Orientadores: Carlos Alberto Luengo, Jose Luz Silveira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-03T17:41:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_FranciscoEulalioAlvesdos_D.pdf: 9554331 bytes, checksum: aa14db7fa4bcdbb3040e87da04137442 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: O emprego de motores alternativos a Diesel para geração apenas de energia elétrica é bastante difundido em todas as regiões do Brasil, principalmente no atendimento de emergência em hospitais, indústrias, shopping centers, serviços de telefonia, campi universitários e supermercados. Além das situações de emergências, encontram-se no país um grande número de sistemas de geração de eletricidade que asseguram o abastecimento de comunidades isoladas, tendo como destaque a região Norte, onde a potência dos parques térmicos vinculados à ELETRONORTE e às Concessionárias Estaduais é da ordem de 980 MW. A ineficiência desses sistemas, em tomo de 2/3, representa o potencial termodinâmico para implementar a tecnologia da cogeração e, através desta, a possibilidade real para recuperar os desperdícios das plantas termelétricas da região. Nesse contexto, com o propósito de assimilar, difundir e elaborar estudos de viabilidade econômica relativos à tecnologia da cogeração é que estamos apresentando o trabalho de desenvolvimento e instalação de um cogerador compacto no campus da Universidade Federal do Acre - UFAC, em Rio Branco, Acre. O cogerador, com capacidade de 355 kV A, tem como finalidade principal atender parte do suprimento de energia elétrica do campus e, simultaneamente, nesta primeira fase, o aproveitamento do calor residual da descarga do motor será utilizado no suprimento de um sistema de absorção para climatização de ambiente / Abstract: The use of Diesel engines to generate electricity is an ordinary practice in Brazil, mainly for emergency services in hospitals, industries, shopping centers, telephone centrals, universities, and supermarkets. Besides the emergency uses, there are a large number of thermoelectric systems spread in the country to supply isolated communities. In the North and part of Mid-West Regions in Brazil, the installed thermoelectric capacity is about 980 MW. It is managed by ELETRONORTE and state electric power companies. This system inefficiency is an average of two thirds of the fuel heating value and it represents the thermodynamic potential of the producers. The real possibility to recover the energy waste in those thermoelectric plants throught cogeneration technology is the big motivation in this research. The cogenerated energy will supply the tertiary sector. Here, it is presented a cogeneration study and a pilot plant development. The compact cogeneration is installed at the UF AC (Acre Federal University) in Rio Branco, ACRE. Its capacity is 355 kV A and it aims to recover part of the residual heat from a Diesel engine exhaust. It produces cool air to be used in a air conditioning system. This first step is assessed in terms of its economic viability / Doutorado / Doutor em Planejamento de Sistemas Energéticos

O presente trabalho é um estudo para a determinação de índices de ajuste em medidas efetuadas por sensores de temperatura do ar utilizadas em algoritmos de controle do sistema de automação do sistema de condicionamento de ar do tipo \"Teto Frio\". É um trabalho experimental baseado na coleta de dados de diversas variáveis ambientais em um laboratório que utiliza este tipo de sistema. Esse laboratório possui um sistema de climatização misto composto por circuitos de água gelada que percorre serpentinas instaladas em placas metálicas de forro, para troca de calor por radiação (retirada de calor sensível) e circuitos de ar, com distribuição de ar pelo teto, para troca de calor por convecção (retirada de calor latente). Seu funcionamento é controlado por um sistema de automação (hardware e software) específico. Este estudo pretende determinar índices de ajuste que, introduzidos nos algoritmos de controle do sistema de automação, corrijam as leituras de temperatura do ar realizadas no ambiente por sensores do sistema posicionados em locais que, embora esteticamente sejam os mais adequados, funcionalmente, não o são. Os resultados, concluídos através de método estatístico e recursos de representação gráfica, promoverão além do melhor entendimento das condições térmicas do ambiente oferecidas pelo sistema de \"teto frio\", a otimização da operação do sistema, isto é, a melhoria do conforto para os ocupantes e a conservação de energia. / The present work is a study to determine adjustment indexes in measurements made by air temperature sensors used in control algorithms of automation system applied to \"Cooling Ceiling\" air conditioning system. It is an experimental work based on data collection of several environmental variables at a laboratory which uses this kind of system. This laboratory owns a mixed air conditioning system compounded by chilled water circuits which pass through coils installed on metal ceiling tiles, for heat exchange by radiation (sensitive heat withdrawal), and air circuits with distribution by ceiling, for heat exchange by convection (latent heat withdrawal). Its functioning is controlled by a specific automation system (hardware and software). This study intends to determine adjustment indexes which, added in system control algorithms correct the air temperature readings accomplished in the environment by system sensors located in places that, although aesthetically are more suited, functionally are not. The results, concluded through statistic methods, and graphic representation researches, will promote beyond better understanding of thermal conditions of environment offered by this cooling ceiling system, optimization of system operation, that are a better comfort for the occupants and the energy saving.

Em pauta já há algum tempo, os impactos ambientais, possivelmente gerados pela ação humana, são cada vez mais discutidos e estudados. A busca por um desenvolvimento sustentável e formas mais eficientes do consumo de energia é abordada frequentemente. No Brasil, os edifícios comerciais e públicos apresentam alta demanda de energia elétrica e os sistemas de condicionamento de ar são responsáveis por uma parcela relevante do consumo no país. Para mitigar esse consumo, o sistema de ar condicionado distribuído pelo piso tem sido proposto como uma solução, pois este é intrinsecamente mais eficiente que o sistema de ar condicionado convencional, com distribuição de ar pelo teto. O presente trabalho tem como propósito identificar o potencial de economia de energia de um sistema de condicionamento de ar com distribuição pelo piso em relação a um sistema com distribuição pelo teto, por meio da simulação computacional. Avaliaram-se também o impacto do aumento da temperatura de insuflação e do pé-direito da edificação, além do uso de ciclo economizador (controle entálpico) aplicado aos sistemas na economia de energia. Para a modelagem computacional, realizada pela ferramenta computacional EnergyPlus, tomou-se como referência uma sala de aula que contém um sistema de condicionamento de ar com distribuição pelo piso. O primeiro sistema modelado foi pelo piso, e este serviu como base para a modelagem do sistema pelo teto. Após a criação dos modelos foram executadas as simulações cujos resultados permitiram a comparação entre os consumos de energia de cada um dos sistemas. Em conformidade com a literatura, onde se afirmam que os sistemas com distribuição de ar pelo piso são mais eficientes que os convencionais (distribuição de ar pelo teto), este trabalho também concluiu que este sistema é mais eficiente, apresentando um indicador de economia de energia da ordem de 33%, para a condição: pé-direito de 3,50 m; temperatura de insuflação de 19 °C; e controle entálpico. Os resultados desta pesquisa indicam ainda que a utilização do controle entálpico tem maior influência na economia de energia se comparada ao aumento da temperatura de insuflação ou do pé-direito. / On the agenda for some time, the environmental impacts, possibly generated by human action, are increasingly discussed and studied. The demand for sustainable development and more efficient ways of energy consumption is often addressed. In Brazil, commercial and public buildings have high demand for electricity and air conditioning systems are responsible for a significant portion of this consumption in the country. The underfloor air conditioning system has been proposed as a solution to mitigate such consumption because it is intrinsically more efficient than the ceiling-based air conditioning system. The present work aims to identify the energy saving potential of an air conditioning system with underfloor air distribution comparatively to a system with ceiling air distribution, through computational simulation. Also, the impact of increased supply air temperature and the floor to ceiling height, and the use of the economizer cycle (enthalpy control) was evaluated. For the computational modeling, carried out by the EnergyPlus computational tool, a classroom that contains an air conditioning system with floor distribution was used as reference. The first modeled air distribution system was the underfloor air distribution system, and this served as a basis for the modeling of the ceiling air distribution system. After performing the models, the simulations were carried out, whose results allowed the comparison the energy consumptions between the two systems. According to the literature, where it is stated that the systems with underfloor air distribution are more efficient than the conventional ones (ceiling air distribution), this work also concludes that the system with underfloor air distribution is more efficient, presenting an energy saving indicator around 33%, for the following condition: floor to ceiling height of 3.50 m; supply air temperature of 19 ° C; and enthalpy control. The results of this research also indicate that the use of the enthalpy control has a greater influence on the energy savings compared to the increase of the supply air temperature or the floor to ceiling height.

O presente trabalho é um estudo para a determinação de índices de ajuste em medidas efetuadas por sensores de temperatura do ar utilizadas em algoritmos de controle do sistema de automação do sistema de condicionamento de ar do tipo \"Teto Frio\". É um trabalho experimental baseado na coleta de dados de diversas variáveis ambientais em um laboratório que utiliza este tipo de sistema. Esse laboratório possui um sistema de climatização misto composto por circuitos de água gelada que percorre serpentinas instaladas em placas metálicas de forro, para troca de calor por radiação (retirada de calor sensível) e circuitos de ar, com distribuição de ar pelo teto, para troca de calor por convecção (retirada de calor latente). Seu funcionamento é controlado por um sistema de automação (hardware e software) específico. Este estudo pretende determinar índices de ajuste que, introduzidos nos algoritmos de controle do sistema de automação, corrijam as leituras de temperatura do ar realizadas no ambiente por sensores do sistema posicionados em locais que, embora esteticamente sejam os mais adequados, funcionalmente, não o são. Os resultados, concluídos através de método estatístico e recursos de representação gráfica, promoverão além do melhor entendimento das condições térmicas do ambiente oferecidas pelo sistema de \"teto frio\", a otimização da operação do sistema, isto é, a melhoria do conforto para os ocupantes e a conservação de energia. / The present work is a study to determine adjustment indexes in measurements made by air temperature sensors used in control algorithms of automation system applied to \"Cooling Ceiling\" air conditioning system. It is an experimental work based on data collection of several environmental variables at a laboratory which uses this kind of system. This laboratory owns a mixed air conditioning system compounded by chilled water circuits which pass through coils installed on metal ceiling tiles, for heat exchange by radiation (sensitive heat withdrawal), and air circuits with distribution by ceiling, for heat exchange by convection (latent heat withdrawal). Its functioning is controlled by a specific automation system (hardware and software). This study intends to determine adjustment indexes which, added in system control algorithms correct the air temperature readings accomplished in the environment by system sensors located in places that, although aesthetically are more suited, functionally are not. The results, concluded through statistic methods, and graphic representation researches, will promote beyond better understanding of thermal conditions of environment offered by this cooling ceiling system, optimization of system operation, that are a better comfort for the occupants and the energy saving.

Em pauta já há algum tempo, os impactos ambientais, possivelmente gerados pela ação humana, são cada vez mais discutidos e estudados. A busca por um desenvolvimento sustentável e formas mais eficientes do consumo de energia é abordada frequentemente. No Brasil, os edifícios comerciais e públicos apresentam alta demanda de energia elétrica e os sistemas de condicionamento de ar são responsáveis por uma parcela relevante do consumo no país. Para mitigar esse consumo, o sistema de ar condicionado distribuído pelo piso tem sido proposto como uma solução, pois este é intrinsecamente mais eficiente que o sistema de ar condicionado convencional, com distribuição de ar pelo teto. O presente trabalho tem como propósito identificar o potencial de economia de energia de um sistema de condicionamento de ar com distribuição pelo piso em relação a um sistema com distribuição pelo teto, por meio da simulação computacional. Avaliaram-se também o impacto do aumento da temperatura de insuflação e do pé-direito da edificação, além do uso de ciclo economizador (controle entálpico) aplicado aos sistemas na economia de energia. Para a modelagem computacional, realizada pela ferramenta computacional EnergyPlus, tomou-se como referência uma sala de aula que contém um sistema de condicionamento de ar com distribuição pelo piso. O primeiro sistema modelado foi pelo piso, e este serviu como base para a modelagem do sistema pelo teto. Após a criação dos modelos foram executadas as simulações cujos resultados permitiram a comparação entre os consumos de energia de cada um dos sistemas. Em conformidade com a literatura, onde se afirmam que os sistemas com distribuição de ar pelo piso são mais eficientes que os convencionais (distribuição de ar pelo teto), este trabalho também concluiu que este sistema é mais eficiente, apresentando um indicador de economia de energia da ordem de 33%, para a condição: pé-direito de 3,50 m; temperatura de insuflação de 19 °C; e controle entálpico. Os resultados desta pesquisa indicam ainda que a utilização do controle entálpico tem maior influência na economia de energia se comparada ao aumento da temperatura de insuflação ou do pé-direito. / On the agenda for some time, the environmental impacts, possibly generated by human action, are increasingly discussed and studied. The demand for sustainable development and more efficient ways of energy consumption is often addressed. In Brazil, commercial and public buildings have high demand for electricity and air conditioning systems are responsible for a significant portion of this consumption in the country. The underfloor air conditioning system has been proposed as a solution to mitigate such consumption because it is intrinsically more efficient than the ceiling-based air conditioning system. The present work aims to identify the energy saving potential of an air conditioning system with underfloor air distribution comparatively to a system with ceiling air distribution, through computational simulation. Also, the impact of increased supply air temperature and the floor to ceiling height, and the use of the economizer cycle (enthalpy control) was evaluated. For the computational modeling, carried out by the EnergyPlus computational tool, a classroom that contains an air conditioning system with floor distribution was used as reference. The first modeled air distribution system was the underfloor air distribution system, and this served as a basis for the modeling of the ceiling air distribution system. After performing the models, the simulations were carried out, whose results allowed the comparison the energy consumptions between the two systems. According to the literature, where it is stated that the systems with underfloor air distribution are more efficient than the conventional ones (ceiling air distribution), this work also concludes that the system with underfloor air distribution is more efficient, presenting an energy saving indicator around 33%, for the following condition: floor to ceiling height of 3.50 m; supply air temperature of 19 ° C; and enthalpy control. The results of this research also indicate that the use of the enthalpy control has a greater influence on the energy savings compared to the increase of the supply air temperature or the floor to ceiling height.

Os sistemas de condicionamento de ar exercem função importante em uma sala cirúrgica, que é proteger a ferida cirúrgica e os equipamentos estéreis dos microrganismos carreados pelo ar. Essa proteção é feita pelo controle simultâneo da movimentação e distribuição do ar, da temperatura, da umidade, da filtragem, das infiltrações de ar de outros setores, entre outros. Esses são fatores que afetam diretamente a quantidade de partículas aéreas presentes em uma sala cirúrgica. Dentro deste contexto, no presente trabalho foi desenvolvido um modelo matemático para predição da concentração de partículas em salas cirúrgicas e para determinação da importância relativa dos fatores que interferem na geração e remoção dessas partículas. O modelo proposto baseia-se no balanço de massa para o cálculo da concentração de partículas, que foi aplicado e validado com os dados obtidos em salas cirúrgicas com diferentes tipos de sistemas de condicionamento de ar. Nessas salas cirúrgicas foram realizadas medições de variáveis ambientais considerando diferentes situações que normalmente ocorrem na rotina de salas cirúrgicas. Para cada uma das condições analisadas, é proposto um determinado conjunto de parâmetros relativos ao ambiente, ao sistema de condicionamento de ar e às concentrações de partículas provenientes das diversas fontes, que são utilizados como dados de entrada no modelo. O modelo que está sendo proposto também pode ser utilizado como uma importante ferramenta para auxiliar na análise específica dos fatores que afetam tanto a geração como a remoção de partículas. / Air conditioning systems exert an important function in surgical rooms, to protect the surgical wound and the sterile equipments from airborne infected particles. This protection is achieved by means of a simultaneous control of the movement and distribution of the air, of the temperature, of the humidity, of the filtering, of air infiltrations from other sections etc. Those factors directly affect the amount of airborne particles present in a surgical room. Within this context, the present work aimed to develop a mathematical model for the prediction of particle concentrations in surgical rooms and for the determination of the relative importance of the factors that interfere in the generation and removal of those particles. The proposed model, based on mass balance for the calculation of the particle concentrations, has been applied and validated with the data obtained from different types of air conditioning systems in which the measurements were carried out, as well as with different conditions that commonly occur in the routine of surgical rooms. For each one of these conditions, a certain group of relative parameters is proposed to the environment, to the air conditioning system, and to the concentrations of particles originated from the different sources, which are used as input data to the model. The proposed model can also be used as an important tool to aid in the specific analysis of the factors that affect both particle generation and removal.

Os sistemas de condicionamento de ar exercem função importante em uma sala cirúrgica, que é proteger a ferida cirúrgica e os equipamentos estéreis dos microrganismos carreados pelo ar. Essa proteção é feita pelo controle simultâneo da movimentação e distribuição do ar, da temperatura, da umidade, da filtragem, das infiltrações de ar de outros setores, entre outros. Esses são fatores que afetam diretamente a quantidade de partículas aéreas presentes em uma sala cirúrgica. Dentro deste contexto, no presente trabalho foi desenvolvido um modelo matemático para predição da concentração de partículas em salas cirúrgicas e para determinação da importância relativa dos fatores que interferem na geração e remoção dessas partículas. O modelo proposto baseia-se no balanço de massa para o cálculo da concentração de partículas, que foi aplicado e validado com os dados obtidos em salas cirúrgicas com diferentes tipos de sistemas de condicionamento de ar. Nessas salas cirúrgicas foram realizadas medições de variáveis ambientais considerando diferentes situações que normalmente ocorrem na rotina de salas cirúrgicas. Para cada uma das condições analisadas, é proposto um determinado conjunto de parâmetros relativos ao ambiente, ao sistema de condicionamento de ar e às concentrações de partículas provenientes das diversas fontes, que são utilizados como dados de entrada no modelo. O modelo que está sendo proposto também pode ser utilizado como uma importante ferramenta para auxiliar na análise específica dos fatores que afetam tanto a geração como a remoção de partículas. / Air conditioning systems exert an important function in surgical rooms, to protect the surgical wound and the sterile equipments from airborne infected particles. This protection is achieved by means of a simultaneous control of the movement and distribution of the air, of the temperature, of the humidity, of the filtering, of air infiltrations from other sections etc. Those factors directly affect the amount of airborne particles present in a surgical room. Within this context, the present work aimed to develop a mathematical model for the prediction of particle concentrations in surgical rooms and for the determination of the relative importance of the factors that interfere in the generation and removal of those particles. The proposed model, based on mass balance for the calculation of the particle concentrations, has been applied and validated with the data obtained from different types of air conditioning systems in which the measurements were carried out, as well as with different conditions that commonly occur in the routine of surgical rooms. For each one of these conditions, a certain group of relative parameters is proposed to the environment, to the air conditioning system, and to the concentrations of particles originated from the different sources, which are used as input data to the model. The proposed model can also be used as an important tool to aid in the specific analysis of the factors that affect both particle generation and removal.

O condicionamento de ar por resfriamento evaporativo é considerado um método energeticamente eficiente. Este não necessita da compressão do fluido de trabalho como normalmente ocorre nos métodos convencionais de refrigeração. Ainda, utiliza água como refrigerante de trabalho, o que o isenta de qualquer de dano ambiental. De construção simples, e aliado aos pontos anteriormente mencionados, apresenta-se então como uma opção econômica bem superior em comparação aos sistemas convencionais. Este trabalho apresenta os princípios de funcionamento, o embasamento teórico e a descrição de um aparato experimental desenvolvido. São apresentados como resultados, as temperaturas e umidades relativas medidas na saída do aparato e considerações. Resultados de uma predição teórica também são apresentados, onde então são feitas comparações entre estas e os experimentais. Como conclusão, tais resultados mostraram que o método é capaz de desenvolver uma refrigeração significativa. O efeito indesejável foi o aumento da umidade relativa do ar condicionado. Outro fator é que o método se mantém eficiente apenas para uma umidade relativa de até 55% do ar a ser condicionado.

O presente trabalho trata da simulação do escoamento interno dos dutos de distribuição de ar condicionado de aeronaves regionais, buscando compreender e analisar a influência da configuração dos orifícios de insuflamento de ar na distribuição de velocidade e pressão no interior dos dutos e através dos orifícios. Utiliza-se o ambiente computacional FLOWMASTER, para o desenvolvimento dos modelos e análises comparativas. Foram simuladas seis configurações distintas de orifícios de insuflamento e comparadas quanto ao balanceamento e perda de carga gerada no duto. Os resultados mostraram que as configurações com orifícios de diâmetros maiores e mais espaçados apresentam o melhor balanceamento, no entanto, também apresentam as maiores perda de carga. Desta forma é possível escolher um valor ótimo para o diâmetro dos orifícios de insuflamento estabelecendo um compromisso entre o balanceamento e a perda de carga no duto.

No desenvolvimento de uma nova aeronave o fabricante tentará obter os melhores resultados possíveis em termos de desempenho para que esta seja mais competitiva e tendo bons resultados operacionais. Com este objetivo um fabricante de aviões irá tentar obter os melhores rendimentos possíveis no ciclo de ar condicionado e tentará também criar condições para que isso aconteça. Porém para alguns processos do ciclo, uma melhora no rendimento trará uma melhora mais significativa no coeficiente de performance do ciclo, que para outros. Com o objetivo de medir essa influência dos rendimentos de cada processo no resultado final do ciclo, desenvolveu-se uma ferramenta para facilitar o cálculo dos ciclos simples, bootstrap e misto, tornando a variação dos dados de entrada e a obtenção dos resultados finais fácil e rápida. E através desta ferramenta foram analisados os efeitos das variações dos parâmetros de voo e cabine, variação da porção de trabalho destinado ao compressor secundário, variação dos rendimentos de cada processo no desempenho final do ciclo e, além disso, foi analisado como o desempenho do ciclo se comporta numa missão típica de uma aeronave comercial. Os resultados mostraram que os ciclos bootstrap são os que apresentam os melhores coeficientes de performance, que o rendimento do compressor do motor, apesar não fazer parte da máquina de ar condicionado é o que tem a maior influência no resultado do ciclo, e que com a altitude o COP apresenta grande variação, devido a queda da temperatura ambiente, apresentando resultado divergente do COPP, devido ao grande aumento do trabalho de pressurização.