Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-07-25T23:39:27Z No. of bitstreams: 1 CARLOS EDUARDO DA SILVA ALBUQUERQUE – DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2017.pdf: 4080439 bytes, checksum: 940fff54d861725d16972dec4bb0ee8c (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-25T23:39:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CARLOS EDUARDO DA SILVA ALBUQUERQUE – DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2017.pdf: 4080439 bytes, checksum: 940fff54d861725d16972dec4bb0ee8c (MD5) Previous issue date: 2017-03-17 / CNPq / Esta pesquisa apresenta uma análise energética e exergética de uma unidade de refrigeração de água gelada de grande porte, chamada chiller. O refrigerador em estudo realiza o ciclo termodinâmico de refrigeração com auxílio de um compressor mecânico, usualmente acionado por um motor elétrico, de forma a aumentar a pressão em determinada fase do ciclo termodinâmico do sistema, o que gera um alto consumo de energia elétrica. Com avanço da tecnologia, a cada dia surgem novos tipos de compressores que possuem um menor consumo de energia e melhoram o desempenho da unidade como um todo. O objetivo deste trabalho é avaliar os comportamentos energético e exergético, baseados respectivamente na primeira lei e na segunda lei da termodinâmica, de um chiller que fornece água gelada e trabalha com um compressor tipo parafuso. Este estudo foi realizado baseando-se no comportamento real de um chiller de compressão de vapor, instalado em um shopping da região de João Pessoa-PB. Através de simulação numérica, foi possível avaliar o comportamento do equipamento com a mudança de alguns dos parâmetros normais de trabalho, como pressões de condensação e evaporação, temperatura s de condensação e evaporação e fluido refrigerante. Neste estudo, são apresentados dados do desempenho do equipamento em função das pressões do evaporador e do compressor, da temperatura de evaporação, entre outros parâmetros. Os resultados das simulações, realizadas com auxilio do software EES, mostraram que o desempenho da unidade melhora ao diminuir a variação de pressão entre o condensador e o evaporador e que as eficiências energética e exergética sofrem um acréscimo com o aumento da temperatura de evaporação e uma redução com a elevação da temperatura de condensação. / This research presents energetic and exergetic analysis of a water refrigeration unit, called Chiller. The Chiller under study performs the thermodynamic cycle of the refrigeration with the assistance of a mechanical compressor, usually triggered by an electric motor, in order to increase the pressure in a certain stage on the thermodynamic cycle of the system, which generates high energy consumption. However, with the advance of the technology, every day emergs new types of compressors that have lowest energy consumption and improves the performance of the unit as a whole. The purpose of this work is to evaluate both e nergetic and exergetic behavior, of a chiller that provides cold water and works with a screw type compressor, based on the first and second laws of thermodynamics . This study was based on the actual behavior of a steam compression chiller from a mall in the city of João Pessoa-PB. Through numerical simulation, it was possible to evaluate the behavior of the equipment with the change of some of the normal parameters of work, as condensation and evaporation pressures, condensation and evaporation temperature and refrigerant fluid. In this study, the performance of the equipment data is presented as a function of the evaporator and compressor pressures, the evaporation temperature and other parameters. The results of the simulations, that were realized with support of software EES, showed that the unit performance was improved by decreasing the pressure variation between condenser and the evaporator and also has proved that the energetic and exergetic efficiences are increased by raising the evaporation temperature and a reduction happens by increasing the condensation temperature.

Submitted by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br) on 2012-05-29T12:40:21Z No. of bitstreams: 2 Dissertacao_ZigmantasSimulacaoSistemasSimples.pdf: 2976848 bytes, checksum: c79813a200468f113de57854cc48e701 (MD5) license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) / Approved for entry into archive by Irvana Coutinho(irvana@ufpa.br) on 2012-05-29T12:52:02Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertacao_ZigmantasSimulacaoSistemasSimples.pdf: 2976848 bytes, checksum: c79813a200468f113de57854cc48e701 (MD5) license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-05-29T12:52:02Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertacao_ZigmantasSimulacaoSistemasSimples.pdf: 2976848 bytes, checksum: c79813a200468f113de57854cc48e701 (MD5) license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Previous issue date: 2006 / Na atualidade, o estudo do desempenho térmico de um sistema de refrigeração por compressão de vapor representa uma ferramenta importante no auxílio do desenvolvimento de novos produtos ou melhoria dos já existentes. Um modelo de simulação em regime permanente foi elaborado para avaliar o desempenho do sistema frigorífico. O sistema estudado inclui uma Central de Ar Condicionado, modelo PA HILTON, constituída de um compressor alternativo do tipo semi-hermético, evaporador e condensador compacto de tubos e aletas e uma válvula de expansão termostática. O modelo do condensador considera três regiões distintas de troca de calor as quais são respectivamente a região de dessuperaquecimento, condensação e subresfriamento. Para a modelagem do evaporador, foram consideradas as regiões de evaporação e superaquecimento. No modelo de simulação foram utilizadas correlações adequadas para a estimativa dos coeficientes de transferência de calor e perda de pressão para cada região do evaporador e condensador. Não foram consideradas a transferência de calor e queda de pressão nas linhas de conexão entre os componentes. A solução do sistema de equações não lineares resultantes da modelagem matemática dos componentes do sistema simulado foi obtida utilizando-se o método das substituições sucessivas com o emprego do software Engineenng Equation Solver . Os resultados obtidos pelo modelo de simulação apresentaram erros inferiores a 9% em relação aos valores experimentais. / Nowadays, the thermal performance of refrigeration systems of vapor compression is a very important toll to aid on the development of News Products or Upgrading them. A steady state simulation model is presented to estimate the refrigeration systems performance.The studied system considers a air conditioning equipment Model PA HILTON, that includes a semi-hermetic alternative compressor, a compact tube and fins evaporator and condenser and finally a thermostatic expansion valve. The condenser mathematical model takes account of three different regions of heat transfer : cooling, condensing and sub-cooling.The evaporator mathematical modeling considers the evaporating and superheated regions. Depending of the region studied, in the model simulated includes appropriate correlations of heat transfer and pressure droops. The heat transfer and pressure drop inside the lines between the components are not considered. The solution of non linear equation systems is obtained trough a interactive method using the Engineering Equation Solver Software. The comparations between experimental and simulated values shows a very good agreement.

A preocupação energética tem impulsionado a humanidade a buscar alternativas sustentáveis de energia. Neste contexto, os edifícios de escritórios têm um papel importante, em especial, devido ao elevado consumo de energia dos sistemas de condicionamento de ar. Para esses sistemas, a possibilidade de utilização de energia solar é uma alternativa tecnicamente possível e interessante de ser considerada, principalmente porque, quando a carga térmica do edifício é mais elevada, a radiação solar também é mais elevada. Dentre os sistemas de condicionamento de ar solar, o sistema térmico - que associa coletores solares térmicos com chiller de absorção - é o mais disseminado, na atualidade. Entretanto, dependendo do caso, outras tecnologias podem ser vantajosas. Uma opção, por exemplo, no caso de edifícios de escritórios, é o sistema elétrico - que associa painéis fotovoltaicos ao chiller convencional de compressão de vapor. Neste trabalho, para um edifício de escritórios de 20 pavimentos e 1000 m2 por pavimento, na cidade de São Paulo, no Brasil, duas alternativas de ar condicionado solar tiveram seus desempenhos energéticos analisados: o sistema térmico - com coletores solares térmicos somente na cobertura e o sistema elétrico - com painéis FV somente nas superfícies opacas das fachadas. Para isso, com o software EnergyPlus do Departamento de Energia dos Estados Unidos obteve-se as carga térmica atuantes no edifício e com a aplicação do método de cálculo de consumo de energia dos sistemas de ar condicionado solar, proposto pelo Projeto SOLAIR da União Européia, adaptado para a realidade da pesquisa, obteve-se o desempenho energético dos sistemas. Os resultados mostraram que, para o edifício de 20 pavimentos, o sistema elétrico tem o melhor desempenho energético, economizando 28% e 71% da energia elétrica que consumiria um sistema de ar condicionado convencional, em um dia de verão e de inverno, respectivamente. O sistema térmico, ao contrário, apresentou um desempenho energético ruim para o edifício estudado, consumindo, por exemplo, em um dia de verão, cerca de 4 vezes mais energia elétrica do que um sistema de ar condicionado convencional. Constatouse que isso ocorreu, pois a área coletora limitada à cobertura foi insuficiente para atender a demanda do chiller de absorção, que passou a operar com frações solares baixas, da ordem de 50% e 20%, de pico, no dia de inverno e de verão, respectivamente. Assim, constatou-se que para que o sistema térmico apresente um desempenho energético satisfatório é preciso que o edifício não seja tão alto. De fato, os resultados mostraram que somente se o edifício tivesse no máximo 2 pavimentos, o sistema térmico teria um desempenho energético melhor do que um sistema convencional. No caso de ser aplicado ao edifício térreo de 1000m2 de área, por exemplo, esse sistema economizaria aproximadamente 65% da energia elétrica do sistema convencional. Por fim, constatou-se também que o desempenho energético do sistema térmico seria elevado com a otimização da área e da tecnologia de coletores solares, com o aprimoramento do sistema de aquecimento auxiliar e com a redução da carga térmica do edifício por meio de técnicas passivas de climatização. / Energy concern has driven human kind to seek sustainable energy alternatives. In this context, office buildings have an important role, especially due to the high energy consumption of air conditioning systems. For these systems, the possibility of using solar energy is technically feasible and interesting to be considered, mainly because generally when the building thermal load is higher, the solar radiation is also higher. Among solar airconditioning systems, the thermal system - which combines solar collectors with absorption chiller - is the most widespread, nowadays. However, depending on the case, other technologies may take advantage. One option, for example, in the case of office buildings, is the electrical system - which combines photovoltaic panels with conventional vapor compression chiller. In this work, an office building of 20 floors with 1,000 m2 floor area, in Sao Paulo, Brazil, two technologies of solar air conditioning had their performance analyzed: the thermal system - presenting solar thermal collectors only on the roof and the electrical system with PV panels only on the opaque surfaces of the facades. For this, the software EnergyPlus of the United States Department of Energy obtained the building thermal load and the with the solar air conditioning energy consumption calculating method proposed by SOLAIR project of the European Union and adapted to this work, energy performance of systems was obtained. The results showed that for this building, the electrical system had the best energy performance, saving 28% and 71% of electricity that would consume a conventional air conditioning system in a summer day and a winter day, respectively. The thermal system, in contrast, showed a poor energy performance, consuming, for example, on a summer day, about four times more electricity than a conventional air conditioning system. It was found that this occurred because the collectors area limited to the roof of the building was insufficient to meet the absorption chiller demand, causing low solar fractions in the operation, of around 50% and 20% peak, in a winter day and in a summer day, respectively. Thus, in order of provide a satisfactory energy performance, the thermal system requires that the building not to be so tall. In fact, the results showed that only if the building had up to two floors, the system would perform better than a conventional system. In case of be installed in a building with the ground floor only, and floor area of 1000m2, for example, this system would save about 65% of the electricity comparing to a conventional system. Finally, it was found that this energy performance would be elevated as well with the optimization of solar collectors area and technology, with auxiliary heating system improvement and with the reduction of thermal load of the building by means of passive air conditioning techniques.

A preocupação energética tem impulsionado a humanidade a buscar alternativas sustentáveis de energia. Neste contexto, os edifícios de escritórios têm um papel importante, em especial, devido ao elevado consumo de energia dos sistemas de condicionamento de ar. Para esses sistemas, a possibilidade de utilização de energia solar é uma alternativa tecnicamente possível e interessante de ser considerada, principalmente porque, quando a carga térmica do edifício é mais elevada, a radiação solar também é mais elevada. Dentre os sistemas de condicionamento de ar solar, o sistema térmico - que associa coletores solares térmicos com chiller de absorção - é o mais disseminado, na atualidade. Entretanto, dependendo do caso, outras tecnologias podem ser vantajosas. Uma opção, por exemplo, no caso de edifícios de escritórios, é o sistema elétrico - que associa painéis fotovoltaicos ao chiller convencional de compressão de vapor. Neste trabalho, para um edifício de escritórios de 20 pavimentos e 1000 m2 por pavimento, na cidade de São Paulo, no Brasil, duas alternativas de ar condicionado solar tiveram seus desempenhos energéticos analisados: o sistema térmico - com coletores solares térmicos somente na cobertura e o sistema elétrico - com painéis FV somente nas superfícies opacas das fachadas. Para isso, com o software EnergyPlus do Departamento de Energia dos Estados Unidos obteve-se as carga térmica atuantes no edifício e com a aplicação do método de cálculo de consumo de energia dos sistemas de ar condicionado solar, proposto pelo Projeto SOLAIR da União Européia, adaptado para a realidade da pesquisa, obteve-se o desempenho energético dos sistemas. Os resultados mostraram que, para o edifício de 20 pavimentos, o sistema elétrico tem o melhor desempenho energético, economizando 28% e 71% da energia elétrica que consumiria um sistema de ar condicionado convencional, em um dia de verão e de inverno, respectivamente. O sistema térmico, ao contrário, apresentou um desempenho energético ruim para o edifício estudado, consumindo, por exemplo, em um dia de verão, cerca de 4 vezes mais energia elétrica do que um sistema de ar condicionado convencional. Constatouse que isso ocorreu, pois a área coletora limitada à cobertura foi insuficiente para atender a demanda do chiller de absorção, que passou a operar com frações solares baixas, da ordem de 50% e 20%, de pico, no dia de inverno e de verão, respectivamente. Assim, constatou-se que para que o sistema térmico apresente um desempenho energético satisfatório é preciso que o edifício não seja tão alto. De fato, os resultados mostraram que somente se o edifício tivesse no máximo 2 pavimentos, o sistema térmico teria um desempenho energético melhor do que um sistema convencional. No caso de ser aplicado ao edifício térreo de 1000m2 de área, por exemplo, esse sistema economizaria aproximadamente 65% da energia elétrica do sistema convencional. Por fim, constatou-se também que o desempenho energético do sistema térmico seria elevado com a otimização da área e da tecnologia de coletores solares, com o aprimoramento do sistema de aquecimento auxiliar e com a redução da carga térmica do edifício por meio de técnicas passivas de climatização. / Energy concern has driven human kind to seek sustainable energy alternatives. In this context, office buildings have an important role, especially due to the high energy consumption of air conditioning systems. For these systems, the possibility of using solar energy is technically feasible and interesting to be considered, mainly because generally when the building thermal load is higher, the solar radiation is also higher. Among solar airconditioning systems, the thermal system - which combines solar collectors with absorption chiller - is the most widespread, nowadays. However, depending on the case, other technologies may take advantage. One option, for example, in the case of office buildings, is the electrical system - which combines photovoltaic panels with conventional vapor compression chiller. In this work, an office building of 20 floors with 1,000 m2 floor area, in Sao Paulo, Brazil, two technologies of solar air conditioning had their performance analyzed: the thermal system - presenting solar thermal collectors only on the roof and the electrical system with PV panels only on the opaque surfaces of the facades. For this, the software EnergyPlus of the United States Department of Energy obtained the building thermal load and the with the solar air conditioning energy consumption calculating method proposed by SOLAIR project of the European Union and adapted to this work, energy performance of systems was obtained. The results showed that for this building, the electrical system had the best energy performance, saving 28% and 71% of electricity that would consume a conventional air conditioning system in a summer day and a winter day, respectively. The thermal system, in contrast, showed a poor energy performance, consuming, for example, on a summer day, about four times more electricity than a conventional air conditioning system. It was found that this occurred because the collectors area limited to the roof of the building was insufficient to meet the absorption chiller demand, causing low solar fractions in the operation, of around 50% and 20% peak, in a winter day and in a summer day, respectively. Thus, in order of provide a satisfactory energy performance, the thermal system requires that the building not to be so tall. In fact, the results showed that only if the building had up to two floors, the system would perform better than a conventional system. In case of be installed in a building with the ground floor only, and floor area of 1000m2, for example, this system would save about 65% of the electricity comparing to a conventional system. Finally, it was found that this energy performance would be elevated as well with the optimization of solar collectors area and technology, with auxiliary heating system improvement and with the reduction of thermal load of the building by means of passive air conditioning techniques.