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http://hdl.handle.net/1843/64978| Type: | Dissertação |
| Title: | Estudo experimental e modelo semiempírico de uma válvula de expansão termostática de uma bomba de calor solar a R290 |
| Other Titles: | Experimental study and semi-empirical model of a thermostatic expansion valve for a solar heat pump at R290 |
| Authors: | Arthur Pacheco Luz |
| First Advisor: | Luiz Machado |
| First Co-advisor: | Willian Moreira Duarte |
| First Referee: | Cristiana Brasil Maia |
| Second Referee: | Tiago de Freitas Paulino |
| Abstract: | O dispositivo de expansão é um componente crítico para o funcionamento de bombas de calor e máquinas de refrigeração, e seu estudo é parte fundamental do desenvolvimento de melhorias nas áreas de refrigeração e aquecimento. Dentre os diversos tipos de dispositivos de expansão existentes, a válvula de expansão termostática (VET) destaca-se pelo seu rápido tempo de resposta e por ser um componente puramente mecânico com alta capacidade no controle do grau de superaquecimento do fluido refrigerante. Diante disso, foi desenvolvido um modelo matemático semiempírico para uma VET instalada em uma bomba de calor assistida por energia solar com expansão direta (DX-SAHP) que opera com fluido R290 (Propano). O trabalho de pesquisa desenvolvido teve uma abordagem experimental e, para isso, foi utilizada uma DX-SAHP instrumentada. Durante os experimentos, vários modos de operação da bomba de calor foram testados para aquecimento de água. Os testes foram realizados sob o efeito de diferentes intensidades de irradiação solar, outdoor, e sem o efeito da irradiação, indoor. Os parâmetros operacionais do equipamento foram coletados seguindo uma única metodologia e, ao final do estudo, 150 experimentos foram realizados e criticamente analisados. O desenvolvimento do modelo semiempírico baseou-se na combinação da equação base existente na literatura, que descreve o funcionamento da VET, e na concepção de uma equação através do método de regressão múltipla linear de parâmetros avaliados durante os experimentos, tais como: incidência de irradiação solar, pressões de entrada e saída do componente e grau de superaquecimento. Como resultado, obteve-se uma regressão linear múltipla com ajuste superior a 96%. Essa regressão foi combinada à equação base, seguindo o que foi apresentado por trabalhos da literatura especializada, chegando-se a um modelo que mostrou um ajuste superior a 94%. Concluiu-se que o modelo semiempírico gerado apresenta bom desempenho na predição da vazão mássica do sistema, mesmo sob efeito de diferentes condições de irradiação solar. O modelo também pode ser usado para compor o modelo global da DX-SAHP estudada. |
| Abstract: | The expansion device is a critical component for heat pump and refrigeration machines operation, its study is a fundamental part of the development of improvements in refrigeration and heating areas. Among the various types of expansion devices, the Thermostatic Expansion Valve (TEV) stands out for its fast response time and to being a purely mechanical component with high capacity in controlling the degree of refrigerant superheating. A semiempirical mathematical model was developed for a TEV installed in a Direct Expansion Solar-Assisted Heat Pump (DX-SAHP) operating with R290 (Propane). The research work was experimental and for this purpose an instrumented DX-SAHP was used. During the experiments, various operating modes of the heat pump were tested for water heating. The tests were performed under the influence of different solar irradiation intensities, outdoor, and without the effect of irradiation, indoor. The operational parameters of the equipment were collected following a single methodology, and at the end of the study, 150 experiments were conducted. The development of the semiempirical model was based on the combination of the base equation existing in the literature, which describes the operation of the TEV, and the conception of an equation through the method of multiple linear regression of parameters evaluated during the experiments, such as solar irradiation incidence, component inlet and outlet pressures, and degree of superheating. As a result, a multiple linear regression with an adjustment higher than 96% was obtained. This regression was combined with the base equation, following what was presented by works in the specialized literature, resulting in a model that showed an adjustment higher than 94%. It was concluded that the semiempirical model performs well in predicting the mass flow rate of the system, even under the influence of different solar irradiation conditions. The model can also be used to compose the overall model of the studied DX-SAHP. |
| Subject: | Engenharia mecânica Sustentabilidade Energia Bombas de calor Refrigeração Calor solar |
| language: | por |
| metadata.dc.publisher.country: | Brasil |
| Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Publisher Initials: | UFMG |
| metadata.dc.publisher.department: | ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA |
| metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecanica |
| Rights: | Acesso Aberto |
| metadata.dc.rights.uri: | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/ |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/64978 |
| Issue Date: | 20-Dec-2023 |
| Appears in Collections: | Dissertações de Mestrado |
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| ESTUDO EXPERIMENTAL E MODELO SEMIEMPÍRICO DE UMA VÁLVULA DE EXPANSÃO TERMOSTÁTICA DE UMA BOMBA DE CALOR SOLAR A R290.pdf | 3.14 MB | Adobe PDF | View/Open |
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