Programa de Pós Graduação em Engenharia Mecânica - PPGEM

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Análise de um sistema de resfriamento geotérmico aplicado em climas tropicais
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2024-09-17) Santos, Renato Vinicius dos; Paulino, Tiago de Freitas; Barbieri, Paulo Eduardo Lopes; http://lattes.cnpq.br/9989399943912374; http://lattes.cnpq.br/6949861152810464; http://lattes.cnpq.br/4243974755743134; Paulino, Tiago de Freitas; Barbieri, Paulo Eduardo Lopes; Ferreira, André Guimarães; Duarte, Willian Moreira
A climatização de espaços em regiões tropicais, como no Brasil, demanda um alto consumo de energia elétrica. Além disso, o crescimento populacional, econômico e as mudanças climáticas têm resultado em uma crescente demanda por refrigeração e climatização. Diante desse cenário, soluções que promovam o aumento na eficiência energética de plantas e equipamentos de climatização e refrigeração podem colaborar na redução do consumo de energia elétrica e promover a sustentabilidade ambiental do planeta. Os sistemas de climatização e refrigeração assistidos geotermicamente são mundialmente conhecidos como uma solução eficaz para melhoria na performance dos ciclos de refrigeração/aquecimento, além de ser uma energia confiável, econômica e renovável. Pelas suas vantagens, hoje é utilizada em grande escala em vários países, mas ainda pouco empregada no Brasil. Este trabalho verificou o desempenho energético, exergético, ambiental e financeiro de um sistema de refrigeração de expansão indireta de grande porte com condensador geotérmico, em comparação com o mesmo sistema com condensação convencional (torres de resfriamento evaporativo) para aplicação em climas tropicais. Dados experimentais foram obtidos em uma planta que opera com condensação convencional. Foi simulado por meio da elaboração de um modelo matemático da planta, a operação anual dos dois sistemas para quatro cidades do Brasil, avaliando a viabilidade técnica e financeira do sistema de refrigeração com condensador geotérmico para o Brasil. Foram elaborados os modelos matemáticos para o condensador, compressor, torre de resfriamento e trocador geotérmico. Os resultados para validação dos modelos variaram em até ±20% em comparação com os dados experimentais. A operação com sistema geotérmico se mostrou mais vantajosa em cidades localizadas nas regiões sul e sudeste do Brasil, com uma melhoria obtida de 10% nos valores para a energia consumida pela planta, 10% nos valores para o COP da planta, 13% na eficiência exergética, 5% no TEWI total e 10% para emissão de gases e particulados. Em todas as cidades avaliadas, a operação com sistema geotérmico proporcionou economia financeira. O melhor payback encontrado foi a partir do aproveitamento das fundações da edificação para implementação das estacas trocadoras com valor médio de 5 anos para retorno do investimento aplicado.
Análise do desempenho energético de condicionadores de ar tipo split fixo e inverter em habitações de interesse social
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2022-03-29) Silva, Wesley Cecilio; Oliveira, Raquel Diniz; Lima, Frederico Romagnoli Silveira; http://lattes.cnpq.br/5446350175411464; http://lattes.cnpq.br/0005625273834609; http://lattes.cnpq.br/2001381701028078; Lima, Frederico Romagnoli Silveira; Barbieri, Paulo Eduardo Lopes; Pedrini, Aldomar
O presente trabalho teve por objetivo analisar o desempenho de condicionadores de ar do tipo Split inverter em relação a equipamentos do tipo Split convencional, considerando um cenário hipotético para uma edificação residencial de interesse social (HlS), em clima quente e úmido. Selecionou-se, como referência, uma edificação existente localizada na cidade de Jacarepaguá, Rio de Janeiro. Simulações termo energéticas, utilizando o programa ©EnergyPlus e o aplicativo, ©OpenStudio foram empregadas para a obtenção de resultados, um modelo de referência da edificação real selecionada foi elaborado a partir dos procedimentos estabelecidos no método de simulação do Regulamento técnico da qualidade para o nível de eficiência energética (RTQ-R, 2012). Por meio do método consideraram-se também padrões de uso e ocupação. Como resultado, obteve-se o modelo virtual da edificação e, concomitantemente, foram inseridos dados dos componentes construtivos, do padrão de uso e ocupação, das cargas energéticas do sistema de iluminação artificial, dos equipamentos elétricos, do condicionamento de ar e respectivas curvas de desempenho, conforme disponibilizado por fornecedores, bem como informação sobre a infiltração do ar, conforme disposto na norma NBR 16555-3 (2018). Estimou-se a carga térmica das habitações e, consequentemente, o desempenho energético foi analisado por meio do consumo de energia elétrica mensal e do EER operacional anual simulado desses equipamentos. Por meio da simulação foi possível verificar a diferença no desempenho operacional dos condicionadores comparados além dos fatores que influenciam no consumo de energia, no que diz respeito às condições climáticas. Desta forma, a substituição hipotética de Split fixo por aparelhos Split inverter, possibilitou redução de até 41% no consumo de eletricidade anual, bem como aumento da eficiência energética, por meio do alcance de valores superiores a 30%, comparando às duas categorias de condicionadores. Os resultados obtidos nessa pesquisa ainda retratam que a opção por utilizar condicionadores do tipo inverter reduziriam o consumo operacional consideravelmente, proporcionado uma economia mínima anual de R$ 3.000,00 independente da habitação analisada, tornando-se assim uma escolha atrativa a longo prazo.
Análise termoeconômica de um sistema de refrigeração em cascata que utiliza R744, ejetor e energia solar
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2023-11-24) Mól, Débora Carla Silva; Barbieri, Paulo Eduardo Lopes; Faria, Ralney Nogueira de; http://lattes.cnpq.br/5541018219606187; http://lattes.cnpq.br/9989399943912374; http://lattes.cnpq.br/4103835953260034; Barbieri, Paulo Eduardo Lopes; Faria, Ralney Nogueira de; Paulino, Tiago de Freitas; Oliveira, Raphael Nunes de
Este trabalho analisou de forma ambiental e termoeconômica um Sistema de Refrigeração em Cascata com Ejetores (SRCE), que atua com energia solar e utiliza o R744 nos ciclos de baixa e média temperatura, operando de forma subcrítica, além do R600a, R1233zd(E) e o R141b avaliados no ciclo de alta temperatura. O modelo matemático foi implementado no software Engineering Equation Solver, considerando alguns parâmetros de entrada principais como, temperaturas do espaço de média e baixa temperatura, e valores de eficiência dos ejetores. Com isso, os resultados foram gerados considerando que para cada fluido refrigerante utilizado no ciclo de alta temperatura, os fluxos solares foram variados, assim como a área dos coletores, a temperaturas do gerador e a temperatura ambiente. A partir da simulação, observou-se que em temperaturas do ambiente mais baixas e temperaturas do gerador mais elevadas, o impacto ambiental medido pela parcela indireta do Total Equivalent Warming Impact, bem como o custo foram reduzidos, além dos melhores resultados do coeficiente de desempenho terem sido encontrados, destacando o R1233zd(E). O custo total otimizado apresentou uma redução de 48% por ano para o R1233zd(E) em relação à simulação, com um coeficiente de desempenho igual a 0,44. Portanto, aliando o desempenho termodinâmico, a questão ambiental e os custos, o R1233zd(E) apresentou as melhores características para operar no ciclo de alta temperatura do SRCE.
Estudo teórico de um sistema de ar condicionado central acoplado à usina solar de coletores parabólicos do CEFET-MG
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2022-09-06) Castro, Isabela Corrêa e; Lima, Frederico Romagnoli Silveira; http://lattes.cnpq.br/5446350175411464; http://lattes.cnpq.br/1817556034813134; Lima, Frederico Romagnoli Silveira; Almeida, Antônio Gabriel Souza; Barbieri, Paulo Eduardo Lopes
Diante da crescente demanda energética mundial, torna-se cada vez mais relevante a busca pela substituição de fontes de energia não renováveis pelas renováveis. Entre os setores consumidores de uma economia, o das edificações representa consumo significativo. Embora seja crescente o número de edificações que possuem sistemas de energia solar, ainda existem poucas aplicações diretas desse tipo de energia para alimentar os sistemas de ar condicionado. Soma-se a esse contexto, o fato de que os sistemas de ar condicionado representam a maior parcela de consumo das edificações em geral e por isso torna-se relevante o desenvolvimento de estudos relacionados à utilização de energias renováveis nesses sistemas. Este trabalho teve como objetivo realizar um estudo teórico da usina solar do CEFET-MG, para suprimento de energia térmica para o sistema de ar condicionado central com chiller de absorção para o prédio 20, que apresenta perfil de utilização significativo em termos de consumo energético, visando a proporcionar conforto térmico para a edificação de maneira sustentável. Foi utilizado o software TRNSYS 16 para modelagem de coletores, simulando a usina solar, desenvolvida em parceria com a Companhia Energética de Minas Gerais – CEMIG, por meio de um projeto de pesquisa e desenvolvimento. Foram realizadas também, análises dos ambientes a serem climatizados no prédio 20 para levantamento de cargas térmicas e seleção do sistema de climatização. Por meio da análise dos resultados, verificou-se a eficiência do software escolhido para a modelagem, parametrização dos componentes do sistema, incluindo ajuste de COP de modelos comerciais dos equipamentos selecionados e realização de análises climáticas. Foi possível concluir que a temperatura da água da usina atende ao requerido pelos modelos comerciais de chiller de absorção (em média 70°C). Após o cálculo da demanda energética no período de 1 ano pelo chiller para 2 perfis de utilização propostos, obtiveram-se valores de 73,77GJ e 91,81 GJ. A simulação no software TRNSYS mostrou que os coletores parabólicos são capazes de fornecer 131,49 GJ de energia no mesmo período, ou seja, atendem à demanda de energia total necessária para geração de água gelada para climatização do prédio 20, dando relevância a este trabalho e potencial de contribuição acadêmica e prática.

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Navegando Programa de Pós Graduação em Engenharia Mecânica - PPGEM por Autor "Barbieri, Paulo Eduardo Lopes"

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