Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/51058
Type: Tese
Title: Estudo experimental e modelo de simulação do inventário de refrigerante em uma bomba de calor a CO2 dotada de evaporador solar
Authors: Gleberson Marques Humia
First Advisor: Luiz Machado
First Co-advisor: Willian Moreira Duarte
First Referee: Gherhardt Ribatski
Second Referee: Christian Johann Losso Hermes
Third Referee: Paulo Vinicius Trevizoli
metadata.dc.contributor.referee4: Raphael Nunes de Oliveira
Abstract: Diante da grave crise hídrica enfrentada pelo mundo nas últimas décadas, e tendo-se em vista que no Brasil, até o ano de 2021, as usinas hidrelétricas eram responsáveis por mais da metade da geração de energia do país, o uso de bombas de calor assistidas por energia solar se apresenta como alternativa para a redução do consumo de energia elétrica. Entretanto, elas operam carregadas com fluidos refrigerantes, notoriamente conhecidos como substâncias nocivas ao meio ambiente, e dessa forma, o dióxido de carbono torna-se uma opção viável e ecologicamente correta. O desempenho desses equipamentos está criticamente vinculado a uma carga de refrigerante apropriada, o que, em específico, para o dióxido de carbono, mostra-se como uma lacuna nos estudos promovidos em Bombas de Calor de Expansão Direta Assistida por Energia Solar (DX-SAHP). Sendo assim, o objetivo principal deste trabalho é o desenvolvimento de um modelo matemático para simular o funcionamento de uma DX-SAHP operando com dióxido de carbono no ciclo transcrítico, em regime permanente, permitindo prever a quantidade ideal de massa de refrigerante a ser carregada no equipamento, de forma a maximizar o seu COP. Os resultados do modelo foram validados a partir de 50 pontos experimentais, sob diversos níveis de irradiação solar, considerando as pressões do fluido frigorífico no evaporador e no resfriador de gás, sua temperatura na saída do resfriador de gás, a temperatura da água e o COP da bomba de calor. Quanto ao inventário de fluido refrigerante, o modelo mostrou que o resfriador de gás é o componente com a maior quantidade de massa, aproximadamente 45,7% do total e que, com a passagem da bomba de calor da sombra para o sol, cerca de 5,4% de massa migrou da região de alta para a região de baixa pressão. Dessa forma, concluiu-se que o equipamento deve trabalhar com uma massa de refrigerante entre 620 e 655 gramas, independentemente do nível de irradiação solar. Operando nessas condições de massa o seu COP alcançou os valores máximos de 2,81, com a bomba de calor ao sol, e em torno de 1,87, trabalhando à sombra.
Abstract: Faced with the serious water crisis faced by the world in recent decades, and considering that in Brazil, until the year 2021, hydroelectric plants were responsible for more than half of the country's energy generation, the use of heat pumps assisted by solar energy is presented as an alternative for the reduction of electrical energy consumption. However, they operate loaded with refrigerants, notoriously known as substances harmful to the environment, and in this way, carbon dioxide becomes a viable and ecologically correct option. The performance of this equipment is critically linked to an appropriate refrigerant charge, which, specifically for carbon dioxide, shows up as a gap in the studies promoted on Solar Energy Assisted Direct Expansion Heat Pumps (DX-SAHP). Therefore, the main objective of this work is the development of a mathematical model to simulate the functioning of a DX-SAHP operating with carbon dioxide in the transcritical cycle, in steady state, allowing to predict the ideal amount of refrigerant mass to be loaded in the equipment, in order to maximize your COP. Therefore, the main objective of this work is the development of a mathematical model to simulate the functioning of a DX-SAHP operating with carbon dioxide in the transcritical cycle, in steady state, allowing to predict the ideal amount of refrigerant mass to be loaded in the equipment, in order to maximize your COP. The model results were validated from 50 experimental points, under different levels of solar irradiation, considering the pressures of the refrigerant fluid in the evaporator and in the gas cooler, its temperature at the outlet of the gas cooler, the water temperature and the heat pump COP. As for the refrigerant fluid inventory, the model showed that the gas cooler is the component with the highest amount of mass, approximately 45.7% of the total and that, with the passage of the heat pump from the shade to the sun, about 5.4% of the mass migrated from the high-pressure region to the low-pressure region. Thus, it was concluded that the equipment must work with a mass of refrigerant between 620 and 655 grams, regardless of the level of solar irradiation. Operating under these mass conditions its COP reached maximum values of 2.81, with the heat pump in the sun, and around 1.87, working in the shade.
Subject: Engenharia mecânica
Dióxido de carbono
Refrigeração
Bombas de calor
Energia 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
URI: http://hdl.handle.net/1843/51058
Issue Date: 25-Nov-2022
Appears in Collections:Teses de Doutorado

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