Orientador: José Ricardo Figueiredo

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

Resumo: Foi elaborado um modelo com simulação computacional de um sistema de refrigeração por adsorção, acionado por rejeito de calor oriundo de processos industriais, no caso, especificamente, proveniente de um protótipo pré-comercial existente de um equipamento gerador de eletricidade por célula...

Resumo: Foi elaborado um modelo com simulação computacional de um sistema de refrigeração por adsorção, acionado por rejeito de calor oriundo de processos industriais, no caso, especificamente, proveniente de um protótipo pré-comercial existente de um equipamento gerador de eletricidade por célula combustível a hidrogênio produzido via reforma de etanol. Inicialmente foi feita uma revisão bibliográfica sobre os mecanismos da adsorção, os modelos com suas variantes e aplicações, em seguida foi apresentada uma discussão sobre ciclos de refrigeração por adsorção e o balanço energético com base na primeira lei da termodinâmica. Com base nas referências bibliográficas, primeiro foi idealizado um equipamento um composto por dois reatores operando fora de fase, evaporador, condensador e válvulas para operação do sistema. Em seguida a este equipamento, foram agregados um recuperador de calor e acessórios na corrente de gases quentes e um reservatório de água gelada. Para todo o conjunto, foi elaborado um modelo matemático para simular numericamente a operação do equipamento, a qual é realizada por meio de rotinas computacionais elaboradas em Matlab®. O modelo em um primeiro momento foi validado com dados experimentais e numéricos obtidos na literatura para condições de operação que se aproximam da proposta do presente trabalho. Em seguida com o sistema completo, foram feitas simulações com dois pares adsorvente/adsorvato distintos, primeiro na forma de resfriamento por batelada e em seguida submetendo o sistema a varias de cargas térmicas contínuas. Os resultados das simulações mostram que cada par adsorvente/adsorvato requer uma faixa de temperatura específica, sendo que dentre os pares estudados, o melhor aproveitamento da energia disponível dá-se com o par Sílica-gel/água

Abstract: This work proposes a computational simulation model of an adsorption cooling system driven by waste heat from industrial processes, in particular from an existent pre-commercial prototype of an integrated ethanol reformer fuel cell system. Firstly, a literature review was carried out on...

Abstract: This work proposes a computational simulation model of an adsorption cooling system driven by waste heat from industrial processes, in particular from an existent pre-commercial prototype of an integrated ethanol reformer fuel cell system. Firstly, a literature review was carried out on adsorption mechanisms, their models and applications. Secondly, adsorption cooling cycles and energy balance from the first law of thermodynamics are discussed. Based on the literature review, an adsorption cooling system was modeled with two adsorbers working out of phase, an evaporator, a condenser and valves. The model was validated vis-à-vis experimental and numerical data from the literature. Subsequently a heat recover for the hot exhaust gases and a cold water reservoir were incorporated. In the model numerical simulations were carried out for two working pairs (silica gel/water and zeolite 13X/water) considering either batch cooling or steady heat load. For the whole equipment set, the mathematical model was numerically simulated on Matlab®. The results show that each working pair requires a specific temperature range for proper operation and the silica-gel/water working pair resulted in the best use of the available waste heat