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Ricardo Nicolau Nassar KouryAntonio Augusto Torres MaiaCarlos Eduardo Castilla Alvarez2019-08-11T12:24:21Z2019-08-11T12:24:21Z2015-03-17http://hdl.handle.net/1843/BUBD-9WFGMWA crescente preocupação mundial com o impacto ambiental causado pela sociedade contemporânea leva ao aumento do interesse na utilização de fontes de energia renováveis e de maior eficiência. Nesse contexto, há um grande interesse na utilização de Bombas de calor para aquecimento de água residencial. Por este motivo, neste trabalho é apresentado um controle da temperatura de saída da água de uma bomba de calor com evaporador solar de expansão direta para o aquecimento de água residencial que utiliza o CO2 como fluido refrigerante. Durante o desenvolvimento deste trabalho foram realizados testes experimentais com uma bomba de calor para avaliar a resposta dinâmica do sistema a perturbações do tipo degrau na vazão de água. Com os dados obtidos do processo foi possível identificar o modelo do sistema. Posteriormente, um controlador PID (Proporcional-Integral-Derivativo) foi desenvolvido e sintonizado utilizando técnicas extraídas da literatura. O controlador proposto foi avaliado quanto à robustez, rejeição de distúrbios, tempo de estabilização e erro em regime permanente através de simulações computacionais. Com a utilização de métodos de validação quantitativos foi possível obter uma função de transferência com uma porcentagem de similitude comparada com os dados experimentais superior à 80%. Empregando diferentes índices de desempenho foi observado que dentre as técnicas estudadas a melhor metodologia para sintonizar o controlador do sistema foi o método ITAE servo. O controlador sintonizado por este método demostrou ser o melhor para controlar a temperatura de saída da água, com um erro regime permanente de 5.2x10-6°C, e um tempo assentamento de 225s.The growing global concern about the environmental impact caused by contemporary society leads to an increased interest in the use of renewable and more efficient energy sources. In this context, there is great interest in the use of heat pumps for domestic water heating. This work presents a control algorithm for the water outlet temperature of a heat pump with a direct expansion solar evaporator for residential water heating, that uses CO2 as its refrigerant. During the development of this study, several experimental tests were made with a prototype of a heat pump for domestic use, in order to evaluate the dynamic system response to step-like perturbations in the water flow. With the data obtained in this process, it was possible to identify the system dynamic model. After that, a PID (Proportional-Integral-Derivative) controller was developed and tuned using methods described in the literature. The developed controller was evaluated through computational simulations in order to determine its robustness, disturb rejection, stabilization time and error in a steady state. Thanks to the usage of quantitative validation methods, it was possible to develop a transfer function that has a similarity percentage greater than 80% when compared to the experimental data. Using different performance rates, among the studied methods, the best tuning method for the heat pump controller system was determined as being the ITAE- servo method. The controller tuned by this method turned out to be the best as to control the outlet temperature of the water, with a steady state error of 5.2x10-6°C and a stabilization time of 225s.Universidade Federal de Minas GeraisUFMGEngenharia mecânicaEvaporador solarDióxido de carbonoBomba de calorControleProjeto de um controlador para o ajuste da temperatura de saída da água de uma bomba de calor a CO2 com evaporador solarinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFMGinstname:Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)instacron:UFMGORIGINALdisserta__o_425.pdfapplication/pdf4247945https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/BUBD-9WFGMW/1/disserta__o_425.pdf17925d85f99f1fd5875fbf37432513caMD51TEXTdisserta__o_425.pdf.txtdisserta__o_425.pdf.txtExtracted texttext/plain209103https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/BUBD-9WFGMW/2/disserta__o_425.pdf.txt336ae45b09fe894e8a269f02a00145b1MD521843/BUBD-9WFGMW2019-11-14 09:08:52.734oai:repositorio.ufmg.br:1843/BUBD-9WFGMWRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufmg.br/oaiopendoar:2019-11-14T12:08:52Repositório Institucional da UFMG - Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)false
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