Análise de um sistema de condicionamento de ar de grande porte operando com reservatório de energia térmica

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dc.contributor.advisorTiago de Freitas Paulino
dc.contributor.advisor-coAndré Guimarães Ferreira
dc.contributor.advisor-coLatteshttp://lattes.cnpq.br/8989660381451385
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/6949861152810464
dc.contributor.authorAraújo, Rodrigo de Carvalho
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/4344888274529309
dc.contributor.refereeTiago de Freitas Paulino
dc.contributor.refereeAndré Guimarães Ferreira
dc.contributor.refereePaulo Eduardo Lopes Barbieri
dc.contributor.refereeThiago Torres Martins Rocha
dc.date.accessioned2026-06-23T13:46:49Z
dc.date.available2026-06-23T13:46:49Z
dc.date.issued2026-03-30
dc.description.abstractA utilização de sistemas de climatização em regiões de clima tropical demanda elevados níveis de consumo de energia elétrica, principalmente em função das altas cargas térmicas ao longo do ano. Paralelamente, o crescimento econômico global e a intensificação das mudanças climáticas têm ampliado significativamente a necessidade de refrigeração e condicionamento de ar em edificações comerciais e industriais. Neste contexto, este trabalho avaliou o desempenho de um sistema de condicionamento de ar com capacidade instalada de 844 kW, operando com e sem armazenamento de energia térmica (TES) baseado em material de mudança de fase (PCM). A análise foi realizada para as condições climáticas das cidades de Belo Horizonte, Brasília e Teresina, por meio de modelagem matemática validada experimentalmente. Os resultados energéticos indicaram que o consumo anual do sistema sem PCM foi de 228,92 MWh em Belo Horizonte, 227,96 MWh em Brasília e 238,09 MWh em Teresina. Com a incorporação do PCM, os consumos passaram para 229,21 MWh, 228,19 MWh e 238,94 MWh, respectivamente, representando acréscimos percentuais de 0,13%, 0,10% e 0,36%. A análise ambiental, baseada no indicador TEWI, apresentou comportamento coerente com o consumo energético, registrando aumentos de 398,69 para 399,07 CO₂ em Belo Horizonte, de 397,39 para 397,71 CO₂ em Brasília e de 410,94 para 412,08 CO₂ em Teresina, correspondendo a variações entre 0,08% e 0,28%. Sob a perspectiva econômica, observou-se economia anual de R$ 5.706,67 em Brasília e R$ 41.394,55 em Teresina, atribuída ao deslocamento da carga térmica para períodos tarifários mais vantajosos. Contudo, os tempos de retorno do investimento foram estimados em 514,35 anos e 71 anos, respectivamente, indicando inviabilidade financeira nas condições avaliadas. Conclui-se que o armazenamento térmico com PCM promoveu deslocamento de carga e redução pontual da potência instantânea, mas não resultou em melhoria do desempenho energético ou ambiental anual, tampouco apresentou viabilidade econômica para os cenários analisados.
dc.description.abstractotherThe use of air conditioning systems in tropical climate regions requires high levels of electricity consumption, mainly due to the elevated thermal loads throughout the year. At the same time, global economic growth and the intensification of climate change have significantly increased the demand for refrigeration and air conditioning in commercial and industrial buildings. In this context, this study evaluated the performance of an air conditioning system with an installed capacity of 844 kW, operating with and without Thermal Energy Storage (TES) based on Phase Change Material (PCM). The analysis was carried out for the climatic conditions of the cities of Belo Horizonte, Brasília, and Teresina, using a mathematically developed model validated through experimental data. The energy results indicated that the annual electricity consumption of the system without PCM was 228.92 MWh in Belo Horizonte, 227.96 MWh in Brasília, and 238.09 MWh in Teresina. With the integration of PCM, the consumption values increased to 229.21 MWh, 228.19 MWh, and 238.94 MWh, respectively, representing percentage increases of 0.13%, 0.10%, and 0.36%. The environmental assessment, based on the TEWI indicator, showed behavior consistent with the energy consumption results, with emissions increasing from 398.69 to 399.07 tCO₂ in Belo Horizonte, from 397.39 to 397.71 tCO₂ in Brasília, and from 410.94 to 412.08 tCO₂ in Teresina, corresponding to variations between 0.08% and 0.28%. From an economic perspective, annual savings of R$ 5,706.67 in Brasília and R$ 41,394.55 in Teresina were observed, attributed to the shifting of thermal load to more favorable tariff periods. However, the payback periods were estimated at 514.35 years and 71 years, respectively, indicating financial infeasibility under the evaluated conditions. It is concluded that PCM-based thermal energy storage enabled load shifting and localized reduction of instantaneous power demand, but did not result in improvements in annual energy or environmental performance, nor did it demonstrate economic feasibility for the analyzed scenarios.
dc.identifier.urihttps://repositorio.cefetmg.br//handle/123456789/2761
dc.language.isopt
dc.publisherCentro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.initialsCEFET-MG
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
dc.subjectAr condicionado - Teses
dc.subjectAr condicionado – Equipamentos e acessórios – Teses
dc.subjectCalor – Armazenamento – Teses
dc.subjectMateriais – Propriedades térmicas – Teses
dc.titleAnálise de um sistema de condicionamento de ar de grande porte operando com reservatório de energia térmica
dc.typeDissertação

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