Orientador: José Ricardo Figueiredo

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

Resumo: Neste trabalho foi realizado um conjunto de simulações numéricas de diferentes sistemas de bombas de calor em diferentes condições de funcionamento, para atender simultaneamente às demandas do ar condicionado e do consumo de água quente em edifício. Foram consideradas na proposta deste...

Resumo: Neste trabalho foi realizado um conjunto de simulações numéricas de diferentes sistemas de bombas de calor em diferentes condições de funcionamento, para atender simultaneamente às demandas do ar condicionado e do consumo de água quente em edifício. Foram consideradas na proposta deste trabalho duas máquinas independentes, uma bomba de calor responsável pelo aquecimento e um ciclo de refrigeração para resfriamento da água. Além disso, foi investigado a possibilidade de empregar os efeitos de aquecimento e resfriamento de uma única bomba de calor padrão, duas bombas de calor em cascata e um sistema com dois estágios de compressão com separador de gás flash. Para estas alternativas fez-se necessária a complementação da energia térmica através de uma bomba de calor auxiliar para atender a demanda total de água quente e fria e os desempenhos dos sistemas de bombas de calor foram comparados através de uma análise energética. Um programa em ambiente MATLAB® foi desenvolvido e envolveu relações termodinâmicas e de transferência de calor para os sistemas de bombas de calor e sistema de distribuição de água quente e fria para o edifício, a fim de aproximar o funcionamento dos sistemas reais. Utilizaram-se ferramentas como o método de Substituição-Newton-Raphson, para a solução dos problemas em regime permanente, e que também foi utilizado juntamente com o método de Euler para resolução em condições variáveis ao longo de 24 horas. Os resultados confirmaram a viabilidade energética ao utilizar bombas de calor, podendo obter para o efeito de aquecimento de água uma economia de até 72% no consumo de energia elétrica, quando comparado ao chuveiro elétrico. Através dos resultados também foi possível observar que o sistema de bomba de calor com separador de gás flash desempenha sua função de forma mais eficiente, energeticamente, quando comparado ao sistema padrão e em cascata

Abstract: In this work it was realized a set of numerical simulations of different heat pump systems in different operation conditions to meet simultaneously the demands of air conditioning and hot water consumption in a building. It was considered in propose this work two independent machines, a...

Abstract: In this work it was realized a set of numerical simulations of different heat pump systems in different operation conditions to meet simultaneously the demands of air conditioning and hot water consumption in a building. It was considered in propose this work two independent machines, a heat pump responsible for heating and a refrigeration cycle responsible for cooling water. Moreover, it was explored the possibility to employ the both effects, heating and cooling, of a standard heat pump, two heat pumps in cascade and a system with two compression stages with a flash gas separator. For the last alternatives it was necessary complementary thermal energy through an auxiliary heat pump to meet the total demand of hot and cool water. The performance of the heat pump systems was compared through an energetic analysis. A program in MATLAB® was developed involving of thermodynamic and heat transfer relations for the heat pumps and water distribution systems in the building with purpose to approach the real system operation. Moreover, the method Substitution-Newton-Raphson was used to solve the problems in steady state and this method together with Euler method were used to solve in variable conditions throughout 24 hours of the day. The results confirmed the energetic feasibility using heat pump systems. These systems will be able to save up to 72% in energy consumption using heating effect comparing to an electric shower. Furthermore, the system with flash gas separator it works of more way energetically efficient than other systems as a standard and a cascade systems