Estudo da viabilidade do uso de válvulas de expansão termostática para bomba de calor de pequeno porte utilizando evaporador solar
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Luiz Machado
Raphael Nunes de Oliveira
Roberts Vinicius de Melo Reis
Raphael Nunes de Oliveira
Roberts Vinicius de Melo Reis
Resumo
Tendo em vista o aumento na demanda no consumo de energia, bem como a dificuldade em fornecimento e em função de restrições de insumos não renováveis, é necessário o desenvolvimento de equipamentos que forneçam energia de forma limpa e sustentável. Este trabalho utiliza uma bomba de calor com evaporador que aproveita energia solar, gerando energia para aquecimento de água residencial. O objetivo do trabalho é analisar o comportamento do equipamento diante de mudanças bruscas na irradiação recebida, além de analisar a viabilidade financeira da utilização de uma válvula de expansão termostática, no lugar de uma válvula de expansão eletrônica. Parâmetros operacionais, como: temperatura de evaporação, pressões de evaporação e condensação, vazão volumétrica e coeficiente de desempenho foram analisados diante de mudanças externas. Os resultados encontrados foram comparados com outros trabalhos, mostrando uma boa aproximação. Foi promovido um degrau na quantidade de calor incidente no evaporador de 90 até 900 KW/m². A pressão de evaporação levou cerca de 23 s para aumentar. O tempo de resposta de uma válvula de expansão termostática diante ao degrau, ficou em torno de 57,4 s. Mesmo com as variações no regime operacional do sistema, a máquina operou com um grau de superaquecimento em média de 11°C, o que reforça a confiabilidade em uma válvula de expansão termostática. Os estudos sobre a viabilidade financeira mostraram que para bombas de calor de uso residencial com capacidade de aquecimento menor que 1000 L se torna viável o uso de uma válvula de expansão termostática, quando comparada a uma válvula de expansão eletrônica.
Abstract
With the increase in demand for energy consumption, as well as the difficulty in supply and
due to restrictions of non-renewable inputs. The development of equipment that supplies energy
in a clean and sustainable manner is necessary. This work uses an evaporator heat pump that
harnesses solar energy, generating energy for residential water heating. In order to analyze the
behavior of the equipment in the face of sudden changes in the radiation received, and to analyze
the financial viability of using a thermostatic expansion valve, instead of an electronic
expansion valve. Operating parameters such as evaporation temperature, evaporation and
condensation pressures, volumetric flow rate and performance coefficient were analyzed in the
face of external changes. The values found were compared with other studies, showing a good
approximation. A step in the amount of heat incident on the evaporator was promoted from 90
to 900 KW / m². The evaporation pressure took about 23 s to increase. The response time of a
thermostatic expansion valve to the step was around 57.4 s. Even with variations in system
operating speed, the machine operated at an average overheat of 11 ° C, which enhances
reliability in a thermostatic expansion valve. Financial feasibility studies have shown that the
use of a thermostatic expansion valve is feasible for residential heat pumps with a heating
capacity of less than 1000L compared to an electronic expansion valve.
Assunto
Engenharia mecânica, Energia, Evaporadores, Bombas de calor, Viabilidade econômica
Palavras-chave
Energia, Bomba de calor, Evaporador solar, Viabilidade financeira, Dispositivo de expansão