Dissertação
Análise experimental da eficiência energética de um sistema de refrigeração automatizado utilizando R22 e propileno como fluido refrigerante
Experimental analysis of the energy efficiency of an automated refrigeration system using R22 and propylene as refrigerant
Registro en:
ANTUNES, Arthur Heleno Pontes. Experimental analysis of the energy efficiency of an automated
refrigeration system using R22 and propylene as refrigerant. 2011. 134 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2011.
Autor
Antunes, Arthur Heleno Pontes
Institución
Resumen
This work contributed to the knowledge about the necessity to replace halogenated fluids by
natural refrigerants reducing the damage to the environment. Primarily, it became necessary
to know the operation limits of an experimental facility that could be an air conditioning
system with maximum refrigerating capacity of 15 kW, operating during summer. At the same
time and collectively as the first objective, instrumentation and control strategies were
adopted, allowing extending the focus of this research on another topic, energy savings of air
conditioning systems. The experimental facility has been submitted at three different
configurations: the first one depicted a conventional air conditioning system that, basically,
consists of a reciprocating compressor working at nominal frequency, two concentric tubes
heat exchanger, a thermostatic expansion valve (TEV) and R22 as refrigerant fluid; in the
second case, the compressor speed was controlled by an inverter frequency drive and an
electronic expansion valve replaced the TEV; and finally it was proposed a third system
configuration, exactly to the second one, in which was used R1270 (propylene) as the
working fluid. The results showed that the system operating at frequencies below 60 Hz and
the implementation of a PID controller in the mechanism of expansion enabled the
improvement in the COP of the automated systems compared to the COP of the
conventional system, which used an on-off controller. Consequently, the automation of the
conventional system reduced by 35% the average monthly consumption of electricity. The
replacement of R22 by R1270 (refrigerant with a smaller GWP) increased even more the
values of the COP and reduced the environmental damage, calculated by the total equivalent
warming impact (TEWI). It showed that the automation and the replacement of a traditional
fluid by a hydrocarbon decrease in 77% the damage to the environment for this specific
application. Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Mestre em Engenharia Mecânica Este trabalho contribuiu com o conhecimento acerca da necessidade de substituir os fluidos
halogenados por refrigerantes naturais e assim, reduzir os danos causados ao meioambiente.
Primeiramente, tornou-se necessário conhecer os limites de operação de uma
bancada experimental, a qual representou um sistema de condicionamento de ar com
capacidade frigorífica máxima de 15 kW, operando em condições normais durante o verão.
Paralela e conjuntamente ao objetivo principal, estratégias de instrumentação e controle
foram adotadas, o que possibilitou estender o foco desta pesquisa sobre outro tema,
economia de energia elétrica em sistemas de refrigeração. A bancada experimental foi
submetida a três configurações distintas para a realização dos testes. A primeira delas
retratou um sistema de refrigeração convencional, composto basicamente por um
compressor alternativo operando a freqüência nominal, dois trocadores de calor de tubos
concêntricos, uma válvula de expansão termostática (VET) e o fluido R22 como refrigerante.
Para o segundo caso, a velocidade do compressor foi comandada por um variador de
freqüência e uma válvula de expansão eletrônica substituiu a VET, os outros parâmetros
foram mantidos. A terceira configuração do sistema foi exatamente igual à segunda, porém
utilizou-se R1270 (propileno) com fluido de trabalho. Os resultados mostraram que a
operação do sistema em freqüências inferiores a 60 Hz e a aplicação de um controlador PID
no mecanismo de expansão permitiu o melhoramento no COP dos sistemas automatizados
em comparação ao COP do sistema convencional, que utilizou um controlador liga-desliga.
Consequentemente, a automatização do sistema convencional proporcionou uma redução
de 35% no consumo médio mensal de energia elétrica. A substituição do R22 pelo R1270
(refrigerante com GWP inferior) elevou ainda mais os valores do COP e reduziu os danos
ambientais, calculados com base no impacto total de aquecimento equivalente (TEWI).
Comprovou-se que para esta aplicação específica, a automatização e a substituição do
fluido tradicional por um hidrocarboneto reduzem em 77% os danos ao meio-ambiente.