Análise experimental do desempenho energético de um refrigerador a compressão de vapor assistido por energia solar fotovoltaica para regiões sem eletrificação
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Experimental analysis of the energy performance of a refrigerator vapor compression assisted by photovoltaic solar energy for regions without electrification
Primeiro orientador
Membros da banca
Willian Moreira Duarte
Fabiano Drumond Chaves
Fabiano Drumond Chaves
Resumo
Nas regiões menos assistidas e sem eletrificação, ficou evidente, durante a pandemia
da Covid-19, a ausência de sistemas de refrigeração para armazenamento de vacinas,
medicamentos e alimentos. Para suprir esta demanda, uma alternativa, alinhada às
prerrogativas sustentáveis, seria a utilização de um sistema formado por refrigerador
convencional a compressão de vapor operado por painéis fotovoltaicos (PV-VCRS).
O objetivo deste trabalho foi a determinação experimental do coeficiente de
desempenho (COP) de um refrigerador comercial com volume de 79 L associado a
um painel fotovoltaico com potência de 320 W e eficiência de 19%. Além desses
componentes, a bancada experimental possui um controlador de carga MPPT, um
inversor AC-DC com eficiência de 88% e duas baterias elétricas com cargas unitárias
de 45 Ah. Para obter o COP do refrigerador, um resistor elétrico foi colocado no
compartimento interno. O resistor foi alimentado com corrente elétrica por uma fonte
de tensão variável, que forneceu uma potência dissipada de 30 W a 70 W. Além dessa
taxa de geração de calor interno, obteve-se o aporte de energia do ambiente para o
interior do refrigerador com a ajuda de equações e correlações de transferência de
calor, para convecção natural, radiação e condução térmica. Essas correlações e o
correspondente balanço de energia foi subsidiado com valores de temperatura obtidos
por termopares tipo K calibrados instalados no interior do refrigerador. Um sistema de
aquisição de dados foi utilizado para registrar as temperaturas internas, do ambiente
e o consumo de energia do compressor. Os resultados dos testes experimentais
revelaram que a capacidade de refrigeração do sistema variou de 73,6 W a 136 W,
para os quais os correspondentes valores de COP associados ao ciclo de refrigeração
variaram de 1,08 a 1,52, enquanto os valores do COP global variaram de 0,182 a
0,257. Assim, o desempenho energético avaliado pelo COP ficou dentro da margem
encontrada na literatura para refrigeradores comuns. Desta forma, confirma-se o PV-
VCRS como capaz de suprir a demanda apresentada, especialmente em regiões em
que há boa incidência solar.
Abstract
In the least assisted regions and without electrification, it became evident, during the
Covid-19 pandemic, the absence of refrigeration systems for storing vaccines,
medicines and food. To meet these demands, an alternative, in line with sustainable
prerogatives, would be the use of a system consisting of a conventional vapor
compression refrigerator operated by photovoltaic panels (PV-VCRS). The objective
of this work was the experimental determination of the global coefficient of
performance (COP) of a commercial refrigerator with a volume of 79 L associated with
a photovoltaic panel with a power of 320 W and an efficiency of 19%. In addition to
these components, the experimental bench had an MPPT charge controller, an AC-
DC inverter with an efficiency of 88% and two electric batteries with unit loads of 45
Ah. To obtain the COP of the refrigerator, an electrical resistor was placed in the
internal compartment. The resistor was supplied with electrical current by a variable
voltage source, which provided a dissipated power of 30 W to 70 W. In addition to this
internal heat generation rate, the energy input from the environment to the interior of
the refrigerator was obtained with the help of heat transfer equations and correlations,
for natural convection, radiation and thermal conduction. These correlations and the
corresponding energy balance were supported with temperature values obtained by
calibrated K-type thermocouples installed inside the refrigerator. A data acquisition
system was used to record internal and ambient temperatures and compressor energy
consumption. The results of the experimental tests revealed that the refrigeration
capacity of the machine varied from 73.6 W to 136 W, for which the corresponding
COP values associated with the refrigeration cycle varied from 1.08 to 1.52, while the
values of the Overall COP ranged from 0.182 to 0.257. Thus, the energy performance,
assessed by COP, was within the range found in the literature for common
refrigerators. Therefore, through this investigation, PV-VCRS is confirmed as capable
of meeting the demand presented, as long as there is good availability of solar
radiation.
Assunto
Engenharia mecânica, Vacinas, Refrigeradores, COVID-19 (Doença), Geração de energia fotovoltaica
Palavras-chave
Refrigerador, COP, Painel fotovoltaico, Vacinas, Covid-19