Orientador: José Ricardo Figueiredo

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica

Resumo: O objetivo do presente trabalho está na otimização econômica de um sistema com bomba de calor utilizado no aquecimento de água para banho em um edifício com reservatório térmico, para armazenamento de água quente. A otimização da bomba de calor envolve relações termodinâmicas, econômicas, de...

Resumo: O objetivo do presente trabalho está na otimização econômica de um sistema com bomba de calor utilizado no aquecimento de água para banho em um edifício com reservatório térmico, para armazenamento de água quente. A otimização da bomba de calor envolve relações termodinâmicas, econômicas, de transferência de calor e mecânica dos fluidos, com o objetivo de obter o menor custo de aquecimento equivalente (CEA) da bomba de calor e do sistema. Dando continuidade a outros trabalhos já realizados na Unicamp, destacam-se neste trabalho a inclusão de perdas de carga na bomba de calor, maiores limites das variáveis não lineares a serem otimizadas, relações de transferência de calor mais realistas e a simulação do reservatório térmico de água, obtendo um volume compatível com a demanda do edifício e a eficiência da bomba de calor, durante sua utilização. No projeto preliminar, é utilizado o método de Substituição - Newton Raphson, obtendo as áreas iniciais de transferência de calor dos trocadores de calor (evaporador e condensador), o coeficiente de desempenho (COP), vazão do fluido refrigerante R- 134a (utilizado na bomba de calor), a potência do compressor, entre outros. No projeto otimizado, os valores obtidos na simulação anterior são considerados como estimativas iniciais no processo de otimização. Nesse processo o algoritmo de otimização escolhido é a Programação Quadrática Sequencial (SQP), disponível na função fmincon do MatLab'MARCA REGISTRADA'. Nas simulações do reservatório térmico, a estimativa de volume foi de 3 a 30 m3, obtendo a variação da temperatura para cada um dos volumes, é avaliado o menor trabalho médio do compressor da bomba de calor, com a variação de cada temperatura do reservatório, para que possa ser escolhido um volume adequado. Na finalização do projeto, são obtidos os melhores valores das áreas de troca de calor do evaporador e condensador, valor mínimo do CEA (função objetivo em questão) e volume do reservatório térmico, conforme condições de perdas de calor do sistema (reservatório e tubulação) e trabalhos de entrada, necessários em seu funcionamento

Abstract: The purpose of this work is the economic optimization of a system with heat pump used to heat water for bathing in a building with a thermal reservoir for hot water storage. Optimization of heat pump involves thermodynamic relations, economics, heat transfer and fluid mechanics, in order...

Abstract: The purpose of this work is the economic optimization of a system with heat pump used to heat water for bathing in a building with a thermal reservoir for hot water storage. Optimization of heat pump involves thermodynamic relations, economics, heat transfer and fluid mechanics, in order to obtain the lowest cost of heating equivalent (CEA) and heat pump system. Continuing to other work already done at Unicamp, stands out in this work to include pressure losses in the heat pump, higher limits of non-linear variables to be optimized, relations of heat transfer and more realistic simulation of the thermal reservoir water obtaining a volume compatible with the demand of the building and the efficiency of the heat pump during its use. In the preliminary design, the method is used Substiution - Newton Raphson, getting the initial areas of heat transfer of heat exchangers (evaporator and condenser), the coefficient of performance (COP), flow of refrigerant R-134a (used in Heat pump), the compressor power, among others. In the optimized design, the values obtained in previous simulation as initial estimates are considered in the optimization process. In this case the optimization algorithm chosen is the Sequential Quadratic Programming (SQP), available in the MatLab'TRADE MARK' function fmincon. In simulations of the thermal reservoir, the estimated volume was 3 to 30 m3, resulting temperature variation for each of the volumes is the lowest rated working medium of the heat pump compressor, with the temperature variation in each reservoir, can be chosen so that a suitable volume. At project completion, the best values are obtained from the areas of heat transfer from the evaporator and condenser, the minimum value of CEA (objective function in question) and the thermal reservoir volume, as conditions of heat losses from the system (tank and piping) and work input required for its operation