desenvolvimento te Órico - experimental de um sistema de...

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DESENVOLVIMENTO TEDESENVOLVIMENTO TEÓÓRICORICO--EXPERIMENTAL DE UM SISTEMA DE EXPERIMENTAL DE UM SISTEMA DE

REFRIGERAREFRIGERAÇÇÃO INTELIGENTEÃO INTELIGENTE

Walter Walter NikkelNikkel

Universidade Federal do ParanUniversidade Federal do Paranáá

Setor de TecnologiaSetor de Tecnologia

Departamento de Engenharia Mecânica Departamento de Engenharia Mecânica –– DEMECDEMEC

�� INTRODUINTRODUÇÇÃOÃO�� IMPLEMENTAIMPLEMENTAÇÇÃO DA UNIDADE EXPERIMENTALÃO DA UNIDADE EXPERIMENTAL�� RESULTADOS E DISCUSSÃORESULTADOS E DISCUSSÃO�� CONCLUSÕESCONCLUSÕES�� TRABALHO FUTUROTRABALHO FUTURO

TTÓÓPICOSPICOS

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INTRODUINTRODUÇÇÃOÃO

Entendo que a conservaEntendo que a conservaçção de energia ão de energia éé vital para o vital para o desenvolvimento das nadesenvolvimento das naçções. O exões. O ex--ministro do Meio ministro do Meio Ambiente da Alemanha, Ambiente da Alemanha, JJüürgenrgen TrittinTrittin, disse em , disse em 2004:2004:

•• Somente atravSomente atravéés do acesso s do acesso àà energia a pobreza serenergia a pobreza seráácombatida atravcombatida atravéés do desenvolvimentos do desenvolvimento

•• Somente atravSomente atravéés de uma pols de uma políítica energtica energéética voltada tica voltada ààproteproteçção do meio ambiente podeão do meio ambiente pode--se prevenir a se prevenir a destruidestruiçção deste desenvolvimento devido ao ão deste desenvolvimento devido ao aquecimento global.aquecimento global.


�� DADOS ESTATDADOS ESTATÍÍSTICOS DE CONSUMO DE ENERGIA DE STICOS DE CONSUMO DE ENERGIA DE SISTEMAS DE REFRIGERASISTEMAS DE REFRIGERAÇÇÃO E CLIMATIZAÃO E CLIMATIZAÇÇÃO DE ARÃO DE AR

-- No Brasil, o No Brasil, o ProcelProcel –– Programa de Combate ao DesperdPrograma de Combate ao Desperdíício cio de Energia Elde Energia Eléétricatrica – avalia que os sistemas de Refrigeração e Condicionamento de Ar são responsáveis por 30% do consumo de energia elétrica brasileira

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�� ObjetivoObjetivo

-- Proposta para a reduProposta para a reduçção de consumo de energia ão de consumo de energia eleléétrica em sistemas de refrigeratrica em sistemas de refrigeraçção industrial e ão industrial e comercialcomercial

-- ComparaComparaçção do sistema de controle tradicional ão do sistema de controle tradicional ““onon--offoff”” com o controle por com o controle por ““lei potencial em lei potencial em malha fechadamalha fechada””

TRABALHO JTRABALHO JÁÁ REALIZADO: REALIZADO: IMPLEMENTAIMPLEMENTAÇÇÃO DE UNIDADE EXPERIMENTALÃO DE UNIDADE EXPERIMENTAL

Experimental Experimental DevelopmentDevelopment of na of na IntelligentIntelligentrefrigerationrefrigeration systemsystem

L.O.S. L.O.S. BuzelinBuzelin, , S.C.S.C. AmicoAmico, J.V.C. Vargas, J.A.R. , J.V.C. Vargas, J.A.R. PariseParise�� (Artigo publicado (Artigo publicado –– Int. Int. JournalJournal of of RefrigerationRefrigeration 28 (2005) 28 (2005)

165165--175)175)

MotivaMotivaçção do trabalho:ão do trabalho:

-- UtilizaUtilizaçção do controle ão do controle ““onon--offoff”” em larga escala em larga escala

-- Custo da energia elCusto da energia eléétricatrica

-- Possibilidade de adaptaPossibilidade de adaptaçção de sistemas existentesão de sistemas existentes

-- EvoluEvoluçção dos inversores de freqão dos inversores de freqüüênciaência

-- EvoluEvoluçção dos sistemas de controle eletrônicosão dos sistemas de controle eletrônicos

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IMPLEMENTAIMPLEMENTAÇÇÃO DA UNIDADE EXPERIMENTALÃO DA UNIDADE EXPERIMENTAL


�� Câmara FriaCâmara Fria

55

�� Carga TCarga Téérmicarmica


3m 1,46 =V

�� Unidade CondensadoraUnidade Condensadora


66

�� EvaporadorEvaporador


�� Inversor de FrequênciaInversor de Frequência


77

�� Medidor de EnergiaMedidor de Energia


�� Sensores de TemperaturaSensores de Temperatura


-- TermistoresTermistores

-- CalibraCalibraçção dos sensores para determinaão dos sensores para determinaçção dos limites ão dos limites

intrintríínsicosnsicos de precisão (de precisão (““BiasBias limitslimits””), ), ± 0.001°C

−β

= 0T

1

T

1

0 e RR

88

�� AquisiAquisiçção de Dadosão de Dados


�� Controle Controle ““onon--offoff””


-- Temperatura do ar interno do ambiente controladoTemperatura do ar interno do ambiente controlado

-- Sinal de erro atuante Sinal de erro atuante

-- Banda morta Banda morta �� 22°°CC

)(T f V 4fb =

reffb a V - VE =

99

�� Controle em Malha FechadaControle em Malha Fechada


-- Baseada em tBaseada em téécnica de lei potencial , substituindo cnica de lei potencial , substituindo o controle PIDo controle PID

-- Simplicidade, ajuste dos ganhos em faixas mais Simplicidade, ajuste dos ganhos em faixas mais restritasrestritas

-- VariaVariaçção da rotaão da rotaçção do compressor atravão do compressor atravéés do s do inversor de inversor de frequênciafrequência

-- Ajuste da voltagem Ajuste da voltagem

-- ImplementaImplementaçção da mão da méédia de dia de T44

3

)2K T 1(K

cs K K V +=+∆



-- Trabalho na faixa de 30 a 60 Hz / 850 a 1750 rpmTrabalho na faixa de 30 a 60 Hz / 850 a 1750 rpm

-- Controle Controle ““onon--offoff”” abaixo de 30Hz, banda morta de abaixo de 30Hz, banda morta de ±± 0.5 0.5 °°CC

-- Retorno com rotaRetorno com rotaçções baixasões baixas

1010



�� Procedimento ExperimentalProcedimento Experimental

IMPLEMENTAIMPLEMENTAÇÇÃO DA UNIDADE ÃO DA UNIDADE EXPERIMENTALEXPERIMENTAL

-- 24 horas de teste, com aberturas de portas24 horas de teste, com aberturas de portas

--Devido a diferenDevido a diferençça de temperatura externa, foi a de temperatura externa, foi calculada a exergia perdida pelo isolamentocalculada a exergia perdida pelo isolamento

-- CCáálculo do consumo finallculo do consumo final

losttotcon EEE −=

1111

IMPLEMENTAIMPLEMENTAÇÇÃO DA UNIDADE ÃO DA UNIDADE EXPERIMENTALEXPERIMENTAL

�� Eficiência TEficiência Téérmicarmica

RESULTADOS E DISCUSSÃORESULTADOS E DISCUSSÃO

�� Pontos de Temperatura MedidosPontos de Temperatura Medidos

TT1 1 –– Temperatura na entrada da vTemperatura na entrada da váálvula de expansão;lvula de expansão;

TT2 2 –– Temperatura na saTemperatura na saíída da vda da váálvula de expansão;lvula de expansão;

TT33 –– Temperatura na saTemperatura na saíída do evaporador, sucda do evaporador, sucçção;ão;

TT44 –– Temperatura do ar no interior da câmara;Temperatura do ar no interior da câmara;

TT5 5 –– Temperatura na entrada do compressor, sucTemperatura na entrada do compressor, sucçção;ão;

TT6 6 –– Temperatura da saTemperatura da saíída do subresfriador;da do subresfriador;

TT77 –– Temperatura da saTemperatura da saíída do condensador;da do condensador;

TT88 –– Temperatura ambiente externa;Temperatura ambiente externa;

TT99 –– Temperatura do ar na saTemperatura do ar na saíída do subresfriador,da do subresfriador,

TT10 10 –– Temperatura da parede do tanque.Temperatura da parede do tanque.

1212


�� Pressões MedidasPressões Medidas

““onon--offoff””

PPdd = 0,13790 = 0,13790 MPaMPa PPs s = 0,01931 = 0,01931 MPaMPa / 60Hz/ 60Hz

Malha fechadaMalha fechada

PPdd = 0,13790 = 0,13790 MPaMPa PPs s = 0,01931 = 0,01931 MPaMPa / 60 Hz/ 60 Hz

PPdd = 0,10342 = 0,10342 MPaMPa PPs s = 0,02413 = 0,02413 MPaMPa / 30 Hz / 30 Hz


1313



�� Ganho de eficiência tGanho de eficiência téérmica do sistema em malha rmica do sistema em malha fechada em relafechada em relaçção ao sistema ão ao sistema ““onon--offoff””

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�� ComparaComparaçção de consumo energão de consumo energéético dos dois tico dos dois sistemassistemas


�� ComparaComparaçção de eficiência tão de eficiência téérmica dos dois rmica dos dois sistemassistemas

1515

CONCLUSÕESCONCLUSÕES

�� Gerada uma base de dados de temperaturas medidas em Gerada uma base de dados de temperaturas medidas em diversos pontos de um sistema de refrigeradiversos pontos de um sistema de refrigeraçção por 24h ão por 24h ((““onon--offoff”” e malha fechada)e malha fechada)

�� Banco de dados experimentais disponBanco de dados experimentais disponíível para futura vel para futura validavalidaçção de resultados numão de resultados numééricos de modelos ricos de modelos matemmatemááticosticos

�� ReduReduçção das oscilaão das oscilaçções de temperatura (ajuste fino)ões de temperatura (ajuste fino)

�� ReduReduçção de consumo lão de consumo lííquido de energia de 35,24%quido de energia de 35,24%

�� Possibilidade de adaptaPossibilidade de adaptaçção de sistemas de refrigeraão de sistemas de refrigeraçção ão existentes com a proposta deste trabalho com simplicidade existentes com a proposta deste trabalho com simplicidade e baixo investimento (e baixo investimento (““kitkit”” de refrigerade refrigeraçção inteligente)ão inteligente)

TRABALHOS FUTUROS:TRABALHOS FUTUROS:

�� AvaliaAvaliaçção teão teóóricorico--experimental da eficiência experimental da eficiência energenergéética de outros tipos de cargatica de outros tipos de carga

�� Desenvolvimento de Desenvolvimento de ““kits inteligenteskits inteligentes”” para os para os sistemas mais comunssistemas mais comuns

�� Estudo de viabilidade econômicaEstudo de viabilidade econômica

1616

�� Muito Obrigado !Muito Obrigado !

��FimFim

desenvolvimento te Órico - experimental de um sistema de...

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