Orientador: Waldir Antônio Bizzo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-16T11:49:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Benedetti_TulioMoraes_M.pdf: 4422761 bytes, checksum: 031e0ea87f5638a6ffc654bbee4adb3d (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Este trabalho apresenta uma análise técnica e econômica da substituição parcial de um sistema de refrigeração por compressão de vapor por um sistema de absorção água-amônia e sua integração energética com um abatedouro de aves. Na primeira parte do trabalho, é desenvolvido um quadro geral para a modelagem termodinâmica de um sistema de refrigeração por ciclo de absorção utilizando a mistura água-amônia, a fim de se avaliar condições operacionais e parâmetros de projeto. Desenvolve-se também modelos para pré-dimensionamento dos principais equipamentos presentes no sistema, como trocadores de calor e coluna de recheio. A influência das temperaturas de operação, eficiência e disposição dos trocadores de calor e diferentes configurações do ciclo (GAX - "Generator-Absorber heat eXchange" e simples estágio) são analisadas e comparadas no intuito de se verificar o efeito no desempenho do sistema. Na segunda parte, são analisadas práticas viáveis para recuperação material e energética dos subprodutos do abate de aves, com o intuito de se obter energia térmica com baixo custo e integração com o sistema de refrigeração por absorção. Na terceira e última parte do trabalho, um estudo de viabilidade econômica é realizado, com o intuito de se obter o retorno do investimento, considerado pela substituição da energia elétrica por energia térmica. Os resultados da investigação mostram que os trocadores de calor aumentam o desempenho do ciclo significativamente (mais de 40 %), sendo o pré-aquecedor de solução rica indispensável. O sistema GAX mostrou-se uma alternativa potencial para obtenção de maiores valores para o coeficiente de desempenho, entretanto sua vantagem energética sofre significativas limitações de alguns parâmetros, como o desnível térmico entre gerador e absorvedor. Considerando, assim, a validade das técnicas de recuperação energética a partir dos subprodutos do abate de aves e a utilização do sistema de absorção, o abatedouro tem enorme potencial de recuperação energética em pequena e grande escala, possibilitando maior sustentabilidade ambiental e econômica / Abstract: This work presents a technical and economic analysis of partial replacement of a vapor compression refrigeration system for an ammonia-water absorption system and its energetic integration with a poultry slaughterhouse. In the first part of this work, is developed a general framework for the thermodynamic modeling of a system of absorption refrigeration cycle using ammonia-water mixture in order to evaluate operating conditions and design parameters. It is also developed models for pre-sizing of major equipment in the system, such as heat exchangers and packed column. The influence of operation temperatures, efficiency and arrangement of heat exchangers and different configurations of the cycle (GAX - "Generator-Absorber heat eXchange and single stage) are analyzed and compared in order to verify the effect on system performance. In the second part, is discussed practical feasible to recover material and energy by-products from slaughtered poultry, in order to obtain thermal energy with low costs and integration with the absorption refrigeration system. In the third and final section, an economic feasibility study is conducted in order to obtain the return on investment, considered by the substitution of electricity by thermal power. Research results show that the heat exchangers increase the cycle performance significantly (more than 40 %), and the rich solution preheater is indispensable. The GAX system proved to be a potential alternative to obtain higher values for the coefficient of performance, however, its energy advantage suffers significant limitations of some parameters, such as the thermal gradient between the generator and absorber. Considering, therefore, the validity of the techniques of energy recovery from by-products from slaughtered poultry and the use of absorption system, the slaughterhouse has enormous potential for energy recovery in small and large scale, allowing for greater environmental and economic sustainability / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Roberto Herminio Moretti / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-07-22T18:23:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mortatti_MariaDaPenhaLongo_D.pdf: 30898020 bytes, checksum: 354ec67902007ef5d82c62f4fb6afca5 (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: O resumo poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: The abstract is available with the full electronic document / Doutorado / Doutor em Tecnologia de Alimentos

Orientador: Jose Vicente Hallak d'Angelo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-15T03:30:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lobosco_RaquelJahara_M.pdf: 1406343 bytes, checksum: 34dc2d91be7e56471efaccf2dae92582 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Este trabalho apresenta a proposta de uma função para avaliação do desempenho de ciclos de refrigeração, do ponto de vista termodinâmico e ambiental, através da análise estatística dos resultados da simulação computacional de um ciclo de refrigeração por compressão a vapor. A função proposta representa um índice global de avaliação da eficiência termodinâmica e dos critérios ambientais e foi desenvolvida com o intuito de facilitar a combinação de critérios utilizados na avaliação de ciclos termodinâmicos e envolve a análise exergética do ciclo, valores do COP (coefficient of performance), do ODP (ozone depletion potencial) e do GWP (Global Warming Potential). Para a simulação computacional foi utilizado o software Hysys versão 3.2 da Aspen Technology. As simulações permitiram testar diferentes combinações de misturas de refrigerantes. As equações de estado de Peng-Robinson e Peng-Robison Stryjek-Vera (PRSV) foram comparados entretanto a equação de estado Peng-Robinson foi utilizada neste trabalho para estimar as propriedades termodinâmicas. Foram consideradas neste trabalho duas eficiências do compressor, 55% e 75%. Nas simulações foram avaliados diversos refrigerantes puros (R134a, R290, R152a e R600a) e misturas binárias dos mesmos em três proporções mássicas: 75%, 50% e 25%. O desempenho do ciclo termodinâmico foi avaliado com uma variação de 10% e 20% das pressões da região de alta pressão e de baixa pressão e através dessa avaliação foi possível sugerir nova faixa de atuação das pressões visando uma otimização do ciclo. Através do índice da função de desempenho foi possível determinar que o R600a e suas misturas são os refrigerantes mais adequados para o ciclo proposto / Abstract: This work presents a proposal function to vapor compression refrigerator cycle performance from environmental and thermodynamic point of view. The function was developed through the statistic analysis of a refrigerator cycle computational results. The proposal function represents an evaluation indice of efficiency and environment criterions and was developed to make the analysis of combining criterions evaluations easier in thermodynamics cycles. It includes an exergetic analysis, COP (Coefficient of Performance), ODP (Ozone Depletion Potencial) and GWP (Global Warming Potential). Software Hysys version 3.2 from Aspen Technology was used for computational simulation development. The simulations allowed testing several combinations of refrigerants. The thermodynamic packages Peng-Robison and Peng-Robison Stryjek and Vera was compared however Peng-Robinson equation of state, was used to estimate thermodynamic properties of proposed cycle in this work. Two different efficiencies for the compressor were considered, 55% and 75%. The mixtures of refrigerants tested were pair's combinations of: R134a, R290, R152a and R600a. The variation of these mixtures was in the following proportions: 75, 50 e 25% and it was compared with the own refrigerant. In order to evaluate the performance of refrigerant mixtures, the pressure of high pressure region and low pressure region suffered a change of 10%. With this analysis was possible to suggest a new pressure range for cycle optimization. Considering the values of performance function, it was possible to conclude that R600a and its mixtures are the most indicated ones to be used in the proposed cycle / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Barbara Janet Teruel Mederos / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agricola / Made available in DSpace on 2018-08-15T11:28:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_JoaoCarlosTelesRibeiroda_M.pdf: 3235097 bytes, checksum: 605bf09061dc2c67806ba4d2281cc770 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Este trabalho consiste no estudo da implementação de um controlador clássico utilizando o método de sintonia denominado por IMC (Controle de Modelo Interno, derivado do termo inglês Internal Model Control), visando à redução do consumo de energia elétrica que decorra na adequada relação entre este consumo e tempo de esfriamento do processo de resfriamento com ar forçado. Para isto, o sistema supervisório instalado é capaz de manipular a variável de freqüência do sinal de alimentação do motor de indução trifásico do exaustor (módulo de ar forçado), para acelerar ou desacelerar a perda de calor do produto a ser resfriado por intermédio da variação da vazão de ar que perpassa a massa deste produto. Obteve-se como resultado uma redução no consumo de energia elétrica de 64% e um acréscimo de apenas 8% no tempo de resfriamento para o sistema utilizando o controlador PI/IMC (Proporcional - Integral, com método de sintonia IMC), quando comparado ao sistema em seu funcionamento nominal. Ou seja, sistema que, nominalmente, consume 2,41 kWh para resfriar o produto em 58 minutos, consume 0,87 kWh para resfriar o produto em 63 minutos quando se emprega o controlador que utiliza o método IMC. Este controlador PI/IMC é passível de ser implementado diretamente em alguns modelos comerciais de inversores de freqüência, sem a necessidade de compra de um computador ou controlador lógico programável (CLP), tornando-o mais viável economicamente / Abstract: This work is a study of a classical controller implementation using tuning method referred to as IMC (Internal Model Control), aimed at reducing electrical energy consumption that proceed the appropriate relation between this consumption and cooling time of the cooling process with forced air. For this, the supervisory system installed is able to manipulate the variable of frequency signal power of the exhaust fan engine (forced air module), to accelerate or decelerate the loss of heat from the product to be cooled through of air flow variation that passes through the mass of this product. The results demonstrated a reduction in energy consumption from 64% and an increase of only 8% in the cooling time to the system using PI/IMC (Proportional - Integral with IMC tuning method) compared with the system in its operating nominal condition. In other words, the system, in nominal condition, consumes 2.41 kWh to cool the product in 58 minutes, but when it employs the controller using the IMC method, the system consumes 0.87 kWh to cool the product in 63 minutes. This PI/IMC controller may be implemented directly in some frequency inverter, without the need to purchase a computer or PLC (programmable logic controller), making it more economically viable / Mestrado / Maquinas Agricolas / Mestre em Engenharia Agrícola

Orientador: Jose Vicente Hallak D'Angelo / Teses (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-15T17:52:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fabrega_FrancinedeMendonca_D.pdf: 2288769 bytes, checksum: 42c859846af4183cbee87d9363d4cffb (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A indústria petroquímica é o setor industrial que utiliza como matéria prima derivados do petróleo, principalmente a nafta petroquímica, da qual se produzem substâncias como o etileno e propileno. Nesse processo industrial utilizam-se ciclos de refrigeração de larga escala que fornecem utilidades frias ao processo, em especial aos condensadores das colunas de destilação e destacam-se por serem grandes consumidores de energia, sendo de extrema importância que estes ciclos operem de forma otimizada visando a redução de custos. A Quattor Unidade de Químicos Básicos Cracker ABC, localizada no Pólo Petroquímico de Capuava, em Santo André (SP) vem produzindo atualmente 700 mil t/ano de etileno, sendo umas das principais produtoras do setor. A fim de reduzir os custos de processos industriais, as análises exergética e exergoeconômica seguidas da otimização termoeconômica são ferramentas que têm sido empregadas com sucesso. Neste trabalho, com o objetivo de otimizar o sistema de refrigeração que produz as utilidades frias, foi utilizado o simulador comercial Hysys© versão 3.2 para a simulação do processo produtivo e do ciclo de refrigeração, obtendo-se as grandezas termodinâmicas necessárias para o cálculo da análise exergética. Aplicando a metodologia desenvolvida por Lozano e Valero (1993) foi possível calcular os custos de cada corrente do processo utilizando o software Matlab 7.0. A otimização do processo foi realizada utilizando-se a ferramenta Optimizer presente no próprio simulador. A função objetivo foi definida visando minimizar a exergia destruída no processo e o método de otimização utilizado foi o SQP (Sequential Quadratic Programing). Com a metodologia aplicada a exergia destruída foi reduzida em 19,95%. Em relação aos custos exergéticos foi obtida uma redução de 10,94% e os custos exergoeconômicos foram reduzidos em 6,45% (SQP) representando uma economia de 77000 R$/h / Abstract: Petrochemical industries use many oil derivatives as raw materials, especially petrochemical naphtha, from which many chemicals, like ethylene and propylene, are obtained. The industrial process that produces these products uses large scale refrigeration cycles which generate the cold utilities streams used in the condensers of the distillation columns. These refrigeration cycles are great energy consumers, so it is very important that they operate in an optimized way in order to reduce operational costs. Quattor Unidade de Químicos Básicos Cracker ABC, located at Capuava Petrochemical Pole in Santo André (São Paulo State) produces 700 thousand tons of ethylene per year and is one of the main producers of the petrochemical sector in Brazil. Exergetic and exergoeconomic analysis followed by a procedure of thermoeconomic optimization are a set of important tools used to improve industrial processes and they have been used successfully in many cases. In this work, aiming the optimization of the refrigeration system that generates the cold utilities for the process, a commercial simulator, Hysys© version 3.2, was used to simulate both the industrial process of ethylene and propylene production and the refrigeration cycles of the process, obtaining the thermodynamic properties of the streams present in the process, which are necessary for the exergetic analysis. Using the methodology developed by Lozano and Valero (1993) it was possible to calculate the costs of each process stream using software Matlab 7.0. The optimization of the process was performed using the Optimizer Tool available in the simulator, by defining an objective function to be minimized as being the total destroyed exergy in the process. The chosen optimization method was SQP (Sequential Quadratic Programming). With these tools and using the referred methodology, the total destroyed exergy in the process was reduced in 19.95%. Considering exergetic costs, a reduction of 10.94% was achieved and the exergoeconomic costs were reduced in 6.45%, representing an economy of 77000 R$/h for the process / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

No presente trabalho são apresentados resultados de simulação numérica transiente de um sistema de refrigeração doméstico de compressão a vapor considerando o procedimento descrito por JAKOBSEN (1995). O modelo matemático empregado se baseia num sistema de equações algébrico-diferenciais (EAD) de primeira ordem, obtido a partir do balanço de energia nos diferentes componentes do sistema de refrigeração, e de algumas outras relações necessárias para simular o comportamento global do sistema de refrigeração. O sistema de equações resultante é resolvido numericamente no software livre WinDali, da Universidade Técnica de Dinamarca. Dito software permite resolver sistemas de EADs que apresentam descontinuidades matemáticas usando o método de Runge- Kutta de quarta ordem. O modelo matemático empregado permite calcular a eficiência do sistema de refrigeração, predizer o consumo de energia, caracterizar termodinamicamente o sistema de refrigeração e suas interações, e descrever quantitativamente as perdas termodinâmicas (geração de entropia) do sistema funcionando em regime de operação. Esses resultados são obtidos em função da estratégia de controle do compressor, eficiência do compressor e do dimensionamento dos diferentes componentes do sistema de refrigeração. Os resultados comprovam que o modelo matemático e o programa computacional empregados permitem descrever corretamente o comportamento de um sistema de refrigeração doméstico, resultando numa ferramenta muito útil para otimização de refrigeradores domésticos. / In the present work are presented transient numerical simulation results of a vapor compression domestic refrigeration system considering the procedure described by JAKOBSEN (1995). The employed mathematical model is based on first order differential-algebraic equation (DAE) systems, obtained from energy balance in the different components of the refrigeration system, and from others relations that are necessary to simulate the global behavior of a refrigeration system. The resulting equation system is solved numerically in the free software WinDali developed at Technical University of Denmark. This software allows solving DAE systems that present mathematical discontinuities, using the Runge-Kutta method of fourth order. The employed mathematical model allows calculating the refrigeration system efficiency, predict the energy consumption, thermodynamically characterize the refrigeration system and its interactions and quantitatively describe the thermodynamic losses (entropy generation) of the system running in the operation regime. These results are obtained as a function of the compressor control strategy, compressor efficiency, and sizing of different components of the refrigeration system. The results confirm that the mathematical model and the computational program allow describing correctly the behavior of a domestic refrigeration system, resulting in a very useful tool for optimization of domestic refrigerators.

O objetivo deste trabalho é apresentar a análise de uma coluna de destilação de pratos perfurados com vertedor segmentado em condições de regime permanente para um ciclo de refrigeração por absorção com capacidade de 5 toneladas de refrigeração que trabalha com amônia/água. Para garantir que o ciclo de refrigeração trabalhe em condições de projeto, a coluna de destilação deve proporcionar vapor com elevado grau de pureza de amônia. Os balanços de massa e de energia da coluna foram realizados com o método de Ponchon-Savarit o qual considera escoamentos do líquido e do vapor na saída de cada prato em equilíbrio termodinâmico. Para estas condições foi calculado como 4 o número de pratos ideais e a alimentação à coluna seria acima do segundo prato. A análise de sensibilidade do fator de refluxo indica que é um parâmetro importante na análise econômica do projeto, já que dele depende o alto custo inicial de construção da coluna, ou as maiores despesas de gasto em combustível no funcionamento do ciclo. As considerações hidráulicas, as quedas pressão e as razões de fluxos mássicos deram como resultado a geometria interna da coluna, a qual resultou satisfatória para os parâmetros de projeto recomendados, embora tenham sido usadas correlações da área de petróleo, petroquímica e de destilação de bebidas alcoólicas. A distância entre pratos é uma medida da compactabilidade da coluna e ficou muito dependente, assim como outras medidas do prato, da altura do vertedor a qual foi encontrada como ótima para valores entre 4 mm e 8 mm. A geometria do prato resulta ser sensível à carga de vapor e, em menor grau, à carga do líquido, mostrando-se insensível ao diâmetro do furo. A eficiência da coluna leva em conta fenômenos de transporte no prato que o afasta da condição de idealidade. Calculou-se uma eficiência da coluna de 50 %. Este valor baixo se deve principalmente ao baixo valor da inclinação da curva de equilíbrio amônia/água no início da seção de esgotamento e à baixa razão da vazão molar do vapor dividido pela vazão molar do líquido, nessa seção. / The objective of this work is to present the analysis of a segmented weir sieve tray distillation column in steady-state conditions for a 5 Tons of Refrigeration ammonia/water absorption refrigeration cycle. For a proper and correct cycle operation, the distillation column should provide ammonia at high degree of purity. Column, mass and energy balances were made using the Ponchon-Savarit method, which considers that the liquid and the vapor leaves the tray at thermodynamic equilibrium. For these conditions it was calculated as being 4 the ideal number of trays and the feeding to the column would be above the second tray. A sensibility analysis of the reflux factor indicates that it is an important project from an economical study, as from that parameter depends the initial cost of the column manufacture, or the expenses whit fuel for the cycle operation. Hydraulic considerations, pressure loss and of mass flow ratios provides the internal geometry of the column, which resulted satisfactory for the project parameters recommended, although, correlations used are more applied in petroleum, petrochemical and alcoholic industries. Tray spacing, which is a measure of the compactness of the column, and other geometric tray values, depend on the weir height. It was found optimal values between 4 mm and 8 mm. The tray geometry is also sensitive, to the vapor load and to the liquid load, at smaller degree, and it is insensible with the hole diameter. The column efficiency depends on the transport phenomena on the tray. This value fixes the tray number at the actual condition. It was calculated an efficiency of the column of 50 %. This low value depends mainly on the low value of the slope of the ammonia/water equilibrium curve below the stripping section and the low value of the molar flow vapor-liquid ratio at this section.

Quando água quente é introduzida em um tanque de termoacumulação vertical, durante o ciclo de descarga, ocorre uma mistura parcial dessa água com a água fria armazenada. A intensidade dessa mistura depende de parâmetros geométricos do difusor de entrada e da dinâmica do escoamento no início do processo. Inúmeros estudos têm sido desenvolvidos no intuito de se projetar adequadamente o difusor de entrada, de forma a minimizar essa mistura, que corresponde a uma perda de capacidade do tanque. Porém, há uma outra forma de perda de capacidade do tanque, devida aos efeitos viscosos do escoamento. Quando um fluido escoa dentro de um tubo, há a formação de uma camada limite hidrodinâmica, devida à viscosidade do mesmo. Na região do comprimento hidrodinâmico de entrada, em cada seção transversal do tubo e dentro da camada limite, os efeitos viscosos geram um gradiente (radial) de velocidade. Fora dessa camada (no núcleo), esses efeitos são desprezíveis e o fluido escoa com velocidade uniforme. Porém, ao longo desse comprimento, o movimento do fluido no núcleo é acelerado. O escoamento em um tanque vertical de termoacumulação ocorre na região do comprimento hidrodinâmico de entrada. Considerando que não haja mistura das massas de água quando se inicia a introdução da água quente, irá se forma uma superfície de contato entre as mesmas. Essa superfície, por possuir velocidade no núcleo maior que a velocidade média de descarga, atingirá o difusor de saída mais rapidamente. Assim, para que seja garantida descarga de água na temperatura da água armazenada durante todo o ciclo de descarga, a altura do tanque deverá ser maior que a altura determinada utilizando-se a velocidade média do escoamento, sem considerar os efeitos viscosos (modelo ideal). A diferença entre essas alturas constitui, por si só, uma perda de capacidade do tanque. O estudo dos efeitos do escoamento viscoso no desempenho do tanque mostra que dois números adimensionais surgem naturalmente: o número de Reynolds relativo ao diâmetro, ReØ, necessário para se determinar o comprimento hidrodinâmico de entrada, e o número f, que relaciona a posição da superfície de contato das massas de água com o comprimento hidrodinâmico de entrada. Os resultados mostram que a perda devida aos efeitos do escoamento viscoso pode não ser desprezível e que a escolha do diâmetro do tanque é de fundamental importância para minimizar esses efeitos. Também, a análise qualitativa do escoamento sugere que as perdas de capacidade do tanque nos ciclos de descarga e carga não são iguais, pois a diferença de densidade das massas de água age de maneira diversa em cada caso. / When warm water is introduced into a vertical thermal storage tank, during the discharging cycle, a partial mixing between it and the cold water stored will occur. The extension of that mixing depends upon diffuser geometric parameters and the dynamics of the flow at the beginning of the process. So many works have been developed, trying to find the better diffuser design so that undesired mixing can be minimized. The mixing is accounted as a tank loss of capacity. But, there is another kind of tank loss of capacity due to viscous effects of the flow. When a fluid flows inside a tube, it forms a boundary layer due to fluid viscosity. At the hydrodynamic entry length region, in each cross section of the tube and inside the boundary layer, the viscous effects create a (radial) velocity gradient. Outside of the boundary layer (inside the core), the viscous effects are negligible and the fluid flows with a uniform velocity. However, along the entry length that velocity gets higher at each section. In a vertical thermal storage tank, water flows at the hydrodynamic entry length region. Considering that no mixing occurs at the beginning of the warm water introduction at the tank top, it will form a contact surface between the warm water and the cold one already in the tank. That contact surface has the velocity inside the core higher than the mean discharging flow velocity and it will reach the outlet diffuser at the tank bottom more quickly. Then, the tank height must be greater than that determined using the mean velocity flow alone without any viscous effect (ideal model), so that the discharging flow has the same stored water temperature during all the discharging cycle. The difference between those heights constitutes itself a tank loss of capacity. The study of the viscous effects on the tank performance shows that two non-dimensional parameters appear naturally: the Reynolds number related to the tank diameter, ReØ, used for determining the hydrodynamic entry length, and the f number that relates the position of the contact surface of the water masses to the hydrodynamic entry length. Results show that the loss due to viscous effects, may not be negligible and the choice of the tank diameter is essential to minimizes those effects. Also, there is a difference between tank losses of capacity during the charging and discharging cycles, since the effect of the density difference between the warm and cold water works in a different way in each one of those two situations.

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-12T00:58:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Resende_EderDutrade_D.pdf: 10586349 bytes, checksum: dbb4e50656ff60ef3eb842fa22438624 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Neste trabalho são desenvolvidas a modelagem, a simulação e a otimização de um sistema de refrigeração aplicado para o congelamento de produtos alimentícios. O estudo é dividido em duas etapas: a primeira parte procura identificar os fenômenos termo dinâmicos típicos de uma planta de refrigeração, juntamente com o desenvolvimento de uma metodologia de simulação e de otimização termo econômica da planta. A segunda parte identifica o comportamento termodinâmico da carga térmica de um equipamento de congelamento, juntamente com o desenvolvimento de uma metodologia de otimização do perfil de temperatura do produto. Inicialmente é feita a modelagem das propriedades termo dinâmicas do fluido refrigerante, compreendendo as regiões de líquido subresfriado até a região de vapor superaquecido, possibilitando um estudo mais criterioso do perfil de temperatura do fluido no interior do circuito de refrigeração. O algoritmo básico de simulação destas transformações termodinâmicas apresenta características de versatilidade que favorecem o desenvolvimento de novas configurações da planta de refrigeração. O modelo de simulação do circuito de refrigeração é posteriormente desenvolvido com o objetivo de identificar o comportamento tennodinâmico do sistema de refrigeração operando com fluidos refrigerantes puros e também com misturas não-azeotrópicas que apresentam um alto desempenho tennodinâmico e são consideradas como fluidos não agressivos ao meio ambiente. Esta metodologia de simulação possibilita a análise do comportamento tennodinâmico do sistema, mantido sob diferentes condições de operação de regime de estado estacionário. A simulação do circuito termodinâmico possibilita a modelagem das unidades básicas da planta de refrigeração através da inserção de modelos fisicos típicos que representam os trocadores de calor, o compressor e a válvula de expansão. Este modelo da planta de refrigeração foi denominado INCICLO, sendo caracterizado pela sensível capacidade de identificação do desempenho termo dinâmico do fluido refrigerante que opera no sistema, possibilitando, ainda, o dimensionamento das unidades do sistema, bem como a análise do consumo de energia da planta. Além disso, desenvolve-se um estudo de otimização do consumo de energia da planta de refrigeração, levando em consideração os fatores de custo das unidades da planta e o consumo de energia do sistema, procurando minimizar as irreversibilidades inerentes da operação do sistema de refrigeração. Finalmente, apresenta-se um estudo de otimização do perfil de carga térmica de um sistema de congelamento de alimentos procurando identificar as condições de operação do equipamento que favorecem a manutenção dos atributos de qualidade do produto congelado. Este procedimento é considerado de importância fundamental para a identificação das variáveis operacionais ótimas da planta de refrigeração / Abstract: In this work the modelling, the simulation and the optimisation of a refrigeration system applied to food freezing processes are developed. The study is divided in two stages: the first part tries to identify the typical thermodynamic behaviour of a refrigeration plant, together with the development of a methodology for simulation and for a thermoeconomic optimisation procedure applied to this plant. The second part identifies the thermodynamic behaviour of the thermal load of a freezing equipment, together with an optimisation methodology of the product temperature profile. Initially, the modelling of the thermodynamic properties of the refrigerant fluid is carried out, considering the regions of the subcooling liquid up to the superheating vapour regions, providing a more detailed study of the temperature profile of the fluid inside the refrigeration cycle. The basic simulation algorithm of these thermodynamic transformations presents versatility characteristics that facilitate the development of new design configurations of the refrigeration plant. The modeI of simulation of the refrigeration cycle is developed later on with the aim of identifying the thermodynamic behaviour of the refrigeration system operating with pure refrigerant fluid and also with nonazeotropic mixtures, which present a high thermodynamic performance and are considered as non aggressive fluids for the environment. This simulation methodology facilitates the thermodynamic analysis of the system, maintained under different operating conditions at steady state. The simulation of the thermodynamic cycle enables the modelling of the basic units of the refrigeration plant through the use of typical physical models which represent the heat exchangers, the compressor and the expansion valve. This modeI of the refrigeration plant was named INCICLO, being characterised by its sensible capacity to identify the thermodynamic performance of the refrigerant fluid that operates in the system, and still facilitating the sizing of the system units, as well as the analysis of the plant energy consumption. Besides, an optimisation study of the plant energy consumption was developed, taking into consideration the factors of unit costs and the energy consumption of the system, trying to minimise the irreversibilities inherent of the refrigeration processo. Finally, in this work is presented an optimisation study ofthe heat load profile applied to food freezing process, trying to identify the operating conditions of the equipment that maintain the quality attributes of the frozen product. This procedure is considered of great importance to identify the optimal operational conditions of the refrigeration plant / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientadores: Bárbara Janet Teruel Mederos, Luiz Antônio Rossi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola / Made available in DSpace on 2018-08-24T04:54:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_JosedeCastro_D.pdf: 5569608 bytes, checksum: dc461643869a258550aa80e69569b426 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Este trabalho teve como objetivo propor uma nova configuração para melhorar a distribuição do ar no interior de câmaras refrigeradas (frigoríficas), a fim de minimizar zonas de diferentes temperaturas. Com esse intuito, um instrumento de CFD foi usado (OpenFOAM), a fim de simular duas configurações de distribuição de ar no interior de câmaras de refrigeração. Dois protótipos experimentais foram montados com a finalidade de analisar a distribuição da temperatura do ar com as configurações propostas. Os resultados destas medidas foram comparadas através do software escolhido. As principais variáveis monitoradas foram a diferença de temperatura, o consumo de energia e o coeficiente de desempenho (COP) . Os resultados das simulações numérica e experimental mostraram que, a fim de melhorar a circulação de ar no interior de câmaras de refrigeração, minimizando as zonas com diferentes temperaturas, a utilização de um evaporador modelo cassete, atualmente utilizado em condicionadores de ar split, com o fluxo de ar em quatro direções, seria uma alternativa bastante viável para a redução de zonas com diferentes temperaturas em câmaras frigoríficas / Abstract: This work aimed to propose a new configuration to improve the air distribution inside refrigerated chambers, in order to minimize zones of different temperatures. For this, a CFD tool was used (OpenFOAM), in order to simulate two configurations of air distribution inside refrigerated chambers. Two experimental prototypes were assembled, in order to analyze the air temperature distribution with the proposed settings. The results of these measurements were compared using the chosen CFD software. The main variables monitored were temperature difference, power consumption and the coefficient of performance (COP). Results of numerical and experimental simulation showed that, in order to improve the air circulation inside refrigerated chambers, minimizing zones with different temperatures, the use of an evaporator model cassette, currently used in split air conditioners, with air flow in four directions, would be a very viable alternative for the reduction of zones with different temperatures in refrigerated chambers / Doutorado / Maquinas Agricolas / Doutor em Engenharia Agrícola