Estudo experimental e modelo de simulação do inventário de refrigerante em uma bomba de calor a CO2 dotada de evaporador solar

• Autor(a) principal: Gleberson Marques Humia
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/51058
• topic: DX-SAHP; CO2; Modelo; Inventário; COP; Engenharia mecânica; Dióxido de carbono; Refrigeração; Bombas de calor; Energia solar

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.