Desenvolvimento e implementação de kit inteligente para sistemas de refrigeração, aquecimento, ventilação de ar condicionado

Abstract

Resumo: O presente trabalho apresenta uma solução alternativa para a redução do consumo de energia em sistemas de refrigeração, aquecimento, ventilação e ar condicionado (HVAC-R). Para tanto, um sistema de refrigeração comercial típico foi concebido, construído e modificado, recebendo um sistema novo de controle baseado em uma lei potencial, utilizando um inversor de frequência e um controlador lógico programável (CLP). Desta maneira, foi possível comparar a operação e consumo energético do sistema com o novo controle potencial e com o tradicional sistema liga-desliga, quantificando os ganhos obtidos. Para realização deste trabalho foi concebida e construída uma unidade experimental que consiste de uma câmara frigorífica, uma antecâmara e um sistema de refrigeração por compressão de vapor, exemplificando um sistema de refrigeração comercial na prática. Os resultados obtidos neste estudo formam um conjunto de gráficos, que apresentam as medições experimentais realizadas com os dois sistemas. Desta maneira compararam-se as temperaturas medidas em alguns pontos selecionados dos dois sistemas, bem como o consumo em kWh durante um período de 6 horas e 10 minutos nos testes realizados. As principais conclusões desta dissertação são: (a) O sistema operando com controle de lei potencial em malha fechada, em relação ao sistema convencional liga-desliga, apresentou uma economia no consumo de energia de 31% para um período de 6 horas e 10 minutos; (b) A variação de temperatura interna na câmara é muito menor no sistema operando com controle de lei potencial do que no sistema operando com controle liga-desliga; e (c) Vários autores têm encontrado 20% de economia com uso de controle de capacidade.

Abstract: This paper presents an alternative solution for reducing energy consumption in heating, ventilation, air conditioning and refrigeration (HVAC-R) systems. For that, a typical commercial refrigeration system was designed, built and modified, by installing a new control system based on a power law, using a frequency inverter and a programmable logic controller (PLC). Hence it was possible to compare the operation and energy consumption of the system with the new power law control and with the on-off system, quantifying the obtained gains. For this study, an experimental unit was designed and built consisting of a cooling chamber, an enclosing chamber and a vapor compression refrigeration system exemplifying a practical commercial cooling system. The results of this study were a set of graphs which show the experimental measurements performed with the two systems. In this way, the measured temperatures in some selected points of the two systems, as well as the consumption in kWh for a period of 6 hours and 10 minutes were compared in the tests. The main conclusions of this work are: (a) The system operating in closed loop with the power law control with respect to the conventional on-off, system showed a energy consumption savings of up to 31% for a period of 6 hours and 10 minutes; (b) The variation of temperature inside the chamber is much smaller in the system operating with the power law control than with the traditional on-off system; and (c) Several authors have found 20% savings with the use of capacity control.