Desenvolvimento de um chiller usando como fonte de calor a energia solar

Abstract

A presente dissertação descreve o estudo sobre o desenvolvimento de um sistema de refrigeração de baixa potência, com a particularidade de poder também produzir energia elétrica, através do aproveitamento da energia solar. O estudo foi proposto pela empresa MFactor3 com objetivo de aferir a possibilidade de construção e comercialização do equipamento, mediante os resultados obtidos. O equipamento, comummente designado de chiller, funciona segundo o ciclo de absorção de simples efeito e utiliza a mistura de água e amoníaco como fluido de trabalho. Inicialmente será feita uma revisão bibliográfica relativamente à tecnologia de refrigeração por absorção, com referência aos equipamentos existentes e seu princípio de funcionamento. Será também abordado o estado da arte no que diz respeito às formas de aproveitamento da energia solar e respetivos campos de aplicação. Em relação à produção de energia elétrica, será feito um apanhado geral relativamente à legislação que regulamenta as unidades de microprodução para consumo próprio. Posteriormente será caracterizado em detalhe o funcionamento de um chiller de absorção de água e amoníaco, enumerando componentes e suas características principais. Será dado grande ênfase ao ciclo termodinâmico em estudo, e à forma com as pressões de operação, fluido de trabalho e fonte de calor influem no desempenho do equipamento. Outro aspeto relevante será o estudo de qual a melhor alternativa relativamente à colocação de um elemento capaz de produzir energia elétrica no sistema, e de como este pormenor influirá no desempenho global. A componente prática desta dissertação passará pela modelação do equipamento em software Aspen HYSYS, por forma a prever o comportamento do sistema em situação real. Os resultados obtidos serão acompanhados por uma breve análise de custos, comparando o sistema projetado com outros já existentes, por forma a aferir a real mais-valia da construção e comercialização do equipamento.

The present dissertation describes the study on the development of a low power refrigeration system, with the particularity of being able to produce electric energy through the use of solar energy. The study was proposed by the company MFactor3 with the objective of assessing the possibility of construction and commercialization of the equipment, through the results obtained. The equipment, commonly referred to as a chiller, operates according to the single-effect absorption cycle and uses the water-ammonia mixture as the working fluid. Initially a bibliographic review will be made regarding absorption refrigeration technology, with reference to existing equipments and their operating principles. State-of-the-art will also be addressed with regard to the ways in which solar energy is used and its fields of application. In relation to the production of electricity, a general overview will be made regarding the legislation that regulates microproduction units for own consumption. Subsequently, the operation of a water and ammonia absorption chiller will be characterized in detail, enumerating components and their main characteristics. Emphasis will be given to the thermodynamic cycle under study, and to the ways that operating pressures, working fluid and heat source influence the performance of the equipment. Another relevant aspect will be the study of the best alternative to the placement of an element capable of producing electrical energy in the system, and how this detail will influence overall performance. The practical component of this dissertation will be the modeling of the equipment in Aspen HYSYS software, in order to predict the behavior of the system in real situation. The results obtained will be accompanied by a brief cost analysis, comparing the projected system with other already existing ones, in order to gauge the real added value of the construction and commercialization of the equipment.