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Título: Projeto de um sistema de condicionamento de ar com refrigeração por absorção utilizando energia solar como fonte térmica
Autor(es): Duderstadt, Fernando Silva
Bagnhuk, Ruliano
Orientador(es): Vale, João Luiz do
Palavras-chave: Análise térmica
Aquecimento solar
Energia solar
Thermal analysis
Solar heating
Solar energy
Data do documento: 18-Dez-2014
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Referência: DUDERSTADT, Fernando Silva; BAGNHUK, Ruliano. Projeto de um sistema de condicionamento de ar com refrigeração por absorção utilizando energia solar como fonte térmica. 2014. 192 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2015.
Resumo: Os sistemas de condicionamento de ar com refrigeração por compressão de vapor estão se tornando cada vez mais acessíveis a um maior número de pessoas. Este fato implica em um aumento significativo no consumo de energia elétrica destes equipamentos. Portanto, surge a oportunidade de utilizar fontes alternativas de energia para os processos de climatização. Neste trabalho foi desenvolvido um estudo de caso referente a um projeto de condicionamento de ar com refrigeração por absorção, tendo como fonte térmica a energia solar. O projeto foi desenvolvido seguindo normas específicas, ASHRAE e NBR 16401. Para alcançar este objetivo, primeiramente foi definida a edificação objeto de estudo e posteriormente realizado o cálculo relativo à carga térmica. Em seguida, por meio da carta psicrométrica, foram calculadas as massas de insuflamento a serem distribuídas em cada ambiente, de modo a alcançar o conforto térmico. Para conduzir e insuflar o ar refrigerado nos ambientes foi dimensionado uma rede de dutos, acessórios e ventilador. Paralelamente, para realizar a refrigeração do ar, foi selecionada uma máquina de refrigeração por absorção que utiliza solução binária água-brometo de lítio como fluído de trabalho. Este equipamento é alimentado por um reservatório térmico à temperatura constante, uma vez que toda energia térmica produzida no sistema é oriunda de coletores solares à vácuo. Este sistema realiza a termoacumulação de energia, operando em função da carga térmica e da irradiação solar disponível. Para a interligação de todos os equipamentos, foi projetado um sistema hidráulico que contempla a seleção de bombas e o dimensionamento da tubulação. O memorial de cálculo do projeto é apresentado por meio de uma planilha eletrônica contendo todos os cálculos pertinentes, de modo a ilustrar detalhadamente os procedimentos realizados. O estudo de caso resultou em um projeto de climatização que obteve como resultado um fator solar de 1,23, ou seja, caracterizando um armazenamento de energia durante o dia de projeto. Definiu-se também a densidade de carga térmica por unidade de área útil relativa aos coletores. Este cálculo demonstrou que para cada metro quadrado de coletor é possível gerar 0,20 KW de refrigeração na condição de projeto. Por fim, a viabilidade econômica do projeto foi desenvolvida através do comparativo entre o sistema de refrigeração por absorção e o sistema convencional por compressão de vapor. Realizou-se o levantamento de custos de aquisição e operação dos dois sistemas e verificou-se que, apesar de haver uma diferença no investimento inicial de R$ 115.822,50, este valor é ressarcido por meio da economia de energia elétrica em um período de aproximadamente nove anos e meio.
Abstract: Air conditioning systems by vapor compression refrigeration have becoming increasingly accessible to more people. This fact implies a significant increase in electricity consumption of this equipment. Therefore, there is the opportunity to use alternative sources of energy for air conditioning processes. This work developed a case study related to an air conditioning project-cooled absorption, with the heat source solar energy. The project was developed following specific standards, ASHRAE and NBR 16401. To accomplish this, the building was first defined object of study and subsequently carried out the calculation on the thermal load. Then, using the psychrometric chart, the masses were calculated supply air to be distributed in each environment to achieve thermal comfort. To drive and inflate the air cooled environments has been designed in a network of pipes, accessories and fan. Meanwhile, to perform the air cooling was selected for an absorption refrigerating machine which uses binary solution of water- lithium bromide as working fluid. This equipment is supplied by a heat reservoir at a constant temperature, since any thermal energy generated in the system comes from solar collectors vacuum. This system performs the thermal storage of energy, operating according to the thermal load and the available sunlight. For the interconnection of all equipment, was designed a hydraulic system which includes the selection of pumps and pipe sizing. The project calculation memorial is presented through a spreadsheet containing all relevant calculations in order to illustrate in detail the procedures performed. The case study resulted in an HVAC project that got results in a solar factor of 1.23, featuring energy storage during the project day. It also determined the thermal load density per unit of floor area on collectors. This calculation showed that for every square meter of collector can generate 0.20 kW of cooling in the design condition. Finally, the economic viability of the project was developed through the comparison between the cooling system for absorption and conventional vapor compression system. We carried out the survey acquisition and operating costs of the two systems and found that, although there is a difference in initial investment of R$ 115,822.50, this value is refunded through electricity savings in a period of about nine and a half years.
URI: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/6619
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