Orientador: José Antônio Perrella Balestieri / Banca: Júlio Santana Antunes / Banca: Newton Galvão de Campos Leite / Resumo: Estudos de sistemas energético vem ganhando interesse atualmente, devido à possibilidade de escassez de combustíveis não renovéveis e, também, como uma fonte alternativa de geração de energia a partir de cmbustíveis relativamente mais baratos e menos poluentes. Neste ponto, esta dissertação apresenta um estudo de otimização envolvendo a análise de uma planta de refrigeração por compressão a qual é analisada dos pontos de vistaexergético e exergoeconômico, pela substituição do fluido refrigerante R-22 pelo R134a. Para análise da situação anteriormente descrita, recorreu-se a diferentes programas e suplementos computacionais utilizados em planilhas de cálculo, a saber, o Excel, visando-se identificar aquele que permitiria a obtenção dos reultados procurados com menor impacto quanto a deficiência na disponibilidade dos recursos necessários. Foi empregado, para tanto, o software EES, que conta com equações recursivas para o cálculo das propriedades termodinêmicas do R134a, ainda que seja pouco hábil no emprego dos modelos de otimização. Foi implementada uma rotina de análise exergoeconômica para plantas de refrigeração por compressão de vapor, tomando-sepor base o modelo proposto por Losano e Valero (!993)a partir de uma discussão da condição topológica em redes de grafos. / Abstract: Studies of energy systems are gaining interest, currently, due to possibility of nonrenewable fuel scarcity and, also, as an alternative source of energy generation from relatively cheaper and less pollutant. fuels. In this point, this work presents an ptiization study involving the analysis of a compresison refrigeration plant for which is analyzed of the exergetic and exergoeconomic points of view, by the substitution of the cooling fluid R-22 by the R134a. For the analysis of the previously described situation, appealed to different programs and computational add-ins used in spreadsheets, as the Excel, aiming to identify one that would allow the attainment of the results looked up with the lesser impact as for the deficiency in the availability of necessary resources. It was used, thus, the EES software, that counts on recursive equation for the R134a thermodynamic properties calculation, still that is little skillful in the optmization models use. It was implemented a routine for exergetic and exergoeconomic analysis for vapor compression refrigeration plants, being overcome as background Lozano and Valero (!993) model from a quarrel of the topological condition in graphs networks. / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:38Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-08-16Bitstream added on 2014-06-13T20:11:12Z : No. of bitstreams: 1 arantes_dm_me_ilha.pdf: 2475222 bytes, checksum: b2ed332ac75e393615c775738ebcb4ca (MD5) / Compressores alternativos herméticos são amplamente utilizados em sistemas de refrigeração por compressão de vapor de pequeno e médio porte. Uma das principais partes deste tipo de compressor é o sistema de válvulas automáticas utilizadas para controlar os processos de sucção e descarga. O estudo experimental ou analítico/numérico destes processos é bastante complexo, principalmente pela presença do problema de interação fluido-estrutura durante o funcionamento das válvulas e pela complexidade geométrica de todo sistema. Este trabalho consiste em uma investigação experimental do problema de interação fluido-estrutura em uma geometria real de válvula tipo palheta muito usada pela indústria de compressores. Uma bancada experimental foi reformada e inicialmente validada com resultados de distribuição de pressão sobre o disco frontal fixo de um difusor radial, uma geometria muito utilizada para modelar válvulas de compressores de refrigeração. Após o teste da bancada, o escoamento neste difusor radial com disco frontal fixo foi estudado para afastamentos adimensionais entre discos variando de 0,01 a 0,09, para uma faixa de número de Reynolds de 2000 a 20000. Além da análise da distribuição de pressão sobre o disco frontal, a área efetiva de força e o coeficiente de descarga também foram estudados. Com o objetivo de analisar a influência da inclinação da palheta no cálculo do coeficiente de descarga, em comparação com os resultados do difusor radial com disco frontal paralelo ao assento, o escoamento na válvula tipo palheta estática, mas inclinada em relação ao assento, foi investigado. Finalmente, o problema de interação fluido estrutura na válvula tipo palheta foi investigado. A posição instantânea da válvula foi medida para números de Reynolds variando de 2000 a 12000 e a frequência... / Hermetic reciprocating compressors are widely used in small and medium size vapor compression refrigeration systems. One of the main parts of this type of compressor is the automatic valve system used for controlling the suction and discharge processes. The experimental or analytical/numerical study of these processes is very complex, mainly because the occurrence of the fluid-structure interaction problem during the operation of the valves and due to the geometric complexity of the whole system. This work consists in an experimental investigation of the fluid-structure interaction problem in an actual geometry of reed type valve largely used by the compressor industry. An experimental setup was refurbished and initially validated with results for pressure distributions on the surface of a fixed frontal disk of a radial diffuser, which is a geometry largely used for modeling refrigeration compressor valves. After testing the experimental setup, the flow through the radial diffuser with fixed frontal disk was studied for dimensionless gaps between disks varying from 0.01 to 0.09, for Reynolds numbers in the range of 2,000 to 20,000. In addition, the effective force area and the discharge coefficient were studied. In order to analyze the influence of the inclination of the reed on the discharge coefficient calculation, in comparison to the results for the radial diffuser with parallel frontal disc, the flow through the static reed, but inclined in relation to the seat, was also investigated. Finally, the fluid-structure interaction problem in the reed valve was investigated through the instantaneous position of the valve and the characteristic frequency of the valve movement for Reynolds numbers varying from 2,000 to 12,000. Besides contributing for the understanding of the flow in valves, the data... (Complete abstract click electronic access below)

Banca: João Andrade de Carvalho Junior / Banca: José Luz Silveira / Banca: Genésio José Menon / Banca: Jamil Haddad / Banca: Gilberto de Martino Januzzi / Resumo: Os fatores que influenciam no consumo de energia de um sistema de ar condicionado de pequeno porte, que merecem destaque são a eficiência do compressor através do modelo empregado, a forma que a vazão do refrigerante é condicionada, o modelo do ventilador empregado, o rendimento do evaporador, o condensador e as condições climáticas. Dentro da questão climática, uma questão bastante interessante é que a umidade relativa do ar, quando se trata do efeito que ela causa, principalmente no rendimento do condensador a ar, em geral não é considerada nos projetos. Este trabalho tem como objetivo avaliar a influência da umidade relativa do ar no coeficiente de performance do sistema (COP), procurando quantificar sua influência nas respectivas faixas em que elas acontecem. Nos resultados encontrados foi possível identificar que existe uma influência bastante significativa, principalmente quando comparam-se condições de alta umidade com de baixa umidade destacando que somente a partir da 65% de umidade relativa é que encontra-se alterações significativas no COP do sistema / Abstract: The factors that have influence an the energy consumption of an air conditioning system for small business which deserve attention are the efficiency of compressor through the model employed, so that the flow of coolant is conditioned, the fan model used, the yield of evaporator, the condenser and the climatic conditions. Inside the climate issue, a very interesting issue is that the relative humidity when it comes to the effect that it causes, especially the yield of the condenser air in general is not considered in the projects. This study aims to evaluate the influence of relative humidity on the coefficient of system performance (COP), seeking to quantify their influence in their tracks as they happen. In the results we observed that there is a very significant influence, especially when compared to high humidity conditions with low humidity stressing that only from 65% relative humidity is found that significant changes to the COP of the system

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-16T20:41:05Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T13:43:36Z : No. of bitstreams: 1 180591.pdf: 1897628 bytes, checksum: 20c8fecca43cee8046d8e7e4e06f7c09 (MD5)

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T10:00:00Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-09T00:30:41Z : No. of bitstreams: 1 141814.pdf: 24742855 bytes, checksum: a8ea11b55d55a2ff2228a358a26db246 (MD5)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-22T16:00:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 234136.pdf: 2236551 bytes, checksum: c7a7b4d440a9871183cc181c40908caf (MD5) / O presente trabalho apresenta uma análise comparativa do desempenho termodinâmico de compressores alternativo, de pistão rolante e scroll aplicados à refrigeração doméstica.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T07:21:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 247682.pdf: 3903766 bytes, checksum: c095e769725fd3f12216f7683a6121ce (MD5) / O presente trabalho tem por objetivo propor uma sistemática para identificação de sistemas de refrigeração dotados com compressor de rotação variável (CRV) e válvula de expansão eletrônica (EEV) para a aplicação futura de alternativas de controle multivariáveis com foco na redução do consumo de energia e otimização do coeficiente de performance (COP) de tais sistemas. Para tal foi utilizada uma bancada experimental com capacidade de refrigeração máxima de aproximadamente 1000W composta por um CRV e uma EEV. Uma primeira etapa de ensaios experimentais foi realizada para gerar um conhecimento prévio do sistema. Na seqüência foi efetuada a identificação do sistema em uma região de operação e foram gerados modelos lineares MIMO (Multiple Input - Multiple Output) baseados no princípio da superposição. Posteriormente foi desenvolvido e implementado um observador de estados de ordem completa em linguagem LabView no sistema de controle e aquisição de dados da bancada para validar o modelo MIMO linear obtido. Como conseqüência projetou-se um controle do tipo proporcional ajustado através do Método LQR (Linear-Quadratic Regulator). Este controlador foi incluído no Simulink, uma ferramenta do Matlab para o propósito de simulação no domínio do tempo. Os resultados preliminares das simulações para seguimento de referência serão apresentados e discutidos neste trabalho, bem como comentado as vantagens e benefícios da aplicação de controladores em sistemas de refrigeração.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-24T00:52:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 261778.pdf: 7243609 bytes, checksum: c512e693155d14f84edc661bdd901e47 (MD5) / Compressores de refrigeração são máquinas térmicas extremamente influenciadas pelo campo de temperatura de seus componentes. Em função disto, a análise criteriosa dos processos de transferência de calor no interior de um compressor pode viabilizar aumentos consideráveis de seu desempenho, principalmente da redução das ineficiências causadas pelo superaquecimento do fluido refrigerante. O presente trabalho considera o gerenciamento térmico de um compressor de refrigeração, através do desenvolvimento de modelos para a simulação e análise do seu ciclo de operação. Um desses modelos, denominado Metodologia Híbrida de Simulação Térmica, permite a solução do perfil térmico do compressor através da combinação de dados experimentais, de modelos termodinâmicos e de capacitância global para o cálculo da transferência de calor por difusão entre os componentes sólidos pelo método de volumes finitos. Além disso, um novo procedimento de simulação térmica desenvolvido, denominado de Metodologia de Fluxo Médio, resolve, via volumes finitos, o escoamento de gás refrigerante e a difusão de calor nos componentes sólidos do compressor. As duas metodologias foram avaliadas por meio da comparação com dados experimentais, permitindo identificar a Metodologia Híbrida como a mais apropriada para a análise térmica do compressor. Tal metodologia foi empregada para a análise de algumas propostas de alternativas para a melhoria do desempenho térmico do compressor sob análise. Os efeitos fenômenos físicos decorrentes da utilização destas alternativas foram analisados a partir do detalhamento de ineficiências do ciclo de compressão. Dos resultados obtidos para o caso analisado, pôde-se observar que a parcela de calor rejeitada pelos mancais tem grande importância sobre o superaquecimento do gás na linha de sucção. Além disto, pôde-se mostrar a viabilidade de uma redução significativa do perfil térmico do compressor através da atomização de líquido refrigerante no interior da câmara de compressão.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-24T05:18:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 252134.pdf: 3282183 bytes, checksum: fe9095937aceb85b5f54a844a67ba721 (MD5) / Compressores lineares utilizam um atuador linear para acionar o pistão diretamente em seu movimento alternativo, eliminando vários mancais que convertem o movimento rotativo em alternativo nos compressores convencionais. Adicionalmente, a presença de cargas laterais é minimizada porque a força de compressão que atua no mecanismo está alinhada com o eixo de movimentação. Como a única superfície de deslizamento é a interface pistão cilindro, é possível utilizar o próprio refrigerante como fluido lubrificante. A separação entre o pistão e o cilindro é garantida pelo desvio de uma pequena quantidade de refrigerante a alta pressão da câmara de descarga para a folga entre o pistão e o cilindro. A vazão mássica desviada deve ser otimizada para garantir que não haja contato entre o pistão e o cilindro sem que o desempenho global do compressor seja penalizado. Um modelo matemático foi desenvolvido para analisar a dinâmica de um mancal a gás com canais de compensação. Ele inclui os efeitos da geometria pistão-cilindro, posição dos orifícios de insuflamento de refrigerante e condições de operação. Um código computacional foi desenvolvido de forma a obter a trajetória do pistão e avaliar sua estabilidade. Um compressor linear operando com R134a foi analisado e os resultados mostram que o pistão é bastante estável e que a vazão mássica perdida e a perda por fricção são muito pequenas.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2009. / Made available in DSpace on 2012-10-24T07:11:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 269075.pdf: 2408821 bytes, checksum: b83c51e602e6628ecc809500a40c658c (MD5) / O presente trabalho apresenta uma estratégia de controle linear multivariável que atua na rotação do compressor e na abertura da válvula de expansão com a finalidade de controlar tanto a alimentação do evaporador como a capacidade de refrigeração de sistemas de refrigeração por compressão mecânica de vapor. O controlador foi projetado como base em um modelo fenomenológico especialmente desenvolvido para simular o comportamento dinâmico de tais sistemas. O modelo dinâmico foi linearizado de acordo com uma expansão por série de Taylor e utilizado pra projetar um controlador do tipo proporcional-integral baseado no método LQG, que utiliza um estimador de estados do tipo filtro de Kalman. Ensaios experimentais foram realizados em um aparato experimental capaz de controlar a rotação do compressor, a abertura da válvula de expansão e as taxas de transferência de calor no evaporador e no condensador. Os dados obtidos foram utilizados para identificar o sistema térmico, validar o modelo de simulação e avaliar o desempenho do controlador em termos de seguimento de referência e rejeição de perturbações. Verificou-se que o modelo reproduz as tendências experimentais em condições de trabalho distantes do ponto de operação (±30%) com um desvio máximo na faixa de erro de ±10%. Observou-se ainda que o sistema é capaz de seguir as mudanças de referência impostas ao controlador e rejeitar perturbações na carga térmica da ordem de ±25%. Em adição, um segundo controlador foi desenvolvido levando-se em consideração a maximização do COP em seu projeto. Observou-se que ambos controladores impõem dinâmicas muito parecidas às variáveis controladas, de modo que apresentam desempenhos energéticos semelhantes.