The global solar irradiation (Hg) is variable major in several subject areas: Agriculture, Engineering, Climate and Renewable Energy. The total amount of incident Hg on the earth's surface can be accounted directly or indirectly. Directly is obtained from measurements made with operational instruments (pyranometers) and indirectly by estimating, by using empirical models. In this work, ten empirical models are used (nine based on air temperature and one in the sunshine duration) to estimate the global solar irradiation in eight sites from to Alagoas - Brazil, in scale hourly, daily and monthly. For models based on air temperature, two temperature regimes (air thermal amplitudes) (∆T1 and ∆T2) were evaluated to verify the influence on the models. Have been used air temperature, sunshine duration (n) and global solar irradiation (Hg) data, from September 2007 to December 2008 for fit of the models, and to validate the use data in 2009. The global solar irradiations (Hg) (MJm-2) were calculated from the integrations of the global solar irradiance (Rg) (Wm-2). In terms of global solar irradiation hourly average monthly (Hgh), the coefficients of the models shown to be dependent on the study site. The coefficients generated with daily data and monthly averages showed no difference to ΔT1 or ΔT2. For the model based on the sunshine duration (n), the adjusted coefficients are specifics to the estimated daily and monthly. In estimating hourly, the Hargreaves & Samani model (model 6) and the modified Hargreaves & Samani (models 7, 8 and 9) estimated the best monthly hourly global solar irradiation average (Hgh) in all sites analyzed. In the daily estimate, the Bristow & Campbell model (model 1) was more accurate than the model 6. However, the model 6 resulted with an average value of the population standard deviation of deviations (dpp) of 2,60, 2,79 and 2,79 MJm-2 for sites in the regions of the interior (Sertão), Hinterland (Agreste) and Coastal (Litoral) / Humid Area (Zona da Mata), respectively. Each month, the model 1 was more accurate than the model 6. The model based on the sunshine duration estimated the best daily global solar irradiation (Hgd) and monthly daily global solar irradiation average (Hgm), those based on air temperature, indicating low (dpp) and high coefficients of agreement (d). / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A irradiação solar global (Hg) é variável de grande importância em diversas áreas do conhecimento: Agricultura, Engenharia, Climatologia e Energia Renováveis. A quantidade total de Hg que incide na superfície terrestre pode ser contabilizada diretamente ou indiretamente. Diretamente é obtida a partir de medidas realizadas com instrumentos operacionais (piranômetros) e indiretamente por estimativa, em geral, utilizando-se modelos empíricos. Nesse trabalho, foram utilizados dez modelos empíricos (nove baseados na temperatura do ar e um na duração do brilho solar) para estimar a irradiação solar global em oito locais de Alagoas - Brasil, em escala horária, diária e mensal. Para os modelos baseados na temperatura do ar, dois regimes (amplitudes térmicas do ar) de temperatura (∆T1 e ∆T2) foram avaliados para verificar a influencia deles nos modelos. Foram utilizados dados de temperatura do ar, duração do brilho solar (n) e irradiação solar global (Hg), no período de setembro de 2007 a dezembro de 2008 para ajuste dos modelos, e para validação a utilização de dados de 2009. As irradiações solar global (Hg) (MJm-2) foram calculadas a partir das integrações das irradiâncias solar global (Rg) (Wm-2). Em termo da irradiação solar global média horária mensal (Hgh), os coeficientes dos modelos mostraram ser dependentes do local de estudo. Os coeficientes gerados com dados diários e médias mensais não mostraram diferença para ∆T1 ou ∆T2. Para o modelo baseado na duração do brilho solar (n), os coeficientes ajustados são específicos para a estimativa diária e mensal. Na estimativa horária, o modelo de Hargreaves & Samani (modelo 6) e os modificados de Hargreaves & Samani (modelos 7, 8 e 9) estimaram melhor a irradiação solar global média horária mensal (Hgh), em todos locais analisados. Na estimativa diária, o modelo de Bristow & Campbell (modelo 1) foi mais preciso que o modelo 6. Porém, o modelo 6 resultou com valor médio do desvio padrão da população de desvios (dpp) de 2,60, 2,79 e 2,79 MJm-2 para os locais situados no Sertão, Agreste e Litoral/Zona da Mata, respectivamente. Mensalmente, o modelo 1 foi mais preciso que o modelo 6. O modelo baseado na duração do brilho solar estimou melhor a irradiação solar global diária (Hgd) e a irradiação solar global média diária mensal (Hgm), que os baseados na temperatura do ar, indicando baixos (dpp) e elevados coeficientes de concordâncias (d).

As corridas de detritos são processos caracterizados por escoamentos rápidos associados a precipitações intensas e/ou acumuladas. A ocorrência destes processos está associada a diversas variáveis do meio físico e quando associadas a eventos extremos de precipitação podem gerar grande volume de sedimentos como aqueles observados em 1967 no município de Caraguatatuba (SP). Neste contexto, o objetivo desta pesquisa foi avaliar o potencial de geração de corridas de detritos a partir do emprego de parâmetros morfométricos para as bacias hidrográficas dos rios Santo Antônio, Guaxinduba e Mococa. Metodologicamente, o trabalho dividiu-se, em um primeiro momento, na identificação dos escorregamentos e das zonas de arraste e deposição das corridas de detritos. Posteriormente, foram extraídos os parâmetros e os índices morfométricos das bacias (área, amplitude, comprimento do canal, ângulo da encosta, índice de circularidade, densidade de drenagem e declividade média do canal), e analisados de forma qualitativa e quantitativa. A partir do reconhecimento dos processos foram selecionadas as sub-bacias para a aplicação de dois modelos empíricos considerando os valores de concentração de sólidos e de precipitação. Assim, por meio dos cenários propostos de 60 mm/h e 100 mm/h e concentração de sólidos de 50% foram obtidos os valores de vazão e de volume de sedimentos das corridas de detritos para cada sub-bacia selecionada. Os resultados obtidos na análise qualitativa mostraram similaridades entre as bacias dos rios Santo Antônio e Mococa, fato este não observado para a bacia do Guaxinduba. No entanto, a bacia do Guaxinduba apresentou maior potencial para a geração de corridas de detritos. Em 40 sub-bacias, observou-se que houve diferença de aproximadamente 60% da vazão e volume em relação aos cenários de 60 mm/h e 100 mm/h. Além disso, observou-se nas formulações empregadas que a inserção de variáveis geram valores distintos de vazão de pico e volume de sedimentos. Identificou-se que a bacia do Guaxinduba apresentou maior potência, porém com volumes inferiores aos observados nas bacias do Santo Antônio e Mococa. Acredita-se que a combinação destes métodos pode auxiliar na identificação de áreas suscetíveis à ocorrência das corridas de detritos em regiões serranas, como o Litoral Norte de São Paulo. / Debris flow processes are characterized by rapid runoff associated with heavy and/or accumulated rainfall. The occurrence of these processes is associated with several variables of the physical environment and when associated with extreme precipitation events can generate large amounts of sediment as those observed in 1967 in the city of Caraguatatuba (SP). In this context, the objective of this research was to evaluate the potential of generating debris flow from the use of morphometric parameters for the river basins of the Santo Antonio, Guaxinduba and Mococa. Methodologically, the work was divided, at first, the identification of landslides and areas of deposition of debris flow. Subsequently, the parameters and morphometric indices of the basins were extracted (area, basin relief, channel length, slope angle, circularity ratio, drainage density and average channel slope), and analyzed qualitatively and quantitatively. Based the recognition of the processes the sub-basins to the application of two empirical models considering the solid concentration values and precipitation were selected. Thus by the proposed scenarios of 60 mm / h and 100 mm/h solids concentration of 50% were obtained the values of peak discharges and magnitude of debris flow for each selected sub-basin. The results of the qualitative analysis showed similitarities between the rivers basins of the Santo Antônio and Mococa, which is not observed for the basin Guaxinduba. However, the basin Guaxinduba showed greater potential for the generation of debris flow. In sub-basin 40, it was observed that there was a difference of approximately 60% of peak discharges and magnitude in relation to the scenarios of 60 mm/h and 100 mm/h. Furthermore, it was observed that the formulations employed in the insertion variables generate different peak and magnitude values of sediment. It was identified that the Guaxinduba basin showed a higher power, but with magnitude lower than those observed in the basins of Santo Antônio and Mococa. It is believed that the combination of these methods can help identify areas susceptible to the occurrence of debris flow in mountainous regions such as the North Coast of São Paulo.

A Euterpe edulis (palmeira juçara) é uma espécie de alta densidade na Floresta Atlântica e sofre processo de extinção devido ao desmatamento e ao corte ilegal para a extração do palmito. Uma alternativa para conservação é o manejo sustentável, utilizando seus frutos para a produção de polpa. O objetivo do trabalho é fornecer subsídios de mensuração para um sistema de manejo, visando à produção de frutos e polpa, através de modelos preditivos e, avaliação da estrutura, dinâmica e a regeneração natural das palmeiras. O levantamento foi realizado no Sertão do Ubatumirim, Ubatuba-SP, em uma área de bananal e uma de floresta secundária, durante 2011 e 2012. Para a construção dos modelos, foram selecionadas matrizes produtoras acompanhadas durante o período de frutificação. Foram coletadas medidas dendrométricas e os frutos maduros foram colhidos, pesados, despolpados e analisada sua massa seca. Foi avaliada qualitativamente a luminosidade recebida pelas matrizes. Foram ajustados e selecionados modelos para a predição da biomassa dos frutos e polpa seca. As variáveis preditoras foram: DAP, altura, e as indicadoras: área, ano e luz, com efeito simples e de interação. As variáveis resposta foram modeladas por regressão linear, com e sem transformação logarítmica. Os critérios de seleção dos modelos foram o coeficiente de determinação ajustado e o valor do Critério de Informação de Akaike (AIC). Para o levantamento das populações, em cada área foram locadas dez parcelas circulares, com 14m de raio, sendo mensuradas e identificadas as espécies arbóreas com DAP >= 5cm. Dentro das parcelas instituiu-se subparcelas para a amostragem da regeneração natural da juçara; com raio de 4,5m para os estádios de desenvolvimento das varas e arvoretas e raio de 3m para plântulas e mudas. Foi estimada a taxa de mortalidade de toda população e das palmeiras adultas. De cada estádio estimou-se os indivíduos por hectare e taxa de mudança anual. A regeneração encontrada foi comparada com uma estrutura padrão, sem ações antrópicas. Foi estimada a biomassa de frutos e de polpa da juçara nas áreas estudadas através de modelos lineares. Os modelos com transformação logarítmica apresentaram bons ajustes sendo os mais adequados os que utilizaram a combinação da variável indicadora altura ou variável combinada (diâmetro ao quadrado vezes altura). Os resultados mostraram efeito de interação da variável combinada e variável ano, o que indicou efeito nulo no ano de alta produtividade. Independente do tamanho das palmeiras, a produção foi igual, e efeito positivo crescente no ano de baixa produtividade. Os levantamentos mostraram que a área de formação secundária possui maior riqueza de espécies que a do bananal, com uma área basal duas vezes maior e menor taxa de mortalidade. Em ambas as áreas, os estádios plântulas e regeneração não se assemelham à população padrão, resultados estes mais drásticos na área do bananal. Isto pode levar à redução da população, com risco de desaparecimento. Na estimativa produtiva dos frutos por matriz, verificou-se o aumento entre os anos de produção. Quando se considera a produção por hectare, ocorre diminuição da produção na área do bananal devido a elevada mortalidade. / Euterpe edulis (juçara palm) occurs in hight density populations in the Atlantic Forest, but due the illegal exploration of its heart palm is a extinction threaten species. An alternative for its conservation is the sustainable management of its populations for fruit production. This study aims to provide measurement and biometric information for the development of a sustainable management system for fruit harvest. Prediction models for fruit and fruit pulp production were developed and the structure and natural regeneration of two populations were studied. The study was carry out in \"Sertão do Ubatumirim\", Ubatuba, in the state of São Paulo, where a banana plantation and a secondary forest were surveyed in the years 2011 and 2012. In order to develop the fruit prediction models, producing fruit palm trees were monitored throughout the period of fructification. Height and diameter measurements were taken in these trees and the ripe fruits were harvested, weighted, pulped and the fruit pulp dry weight was determined. The light intensity received by each tree was qualitatively determined by a ordinal scale with 5 levels. Prediction models for fruit biomass and fruit pulp dry weight were fitted by linear regression. Prediction quantitative variables were diameter (DBH) and height, while prediction qualitative variables, add to the model as indicator variables, were: forest type (banana plantation and secondary forest), harvest year (2011 and 2012) and light intensity. The criteria for selection of the models were adjusted coefficient of determination and the value of the Akaike Information Criteria (AIC). For the population surveys, circular plots of 14m radius were located in the study area, and all trees with DBH equal or greater than 5cm were measured and had its species identified. For the survey of juçara natural regeneration, circular subplots of 4.5m radius, concentric to adult tree plots, were established to enumerate small trees and saplings, and circular subplots of 3m radius were established to enumerate seedlings and small seedlings. Mortality rate was estimated of the entire population and adult juçara palms. For each plant development stage (tree, small tree, sapling, seedling and small seedling), the number of individuals and the annual change rate were also estimated. Best prediction models for individual palm tree fruit and fruit pulp production were logarithmic models, and prediction variable was tree height, followed by the combined variable (squared diameter times height). There was a clear interaction effect of the quantitative prediction variable (combined variable) and the qualitative prediction variable year, as indicator variable. In the hight production year, the quantitative prediction variable was not relevant for fruit and fruit pulp prediction, while in the low production year, there was a positive relationship between production and the quantitative prediction variable. Study sites were very different in forest structure and dynamics. As expected, the secondary forest site had higher species richness than the banana plantation site, as well lower mortality rate and twice its basal area. Compared to what is expected to sustainable juçara populations without human influence, both sites showed lower number of regenerating individuals (seedlings and small seedlings). Over the years, this fact, combined to the harvest of fruits for fruit pulp production, can represent risk to the sustainability of juçara populations in the study sites.

A Euterpe edulis (palmeira juçara) é uma espécie de alta densidade na Floresta Atlântica e sofre processo de extinção devido ao desmatamento e ao corte ilegal para a extração do palmito. Uma alternativa para conservação é o manejo sustentável, utilizando seus frutos para a produção de polpa. O objetivo do trabalho é fornecer subsídios de mensuração para um sistema de manejo, visando à produção de frutos e polpa, através de modelos preditivos e, avaliação da estrutura, dinâmica e a regeneração natural das palmeiras. O levantamento foi realizado no Sertão do Ubatumirim, Ubatuba-SP, em uma área de bananal e uma de floresta secundária, durante 2011 e 2012. Para a construção dos modelos, foram selecionadas matrizes produtoras acompanhadas durante o período de frutificação. Foram coletadas medidas dendrométricas e os frutos maduros foram colhidos, pesados, despolpados e analisada sua massa seca. Foi avaliada qualitativamente a luminosidade recebida pelas matrizes. Foram ajustados e selecionados modelos para a predição da biomassa dos frutos e polpa seca. As variáveis preditoras foram: DAP, altura, e as indicadoras: área, ano e luz, com efeito simples e de interação. As variáveis resposta foram modeladas por regressão linear, com e sem transformação logarítmica. Os critérios de seleção dos modelos foram o coeficiente de determinação ajustado e o valor do Critério de Informação de Akaike (AIC). Para o levantamento das populações, em cada área foram locadas dez parcelas circulares, com 14m de raio, sendo mensuradas e identificadas as espécies arbóreas com DAP >= 5cm. Dentro das parcelas instituiu-se subparcelas para a amostragem da regeneração natural da juçara; com raio de 4,5m para os estádios de desenvolvimento das varas e arvoretas e raio de 3m para plântulas e mudas. Foi estimada a taxa de mortalidade de toda população e das palmeiras adultas. De cada estádio estimou-se os indivíduos por hectare e taxa de mudança anual. A regeneração encontrada foi comparada com uma estrutura padrão, sem ações antrópicas. Foi estimada a biomassa de frutos e de polpa da juçara nas áreas estudadas através de modelos lineares. Os modelos com transformação logarítmica apresentaram bons ajustes sendo os mais adequados os que utilizaram a combinação da variável indicadora altura ou variável combinada (diâmetro ao quadrado vezes altura). Os resultados mostraram efeito de interação da variável combinada e variável ano, o que indicou efeito nulo no ano de alta produtividade. Independente do tamanho das palmeiras, a produção foi igual, e efeito positivo crescente no ano de baixa produtividade. Os levantamentos mostraram que a área de formação secundária possui maior riqueza de espécies que a do bananal, com uma área basal duas vezes maior e menor taxa de mortalidade. Em ambas as áreas, os estádios plântulas e regeneração não se assemelham à população padrão, resultados estes mais drásticos na área do bananal. Isto pode levar à redução da população, com risco de desaparecimento. Na estimativa produtiva dos frutos por matriz, verificou-se o aumento entre os anos de produção. Quando se considera a produção por hectare, ocorre diminuição da produção na área do bananal devido a elevada mortalidade. / Euterpe edulis (juçara palm) occurs in hight density populations in the Atlantic Forest, but due the illegal exploration of its heart palm is a extinction threaten species. An alternative for its conservation is the sustainable management of its populations for fruit production. This study aims to provide measurement and biometric information for the development of a sustainable management system for fruit harvest. Prediction models for fruit and fruit pulp production were developed and the structure and natural regeneration of two populations were studied. The study was carry out in \"Sertão do Ubatumirim\", Ubatuba, in the state of São Paulo, where a banana plantation and a secondary forest were surveyed in the years 2011 and 2012. In order to develop the fruit prediction models, producing fruit palm trees were monitored throughout the period of fructification. Height and diameter measurements were taken in these trees and the ripe fruits were harvested, weighted, pulped and the fruit pulp dry weight was determined. The light intensity received by each tree was qualitatively determined by a ordinal scale with 5 levels. Prediction models for fruit biomass and fruit pulp dry weight were fitted by linear regression. Prediction quantitative variables were diameter (DBH) and height, while prediction qualitative variables, add to the model as indicator variables, were: forest type (banana plantation and secondary forest), harvest year (2011 and 2012) and light intensity. The criteria for selection of the models were adjusted coefficient of determination and the value of the Akaike Information Criteria (AIC). For the population surveys, circular plots of 14m radius were located in the study area, and all trees with DBH equal or greater than 5cm were measured and had its species identified. For the survey of juçara natural regeneration, circular subplots of 4.5m radius, concentric to adult tree plots, were established to enumerate small trees and saplings, and circular subplots of 3m radius were established to enumerate seedlings and small seedlings. Mortality rate was estimated of the entire population and adult juçara palms. For each plant development stage (tree, small tree, sapling, seedling and small seedling), the number of individuals and the annual change rate were also estimated. Best prediction models for individual palm tree fruit and fruit pulp production were logarithmic models, and prediction variable was tree height, followed by the combined variable (squared diameter times height). There was a clear interaction effect of the quantitative prediction variable (combined variable) and the qualitative prediction variable year, as indicator variable. In the hight production year, the quantitative prediction variable was not relevant for fruit and fruit pulp prediction, while in the low production year, there was a positive relationship between production and the quantitative prediction variable. Study sites were very different in forest structure and dynamics. As expected, the secondary forest site had higher species richness than the banana plantation site, as well lower mortality rate and twice its basal area. Compared to what is expected to sustainable juçara populations without human influence, both sites showed lower number of regenerating individuals (seedlings and small seedlings). Over the years, this fact, combined to the harvest of fruits for fruit pulp production, can represent risk to the sustainability of juçara populations in the study sites.

[ES] En un contexto de creciente preocupación por el calentamiento global y de políticas energéticas internacionales, en el cual los sistemas de climatización de los edificios suponen una parte importante del consumo energético global, los sistemas de bombas de calor son considerados como opciones muy interesantes debido a su alta eficiencia y por ser fuentes de energía renovables. En este sentido, una caracterización precisa de estos equipos es de vital importancia con el objetivo de mejorar su diseño y, en aquellos casos dónde este tipo de unidades se integren como parte de sistemas más complejos, implementar estrategias de control eficientes. En este contexto, esta tesis doctoral se centra en el modelado de bombas de calor con el fin de obtener modelos que permitan conocer con precisión el desempeño global de estas unidades en todo el rango de trabajo. En la primera parte del trabajo, se han realizado numerosos ensayos experimentales utilizando un nuevo prototipo de bomba de calor dual, obtenidos dentro del marco de trabajo del proyecto europeo GEOTeCH. Debido a la tipología hibrida de esta unidad, los resultados experimentales obtenidos incluyen datos de desempeño para las principales tecnologías de bombas de calor: las bombas de calor aerotérmicas y geotérmicas. Haciendo uso de toda esta información experimental, esta primera parte del trabajo se centra en obtener modelos polinómicos para la predicción del consumo eléctrico y las capacidades de calefacción y refrigeración en función de las variables externas a la unidad. Dichas variables son fáciles de obtener y suelen medirse en instalaciones reales. Por tanto, estos modelos caracterizan a la bomba de calor como un único componente, simplificando su implementación en modelos globales de sistemas más complejos donde se instalan estas unidades. Además, seleccionado un enfoque empírico para el modelado, en esta parte también se analizan algunos aspectos relevantes, como los términos a incluir en el polinomio, o cómo conformar las matrices experimentales de ensayo necesarias, es decir, cuántos puntos experimentales realizar y dónde situarlos en el rango de operación. Por último, la segunda parte de la tesis doctoral está dedicada a modelar uno de los componentes principales en estas unidades, el compresor. En este caso, el desarrollo de una extensa base de datos que incluye numerosos ensayos calorimétricos de las dos principales tecnologías de compresores, pistón y scroll, ha permitido el análisis detallado de las superficies de respuesta del consumo eléctrico y el caudal másico de refrigerante en función de las temperaturas de evaporación y condensación. A partir de esta información y siguiendo un enfoque similar al utilizado previamente, en esta segunda parte se revisan los modelos incluidos en la norma actual de caracterización de compresores, el estándar AHRI 540 (2020), para comprobar si son adecuados o si, por el contrario, debemos utilizar otro tipo de expresiones polinómicas. También se analizan en profundidad cuestiones críticas como el número de puntos necesarios para caracterizar cada tecnología de compresor, dónde situarlos en el dominio experimental, cómo evitar un posible sobreajuste del modelo minimizando problemas de extrapolación o interpolación, o cómo extrapolar los resultados para predecir con otros refrigerantes u otras condiciones de aspiración. / [CA] En un context de creixent preocupació per l'escalfament global i de polítiques energètiques internacionals, en el qual els sistemes de climatització dels edificis suposen una part important del consum energètic global, els sistemes de bombes de calor són considerats com a opcions molt interessants a causa de la seva alta eficiència i perquè són fonts d'energia renovables. En aquest sentit, una caracterització precisa d'aquests equips és de vital importància amb l'objectiu de millorar el seu disseny i, en aquells casos on aquest tipus d'unitats s'integren com a part de sistemes més complexos, implementar estratègies de control eficients. En aquest context, aquesta tesi doctoral se centra en el modelat de bombes de calor per obtenir models que permitisquen conèixer amb precisió el funcionament d'aquestes unitats a tot el rang de treball. A la primera part del treball, s'han realitzat nombrosos assajos experimentals utilitzant un nou prototip de bomba de calor dual, obtinguts dins del marc de treball del projecte europeu GEOTeCH. A causa de la tipologia hibrida d'aquesta unitat, els resultats experimentals obtinguts inclouen dades de funcionament per a les principals tecnologies de bombes de calor: les bombes de calor aerotèrmiques i geotèrmiques. Fent ús de tota aquesta informació experimental, aquesta primera part del treball se centra a obtenir models polinòmics per a la predicció del consum elèctric i les capacitats de calefacció i refrigeració en funció de les variables externes a la unitat. Aquestes variables són fàcils d'obtenir i se solen mesurar en instal·lacions reals. Per tant, aquests models caracteritzen la bomba de calor com un únic component, simplificant-ne la implementació en models globals de sistemes més complexos on s'instal·len aquestes unitats. A més, seleccionat un enfocament empíric per al modelatge, en aquesta part també s'analitzen alguns aspectes rellevants, com els termes a incloure al polinomi, o cóm conformar les matrius experimentals d'assaig necessàries, és a dir, quants punts experimentals realitzar i on situar-los al rang d'operació. Per acabar, la segona part de la tesi doctoral està dedicada al modelat d'un dels components principals d'aquestes unitats, el compressor. En aquest cas, el desenvolupament d'una extensa base de dades que inclou nombrosos assajos calorimètrics de les dues principals tecnologies de compressors, pistó i scroll, ha permès l'anàlisi detallat de les superfícies de resposta del consum elèctric i el cabal màssic de refrigerant segons les temperatures d'evaporació i de condensació. A partir d'aquesta informació i seguint un enfocament similar a l'utilitzat prèviament, en aquesta segona part es revisen els models inclosos a la norma actual de caracterització de compressors, l'estàndard AHRI 540 (2020), per comprovar si són adequats o si, per contra, cal utilitzar un altre tipus d'expressions polinòmiques. També s'analitzen en profunditat qüestions crítiques com el nombre de punts necessaris per caracteritzar cada tecnologia de compressor, on situar-los al domini experimental, cóm evitar un possible sobreajust del model minimitzant problemes d'extrapolació o interpolació, o cóm extrapolar els resultats per predir amb altres refrigerants o altres condicions d'aspiració. / [EN] In a context of global warming concerns and global energy policies, in which heating and cooling systems in buildings account for a significant amount of the global energy consumption, heat pump systems are widely considered as a really interesting option for enabling high efficiency and also for being renewable energy sources. In this sense, an accurate characterization of these units is of vital importance to improve their design and implement efficient control strategies, when the unit is integrated in more complex systems. Against this background, this PhD thesis focuses on heat pump modelling in order to create map-based models able to accurately characterize the global performance of these units for the entire working range. In the first part of this work, many experimental tests have been obtained for a new Dual Source Heat Pump prototype tested in the framework of the European project GEOTeCH. Due to the dual typology, the experimental results include performance data for the two main heat pump technologies: Air Source Heat Pumps and Ground Source Heat Pumps. By using all this experimental information, this first part focuses on obtaining empirical polynomial models capable of accurately predicting energy consumption and heating and cooling capacities as a function of external variables. Such variables are easy to measure and are usually recorded in real installations. Therefore, these models characterize the heat pump as a single component, simplifying its implementation in global models of more complex systems where these units are installed. Furthermore, selecting the empirical model approach, this part also includes some critical aspects, such as how to obtain the best polynomial expression, or how to perform the required experimental test matrices, i.e., how many tests should be conducted and where in the operating range. Finally, the second part of this PhD thesis is dedicated to modelling one of the main components of these units, the compressor. In this case, the development of an extensive database including numerous calorimetric tests on the two main compressor technologies, reciprocating and scroll compressors, has allowed the detailed analysis of the response surfaces of their performance parameters, i.e., the energy consumption and mass flow rate as a function of the evaporation and condensation temperatures. Using this information, and following an approach similar to that used in the first part, this second part reviews the models included in the current compressor characterization standard, the AHRI 540 (2020), in order to check whether they are appropriate or, on the contrary, whether we should use of other types of polynomial expression. Critical issues such as the number of points needed to characterize each compressor technology, where to place them in the experimental domain, how to prevent possible overfitting in the model adjustment to minimize extrapolation or interpolation problems, or how to extrapolate results for predicting other refrigerant or suction conditions, are discussed in depth. / I would like to acknowledge the financial support that has made this PhD thesis possible. The doctoral fellowship FPU15/03476 was founded by “Ministerio de Educación, Cultura y deporte” inside the program “Formación de Profesorado Universitario”, and the GEOTeCH project (No 656889) founded by the European Union under the “Horizon 2020 Framework Programme for European Research and Technological Development” / Marchante Avellaneda, J. (2023). Study of Response Surface Models for the characterization of the performance in Refrigeration Equipments and Heat Pumps [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/192653

Tesis por compendio / [ES] La tecnología de bombas de calor se ha vuelto estratégica en Europa, está extendiéndose rápidamente y se planea que reemplace las calderas de gas en un futuro cercano. Sin embargo, aún enfrenta desafíos, como encontrar refrige-rantes nuevos viables y altamente eficientes, y mejorar aún más el rendimiento del sistema. Para abordar este último problema, han surgido las bombas de calor de velocidad variable que prometen reducir el consumo anual e incremen-tar el confort adaptando la potencia suministrada a las necesidades cambiantes. Esta tecnología se está implementando ya, pero carece de una metodología estandarizada para diseñar y seleccionar sus componentes. Esta tesis tiene como objetivo establecer pautas de diseño generales para la selección y diseño de componentes de bombas de calor de velocidad variable, y ofrecer información valiosa que se pueda traducir en herramientas para asistir en la simulación, diseño, selección y detección de fallas en estos dispositivos. El contenido del estudio se puede dividir en tres áreas temáticas: En una primera parte, se estudian los compresores de velocidad variable. El compresor es el primer componente que se selecciona en una bomba de calor, modula la capacidad y es el principal consumidor de energía. Sin embargo, no existen metodologías bien establecidas para modelar su comportamiento. En esta parte, se realizan ensayos de caracterización de compresores de velocidad variable y sus inversores para comprender su comportamiento y proporcionar correlaciones compactas para modelar su rendimiento. En la segunda parte, se propone una metodología para dimensionar los intercambiadores de calor en bombas de calor de velocidad variable. Nor-malmente, se diseñan para una potencia fija y temperaturas de trabajo constan-tes, sin embargo, en las bombas de velocidad variable, la capacidad y las tempe-raturas de trabajo fluctúan significativamente con el tiempo. En esta parte, se estudia la evolución del rendimiento de los intercambiadores de calor con la capacidad (velocidad del compresor) y se propone una metodología de selec-ción/dimensionamiento que considera la evolución de la capacidad requerida y de las condiciones climáticas externas a lo largo del año. Por último, se evalúa la circulación del aceite en las bombas de calor de velocidad variable. Gestionar la lubricación en los compresores de velocidad variable es un problema típico ya que, para tener suficiente lubricación a bajas velocidades, el compresor termina bombeando un exceso de aceite a altas velo-cidades. En esta parte se estudia la evolución de las tasas de circulación de acei-te con la velocidad y se analiza teóricamente su efecto en el rendimiento de la bomba de calor. / [CA] La tecnologia de les bombes de calor s'ha tornat estratègica a Europa, s'està estenent ràpidament i es preveu que substituïsca les calderes de gas en un futur pròxim. Tanmateix, encara s'enfronta a desafiaments com trobar refrigerants nous viables i altament eficients, i millorar encara més el rendiment del sistema. Per abordar aquest darrer problema, han sorgit les bombes de calor de velocitat variable que prometen reduir el consum anual i incrementar el confort adaptant la potència subministrada a les necessitats variables. Aquesta tecnologia ja s'es-tà implementant, però manca d'una metodologia estandarditzada per dissenyar i seleccionar els seus components. Aquesta tesi té com a objectiu establir pautes de disseny generals per a la se-lecció i disseny de components de bombes de calor de velocitat variable, i oferir informació valuosa que es pugui traduir en eines per ajudar en la simulació, disseny, selecció i detecció de fallades d'aquests dispositius. El contingut de l'estudi es pot dividir en tres àrees temàtiques: En una primera part, s'estudien els compressors de velocitat variable. El compressor és el primer component seleccionat d'una bomba de calor, modula la capacitat i és el principal consumidor d'energia. Tanmateix, no hi ha metodo-logies ben establides per modelar el seu comportament. En aquesta part, es realitzen assajos de caracterització de compressors de velocitat variable i els seus inversors per comprendre el seu comportament i proporcionar correlaci-ons compactes per modelar el seu rendiment. En la segona part, es proposa una metodologia per dimensionar els inter-canviadors de calor en bombes de calor de velocitat variable. Normalment, es dissenyen per a una potència fixa i temperatures de treball constants, no obs-tant això, en les bombes de velocitat variable, la capacitat i les temperatures de treball fluctuen significativament amb el temps. En aquesta part, s'estudia l'evo-lució del rendiment dels intercanviadors de calor amb la capacitat (velocitat del compressor) i es suggereix una metodologia de selecció/dimensionament que considera l'evolució de les càrregues i de les condicions climàtiques externes al llarg de l'any. Finalment, s'avalua la circulació de l'oli a les bombes de calor de velocitat variable. Gestionar la lubricació als compressors de velocitat variable és un pro-blema típic, ja que per tenir suficient lubricació a baixes velocitats, el compres-sor acaba bombejant un excés d'oli a altes velocitats. En aquesta part s'estudia l'evolució de les taxes de circulació d'oli amb la velocitat i s'analitza teòricament el seu efecte en el rendiment de la bomba de calor. / [EN] Heat pump technology has become strategic in Europe, it is rapidly spread-ing, and it is planned to replace gas boilers in the near future. However, they still have challenges to solve, such as finding new viable and highly efficient refriger-ants and further increasing their system performance. For this latter issue, vari-able-speed heat pumps arise, which claim to decrease annual consumption and increase comfort by adapting the delivered capacity to the changing loads. This technology is being implemented but lacks a standardized methodology to de-sign and select its components. This thesis aims to establish comprehensive design guidelines for selecting and designing variable-speed heat pump components and give insights that can translate into valuable information and tools for engineers to assist them in the pump simulation, design, selection and fault detection. The content of the study can be divided into three thematic areas: In the first part, variable-speed compressors are studied. The compressor is the first selected heat pump component; it modulates the capacity and is the primary energy consumer. However, there are no well-established methodolo-gies to model their behavior. In this part, extensive testing of variable-speed compressors and their inverters was carried out to understand their behavior and to provide compact correlations to model their performance. The second part proposes a methodology to size heat exchangers for variable-speed heat pumps. Typically, they are designed for a fixed capacity and constant working temperatures. However, the capacity and working tempera-tures fluctuate significantly overtime in variable-speed pumps. In this part, the performance evolution of heat exchangers with capacity is studied, and a meth-odological selection/sizing technique is proposed that considers the evolution of external climatic conditions and loads over the year. Lastly, the oil circulation in variable-speed heat pumps is assessed. Man-aging lubrication in variable-speed compressors is a typical issue, as a design valid for sufficient lubrication at low compressor speeds will end up pumping excess oil at high speeds. In this final part, the evolution of oil circulation rates with speed is studied, and its effect on heat pump performance is theoretically analyzed. / I am indebted to the Spanish and European governments for their financial support with the grant PRE2018-083535, which made this research possible. Their commitment to academic excellence and research advancement has been crucial in successfully completing this thesis. / Ossorio Santiago, RJ. (2024). Modelling of Heat Pumps Working with Variable-Speed Compressors [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/203104 / Compendio