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Luiz Machadohttp://lattes.cnpq.br/2021890970181321Raphael Nunes de OliveiraWillian Moreira DuarteJuan Jose Garcia PabonAntônio Augusto Torres MaiaTiago de Freitas Paulinohttp://lattes.cnpq.br/0553552751214702Sabrina Nogueira Rabelo Ruas2019-10-07T13:45:06Z2019-10-07T13:45:06Z2019-06-17http://hdl.handle.net/1843/30187A expansão acentuada do consumo de energia, aliada a problemática do esgotamento dos recursos fósseis e da baixa eficiência dos sistemas energéticos, tem levado, diversos países a investirem em soluções energéticas sustentáveis e formas de diversificação da matriz energética. Nesse contexto, em âmbito nacional, pode-se destacar os chuveiros elétricos que são responsáveis por uma parcela significativa do consumo de energia elétrica residencial. Dessa forma, o presente trabalho visa à realização de uma análise experimental do desempenho de uma bomba de calor de pequeno porte de expansão direta assistida com energia solar a CO2 para aquecimento de água residencial, como uma alternativa eficiente de substituição aos chuveiros elétricos. A variação de parâmetros tais como: a temperatura de entrada da água, temperatura do meio ambiente, radiação solar, umidade, abertura da válvula de expansão, vazão mássica de água são analisados. Em condições de elevada radiação solar a bomba de calor assistida por energia solar de expansão direta (DX-SAHP) a CO2 resulta em COP do ciclo de cerca 2,9, e para operações de baixa radiação solar atingiu um valor de aproximadamente 1,9. Com a redução da umidade relativa, o desempenho do sistema também diminui; o COP do ciclo reduziu 6% quando a umidade relativa alterou de 55,8% para 31,57%, considerando-se as mesmas condições de operação. O aumento da vazão mássica de água aumenta o COP do ciclo em cerca de 60%, já o aumento da temperatura de entrada da água de 15°C para 35°C reduz o COP global em aproximadamente de 32%. Observa-se ainda que, independentemente do fluxo de radiação solar, existe uma abertura ótima da válvula de expansão (2 voltas), a qual poderia ser então substituída por dispositivos fixos de menor custo para sistemas de pequeno porte como esse. Diferentemente das demais correlações presentes na literatura, a nova correlação do coeficiente de correção da válvula de expansão proposta permite estimar a vazão mássica para uma DX-SAHP operando a CO2. O desvio relativo é menor que ±15% para todos os dados analisados.The expansion of energy consumption, the depletion of fossil resources and the poor efficiency of energy systems, have led many countries to invest in sustainable energy solutions and ways of diversifying the energy matrix. In this context, at a national level, it is possible to highlight electric showers that are responsible for significant amount of residential electricity consumption. The present work presents an experimental analysis of the performance of a CO2 small size direct expansion solar assisted heat pump for residential water heating, as an efficient alternative to replace electric showers. The variation of parameters such as: water inlet temperature, ambient temperature, solar radiation, humidity, expansion valve opening, water mass flow rate are analyzed. For higher solar radiation condition the CO2 DX-SAHP results in a COP cycle about 2.9, and for lower solar radiation the COP is approximately 1.9. The decrease of the relative humidity reduces the performance of the system. Considering the same operation parameters, the COP decreases 6% for a relative humidity changed of 55.8% to 31.57%. The augment in the water mass flow rate, causes an increase of the theoretical performance in about 60%. On the other hand, if the water inlet temperature increases form 15°C to 35°C reduce the cycle COP in approximately 32%. In addition, it is observed that independently of the solar radiation flux, there is an optimum opening of the expansion valve (2 turns), which could be replaced by fixed devices of lower cost for small systems like this one. Differently from the others correlations present in the literature, the new correlation of the correction coefficient proposed for the expansion valve allows to estimate the mass flow rate for heat pump operating with solar energy and CO2. The relative deviation is less than ± 15% for all of the data.FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas GeraisCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorporUniversidade Federal de Minas GeraisPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecanicaUFMGBrasilENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICAEstudo ExperimentalBomba de calorR744 (CO2)COPDX-SAHPRadiação solarEstudo experimental sobre o desempenho de uma bomba de calor a CO2 assistida por energia solar de expansão direta para aquecimento de água para uso residencialinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFMGinstname:Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)instacron:UFMGORIGINALTESE - SABRINA NOGUEIRA RABELO RUAS.pdfTESE - SABRINA NOGUEIRA RABELO RUAS.pdfAbertoapplication/pdf4762597https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/30187/1/TESE%20-%20SABRINA%20NOGUEIRA%20RABELO%20RUAS.pdf575d00583da0245e9aa755f439915714MD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82119https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/30187/2/license.txt34badce4be7e31e3adb4575ae96af679MD52TEXTTESE - SABRINA NOGUEIRA RABELO RUAS.pdf.txtTESE - SABRINA NOGUEIRA RABELO RUAS.pdf.txtExtracted texttext/plain261175https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/30187/3/TESE%20-%20SABRINA%20NOGUEIRA%20RABELO%20RUAS.pdf.txt5bf44e321c3c553f74468e3cb6f007ecMD531843/301872019-11-14 12:41:00.719oai:repositorio.ufmg.br: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Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufmg.br/oaiopendoar:2019-11-14T15:41Repositório Institucional da UFMG - Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)false
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