamento, parâmetro que quantifica
a queda da
temperatura e influencia fortemente o super-resfriamento e
a nucleação. Na
terceira etapa, foi estudada a influência da rugosidade da
parede interna da
cápsula. Nesta etapa, quatro cápsulas de alumínio
distintas, com diferentes
rugosidades, foram utilizadas. Finalmente, na quarta etapa
foram realizadas
visualizações do fenômeno de nucleação. Os resultados
obtidos indicam que o
material da cápsula (condutividade e rugosidade) e a
temperatura do FT têm
grande influência nos fenômenos de super-resfriamento e
nucleação da água em
cápsulas cilíndricas, afetando fortemente o processo de
mudança de fase. / [en] An experimental device was developed for the super-cooling
water in
cylindrical capsules study, seeking its use in term-
accumulation processes. The
experimental set is constituted basically by: test section,
cooling system, visualization
system, and data logger system.
The temperature of the external fluid, or transfer fluid
(FT), an alcohol aqueous
solution with 50% per volume, it was maintained
unchangeably with a bath
controlled temperature during each test. The work was
divided in four stages. The first
one is about the statistical study of the super-cooling and
nucleation, where 3 distinct
materials were used (aluminum, acrylic and PVC) for
capsules of 30 and 80 mm
diameter, different roughness type, with different
temperatures of FT. The second
stage investigates the Cooling Rate, parameter that
quantifies the falling of the
temperature and it influences strongly the super-cooling
and the nucleation process. In
the third stage, the influence of the internal wall of the
capsule was studied. In this
stage, four different capsules of aluminum, with different
roughness were used.
Finally, in the fourth stage, visualizations of the
nucleation phenomenon were
accomplished. The obtained results indicate that the
capsule material (conductivity
and roughness) and the FT temperature has great influence
in the phenomena of
super-cooling and nucleation of the water in cylindrical
capsules, affecting, strongly,
the process of phase change.
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[en] MEASUREMENT OF ELECTRIC ENERGY CONSUMPTION: ALGORITHM FOR DETECTING POTENTIAL USERS OF THERMO-ACCUMULATION AS AN ALTERNATIVE FOR LOAD SHIFT / [pt] MENSURAÇÃO DO CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA: ALGORITMO PARA DETECÇÃO DE POTENCIAIS USUÁRIOS DA TERMOACUMULAÇÃO COMO ALTERNATIVA PARA DESLOCAMENTO DE CARGAPATRÍCIA VALÉRIA SATHLER DE QUEIROZ 30 July 2018 (has links)
[pt] Esta dissertação desenvolveu-se de forma articulada com o projeto de PeD LIGH-ANEEL, coordenado pelo Programa de Pós-Graduação em Metrologia (PósMQI), Projeto Ref. PeD 003/2008, intitulado Racionalização do uso de energia e aplicação da termoacumulação como estratégia para proposição de tarifa diferenciada voltada a clientes comerciais de alto consumo. A dissertação teve como objetivo o desenvolvimento e validação de um algoritmo para identificação de clientes potenciais ao uso da tecnologia de termoacumulação. O trabalho orientou-se no contexto da crescente demanda por energia imposta ao setor elétrico pela expansão da economia, notadamente em horários de alta demanda. A motivação deste trabalho, atendendo aos interesses do PósMQI na área de energia, é oferecer uma ferramenta de auxílio
à decisão para o planejamento energético das concessionárias. Como resultado obteve-se o mapeamento das curvas de cargas, obtidas por meio do sistema computacional desenvolvido (SIMCAR). Este sistema (amigável) permite enquadrar os clientes potenciais, segundo características de consumo estruturadas em três categorias indicativas do uso da termoacumulação: muito potencial, potencial e já modula. Dentre as conclusões, o algoritmo desenvolvido mostrou-se ferramenta eficaz de auxílio ao planejamento energético e a termoacumulação uma alternativa sustentável para adequação da matriz energética do país, podendo gerar economias de até 40 porcento. / [en] An algorithm to measure and detect potential thermo-accumulation customers among the clients of a distributing utility was proposed in this work. Such algorithm uses statistical methods for the treatment of missing data and is applied to the measured hourly demands of medium and high voltage customers
of the utility. Basically, the thermo-accumulation technique can be defined as a strategy to shift load from peak hours to off-peak hours. The algorithm allows the construction of load curves from the observed load series after the removal of outliers and/or missing values. From the profile of such curves, the algorithm produces the classification of the clients into three possible categories: higly potential, just potential and non potential (i.e. an already modulated client). Also important to mention this dissertation, is part of an R&D project developed for a brazilian southern utility. A friendly computer system named SIMCAR, developed in Visual Basic, implemented the proposed algorithm. As a final word, in surveys conducted with users of this technology, it was mentioned that the savings on energy consumption can be as high as 40 per cent.
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[en] THERMO-ACCUMULATION: AN EFFECTIVE ALTERNATIVE FOR INCREASING THE POWER LOAD FACTOR IN ELECTRICITY RETAILING LEADING TO DIFFERENTIATED TARIFF BILLINGS / [pt] TERMOACUMULAÇÃO: AVALIAÇÃO REGULATÓRIA DE UMA ALTERNATIVA EFICAZ PARA A MELHORIA DO FATOR DE CARGAFRANCISCO ANIZIO VIEIRA 15 February 2018 (has links)
[pt] Desenvolvida no âmbito da linha de pesquisa Metrologia para Energia, a presente dissertação de mestrado tem como objetivo validar os benefícios da tecnologia da termoacumulação como alternativa técnica e economicamente viável para deslocamento de cargas elétricas em períodos de grande utilização. O projeto de pesquisa teve como motivação o estudo de alternativas tecnológicas para viabilizar tarifas diferenciadas. A metodologia utilizada incluiu a revisão da literatura especializada sobre regulação tarifária e termoacumulação; desenvolveu estudos de sistemas de distribuição subterrâneos e aéreos situados em regiões de grande demanda de energia elétrica no horário comercial e desenvolveu análise de sensibilidade técnico-econômica visando a proposição de alternativas tarifárias e políticas de deslocamento de carga. O trabalho se desenvolveu no contexto da segunda revisão tarifária do setor elétrico, que busca repartir os ganhos de eficiência obtidos pelos agentes do setor elétrico com os seus consumidores. Dentre os resultados do trabalho destacam-se: (i) a comprovação da viabilidade da aplicação da termoacumulação em sistemas de climatização, (ii) a redução de custos de operação e implantação de subestações de energia elétrica para consumidores de sistemas de refrigeração e (iii) e proposição de uma tarifa diferenciada que permite a mudança do perfil de carga de sistemas de refrigeração comerciais. Estudos realizados mostraram que a termoacumulação pode gerar redução dos custos de energia elétrica da ordem de 30 a 45 por cento. Como conclusões, o trabalho reconhece a importância de se implantar políticas que privilegiem novas alternativas tarifárias e ressalta os benefícios que resultam da adoção dessa tecnologia alternativa para o meio ambiente. / [en] Studies have shown that thermo-accumulation is an attractive technology to increase the electric power load factor which can lower tariff billings in electricity retailing (30-45 percent), the motivation for this research project. The aim of the present M.Sc. dissertation is to validate the technological benefits of thermo-accumulation applied to the electric sector as an economically feasible alternative for power load
displacement at peak mode. The methodology included a literature survey on tariff billings and the regulation of the electric sector; a study of aerial and underground distribution systems at locations of high power load demand; a technical-economic analysis (consumption and tariff) of power substations. Developed within the context of tariff billing revision where the electric sector shared energy-efficient gains
with customers, the research project suggests alternate tariff schemes and power load displacement policies. Three major results were found: (i) the feasibility of thermo-accumulation in acclimatization; (ii) the reduction of operational cost of electricity for commercial air-conditioning users; (iii) a proposal for differentiated retailing tariff billings. To highlight the conclusions of the work, the use of the thermo-accumulation technology by electric companies was shown to be unmistakable. On the one hand it provides better tariff schemes for consumers and on the other it is environmentally friendly.
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[pt] ESTUDO NUMÉRICO EXPERIMENTAL DA TERMOACUMULAÇÃO EM ESFERAS / [en] NUMERICAL EXPERIMENTAL STUDY OF THERMAL STORAGE IN SPHERESJUAN JOSE MILON GUZMAN 12 January 2012 (has links)
[pt] Um dispositivo experimental foi desenvolvido para investigar o desempenho térmico de um sistema de armazenamento de frio que utiliza água como material com mudança de fase (MMF) em esferas rígidas e contém um elemento interno para responder às variações da massa específica do MMF durante o processo. A maioria das experiências de dispositivos de armazenamento térmico em capsulas tem uma variação em suas dimensões externas devido à expansão ou contração é interiormente absorvida, a forma externa permanece invariável e podem ser evitados problemas de variação de volume e acomodação das capsulas em tanques de armazenamento. Neste trabalho são investigados os sistemas encapsulados esféricos com elemento interno (diafragma) que absorve a variação de volume para manter constante o diâmetro externo.A esfera é esfriada por um fluxo externo de Mistura Álcool-Água controlado por um banho de temperatura constante. Foram investigadas várias situações para temperaturas diferentes e regimes de fluxo. São monitorados o campo de temperatura, a posição de interface e a transferência de calor dentro das esferas. Implementou-se um modelo numérico para a avaliação dos resultados experimentais. O programa dói preparado na linguagem de programação Fortran e as comparações foram feitas no campo de temperaturas, frente de solidificação, e energia removida. A vantagem ou desvantagem de cada caso são apresentadas. / [en] An experimental apparatus was developed to investigate the thermal performance of a cold storage system utilizing rigid spheres containing an internal element to account for dilatation or contraction of the material during the change of phase. Most of the encapsulated thermal storage devices experiments a variation in its external dimensions due to the expansion or contraction that appear in the freezing or melting processes. If the expansion or contraction is absorbed internally, the external shape remain invariable and accommodation problems in storage tanks can be avoided. In spherical encapsulated systems, the internal element absorbs the volume variation in order to maintain constant the outside diameter. To develop the absorber, different sizes of spheres were investigated, as well, different shapes of absorbers. The sphere is cooled or heated by an external flow controlled by a constant temperature bath. Several situations were investigated for different temperatures and flow regimes. During the changing of phase, the temperature field, the interface position and the convection
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[en] TRANSPORT COEFFICIENTS OF ICE SLURRY IN PLATE HEAT EXCHANGER / [pt] COEFICIENTES DE TRANSPORTE DA PASTA DE GELO EM UM TROCADOR DE CALOR DE PLACASHUGO GUILLERMO JIMENEZ PACHECO 14 January 2004 (has links)
[pt] O uso da pasta de gelo começou recentemente a ser aplicado
em sistemas de refrigeração e condicionamento de ar. Como
principais vantagens deste fluido, podem ser citados: a
possibilidade de armazenar calor latente do gelo e a
possibilidade de ser bombeado como a água fria. Assim, o
pasta de gelo pode ser usado para o armazenamento térmico
no lugar da água fria ou do gelo, desde que, até
determinadas concentrações, possa ser bombeado através dos
trocadores de calor. Para que esta tecnologia seja aceita
extensamente, informações de engenharia são requeridas nas
características de transporte nos equipamentos de troca de
calor. Um dispositivo experimental foi desenvolvido para
estudar os coeficientes de transporte do pasta de gelo em
um trocador de calor de placas, utilizando água como carga
térmica a resfriar. Foram investigadas várias situações para
diferentes frações iniciais e vazões do pasta de gelo. As
condições de entrada da carga térmica, foram mantidas
constantes. São monitoradas a temperatura, a queda de
pressão, a fração do gelo sólido e a vazão do pasta de gelo
no trocador de calor, assim como a vazão e a de temperatura
na parte da carga térmica. Os resultados mostram que o
coeficiente global de troca de calor aumenta com aumento da
fração inicial do gelo. A capacidade do resfriamento do
trocador de calor aumenta consideravelmente, em relação da
água, quando a pasta de gelo, é utilizada como fluido
secundário. Finalmente, a queda de pressão aumenta com o
aumento da fração inicial de gelo. / [en] The use of the ice slurry is recently applied in the
refrigeration and air conditioning systems. Advantages such
as the possibility to store latent heat on ice and the
possibility of being pumped as cold water can be
considered. Ice slurries can be used both for cold storage
in place of chilled water or ice and as a secondary
refrigerant since, up to certain concentrations, they can
be pumped directly through distribution pipeworks and heat
exchangers. For ice slurries to become more widely
accepted, however, more engineering information is
required on fluid flow and heat transfer characteristics.
An experimental device was developed to study the transport
properties of the ice slurry in plate heat exchangers.
Several situations were investigated for different initial
fractions and flows of ice slurry. The conditions of the
thermal load (pure water), had been kept constant. The
temperature field, the pressure loss, the initial fraction
and the flow of ice slurry are monitored in the heat
exchanger, beyond the flow and the temperature field is
monitored in the part of the thermal load. The overall heat
transfer coefficient, increases in function of the initial
ice fraction. The capacity cooling of the heat exchanger
increases with the use of ice slurry when compared to pure
water. Finally can be showed that the loss of pressure
increases for higher initial ice fraction.
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[en] EXPERIMENTAL STUDY OF SUPERCOOLING WATER IN CYLINDRICAL CAPSULES APPLIED TO THE THERMAL STORAGE / [pt] ESTUDO EXPERIMENTAL DO SUPER-RESFRIAMENTO DA ÁGUA EM CÁPSULAS CILÍNDRICASJUAN JOSE MILON GUZMAN 11 November 2004 (has links)
[pt] Um dispositivo experimental foi desenvolvido para o estudo
do super-resfriamento da água em cápsulas cilíndricas
visando sua utilização em processos de termo-acumulação. A
bancada experimental é constituída basicamente por: seção
de teste, sistema de resfriamento, sistema de visualização
e sistema de aquisição e armazenamento de dados. A
temperatura do fluido externo, ou fluido de transferência
(FT), uma solução aquosa de álcool a 50% por volume, foi
mantida fixa por um banho de temperatura controlada
durante cada teste. O trabalho foi dividido em quatro
etapas. A primeira trata do estudo estatístico do super-
resfriamento e nucleação, onde foram utilizadas 4 cápsulas
de materiais distintos (alumínio, bronze, PVC e acrílico)
de 45 mm de diâmetro, com diferentes temperaturas do FT. A
segunda etapa investiga a Taxa de Resfriamento, parâmetro
que quantifica a queda da temperatura e influencia
fortemente o superresfriamento e a nucleação. Na terceira
etapa, foi estudada a influência da rugosidade da parede
interna da cápsula. Nesta etapa, quatro diferentes
cápsulas de alumínio, com diferentes rugosidades, foram
utilizadas. Finalmente, na quarta etapa, foram realizadas
visualizações do processo de nucleação para posterior
processamento e melhor entendimento do fenômeno. Os
resultados obtidos indicam que o material da cápsula
(condutividade e rugosidade) e a temperatura do FT têm
grande influência nos fenômenos de super-resfriamento e
nucleação da água em cápsulas cilíndricas, afetando,
fortemente, o processo de mudança de fase. / [en] An experimental device was developed to investigate the
supercooling phenomenon in water inside cylindrical
capsules used for cold storage process. The experimental
device is formed by the test section, the cooling system,
the visualization system and the data acquisition and
storage system. The temperature of the transfer fluid
(TF), a water-alcohol mixture (50% volume), is controlled
by a constant temperature bath (CTB). The work was divided
in four stages. The first is the statistical study of the
supercooling and nucleation phenomena, where four capsules
of 45 mm diameter made with different materials (aluminum,
brass, PVC and acrylic) had been used, with different
temperatures of the FT. The second stage studies the
Cooling Rate, a parameter related to the supercooling and
nucleation phenomena. In the third stage, the influence of
the superficial roughness of the internal wall was
investigated. Four aluminum capsules, with different
roughness, were used. Finally, in the fourth stage,
visualizations of the nucleation process had carried out,
for posterior processing and analysis. The results
indicate that the material of the capsule (conductivity
and roughness) and the temperature of the TF have a
considerable influence in the supercooling and nucleation
phenomena of the water inside cylindrical capsules,
strongly affecting the phase change process.
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