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GERAÇÃO DE FRIO E CALOR ATRAVÉS DA ENERGIA DAS ONDAS SEM UTILIZAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA Matheus Richter Poggio de Carvalho Projeto de Graduação apresentado ao Curso de Engenharia Mecânica da Escola Politécnica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Engenheiro Mecânico. Orientador: Daniel Onofre de Almeida Cruz Orientador: Eliab Ricarte Beserra Rio de Janeiro Março 2018

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GERAÇÃO DE FRIO E CALOR ATRAVÉS DA ENERGIA DAS ONDAS SEM UTILIZAÇÃO DE

ENERGIA ELÉTRICA

Matheus Richter Poggio de Carvalho

Projeto de Graduação apresentado ao

Curso de Engenharia Mecânica da Escola

Politécnica, Universidade Federal do Rio

de Janeiro, como parte dos requisitos

necessários à obtenção do título de

Engenheiro Mecânico.

Orientador: Daniel Onofre de Almeida Cruz

Orientador: Eliab Ricarte Beserra

Rio de Janeiro

Março 2018

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica

DEM/POLI/UFRJ

GERAÇÃO DE FRIO E CALOR ATRAVÉS DA ENERGIA DAS ONDAS SEM

UTILIZAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA

Matheus Richter Poggio de Carvalho

PROJETO FINAL SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO DEPARTAMENTO DE

ENGENHARIA MECÂNICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE

FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS

PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO MECÂNICO.

Aprovado por:

________________________________________________

Prof. Daniel Onofre de Almeida Cruz, D. Sc

________________________________________________

Prof. Eliab Ricarte Beserra, D. Sc

________________________________________________

Prof. David Alves Castelo Branco, D. Sc

RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL

MARÇO DE 2018

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de Carvalho, Matheus Richter Poggio

Geração de frio e calor através da energia das

ondas sem utilização de energia elétrica. – Rio de

Janeiro: UFRJ / Escola Politécnica, 2018

X, p 69 il; 29,7 cm

Orientador: Daniel Onofre de Almeida Cruz &

Eliab Ricarte Beserra

Projeto de Graduação – UFRJ / Escola

Politécnica/ Curso de Engenharia Mecânica, 2018.

Referência Bibliográficas: p 68

1. Fontes Renováveis de Energia 2. Energia das

Ondas 3. Máquina de Refrigeração 4. Climatização e

Aquecimento de Água I Daniel Onofre de Almeida Cruz

II Eliab Ricarte Beserra III Universidade Federal do Rio

de Janeiro IV Geração de frio e calor através da energia

das ondas sem utilização de energia elétrica. – Rio de

Janeiro: UFRJ / Escola Politécnica, 2018

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Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica / UFRJ como

parte dos requisitos necessários para obtenção de grau de Engenheiro Mecânico.

Geração de frio e calor através da energia das ondas sem utilização de energia

elétrica.

Matheus Richter Poggio de Carvalho

Março/2018

Orientador: Daniel Onofre de Almeida Cruz & Eliab Ricarte Beserra

Curso: Engenharia Mecânica

Este projeto final de graduação apresenta o projeto de uma máquina de refrigeração

para geração de frio e calor sem utilização de energia elétrica a fim de climatizar e

aquecer água em uma plataforma marinha. Foi projetada uma interface entre um

circuito hidráulico e o compressor para o modelo de conversor de energia das ondas

desenvolvido pela COPPE/UFRJ, do tipo ponto absorvedor para ambientes

nearshore. O modelo é constituído por um flutuador piramidal que oscila

verticalmente com a passagem das ondas, suportado por uma estrutura fixa. Foi

definido o fluido refrigerante através de uma seleção dando importância ao impacto

na camada de ozônio (ODP) e do aquecimento global (GWP). Foram comparados

dois ciclos termodinâmicos e foi selecionado o que obteve o maior coeficiente de

eficácia. É descrita a montagem da máquina de refrigeração. No final, foram

realizados dois estudos, o primeiro de climatização de habitações, no qual o

resultado mostrou que são necessários 3 flutuadores para atender a potência

frigorífera de 201,6 kW e o segundo de aquecimento de água para consumo próprio,

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o que durou 2 horas e 30 minutos. Ambos os estudos foram realizados para uma

plataforma de petróleo.

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Abstract of the Undergraduate Project presented to Polytechnic School / UFRJ as

partial fulfilment of the requirements for the degree of Mechanical Engineer.

Generation of cold and heat through the energy of the waves without use of electric

energy.

Matheus Richter Poggio de Carvalho

March 2018

Advisor: Daniel Onofre de Almeida Cruz & Eliab Ricarte Beserra

Course: Mechanical Engineering

This undergraduate project presents a design of a refrigeration machine for the

generation of cold and heat without the use of electric power in order to climatize

and heat water on a marine platform. An interface was designed for a hydraulic circuit

and the compressor for the WEC model developed by COPPE / UFRJ, point

absorber in nearshore environments. The model consists of a pyramidal float that

oscillates vertically with a passage of the waves, supported by a fixed structure. The

refrigerant was defined through a selection for the impact on the ozone layer (ODP)

and global warming (GWP). Two thermodynamic cycles were compared and it was

selected one that obtained the highest coefficient of efficacy. The composition of the

cooling machine assembly (evaporators, valve and compressor) it is described. In

the end, two studies were carried out, the first of which was to air-conditioning

houses, without quality and result, three floats are essential to meet the cooling

capacity of 201.6 kW and the second one of water heating for consumption, which

lasted 2 hours and 30 minutes. Both studies carried out for an oil rig.

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Sumário

1. Introdução ....................................................................................................... 1

1.1. Aquecimento Global .................................................................................. 1

1.2. Fontes Renováveis de Energia ................................................................. 2

1.3. Geração de Energia de Ondas .................................................................. 5

1.4. Máquina de Refrigeração movida a energia das Ondas ............................ 6

1.4.1. Resumo dos Capítulos ........................................................................... 6

2. Revisão bibliográfica ....................................................................................... 7

2.1. Formação das Ondas ................................................................................ 7

2.2. Mecanismos de conversão da energia das ondas: .................................... 8

2.2.1. Exemplos de dispositivos de conversão de ondas classificados quanto

devido à localização ........................................................................................ 9

2.2.1.1. Shoreline ......................................................................................... 9

2.2.1.1.1. Coluna de água oscilante (OWC): ................................................ 9

2.2.1.1.2. Sistema de pêndulo ................................................................... 10

2.2.1.2. Nearshore ..................................................................................... 11

2.2.1.2.1. Sistema Wave Dragon ............................................................... 11

2.2.1.2.2. Wave Roller ............................................................................... 12

2.2.1.3. Offshore ........................................................................................ 13

2.2.1.3.1. Power Buoy ................................................................................ 13

2.2.1.3.2. Salter Duck System .................................................................... 14

2.2.1.3.3. Sistema Pelamis ............................................................................ 15

2.2.1.3.4. Sistema Archimedes - Wave Swing - AWS ............................... 16

2.3. Modelo PPE/Coppe UFRJ ................................................................... 18

2.4. Máquina de refrigeração ......................................................................... 19

3. Máquina de refrigeração ................................................................................ 21

3.1. Cálculo da Potência ................................................................................ 21

3.1.1. Modelo Geométrico: ......................................................................... 21

3.1.2. Ondas Regulares: ............................................................................. 21

3.1.3. Ondas Irregulares: ............................................................................ 22

3.4. Interface circuito hidráulico e compressor ............................................... 24

3.5. Refrigerantes .............................................................................................. 32

3.5.1. Compostos Halocarbônicos ................................................................. 32

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3.5.2. Compostos Inorgânicos ....................................................................... 33

3.5.3. Hidrocarbonetos .................................................................................. 34

3.5.4. Azentropos .......................................................................................... 34

3.5.5. Fator de Aquecimento Global .............................................................. 35

3.5.6. Camada de ozônio ............................................................................... 35

3.7. Ciclos de Refrigeração ............................................................................... 38

3.8. Ciclo 1 ..................................................................................................... 39

3.9. Ciclo 2 ..................................................................................................... 42

3.10. Escolha do Ciclo .................................................................................. 44

3.11. Seleção de Equipamentos ...................................................................... 45

3.11.1. Evaporadores ................................................................................... 45

3.12. Válvulas de Expansão ......................................................................... 47

3.13. Trocadores de Calor ............................................................................ 48

3.14. Compressor ......................................................................................... 49

4. Estudo de caso .............................................................................................. 51

4.1. Climatização ........................................................................................... 51

4.1.1. Cálculo da carga térmica .................................................................. 54

4.1.1.1. Transmissão de calor .................................................................... 54

4.1.1.2. Ocupação ...................................................................................... 56

4.1.1.3. Infiltração ....................................................................................... 56

4.1.1.4. Iluminação ..................................................................................... 57

4.1.1.5. Equipamentos ............................................................................... 57

4.1.2. RSHF ................................................................................................... 58

4.1.3. Cálculo de Vazão de Ar externo........................................................... 58

4.2. Aquecimento de água ............................................................................. 63

5. Conclusão ..................................................................................................... 68

6. Referências Bibliográficas ............................................................................. 69

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1. Introdução

1.1. Aquecimento Global

A emissão de gases de efeito estufa proveniente da utilização de diversos

combustíveis tem provocado alterações na biosfera e calcula-se um aumento na

temperatura do planeta entre 2 e 5,8°C nos próximos 100 anos segundo o Painel

Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) de 2007.

O Acordo de Paris, realizado em 2015, foi assinado por 195 países que se

comprometeram a diminuir a emissão de gases de efeito estufa. O mesmo acordo

prevê a limitação do aumento da temperatura em 1,5 °C acima dos níveis pré-

industrial conforme dados do Ministério do Meio Ambiente (2017).

O Brasil comprometeu-se a reduzir as emissões em 37% dos níveis de 2005

com uma pós indicação de reduzir em 43% dos níveis de 2005 até 2030 de acordo

com o relatório da iNDC (2015). Para cumprir a meta, o Brasil se comprometeu a

aumentar a participação da bioenergia sustentável na sua matriz energética em

aproximadamente 18% até 2030, restaurar 12 milhões de hectares de floresta e

alcançar uma participação estimada de 45% de energias renováveis na matriz

energética.

O Acordo de Paris é uma oportunidade para o Brasil requalificar o projeto de

desenvolvimento nacional, levando investimentos para o desenvolvimento de novas

tecnologias assim como a melhoria da infraestrutura do país. Uma política

ambiciosa e coerente sobre mudança do clima com as prioridades nacionais de

desenvolvimento resultará em benefícios nas áreas de segurança hídrica e

alimentar (com produção sustentável), qualidade ambiental, eficiência energética,

uso de recursos renováveis para geração de energia, mobilidade urbana e inovação

e competitividade da indústria nacional, entre outros, segundo a CEBDS (2018)

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1.2. Fontes Renováveis de Energia

É importante definir fonte alternativa e fonte renováveis para que não haja

erro na classificação das fontes de energia. Fonte alternativa de energia é aquela

que se propões a substituir ao que é normalmente usada. Devido à fatores

tecnológicos ou econômicos esse tipo de energia não é utilizado, pois não possuem

uma alta competividade. Dentre as fontes alternativas estão as renováveis e não

renováveis. As energias renováveis são aquelas que conseguem se regenerar com

o tempo (bio massa por exemplo) ou são naturais (sol ou vento).

O Brasil tem uma grande vantagem no uso de energias renováveis, pois

dispõe de diversos recursos e extensão territorial para implementação das energias

renováveis, e principalmente devido ao uso de hidroelétricas na matriz energética.

Na figura 1.1 é possível ver o gráfico da evolução da participação das energias

renováveis e não renováveis desde 2005 até o ano em 2030. Em 2010 a energia

renovável constituiu uma participação de 43% na matriz energética, com previsão

de chegar a 44,8% em 2030.e

FIGURA 1–1 COMPARAÇÃO DA PARTICIPAÇÃO DA ENERGIA RENOVÁVEIS E NÃO RENOVÁVEIS NA MATRIZ ENERGÉTICA

FONTE EPE (2013)

A figura 1.2 mostra a divisão da porcentagem de participação das principais

fontes de energia na matriz energética brasileira em 2013.

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FIGURA 1–2 –PARTICIPAÇÃO DA ENERGIA RENOVÁVEL E NÃO RENOVÁVEL NA MATRIZ ENERGÉTICA

FONTE – EPE (2013)

Em relação a utilização de energia primária, em 2013 o Brasil utilizava 41%

de energia renovável e 59 % de não renovável.

Quando comparado com a média mundial, o Brasil tem destaque devido ao

uso de energias renováveis em sua matriz energética. Nas figuras 1.3 e 1.4 nota-se

a diferença da participação de energia renováveis no Brasil comparada à média

mundial. Importante ressaltar a participação da hidroelétrica na matriz brasileira.

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FIGURA 1–3 COMPARAÇÃO DA PARTICIPAÇÃO DAS ENERGIA RENOVÁVEIS BRASIL X MUNDO

FONTE EPE 2013

FIGURA 1–4 OFERTA DE ENERGIA BRASIL X MUNDO

FONTE – AGÊNCIA INTERACIONAL DE ENERGIA E BALANÇO ENERGÉTICO NACIONAL 2013

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1.3. Geração de Energia de Ondas

Segundo Rodrigues (2008), a energia das ondas se refere ao aproveitamento

das ondas oceânicas para geração de trabalho útil, mecânico ou elétrico. A energia

das ondas é uma promissora fonte de energia renovável já que ela se manifesta em

larga escala em todas as regiões do globo. O potencial teórico de energia que pode

ser extraída corresponde a 8x106 TWh por ano o que equivale a 100 vezes o total

da geração da hidroeletricidade em todo o planeta. Para gerar essa energia por

fontes convencionais, seria necessário emitir cerca de 2 milhões de toneladas de

CO2 por fontes convencionais. É estimado que as ondas possuem um potencial total

de 2 TW no mundo, porém, normalmente é possível transformar apenas 10 a 15%

em energia útil.

Existem alguns benefícios do uso de energia das ondas, entre eles estão a

maior densidade energética dentre as fontes de energia renováveis e o baixo

impacto ambiental.

Ainda existem muitos desafios para serem alcançados para a energia das

ondas ser viável economicamente. Um dos problemas é a conversão de baixa

frequência, geralmente em torno de 0,1 Hz e alta força oscilatória que dificulta a

introdução da energia no grid. Em adição, ondas no ambiente offshore mudam de

direção frequentemente, dificultando a captura de forma otimizada da onda.

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1.4. Máquina de Refrigeração movida a energia das Ondas

A máquina de refrigeração movida a energia das ondas visa ter uma eficiência

energética, visto que a premissa desse trabalho é a menor transformação de

energia até a utilização final. Em adição, o projeto visa produzir trabalho de alguma

maneira, seja como a movimentação de um compressor que será o caso estudado,

assim como armazenamento de energia de forma de ar comprimido ou

bombeamento de água, que serão estudados posteriormente.

A primeira vantagem dessa máquina, é encurtar a distância entre a produção e

o consumo energético, assim diminuindo a chance de interrupção de energia por

problemas de infraestrutura ou, até mesmo, desastres naturais. A segunda

vantagem é dispensa de utilização de cabos transmissores de eletricidade o que

resulta numa maior eficiência energética. A terceira é a utilização de uma energia

de fonte verdadeiramente limpa, diminuindo a demanda de combustíveis fósseis e,

consequentemente, diminuindo a poluição local. A última vantagem é poder suprir

utilidades para áreas que estão fora do grid, diminuindo a necessidade de transporte

de combustíveis para tais regiões.

1.4.1. Resumo dos Capítulos

O capítulo 2 faz uma introdução ao conceito dos tipos de conversores de

energia de ondas existente e o projeto em desenvolvimento pelo PPE/COPPE

UFRJ. O capítulo 3 discute a estimativa de potência para o dispositivo em

desenvolvimento, a simulação de um circuito hidráulico, a conexão do flutuador com

a casa de máquinas e a interface circuito hidráulico com o compressor. O capítulo

4 discute e seleciona o refrigerante mais adequado para aplicação na máquina de

refrigeração, introduz dois ciclos de refrigeração usando o software CoolPack e

termina selecionando os componentes da máquina de refrigeração serão

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7

selecionados. O capítulo 5 descreve dois possíveis usos da máquina de refrigeração

através de estudos de caso, um de climatização e outro de aquecimento.

2. Revisão bibliográfica

2.1. Formação das Ondas

As ondas são formadas a partir da combinação de diversas forças oriundas

dos ventos, da força da gravidade e das tensões superficiais. A figura 2.1 abaixo

ilustra a formação das ondas devido a tempestades. O tamanho da onda é

determinado pela força e tempo de atuação vento, pela pista (espaço da qual o

vento atua sobre o oceano). Para distância longe da pista, quando não estão

sofrendo mais ação dos ventos que a formou, o regime é chamado de swell e,

quando ainda estão sob influência dos ventos que as formou, de sea, ou vaga em

português

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FIGURA 2–1 FORMAÇÃO DAS ONDAS

FONTE MIRACOSTA COLLEGE (2007)

As ondas do mar transportam fluxo de energia hidráulica. A potência

associada com um comprimento de onda λ, altura H e uma frente de onda b é dada

pela equação 2.1 por:

𝑃 =

1

2𝜌𝑔𝐻²𝜆𝑏

(2.1)

Onde ρ é o peso específico da água do mar e g é a aceleração da gravidade. A

potência por cada metro de frente de onda associada a uma onda uniforme com

altura H (m) e comprimento de onda λ (m), conforme a equação 2.2, expresso em

W/m:

𝑃𝑢 =

𝑃

𝑏 = 𝜌𝑔𝐻2𝜆

(2.2)

2.2. Mecanismos de conversão da energia das ondas:

Atualmente, há inúmeros mecanismos capazes de extrair energia das ondas

e muitos ainda sendo estudados. Esses mecanismos podem ser classificados em

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grupos dependendo da localização de atuação shoreline, nearshore e offshore e

pela forma de interação da onda: attenuator, point absover e terminator.

2.2.1. Exemplos de dispositivos de conversão de ondas classificados quanto devido à localização

2.2.1.1. Shoreline

2.2.1.1.1. Coluna de água oscilante (OWC):

Esse sistema consiste em uma câmara construída na linha da costa,

geralmente em costões rochosos, conforme mostrado na figura 2.2. Os movimentos

das ondas dentro da câmara empurram o ar para o ambiente externo que passa por

uma turbina na parte superior. Quando as ondas voltam para o mar, o ar externo é

sugado de volta para a câmara passando novamente pelo conduto turbina. A turbina

tem suas pás projetadas de tal forma para girar sempre na mesma direção. Um

exemplo de um mecanismo que já gera energia para o grid é o Islay Iimpet

localizado na Escócia.

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FIGURA 2–2 COLUNA DE ÁGUA OSCILANTE

FONTE NORTEK 2012

2.2.1.1.2. Sistema de pêndulo

O sistema de pêndulo (Figura 2.3) possui uma superfície articulada para

rotacionar em um eixo quando a ondas passam, causando um movimento de

abertura e fechamento da câmara. Esse movimento é usado para fornecer energia

a uma bomba hidráulica e depois gerar energia.

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FIGURA 2–3 SISTEMA DE PÊNDULO

FONTE RODRIGUES (2008)

2.2.1.2. Nearshore

2.2.1.2.1. Sistema Wave Dragon

O sistema Wave Dragon foi um dos primeiros sistemas nearshore do mundo

a fornecer energia para o grid. A ideia básica do sistema consiste em utilizar dois

refletores que captam uma maior frente de onda (Figura 2.4) e direciona para uma

rampa que conduz a água captada para um reservatório (Figura 2.5). A água com

a ação da gravidade retorna para o oceano passando por uma turbina que gera

energia. É um sistema de simples entendimento e as únicas partes moveis são as

turbinas.

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FIGURA 2–4 WAVE DRAGON

FONTE WAVE DRAGON.NET (2010)

FIGURA 2–5 WAVE DRAGON

FONTE WAVE DRAGON.NET (2010)

2.2.1.2.2. Wave Roller

O sistema Wave Roller (Figura 2.6) consiste numa plataforma no leito do

oceano no qual o movimento de inda e vinda da onda é coletado por um prato que

aciona um pistão para comprimir um óleo hidráulico. O Wave Roller tem vantagem

de ser invisível da superfície, causando menores impacto visual.

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FIGURA 2–6 WAVE ROLLER

FONTE HEMPEL (2012)

2.2.1.3. Offshore

2.2.1.3.1. Power Buoy

O sistema consiste em aproveitar o movimento de subida e descida de uma

boia quando da passagem das ondas gerando energia mecânica conforme a Figura

2.7. Uma boia envolvendo um poste metálico acionada com a passagem da onda,

move um pistão, que imprime um movimento oscilatório pressurizando um fluido

hidráulico.

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FIGURA 2–7 POWER BUOY

FONTE ANDREAS POULLIKKAS 2014

2.2.1.3.2. Salter Duck System

Inventado nos anos 70, foi um dos primeiros mecanismos para converter

ondas do mar. A figura 2.8 mostra o esquema do sistema Salter Duck. O mecanismo

tem um movimento de rotação no seu próprio eixo. Apesar de ser eficiente para

geração de energia, a máquina teórica nunca foi para o mar devido a seu complexo

sistema hidráulico.

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FIGURA 2–8SALTER DUCK

FONTE THORPE (1999)

2.2.1.3.3. Sistema Pelamis

O sistema Pelamis (Figura 2.9), inspirada numa cobra marinha, consiste em

cilindros articulados em série. Cada articulação bombeia um fluido hidráulico para

movimentar um motor e assim gerar energia. O sistema é seguro por cabos flexíveis

ancorados no fundo do mar.

FIGURA 2–9 PELAMIS

FONTE REUK UK (2006)

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2.2.1.3.4. Sistema Archimedes - Wave Swing - AWS

O sistema AWS consiste numa boia submersa em forma de cilindro conforme

mostra a Figura 2.10. Quando a crista da onda está sobre o mecanismo, a maior

massa d’água comprime o cilindro devido a maior pressão e quando a vaga da onda

está sobre o mecanismo o cilindro expande devido a menor pressão. Essa diferença

de pressão é utilizada como energia mecânica que é convertida em elétrica através

de um gerador elétrico.

FIGURA 2–10 ARCHIMEDES

FONTE OREGON STATE UNIVERSITY (2010)

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2.2.2. Exemplos de dispositivos de conversão de ondas classificados quanto

ao tipo de iteração com as ondas:

TIPO FIGURA 2–11 TIPOS DE ABSORVEDORES

FONTE NETO (2017)

2.2.2.1. Attenuator

Os atenuadores atuam paralelamente a direção de onda. Um exemplo desse

tipo é o modelo Pelamis (Figura 2.9).

2.2.2.2. Point absorver

Os pontos absorvedores são dispositivos que possuem uma dimensão

pequena comparada ao tamanho de onda. Eles podem ser flutuantes os submersos

como os sistemas das Figuras 2.7 e 2.10.

2.2.2.3. Terminator

Dispositivos terminator têm seu eixo principal paralelo a frente de onda

(perpendicular a direção da onda) e interceptam fisicamente a onda. Um exemplo

desse tipo é o Salter Duck (Figura 2.8).

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2.3. Modelo PPE/Coppe UFRJ

O modelo idealizado pelo pesquisador Eliab Ricarte Beserra no PPE

(Programa de Planejamento Energético) da COPPE/ UFRJ, ilustrado na Figura 2.12

é do tipo point absorver em ambiente nearshore que tem a intenção de otimizar a

captura da energia potencial e cinética da frente onda para aumentar o

deslocamento vertical da boia. O flutuador oscila em um movimento de heave,

dentro de uma estrutura treliçada em forma de torre fixada no leito marinho.

FIGURA 2–12 MODELO COPPE

FONTE D’EGMONT (2017)

A torre tem duas funções principais: a primeira é de atuar como guia a fim de

restringir os movimentos em um único grau de liberdade e a segunda é ser a

estrutura para sustentação da casa de máquina, na qual é localiza no topo da torre.

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O sistema de deslizamento é composto por um par de roletes localizados em

cada vértice do flutuador, nas partes superiores e inferiores. Eles têm a função de

dar maior estabilidade ao manter o movimento do corpo flutuante restrito ao interior

da torre e diminuir o atrito com as tubulações.

O flutuador, como captador da energia contida na onda, pode ser

considerado o ponto chave do sistema. A partir de seu movimento provocado pelas

ondas é gerado alguma forma de tipo de trabalho útil (elétrico ou mecânico). O

flutuador se conecta a caixa de máquinas através de um eixo mecânico.

2.4. Máquina de refrigeração

A ideia desse trabalho é projetar uma máquina de refrigeração capaz de gerar

frio para climatizar uma plataforma de trabalho marinho assim como aproveitar o

calor gerado do ciclo termodinâmico para aquecer água, diminuir a demanda

energética na plataforma. A máquina não utilizará energia elétrica de modo que

diminua o número de processos de transformação de energia e suas consequentes

perdas associadas. A Figura 2.13 ilustra a processo de transformação do carvão em

energia elétrica e as eficiências associadas em cada etapa. Portanto quanto mais

direto for o trabalho útil utilizado, mais provável que seja mais eficiente.

FIGURA 2–13 EFICIÊNCIA DE CADA TRANSFORMAÇÃO

A Figura 2.13 ilustra que uma quantidade X de energia entra na cadeia de

transformação e na primeira etapa de geração de calor existe uma perda de 0,15X.

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A segunda etapa é o funcionamento de uma turbina com cerca de 30% de eficiência.

A turbina aciona um alternador (com 96% de eficiência) que transmite energia

elétrica para o sistema de transmissão (com 80% de eficiência) e ao transformador

(com 98% de eficiência). Finalmente o motor é acionado (com 85% de eficiência.

Ao final do processo apenas 0,16X (ao multiplicar todas as eficiências) foi

aproveitado como energia útil.

Algumas máquinas de conversão da energia das ondas utilizam o conceito de

transformação direta da energia das ondas em trabalho útil sem eletricidade, entre

elas estão:

• Delbuoy para dessalinização pelo bombeamento de água em alta pressão;

• AquaBuoy, McCabe e Searaser para pressurização de fluido de trabalho;

No capítulo 3, será discutido um mecanismo que consegue mover o compressor

da máquina sem a utilização de energia.

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3. Máquina de refrigeração

3.1. Cálculo da Potência

3.1.1. Modelo Geométrico:

FIGURA 3–1 MODELO GEOMÉTRICO

FONTE KAHN (2017)

Os dados a seguir foram retirados do trabalho de conclusão de curso do

Kahn, (2017), no qual foram analisadas variações na geometria do modelo com

diferentes tamanhos de lados, com ou sem chanfros para calcular a potência

absorvida pelo flutuador.

A geometria foi desenvolvida para direcionar a água das ondas incidentes

para a base do flutuador de maneira a concentrar o fluxo em um ponto,

potencializando o deslocamento vertical de subida. Os chanfros e as abas possuem

a função de aumentar a área de captura de onda.

3.1.2. Ondas Regulares:

Segundo Kahn, o modelo do flutuador que apresentou o melhor desemoinho

hidrodinâmico no sítio estudado tinha 8 metros de lado e os lados da pirâmide

possuíam 45 graus de inclinação.

Os resultados para ondas regulares mostram que, para o período de ondas

de 4,083 s, o valor obtido de potência do conjunto foi de 428 kW.

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3.1.3. Ondas Irregulares:

Para um modelo real das ondas, é necessário calcular a potência para o mar

com ondas irregulares. Para tais condições, os resultados mostraram um valor de

potência igual 38 kW.

3.2. Conexão flutuador e casa de máquinas

Besso (2017) apresentou um desenho esquemático para a conexão entre o

flutuador e casa de máquinas como pode ser visualizado na Figura 3.2. O eixo entra

na casa de máquina e pode ser utilizado para pressurizar um circuito hidráulico,

mover um esquema de engrenagens ou ser o eixo de um gerador linear produzindo

corrente elétrica por uma bobina.

FIGURA 3–2 ESQUEMA PISTÃO E CASA DE MÁQUINAS

FONTE BESSO (2017)

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3.3. Sistema Hidráulico

As ondas aplicam grandes forças em velocidades baixas de deslocamento e

os sistemas hidráulicos conseguem absorver grande parte da energia nessa

situação. O uso de um sistema hidráulico operando a 400 bar é uma nítida vantagem

para o sistema conversor de onda visto que ele pode trabalhar suportando grande

forças.

A Figura 3.3 corresponde a uma proposição de circuito hidráulico a ser

montado para a conversão das energias da onda. O movimento da boia força um

eixo para cima para baixo que é usado como um atuador no sistema, levando o

fluido para as válvulas, que impedem o retorno do fluido e depois para uma turbina.

A turbina pode ter uma velocidade constante ao se colocar reservatórios

independente da variação de fluxo.

FIGURA 3–3 CIRCUITO PARA SIMULAÇÃO

FONTE NETO (2017)

Quando a crista da onda passa pelo sistema, o flutuador se move para cima,

e força o pistão hidráulico a se mover conjuntamente, empurrando fluido em alta

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pressão pelo circuito hidráulico. Quando o vale da onda passa e o pistão desce, a

pressão negativa garante a abertura da válvula de retenção e faz com que a parte

superior da câmara seja completada com óleo, preparando o sistema para um novo

bombeamento na subida.

Para ter uma estimativa de potência que o circuito pode oferecer, Neto.

(2016) realizou uma simulação com o software FluidSim (Figura 3.3). Usando uma

força máxima nominal de 475 kN por ciclo, a uma média de 150 kN, gerando picos

de potência de 175 kW para um sistema hidráulico. Foram feitas estimativas de

potência gerada pelo motor hidráulico. Os resultados mostraram uma eficiência de

42% em relação a potência total que é movimentado o pistão, gerando em média

26 kW de potência a uma rotação de 1500 RPM. Todos os componentes podem ser

comprados ou fabricados para montagem desse subsistema com certa facilidade.

3.4. Interface circuito hidráulico e compressor

O compressor será definido no capítulo 6, porém algumas informações são

essenciais para saber como ele será acionado. A forma mais comum no mercado é

utilizar a turbina hidráulica para acionar um gerador elétrico e acionar o compressor

via eletricidade. Entretanto, esse projeto visa saltar etapas de transformação de

energia e assim ganhar eficiência energética. Para quantificar essa diferença, os

diagramas das Figuras 3.4 e 3.5

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FIGURA 3–4 DIAGRAMA 1

FIGURA 3–5 DIAGRAMA 2

Ambos os diagramas demonstram todos os processos até o acionamento do

compressor. O diagrama 1 tem menos etapas visto que é o modelo sem o uso da

eletricidade. O diagrama 2 seria as etapas dos métodos convencionais de ativação

do compressor. Para comparar a eficiência final dos dois processos, a tabela abaixo

facilita a visualização.

A diferença de eficiência dos dois processos é cerca de 3%. Essa energia pode

ser melhor aproveitada para acionar uma máquina mais potente por exemplo. Para

conseguir o acionamento, foram utilizados eixos mecânicos com duas engrenagens

e uma manivela para conectar ao compressor que possui movimento alternativo

conforme a Figura 3.6.

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FIGURA 3-6 INTERFACE TURINA/COMPRESSOR

As engrenagens foram projetas segundo a teoria da resistência à fadiga

superficial. A tensão superficial pode ser calculada através da Equação 3.2:

𝜎ℎ = 𝐶𝑝√𝐹𝑡

𝑏𝑑𝑝𝐼𝐾𝑣𝐾𝑜𝐾𝑚

(3.2)

Onde:

𝜎ℎ é a tensão superficial [Mpa]

𝐶𝑝 é o coeficiente de elasticidade [Mpa1/2]

𝐹𝑡 é a força tangencial [N]

𝑏 é a largura do dente [mm]

𝑑𝑝 é o diâmetro primitivo da engrenagem [mm]

𝐼 é o fator geométrico para engrenamento externo

𝐾𝑣 é o fator dinâmico

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𝐾𝑜 é o fator de correção de sobrecarga

𝐾𝑚 é o fator de correção de distribuição do carregamento

Considerando as engrenagens de aço 1020, o coeficiente elástico pode ser

encontrado através da Tabela 3.1. Para aço 1020 o valor do coeficiente elástico é

191 Mpa1/2.

TABELA 3.1 COEFICIENTE ELÁSTICO

Coeficiente Elástico [Mpa^1/2]

Stell 191

Mall. Iron 181

Nod. Iron 179

Cast. Iron 174

Al. Bronze 162

Tin. Bronze 158 FONTE AGMA (2017)

A velocidade linear é dada pela Equação 3.3:

𝑉 =

𝜋𝑑𝑝𝑛

60000

(3.3)

𝑛 é a rotação em rpm

Considerando um diâmetro primitivo de 400 mm e sabendo que o eixo

conectado à turbina gira a 1500 rpm,

𝑣 = 𝜋 ∗ 400 ∗ 1500

60000= 31,4

𝑚

𝑠

Escolhendo a fabricação do dente como retificação, o coeficiente dinâmico é

dado pela Equação 3.4:

𝐾𝑣 = √78

78 + √200 + 𝑣

(3.4)

Portanto

𝐾𝑣 = 0,91

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Sabendo que a potência é dada pela Equação 3.5:

𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 = 𝐹𝑡𝑣 (3.5)

A potência foi calcula pelo circuito hidráulico igual a 26 kW, então:

𝐹𝑡 = 828 𝑁

O fator geométrico é definido pela equação 3.6:

𝐼 =

𝑐𝑜𝑠∅𝑠𝑖𝑛∅

2

𝑖

𝑖 + 1

(3.6)

Onde i é a razão de transmissão e ∅ é o ângulo de pressão que foi escolhido

como 20o. No capítulo 6, o compressor selecionado funciona a 1300 RPM. A razão

i é igual a

𝑖 =1500

1300= 1,15

O fator geométrico vale:

𝐼 = 0,083

O fator de correção de distribuição do carregamento pode ser encontrado na

tabela 3.2:

TABELA 3-2 COEFICIENTES DE DISTRIBUIÇÃO DO CARREGAMENTO

Tamanho do dente (pol)

Condição de Suporte 0 a 2 6 9 16+

Montagem Acurada 1,3 1,4 1,5 1,8

Montagem Menos Acurada 1,6 1,7 1,8 2,2 Fonte AGMA (2017)

Considerando uma montagem menos rígida, engrenagens menos acuradas

e contato em toda face, atribui-se o valor do fator de correção de distribuição de

carregamento a:

𝐾𝑚 = 1,6

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O fator de correção de sobrecarga pode ser encontrado na Tabela 3.3 abaixo:

TABELA 3-3 FATOR DE SOBRECARGA

Carga na máquina

Fonte Uniforme Choques Moderados Choques Pesados

Uniforme 1 1,25 1,75

Choques Leves 1,25 1,5 2

Choques Moderados 1,5 1,75 2,25 FONTE AGMA (2017)

Foi selecionado um fator que corresponde a choque leves do eixo da turbina

e movimento uniforme do compressor devido a possíveis mudanças da velocidade

de rotação da turbina. O valor do fator de sobrecarga é igual a:

𝐾𝑜 = 1,25

Finalmente o valor da tensão é de:

𝜎ℎ = 191√828 ∗ 0,91 ∗ 1,25 ∗ 1,6

𝑏 ∗ 400 ∗ 0,083

𝜎ℎ = 191√45,4

𝑏

Para encontrar a largura do dente (b) é necessário utilizar a equação 3.7:

𝐹. 𝑆 =

𝑆ℎ

𝜎ℎ

(3.7)

Onde:

𝐹. 𝑆 é o fator de segurança;

𝑆ℎ é a tensão limite à fadiga superficial corrigida pelo o fator de vida e o fator

de confiabilidade conforme a Equação 3.8

𝑆ℎ = 𝑆𝑓𝑒𝐶𝐿𝐶𝑟 (3.8)

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𝑆𝑓𝑒 é a tensão limite de resistência à fadiga superficial;

𝐶𝐿 é fator de vida;

𝐶𝑟 é o fator de confiabilidade.

TABELA 3-4 RESISTÊNCIA À FADIGA SUPERFICIAL

Material Sfe (ksi)

Aço 0,4 - 10 ksi

Ferro modular 0,95

Ferro Fundido classe 20 55

classe 30 70

classe 40 80

Estranho-Bronze 30

Aluminio Bronze 64 FONTE AGMA (2017)

Para o aço 1020, Sfe = 0,4 (Bhn) – 10 ksi

𝑆𝑓𝑒 = 0,4 (𝐷𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝐻𝐵) − 10 = 0,4 ∗ 330 − 10 = 122 𝑘𝑠𝑖 = 841 𝑀𝑃𝑎

O fator de Confiabilidade é encontrado na Tabela 3.5.

TABELA 3-5 FATOR DE CONFIABILIDADE

Confiabilidade (%) Cr

50 1,25

99 1

99,9 0,8 FONTE AGMA (2017)

Escola uma confiabilidade de 99% visto que valores acimas podem possuir

um custo muito elevado de fabricação, portanto o valor do fator de confiabilidade é:

𝐶𝑟 = 1,00

O fator de vida pode ser selecionado através do gráfico abaixo (Figura 3.7).

Escolhendo uma duração de 109 ciclos o fator de vida é igual a:

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FIGURA 3–7 GRÁFICO DO FATOR DE VIDA

FONTE AGMA (2017)

𝐶𝑙 = 0,8

Portanto a tensão limite à fadiga superficial corrigida pelo fator de vida e pelo

fator e confiabilidade é:

𝑆ℎ = 841 ∗ 0,8 ∗ 1 = 672,8 𝑀𝑃𝑎

Definido o fator de segurança igual a 4,

4 =672,8

191√45,4𝑏

𝑏 = 58,6 𝑚𝑚

A condição de máxima espessura é dada pela Equação 3.9:

𝑏 <

14

𝑃

(3.9)

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Onde P é o passo e b (largura do dente) foi obtido usando as Equações 3.2

e 3.7.

𝑃 = 0,239 𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠

𝑚𝑚

Sabendo que o módulo é o inverso do passo,

𝑚 = 4,18 𝑚𝑚

E o número de dentes é a razão do diâmetro primitivo sobre o módulo:

𝑍 =

𝑑𝑝

𝑚= 96 𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠

(3.10)

Chegando ao valor de 96 dentes da primeira engrenagem, a segunda precisa

ter 83 dentes para chegar no valor de redução necessário.

3.5. Refrigerantes

Esta sessão irá discutir e selecionar o fluido refrigerante a ser usado na máquina

de refrigeração. Para este projeto, que visa usar uma energia alternativa limpa, o

refrigerante deve causar o mínimo impacto ambiental possível.

Muitas inovações nas áreas estão acontecendo, porém muitas delas envolvem

ciclos de refrigeração mais complexos e uso de mais de um compressor. Portanto,

como a máquina só terá capacidade para um compressor, esses refrigerantes foram

excluídos da escolha. Foram selecionados três tipos de refrigerantes baseados em

pesquisa de catálogos de fornecedores.

3.5.1. Compostos Halocarbônicos

Os grupos halocarbônicos incluem refrigerantes que contêm um ou mais dos

seguintes halogênios: cloro, flúor e bromo. As designações numéricas, os nomes

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químicos e as fórmulas químicas de alguns dos membros deste grupo estão na

Tabela 3.6.

O sistema de enumeração no grupo halocarbônico segue o seguinte padrão: o

primeiro dígito da direita é o número de átomos de flúor no composto; o segundo

dígito da direita para a esquerda é o número de átomos de hidrogênio adicionado

de um; o terceiro dígito da direita para a esquerda é o número de átomos de carbono

subtraídos de um e quando ele é zero, é omitido.

TABELA 3-6 COMPOSTOS HALOCARBÔNICOS

designação

numérica Número- Químico

Fórmula

Química

11 tricloromonofluormetano CC3F

12 Diclorodifluormetano CCl2F2

13 Monoclorotrifluormetano CClF3

22 Monoclorodifluormetano CHClF2

40 Cloreto de Metila CH3Cl

113 Triclorotrifluoretano CCl2FCCLF2

114 Diclorotetrafluoretano CClF2CClF2

FONTE JONES & STOECKER (1999)

3.5.2. Compostos Inorgânicos

Muitos dos primeiros refrigerantes eram compostos inorgânicos e alguns deles

mantiveram sua proeminência até hoje. Estes compostos estão ilustrados na Tabela

3.7

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TABELA 3-7 COMPOSTOS INORGÂNICOS

designação

numérica Número- Químico

Fórmula

Química

717 Amônia NH3

718 Água H2O

729 Ar

744 Dióxido de Carbono CO2

764 Dióxido de Enxofre SO2

FONTE JONES & STOECKER (1999)

3.5.3. Hidrocarbonetos

Muitos hidrocarbonetos são adequados como refrigerantes especialmente para

operar em indústrias do petróleo. Muitos desses refrigerantes estão listados na

Tabela 3.8

TABELA 3-8 HIDROCARBONETOS

designação

numérica Número- Químico

Fórmula

Química

50 Metano CH4

170 Etano C2H6

290 Propano C3H8

FONTE JONES & STOECKER (1999)

3.5.4. Azentropos

Uma mistura azentrópica de duas substâncias é aquela que não pode ser

separada em seus componentes por destilação. Um azeotropo evapora e condensa

como uma substância simples com propriedades diferentes das de cada um de seus

constituintes. O azeotropo mais popular é o refrigerante 502, que é uma mistura de

48,8% de refrigerante 22 e 51,2% de refrigerante 115.

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35

3.5.5. Fator de Aquecimento Global

A degradação da camada de ozônio, bem como o efeito estufa, devido a elevada

emissão de fluidos refrigerantes na atmosfera, tem liderado as drásticas mudanças

na tecnologia de refrigeração e climatização desde o início dos anos 1990. Isso é

especialmente verdade para a área de refrigeração comercial e plantas de A/C com

seu vasto alcance de aplicação.

Por outro lado, o maior contribuinte para o aquecimento global de uma planta de

refrigeração é a emissão indireta de dióxido de carbono causado pela geração de

energia. A média de emissão de CO2 na Europa é por volta de 0.6 kg por kWh de

energia elétrica gerada (Miranda, 2012), baseada nas altas porcentagens de

combustíveis fósseis utilizadas nas usinas europeias causando, assim,

consequências ao efeito estufa ao longo da vida das usinas.

Grandes esforços estão sendo tomados em escala mundial para reduzir as

emissões que acarretam no efeito estufa, e regulamentações legais já foram

desenvolvidas. Desde 2007, a ‘‘Regulamentação em certos gases que causam

efeito estufa fluoretados’’ (NO. 842/2006) – que define também exigências rigorosas

para sistemas de refrigeração e ar-condicionado – tornou-se válido para União

Europeia. A regulamentação está sobre revisão.

3.5.6. Camada de ozônio

A camada de ozônio ou ozonosfera é uma camada de gás que envolve a Terra

na estratosfera. O ozônio é uma variedade alotrópica do oxigênio, porém formado

por três átomos. O ozônio troposférico contribui para o aquecimento global enquanto

o estratosférico tem função de proteger a Terra ao filtrar raios ultravioletas tipo B

(UV-B) originais da radiação solar.

Na parte mais alta da estratosfera, o oxigênio diatômico (O2) reage com a

radiação ultravioleta tipo c (UV-C) tendo como produto 2 átomos de oxigênio (O)

que se unem com sua forma diatômica encontrada mais abaixo na mesma camada,

formando o ozônio (O3). O ozônio reage com a radiação UV-B desassociando em 1

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átomo de oxigênio e 1 oxigênio diatômico resultando num ciclo de controle natural

e equilibrado de produção de ozônio. A figura 3.8 ilustra esse ciclo.

FIGURA 3-8 CICLO DE CHAPMAN

FONTE HARVEY (1999)

Quando CFC’s e HCFC’s chegam na estratosfera sofrem fotólise com a ação da

radiação UV e liberam radicais livres, átomos de cloro (Cl), que reagem com o

ozônio, desassociando-o e produzindo uma molécula de oxigênio diatômico e uma

de oxido de cloro (ClO). Um radical livre de cloro tem potencial para destruir 100 mil

moléculas de ozônio e desbalancear o ciclo natural de ozônio causando o chamado

buraco na camada de ozônio.

3.6. Escolha do Fluido

A seleção do fluido será dada por dois fatores: destruição da camada de ozônio

e o potencial de aquecimento global. Para fins comparativos, foi montada a tabela

3.9 que coloca em valores os dois fatores. Os fluidos são: R-134A, R-410A, R-407C

e R-22.

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TABELA 3-9 ESCOLHA DO REFRIGERANTE

Refrigerante R-134A R-410A R-407C R-22

Destruição da Camada

de Ozônio (ODP) 0 0 0 0,05

Potencial de

Aquecimento Global

(GWP)

1300 1725 1525 1810

O índice o ODP se remete ao potencial de destruição da camada de ozônio em

comparação ao fluido R-11. O valor de 0,05 representa 5% e comparação ao R-11.

Já o GWP é um valor comparativo referente ao CO2. Foi atribuído o valor de 1 para

o CO2, e os outros fluidos possuem um índice que é múltiplo do índice do CO2.

Em relação a destruição da camada de ozônio os refrigerantes R-134A, R-410A

e R-407C não são atuantes, ao contrário do R-22. Já em relação ao potencial de

aquecimento global, o R-134A é o fluido com menor índice. Portanto, o fluido

escolhido foi o R-134A.

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3.7. Ciclos de Refrigeração

Nesta seção serão analisados dois diferentes ciclos de refrigeração para o R-

134A com o auxílio do programa CoolPack versão 1.50. O ciclo será composto por

apenas um compressor, visto que, devido ao projeto realizado, o compressor será

conectado ao um gerado por um eixo mecânico.

Utilizado um coeficiente de eficiência (COP) de 2 para que o projeto tenha uma

margem de segurança. Portanto, o calor retirado será da ordem de 60 kW.

O refrigerante R-134A, possui a seguinte curva pressão versus entropia (pxh)

como mostrado na Figura 3.9:

FIGURA 3-9 DIAGRAMA PXH

FONTE NIST CHEMISTRY WEBBOOK (2017)

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3.8. Ciclo 1

FIGURA 3–10 CICLO 1

FONTE - SOFTWARE COOPACK

Segundo a Figura 3-11, o R134A, no ponto 1, está superaquecido de 5 K. O

refrigerante é comprimido (ponto 2) até 66,6 °C, seguindo para o ponto 3 com a

mesma temperatura e com uma pequena redução de pressão devido às perdas de

cargas da tubulação. O refrigerante é condensado e sub resfriado de 2 K até a

temperatura de 43 °C nos pontos 4 e 5. O refrigerante irá passar por uma válvula

de expansão e chegar no ponto 6 com uma temperatura de -5°C. Finalmente o

refrigerante irá passar pelo evaporador até chegar no ponto 7 e depois será

superaquecido de 5 K para retomar ao ponto 1.

A Tabela 3.10 mostra os valores de cada ponto e o estado de cada ponto

enquanto a Figura.3.11 mostra os pontos no diagrama P x h.

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TABELA 3-10 PONTOS DO CICLO

Temperatura

(°C)

P

(kPa) h (kJ/kg)

1 1 238,9 249

2 70 1175,1 297,4

3 70 1160 2977

4 43 1160 109,6

5 43 1160 109,6

6 -5 243,4 109,6

7 0 243,4 248,1

8 1 238,2 249,2

FIGURA 3-11 DIAGRAMA CICLO 1

FONTE: SOFTWARE COOPACK

Como sabe-se a potência e os pontos, pode-se calcular a quantidade de

calor trocada. É necessário, primeiramente, calcular a vazão mássica do sistema.

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Para isso, será usada a potência do compressor já estipulada anteriormente de 26

kW. Sabendo que, pela primeira lei Termodinâmica e usando a teoria de uma

compressão isentrópica adiabática, tem-se a equação 3.11:

𝑊𝑐𝑜𝑚𝑟𝑝𝑒𝑠𝑠𝑜𝑟 = ��(ℎ2 − ℎ1) (3.11)

�� = 𝑊𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑒𝑠𝑜𝑟

ℎ2 − ℎ1

�� =26

297,4 − 249

�� = 0,537 kg/s

Assim, tem-se que a vazão mássica do sistema é de 0,537 kg/s. Para calcular

a carga térmica no evaporador, pela primeira lei da Termodinâmica e considerando

uma troca sem trabalho, tem-se a equação 3.12:

𝑄𝐿 = ��(ℎ7 − ℎ6) (3.12)

𝑄𝐿 = 0,537(248,1 − 109,6)

𝑄𝐿 = 74,37 𝑘𝑊

Portanto, agora se pode calcular o COP do sistema através da equação 3.13:

𝐶𝑂𝑃 =

𝑄𝐿

𝑊𝑐𝑜𝑚𝑟𝑝𝑒𝑠𝑠𝑜𝑟

(3.13)

𝐶𝑂𝑃 = 74,96

26

𝐶𝑂𝑃 = 2,86

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3.9. Ciclo 2

FIGURA 3-12 CICLO 2

FONTE: SOFTWARE COOPACK

Conforme a Figura 3.12, o R134A, no ponto 1, está superaquecido de 1 K. O

refrigerante é comprimido (ponto 2) até 72,6 °C, seguindo para o ponto 3 com a

mesma temperatura e com uma pequena redução de pressão devido às perdas de

cargas da tubulação. O refrigerante é condensado e sub resfriado de 2 K até a

temperatura de 44 °C nos pontos 4. O refrigerante irá passar por uma válvula de

expansão e chegar no ponto 5 com uma temperatura de -10C. Há uma separação

agora em um recipiente aonde o líquido desce sob efeito da gravida e o gás sobe e

para linha de sucção do compressor. O liquido vai para o evaporador e depois volta

par o recipiente separador de gás líquido.

A tabela 3.11 mostra os valores de cada ponto e o diagrama P x h (Figura

3.13) mostra o estado de cada ponto.

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TABELA 3-11 PONTOS DO CICLO 2

Temperatura

(°C)

P

(kPa)

h

(kJ/kg)

1 6 343,8 241,8

2 76,4 1175,1 304,4

3 76,4 1160 304,4

4 44 1160 111,1

5 5 349,8 111,1

6 5 349,8 55,8

7 5 349,8 210,7

8 5 349,8 249,4

FIGURA 3-13 DIAGRAMA CICLO 2

FONTE: SOFTWARE COOPACK

De modo análogo ao ciclo 1, pode-se calcular a vazão mássica, a carga

térmica no evaporador e COP do ciclo pelas equações 3.11, 3.12.

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𝑊𝑐𝑜𝑚𝑟𝑝𝑒𝑠𝑠𝑜𝑟 = ��(ℎ2 − ℎ1)

�� = 𝑊𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑒𝑠𝑜𝑟

ℎ2 − ℎ1

�� =26

304,4 − 241,8

�� = 0,415 kg/s

𝑄𝐿 = ��(ℎ8 − ℎ6)

𝑄𝐿 = 0,415(249,4 − 55,8)

𝑄𝐿 = 80,3 𝑘𝑊

Portanto, agora se pode calcular o COP do sistema (Equação 3.13):

𝐶𝑂𝑃 = 𝑄𝐿

𝑊𝑐𝑜𝑚𝑟𝑝𝑒𝑠𝑠𝑜𝑟

𝐶𝑂𝑃 = 80,3

26

𝐶𝑂𝑃 = 3,09

3.10. Escolha do Ciclo

O ciclo escolhido foi o segundo por apresentar o COP maior.

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45

3.11. Seleção de Equipamentos

3.11.1. Evaporadores

No ciclo escolhido, há um evaporador no circuito do R134a e para escolher

o equipamento, será consultado os catálogos comercias da empresa Mipal, Destes

catálogos, foi retirado a Tabela 3.12 abaixo que ajudará a selecionar o modelo do

evaporador mais adequado.

Nota-se que essa tabela é válida para diferença de temperatura de 6 K. Esta

temperatura, normalmente, é a diferença entre o ar que entra no evaporador e a

temperatura de evaporação do refrigerante, porém, neste caso, será utilizado o

método da diferença média logarítmica (LMTD) (Figura 3.14), que é uma média

logarítmica das diferenças de temperatura que as correntes quente e fria estão em

cada extremidade do trocador de calor.

FONTE MIPAL (2017)

TABELA 3.12 CATÁLOGO DE EVAPORADOR

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FIGURA3-14– DIFERENÇA LOGARÍTMICA

FONTE FESM

Para o cálculo da diferença média logarítmica (LMTD), será estipulado que a

temperatura de entrada e de saída no evaporador serão, respectivamente, 20 e 11

°C e que as temperaturas do R134a no evaporador são iguais a 5 °C. A fórmula

para encontrar a LMTD é dada pela equação 3.14:

𝐿𝑀𝑇𝐷 =

𝐷𝑇1 − 𝐷𝑇2

ln (𝐷𝑇1𝐷𝑇2)

(3.14)

Sendo:

𝐷𝑇1 = 15

𝐷𝑇2 = 6

𝐿𝑀𝑇𝐷 = 7,89

O resultado é ligeiramente superior ao recomendado no catálogo. Neste

caso, será escolhido um evaporador com capacidade um pouco maior que a carga

térmica para compensar a pequena diferença de temperatura.

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47

A temperatura de evaporação do R134a no evaporador é de 5 °C e a carga

exigida é de 80,3 kW. Para este projeto serão necessários 3 evaporadores Hd265

no qual cada um tem capacidade de 31,052 kW.

3.12. Válvulas de Expansão

Para a seleção da válvula de expansão será utilizado a Tabela 3.13 do Guia

de Seleção de Válvulas Reguladoras da fabricante Value. A seguir, segue a tabela

do fabricante:

TABELA 3-13 VÁLVULAS

FONTE CATÁLOGO VALUE (2014)

Como a capacidade frigorífera é de 80,6 kW o que equivale a 22,91 TR e a

temperatura de evaporação é 5 °C, a válvula escolhida foi a CRO-4 com ajuste de

40.

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48

3.13. Trocadores de Calor

Os dados dessa sessão se referem a estudo de caso de aquecimento de água

que será explicado no capítulo 7.

Para a escolha do trocador de calor, foi utilizado um software gratuito de seleção

do fornecedor SWEP. Na figura 3.15, os dados de entrada do software estão

explícitos

FIGURA 3.15 TELA DE IMPUT NO SOFTWARE SWEP

O software retornou o trocador de calor ilustrado na Figura 3.16:

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49

FIGURA 3-16 TROCADOR DE CALOR

FONTE SIMULAÇÃO NO SOFTWARE SWEP

3.14. Compressor

Para selecionar o compressor, será utilizado o software da Bitzer. Neste

software, serão dados os seguintes dados: o refrigerante, a capacidade frigorífera,

a temperatura de evaporação, a temperatura de condensação, o sub resfriamento

do líquido, o superaquecimento do gás, a frequência de alimentação e a tensão de

alimentação.

Para o projeto, será escolhido um compressor do tipo semi-hemético

alternativo. A Bitzer oferece em torno de 60 modelos diferentes de compressor semi-

herméticos alternativos para R134a. O modelo selecionado para o compressor com

capacidade frigorífera de 75,2 kW e consumindo 20,4 kW foi o 6GE-34Y-40P. Na

Figura 3.17 é possível ver alguns dados fornecidos como potência consumida, faixa

de tensão. O gráfico mostra as limitações de uso dependendo das temperaturas de

evaporação e condensação.

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50

FIGURA 3-17 COMPRESSOR

FONTE SOFTWARE BITZER

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51

4. Estudo de caso

4.1. Climatização

Nesta seção será feito um estudo de caso de refrigeração para camarotes

numa plataforma offshore localizada no Ceará, visto que trabalhos anteriores para

o modelo PPE/Coppe escolheram a mesma localidade. Será estimada a carga

térmica do local assim como será produzida uma carta psicométrica para

visualização das temperaturas e umidade respectiva para cada ponto.

A plataforma, ilustrada pelas figuras 4.1, 4.2 e 4.3, foi dividida da seguinte

maneira:

Módulo” B” – 1° Deck – A= 214,5 m² – 10 camarotes

Módulo” B” – 2° Deck – A= 214,5 m² – 10 camarotes

Módulo “B” – 3° Deck – A= 214,5 m² – 10 camarotes

Módulo “A” – 1° Deck – A= 195 m² – 4 camarotes

Módulo “A” – 2° Deck – A= 195 m² – 7 camarotes

Módulo “A” – 3° Deck – A= 195 m² – 7 camarotes

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52

FIGURA 4–1 - VISTA FRONTAL

FONTE MIRANDA (2007)

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53

FIGURA 4–2 VISTA LATERAL

FONTE MIRANDA (2007)

FIGURA 4–3 VISTA LATERAL

FONTE MIRANDA (2007)

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54

Para se calcular a carga térmica serão precisos alguns dados sobre o

escritório, todos estes dados foram escolhidos de forma a serem coerentes segundo

a norma para escritório de média densidade situado no estado do Ceará.

De acordo com a norma ABNT NBR 16401-1 em apenas 2% do total de horas

no ano as temperaturas de bulbo seco e bulbo úmido ultrapassam os valores de

32,2 °C e 26,7 °C respectivamente, logo estas serão as temperaturas utilizadas para

definirmos o estado do ar exterior ao escritório.

Utilizando uma ferramenta contida no software ASHRAE Thermal Confort

Tool (2013) foi achado um estado para o ar no supermercado onde seria confortável

para uma média aceitável de pessoas, este estado é de 23 °C de temperatura de

bulbo seco e 50% de umidade relativa.

4.1.1. Cálculo da carga térmica

4.1.1.1. Transmissão de calor

Para facilitar os cálculos, foi considerado um camarote quadrado com 21,5

m² com altura de 2,6 m.

As paredes e o teto foram definidos segundo a configuração da Figura 4.4,

retirada do catálogo do Inmetro de propriedades térmicas de paredes, coberturas e

vidro. A parede foi definida com uma transmissibilidade de 2,66 W/m²K e as

seguintes especificações:

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55

FIGURA 4–4 TRANSMISSIBILIDADE DA PAREDE

FONTE INMETRO (2013)

O teto foi definido foi definido com uma transmissibilidade de 1,75 W/m²K e

com as especificações constantes na Figura 4.5:

FIGURA 4–5 TRANSMISSIBILIDADE DO TETO

FONTE INMETRO (2013)

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56

A transmissão de calor será resolvida pela equação 4.1:

��1 = 𝐴. 𝑈. 𝛥𝑇 (4.1)

onde A é a área das paredes ou do teto, U é a transmitância térmica das paredes

ou do teto em e ∆T e a diferença de temperatura entre o ambiente dentro do

escritório o exterior. Sabendo que ΔT é igual a 9,2 °C tem-se a equação 4.2:

��1 = 4. 𝐿. 𝐻. 𝑈𝑝𝑎𝑟𝑒𝑑𝑒 . 𝛥𝑇 + 𝐿. 𝐶. 𝑈𝑡𝑒𝑡𝑜. 𝛥𝑇 (4.2)

��1 = 1528 𝑊

4.1.1.2. Ocupação A ocupação máxima para camarote é de 4 pessoas e segundo a norma ABNT

NBR 16401-3 (2008) uma pessoa liberará 130 W, sendo destes 70 W de calor

sensível e 60 W de calor latente. Calculando o calor sensível e latente

separadamente, tem-se:

��2𝑠 = 280 𝑊

��2𝐿 = 240 𝑊

4.1.1.3. Infiltração A norma NBR 16401 (2008) dita algumas vazões para certos casos de

infiltrações. Considerando uma janela comum e uma porta bem ajustada, o valor da

vazão de infiltração foi de 25,5 m³/h. A carga térmica será calculada a partir das

equações 7.3 e 7.4 divididas na parte sensível e a latente:

��3𝑠 = ��. 𝜌. 𝑐. 𝛥𝑇 (4.3)

��3𝐿 = ��. 𝜌. 𝐿. 𝛥𝑤 (4.4)

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57

onde, ��3𝑠 é a parte sensível da carga térmica de infiltração e ��3𝐿 é a parte latente,

�� é o fluxo volumétrico, ρ é a densidade do ar, c é o calor específico, ∆T é a diferença

de temperatura, L é o calor latente e ∆w é a diferença da umidade absoluta. Sabe-

se que o fluxo volumétrico será 0,1 m3/s, o calor específico do ar será considerado

1000 J/kg °C, o calor latente da água é de 2454 kJ/kg e a diferença de temperatura

é 9,2 °C e a densidade do ar é 1,2 kg/m3. Para achar o resto dos dados utilizaremos

o software gratuito da Carrier que oferece acesso aos dados da carta psicrométrica,

com isso sabe-se sua umidade absoluta no estado que se encontra no exterior do

camarote será 20 g/kg. Enquanto no estado psicrométrico no interior do escritório

sua umidade absoluta será 8,8 g/kg. Assim temos todos os dados para calcular os

ganhos de calor por infiltração que serão:

��3𝑠 = 78 𝑊

��3𝐿 = 233 𝑊

4.1.1.4. Iluminação Ainda seguindo a norma ABNT NBR 16401-1 (2008) a dissipação de calor

pela iluminação em um escritório com lâmpadas fluorescentes será 16 W/m2.

Portando o total será de:

��4𝑠 = 630 𝑊

4.1.1.5. Equipamentos

Conforme a norma ABNT NBR 16401-1 (2008) para um escritório de leve

densidade, os equipamentos de um escritório de média densidade emitem 5,4 W/m²

de calor. Portanto:

��5𝑠 = 26,4 𝑊

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58

4.1.2. RSHF

Até agora já foi definido o estado do ar externo e do ar interno, nesta sessão

será definido o estado psicrométrico do ar depois de passar pelo sistema de

condicionamento de ar. A partir de agora será dado o nome para o ar externo de

OA (outside air), o ar no interior do supermercado de RA (room air) e o ar após o

sistema de condicionamento de SA (supply air). O SA é o estado que o ar precisa

estar para suportar as cargas térmicas do regime de alta deixando o RA no estado

que foi predeterminado como o estado de conforto. Para definir o estado de SA

usaremos o conceito de RSHF, ou Fator de Calor Sensível Local, e o software da

Carrier chamado CARRIER HDPsyChart (2011), que permite usar a carta

psicrométrica com mais precisão. O RSHF nada mais é do que a razão da carga

térmica sensível sobre a carga térmica total conforme a equação 4.5. Na Tabela 4.1

todas as cargas somadas.

TABELA 4-1 - CARGAS TÉRMICAS (W)

sensível latente Total

Transmissão

de calor 1527 0 1527

Ocupação 280 240 520

Iluminação 630 0 630

Equipamentos 26,4 0 26,4

Infiltração 78 234 312

Total 2542 474 3016

𝑅𝑆𝐻𝐹 =

𝑆𝑒𝑛𝑠í𝑣𝑒𝑙

𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙= 0,843

(4.5)

4.1.3. Cálculo de Vazão de Ar externo

De acordo com a norma NBR 16401-3 o cálculo da vazão do ar externo, ou

seja, o ��𝑜𝑎 , será calculado pela soma de dois termos. O primeiro relacionado à

quantidade de pessoas presente no ambiente e o segundo relacionado à área do

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59

ambiente. A Tabela 4.2 retirada da norma dará os dados para resolver as equações

4.6 e 4.7:

𝑉𝑒𝑓 = 𝑃𝑧 . 𝐹𝑝 + 𝐴𝑧. 𝐹𝑎 (4.6)

𝑣𝑜𝑎 = 𝑉𝑒𝑓/𝐸𝑧 (4.7)

TABELA 4-2 NÍVEIS DE VAZÃO DE AR

FONTE ABNT 16401 (2008)

O nível 1 representa o nível mínimo de vazão de ar exterior e o nível 3

representa a vazão para ventilação que segundo estudos existem evidências de

redução de reclamações e manifestações alérgicas.

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60

TABELA 4-3 CONFIGURAÇÃO DA DISTRIBUIÇÃO DE AR

FONTE ABNT 16401 (2008)

Considerando o nível 3 e uma insuflação de ar frio pelo forro igual a 1 de um

dormitório coletivo para 4 pessoas e 21,4 m², encontra-se o valor de vazão de ar

externo igual a 0,0259 m³/s. Sabendo a densidade do ar exterior, a vazão mássica

de ar externo é:

Usando a densidade do ar externo

��𝑜𝑎 = 0,029𝑘𝑔

𝑠

Com os dados já calculados, foi utilizada uma tabela em Excel para calcular

todos os pontos na carta psicométrica. Os pontos estão na tabela 4.4

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61

TABELA 4-4 PONTOS DO CONDICIONAMENTO DE AR

M ponto

(kg/s) T (°C) h (kJ/kg)

RA 0,171 23 45,453

O A 0,043 32,2 83,649

MA 0,214 24,7 52,56

S A 0,214 11,2 30,89

Esses pontos representam o estado do ar em cada etapa do

condicionamento, ilustrado na figura 4.6 abaixo.

FIGURA 4–6 - CONDICIONAMENTO DE AR – FONTE RAMOS (2014)

Colocando os pontos na carta psicrométrica (Figura 4.7) no qual é possível

ver o estado de cada ponto e tirar outras informações termodinâmicas úteis.

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FIGURA 4–7 – CARTA PSICROMÉTRICA

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Para calcular a potência frigorífera necessária, é necessário usar os pontos antes e

depois pelo condicionamento. Assim a carga total será, segundo a equação 4.8:

�� = ��(ℎ𝑚𝑎 − ℎ𝑠𝑎) (4.8)

�� = 4,20 𝑘𝑊

Portanto para chegar ao total da plataforma, apenas multiplica-se a potência

frigorífera de 1 camarote por 48.

��𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 201,6 𝑘𝑊

Com a capacidade frigorífera do compressor selecionado no capítulo 3, para

refrigerar completamente os camarotes seriam necessários 3 flutuadores.

4.2. Aquecimento de água

Outa possibilidade de uso da máquina é usar o fluido quente que sai do

compressor para aquecer água. Em plataformas a água do chuveiro normalmente

é aquecida por chuveiros elétricos que utilizam geradores a diesel. Portanto, essa

utilidade da máquina pode diminuir o uso de combustíveis fosseis na plataforma.

Fazendo uma suposição que um banho consuma 9 litros por minuto, o total

necessário de água por dia para toda a plataforma seria de 17280 litros,

considerando que 192 pessoas estão presentes. Outra suposição é que a água está

a 23 oC e que será aquecida até 37 oC.

Portanto, com esses dados foi montada a Tabela 4.5 abaixo:

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TABELA 4-5 PROPRIEDADES TERMODINÂMICAS

R 134A Água

temperatura de entrada

(ºC) 76,4 23

Temperatura de saída (ºC) 44 37

T médio 60,2 30

T médio (K) 333,2 303

cp (kJ/kgK) 1,627 4,179

k (W/mK) 1,292 613000

µ (Ns/m²) 67500 855000000

Pr 3,1 5,83

A taxa de transferência de calor pode ser obtida em um balaço de energia

global do fluido quente através da equação 4.9:

𝑞 = ��𝑐𝑝𝛥𝑇 (4.9)

No capítulo 3 foi calcula a taxa de transferência de calor necessário para

transformar o fluido refrigerante de gasoso para liquido. Esse valor é igual a:

𝑄ℎ = 106,3 𝑘𝑊

Portanto:

114090 = �� ∗ 4179 ∗ 14

�� = 1,81 𝑘𝑔/𝑠

Agora é necessário projetar um trocador de calor que seja possível construir.

Para tal, foram definidos os diâmetros internos e externos dos tubos.

𝐷𝑖 = 25 𝑚𝑚

𝐷𝑒 = 45 𝑚𝑚

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Falta calcular o comprimento do trocador de calor que pode ser calculado

através da seguinte equação 4.10:

𝑞 = 𝑈𝐴𝛥𝑇𝑙𝑚𝑡 (4.10)

No qual:

𝑞 é o calor [W]

𝑈 é o coeficiente global de transferência de calor [ 𝑊 𝑚⁄ 2𝐾 ]

A é a área

𝛥𝑇𝑙𝑚𝑡 é a diferença média logarítmica

Onde a equação 4.11 demostra o valor da área e 4.2 da diferença logarítmica:

𝐴 = 𝜋𝐷𝑖𝐿 (4.11)

∆𝑇𝑙𝑚𝑡 =

(𝑇𝑞 𝑒𝑛𝑡 − 𝑇𝑓 𝑠𝑎𝑖) − (𝑇𝑞𝑠𝑎𝑖 − 𝑇𝑓 𝑒𝑛𝑡)

ln (𝑇𝑞 𝑒𝑛𝑡 − 𝑇𝑓 𝑠𝑎𝑖

𝑇𝑞𝑠𝑎𝑖 − 𝑇𝑓𝑒𝑛𝑡)

(4.12)

∆𝑇𝑙𝑚𝑡 = 27,45 ℃

O coeficiente global de transferência de calor é pela equação 4.13:

𝑈 =

1

1ℎ𝑖

+1ℎ𝑒

(4.13)

Para escoamento de água através do tubo a equação 4.14 calcula o número

de Reynolds,

𝑅𝑒𝑑 =

4𝑚𝑓

𝜋𝐷𝑖𝜇= 107816

(4.16)

Onde:

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𝑅𝑒𝑑: Número de Reynolds

𝑚𝑓: vazão mássica do fluido frio [kg/s]

𝜇: viscosidade dinâmica [Ns/m²]

Consequentemente, o escoamento é turbulento e o coeficiente de calor pode

ser calculado através da equação 4.15:

𝑁𝑢𝑑 = 0,023𝑅𝑒𝑑3/4𝑃𝑟0,4 = 555 (4.15)

𝑁𝑢𝑑 é número de Nusselts

Pr é o número de Prandle

No qual o coeficiente de transmissão de calor é dado pela equação 4.16:

ℎ𝑖 = 𝑁𝑢𝑑.

𝑘

𝐷𝑖= 14985 𝑊/𝑚²𝐾

(4.16)

Para o escoamento do refrigerante através da região anular, o diâmetro

hidráulico é Dh = 0,02 e o número de Reynolds é (Equação 4.17):

𝑅𝑒𝑑 =

𝜌𝑢𝑚𝐷ℎ

𝜇= 𝜌

(𝐷𝑒 − 𝐷𝑖)

𝜇𝑥

𝑚𝑞

𝜌𝜋(𝐷𝑒2 − 𝐷𝑖

2)/4

(4.17)

𝑅𝑒𝑑 =4𝑚𝑞

𝜋(𝐷𝑒 − 𝐷𝑖)𝜇= 5,84

O escoamento na região anular é, portanto, laminar. Supondo a temperatura

uniforme ao longo da superfície interna da região anular e a superfície externa

perfeitamente isolada, o coeficiente de transferência de calor na superfície interna

pode ser obtido pela tabela 8.2 do livro Incropera cuja equação 7.19 está abaixo.

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𝑁𝑢𝑡 =

ℎ𝑒𝐷ℎ

𝑘= 5,63

(4.19)

ℎ𝑒 = 19001250 𝑊/𝑚²𝐾

O coeficiente global de transferência de calor por convecção é, portanto:

𝑈 = 1

114958 +

119001250

= 14946 𝑊/𝑚²𝐾

E a partir da equação para a taxa de transferência de calor, tem-se que:

𝐿 = 𝑞

𝑈𝜋𝐷𝑖∆𝑇𝑙𝑚𝑡= 3,35 𝑚

Portando, o trocador tem um comprimento aceitável para caber dentro da casa

de máquinas. Agora, sabendo a vazão mássica é necessário calcular o tempo

para aquecer todos os 17280 L de água através da equação 4.20.

𝑉 = ��𝑡 (4.20)

Onde:

𝑉 é o volume

𝑡 é o tempo

𝑡 = 17280

1,81= 9547 𝑠 = 2 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑒 39 𝑚𝑖𝑛

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5. Conclusão

O presente estudo apresentou a teoria para o desenvolvimento de uma máquina

de refrigeração movida à energia das ondas de maneira a ser mais eficiente

energeticamente quando comparada a uma máquina movida através de

eletricidade. O ganho foi cerca de 3 % de eficiência. Nesse processo foi montada a

interface entre a turbina hidráulica e o compressor, através do projeto de

engrenagens.

Em seguida foi discutido sobre a consequência de usos de refrigerantes no em

relação ao aquecimento global e o buraco na camada de ozônio. Através de dados

quantitativos, foi selecionado o refrigerante R-134A. O R-134A possuir menores

valores para os índices ODP e GWP em relação aos outros refrigerantes

comparados.

Depois foram comparados dois ciclos termodinâmicos para o refrigerante e foi

escolhido o ciclo mais eficiente. O primeiro ciclo obteve um coeficiente de eficácia

igual a 2,86 e o ciclo 2 igual a 3,09. Visando uma abordagem mais prática, foram

utilizados catálogos e softwares que fornecedores disponibilizam gratuitamente

para selecionar os equipamentos adequados para o funcionamento do sistema.

Sabendo a capacidade da máquina, foram feitos dois estudos de casos, um de

climatização e outro de aquecimento de água. Para climatização, os resultados

mostraram que seriam necessárias 3 máquinas para atender toda a carga térmica

numa plataforma localizada no Ceará. Em relação ao aquecimento de água, uma

máquina consegue esquentar 17280 L de água em 2 horas e 39 minutos para o

consumo pessoal durante o banho.

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