Modeling, simulation and parametric analysis of a vapor compression refrigeration system powered by photovoltaic solar energy

Orientador: Kamal Abdel Radi IsmailDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: Baseado no grande impacto que o uso de sistemas de refrigeração tem no consumo de energia elétrica da sociedade moderna, estudar maneiras de otimizá-los e, consequentemente, reduzir esse custo energético torna-se de fundamental importância. No presente trabalho, realizou-se o estudo do comportamento em regime permanente de um sistema de refrigeração por compressão de vapor de pequeno porte. Para tal, em um primeiro momento, foi estabelecido um modelo numérico computacional para simular o comportamento do sistema em diferentes condições. A validação do modelo foi conduzida a partir da comparação com dados provenientes da literatura, mostrando boa concordância com os mesmos. Em seguida, foram realizadas uma série de análises dos efeitos causados por variações na área do condensador, na temperatura de entrada e na vazão mássica do fluido de resfriamento no condensador sobre a pressão de condensação, a vazão mássica do fluido refrigerante, a capacidade de refrigeração, o calor rejeitado, a potência utilizada pelo compressor e o Coeficiente de Performance (COP). Os resultados das análises anteriores serviram como base para a determinação de um COP mais alto. Após o processo de otimização foi avaliada a viabilidade econômica de implantação de um gerador fotovoltaico on grid, a partir do estabelecimento do payback. Os dados obtidos mostram que o prazo para o retorno do valor investido seria de 17 anos, o que demonstra que o sistema sobre as condições estabelecidas seria economicamente inviável, gerando ao fim de 25 anos um retorno financeiro de apenas R$ 2.489,49Abstract: Based on the large effect which the use of refrigeration systems has on the consumption of electric energy in modern society, studying ways to optimize them and, consequently, reduce this energy consumption has become of fundamental importance. In the present work, a study of the behavior of a small vapor compression refrigeration system in a permanent regime was carried out. For this, and at first, it was established a numerical computational model in order to simulate the response of the system under different conditions. The validation of the representation was conducted by comparison with data extracted from the literature, showing good agreement with them. Then, it was performed several analyzes of the effects caused by changes in parameters such as the condenser area, the inlet temperature and the mass flow of the cooling fluid in the condenser on the condensing pressure, the mass flow of the refrigerant and the cooling capacity, the rejected heat, the power used by the compressor and the Coefficient of Performance (COP). The results of previous analyzes served as a basis for determining a higher COP. After the optimization process, the economic feasibility of implementing a photovoltaic generator on grid was evaluated, based on the determination of the payback. The data obtained has shown that the time for the return on the invested amount would be 17 years, which demonstrates that the system under the established conditions would be economically unfeasible, generating after 25 years a financial return of only R $ 2,489.49MestradoTérmica e FluídosMestra em Engenharia Mecânica1784770; 1687512CAPE