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Análise Experimental e Desenvolvimento Numérico de Correlações Empíricas para o Desempenho Energético de um Protótipo de Refrigeração

 

Área temática: Tópicos em engenharia mecânica, Termofluidos, Manufatura, Projeto, Mecatrônica, Manutenção (exclua esta instrução e as áreas que não correspondem a este trabalho).

Palavras-chave: Superaquecimento; Refrigeração; EER; COP;

1. Resumo

Este trabalho visa a análise energética de um sistema de refrigeração por compressão mecânica de pequeno porte com o intuito de verificar a eficiência energética considerando diversas condições de operação. O sistema de refrigeração tem uma capacidade nominal de aproximadamente 1 kW e utiliza o fluido R404A como refrigerante de trabalho, apresenta uma unidade condensadora com compressor hermético e um evaporador tube in tube. O protótipo consiste em dois circuitos: um com o sistema de refrigeração contendo o fluido R404A e outro com etilenoglicol com concentração de 50% e carga térmica fornecida por resistências elétricas. A carga térmica é simulada por meio de uma resistência elétrica submersa em um tanque de aquecimento, conectado ao evaporador do protótipo. O sistema incorpora um sistema supervisor integrado, disponibilizado pela Sitrad, para aquisição e controle de dados.

1.1         Qual é o problema abordado no trabalho e por que ele é interessante?

O principal problema do sistema, é a ineficiência do sistema energético, podendo resultar em altos custos operacionais e impactos ambientais negativos devido ao consumo excessivo de energia. Logo, melhorar a eficiência energética é interessante por diversos motivos. Primeiramente, isso pode resultar em uma redução significativa nos custos operacionais, já que menos energia é consumida para alcançar os mesmos resultados. Além disso, a melhoria da eficiência energética contribui para a sustentabilidade, reduzindo o consumo de recursos naturais e as emissões de gases de efeito estufa associadas à produção de energia. Também pode aumentar a competitividade das empresas, promover inovação tecnológica e proporcionar maior conforto e qualidade de vida para os usuários finais.

1.2         Qual é a principal contribuição do trabalho, os resultados fundamentais obtidos e sua novidade em relação a outros trabalhos recentes existentes?

A principal contribuição desse trabalho pode ser a identificação de estratégias eficazes para melhorar a eficiência energética de sistemas de refrigeração, proporcionando benefícios em termos de operação e funcionabilidade, o que levará à redução de custos e operação. Será proposta uma metodologia de análise experimental com o intuito de verificar a melhor estratégia de operação no sistema de refrigeração em termo de eficiência energética. Além disso, serão desenvolvidas correlações empíricas de análise e controle a partir de grandezas físicas (térmicas, elétricas e hidráulicas) de fácil medição para a operação do sistema em termos de COP e EER. Na literatura especializada de refrigeração vem sendo estudado devido à necessidade de melhorar a eficiência energética de processo de refrigeração 1,2, portanto, a novidade fundamental está relacionada à determinação de uma estratégia de operação eficiente para aumentar o COP e EER, considerando modificações de uso do superaquecimento, abertura da válvula eletrônica e setpoint da máquina.  

1.3         Descreva brevemente o método utilizado.

Utilizando uma metodologia experimental e com bancada de sistema de refrigeração (compressor, condensador, válvula de expansão, evaporadora tube in tube, resistência e bombas hidráulicas), foram realizados 09 experimentos considerando três condições de superaquecimentos (3°C, 6°C e 9°C) e três aberturas da válvula (60%, 80% e 100%) visando a eficiência energética EER (Energy Efficiency Ratio) e o COP (Coefficient of Performance). Posteriormente, e a partir das medições das grandezas físicas, serão desenvolvidas correlações empíricas do EER e COP com input de variáveis térmicas, hidráulicas e elétricas.

Referências

1.          S.S. Franco; et al. Análise experimental do desempenho de um protótipo de refrigeração por compressão mecânica para conservação de alimentos através do uso de dispositivos de expansão Termostática e eletrônica. in CONBRAVA ANAIS 2019 (ed. ABRAVA) vol. 4 1–23 (2019).

2.          Franco, S. S., Henríquez, J. R., Ochoa, A. A. V., da Costa, J. A. P. & Ferraz, K. A. Thermal analysis and development of PID control for electronic expansion device of vapor compression refrigeration systems. Appl. Therm. Eng. 206, 118130 (2022).

 

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