17.ago ouro i 14.30_412_cemig-d
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Eficiência Energética
Desenvolvimento de uma Cabeça de Série de Secadora de Roupas a Bomba de Calor
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Motivação – Problema da Secagem de Roupas
Áreas densamente povoadas => falta de espaço para secagem
Secagem natural com uso da energia solar => nem sempreeficiente devido à longos períodos de chuva
Questões estéticas em condomínios
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Uso de secadoras elétricas => conveniente, porém o consumo energético é elevado
Alto custo da energia elétrica
Hotéis e Hospitais => Grande demanda por secagem de roupas
Motivação – Problema da Secagem de Roupas
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Bomba de CalorA
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Dispositivo de Expansão
Compressor
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Bomba de Calor
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• Secadora Elétrica • Secadora a BC
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Bomba de Calor
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VANTAGENS:
Melhor eficiência de secagem => menor consumo por unidade de água evaporada
Melhor controle de secagem de materiais termossensíveis.
Funcionamento ininterrupto.
DESVANTAGENS:
Utilização de fluidos refrigerantes nocivos ao meio ambiente
Manutenção regular.
Possibilidade de vazamento de refrigerante.
Custo inicial mais alto se comparado à secadora elétrica.
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Projeto P&D 325
Projeto P&D 325 - CS DO PROJETO P&D 096 CEMIG D/ANEEL: Desenvolvimento de Secadoras Industrial/residencial de Roupas a Bomba de Calor, de Alta Eficiência
Gerente do Projeto: Matheus de Mendonça Herzog (CEMIG)
Pesquisador: Prof. Dr. Mauri Fortes
Entidade Parceira: CONSCIENTEC Ltda
Duração: 24 Meses
Valor Total: R$ 1.039.688,00
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Projeto P&D 325
Objetivo: Aperfeiçoar, construir e testar experimentalmente três bombas de calor ar-ar, de alta
eficiência e de potências térmicas de saída entre 5 e 20 kW.
Efetuar testes experimentais em uma secadora elétrica residencial e duas industriais, disponíveis no mercado de forma a se obterem benchmarks
Efetuar modificações, de caráter estrutural e de componentes, em secadoras elétricas residenciais e industriais, disponíveis no mercado, de forma a acoplá-las às bombas de calor, para se chegar a equipamentos plausíveis de fabricação em série, com temperaturas de saída e tempos de secagem adequados.
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Projeto P&D 325
Restrições de Desempenho das Bombas de Calor:
As BC deverão apresentar, em temperaturas próximas a 55 ºC, coeficientes de performance (COP) superiores a 3, e COP em torno de 2, em temperaturas de secagem de até 60 ºC.
Utilização de fluido refrigerante com baixo impacto ambiental => R134a
Os equipamentos deverão apresentar Taxa Específica de Extração de Umidade (TEEU) maiores ou iguais que o dobro dos equipamentos tradicionais elétricos, mesmo sob temperaturas de secagem superiores a 60 C.
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Projeto P&D 325
Inovações técnicas em relação aos protótipos do P&D 096: Inclusão de resistores para que as secadoras possam operar em temperaturas mais
elevadas, com redução do tempo de secagem.
Esta modificação requererá a implantação de sistemas associados de controles eletrônicos do compressor e da secadora, como um todo.
Inclusão de sistema de recirculação do ar de saída, para melhoria da eficiência.
Inclusão de um sistema de filtragem simples para redução das felpas.
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Projeto P&D 325
Equipamento dos Testes Experimentais:
Secadora Tensão (V) Peso da roupa centrifugada (kg)
Corrente (A)
Potência Máxima
Tempo de secagem
(min.)Industrial SI-E 220 15 41 9 kW A avaliar
Bomba de Calor
Potência consumida 3,7 kW
Condensador 13,7 kW (aproximadamente)
Evaporador 7 kW (aproximadamente)
Compressor Compressor tipo scroll, com capacidade sugerida de condensador de 10 kW (aprox. 34000 BTU/h) à temperatura de evaporação de 7,2 e de condensação de 60 , 200-230 V, trifásico, 60 Hz.
EER e COP de refrigeração 9,14 e 2,68 às temperaturas de evaporação e condensação de 7,2 e 60 , respectivamente.
Válvula de expansão termostática
AAE2 NC - 75,8% de carregamento
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Projeto P&D 325
Modificações no Equipamento:
Adaptação da BC
Resistências Elétricas
Condensador
Quadro de Instrumentação
Saída de Ar
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Projeto P&D 325
Testes Experimentais: Metodologia
1. Seleção das amostras de roupas que constituem uma carga normal para o equipamento.
4. Molham-se as amostras.
7. Centrifugam-se as amostras. Após vários testes chegou-se ao valor de roupa centrifugada que correspondem a valores de roupa seca próximos aos valores requeridos.
10.Quando a amostra centrifugada ficava com o peso abaixo do estabelecido, acrescentava-se um pouco de água; e, caso o peso ficasse acima do estabelecido, deixava-se a amostra centrifugar por mais tempo.
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Testes Experimentais: Metodologia
• Foi estabelecido o tempo de medição em intervalos de 15 minutos. Quando o tempo do experimento era atingido, retirava-se a amostra rapidamente e a pesagem era realizada.
• Durante os testes eram medidos: energia elétrica, temperatura no interior e saída da secadora, temperatura ambiente, umidade relativa do ambiente e no interior da secadora, velocidade de saída do ar, pressão de evaporação e de condensação.
• O teste termina quando após um período maior que o necessário para se atingir peso de equilíbrio (previamente determinado ao deixar a amostra secando naturalmente em varais por 16 horas após sofrer a secagem na secadora).
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Resultados – Secadora Industrial 10 kW • Secadora Elétrica – S-E
• Secadora a BC – S-BC
Valores Médios Desvio padrão Valores Mínimos Valores MáximosTemperatura ambiente, 26,3 2,8 24,0 30,1
Umidade relativa 56% 5% 48% 61%
Temperatura no interior da secadora, 45,3 6,6 38 55
Temperatura na saída da secadora, 49,2 6,2 43,2 58
Velocidade do ar, m/s 17,6 0,1 17,4 17,7
Peso da roupa no início da secagem, g 17.700 2 17.700 17.705
Potência total, kW 9,0 0,3 8,7 9.4
Valores Médios Desvio padrão Valores Mínimos Valores MáximosTemperatura ambiente, 27,7 2,4 24,6 32,0
Umidade relativa 52% 9% 38% 82%
Temperatura no interior da secadora, 35,5 1,8 31,0 38,2
Temperatura na saída da secadora, 36,7 1,9 30,7 40,8
Velocidade do ar, m/s 15,4 0,6 12,9 16,4
Peso da roupa no início da secagem, g 17.299 433 16.725 17.715
Potência total, kW 2,5 0,2 2,2 3,2
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Resultados – Secadora Industrial 10 kW • Secadora Elétrica • Secadora a BC
Tempo de secagem necessário para atingir RU igual a 0,2 é de 55 min para a S-E e 88 min para a S-BC.
Tempo necessário para secagem na S-BC da amostra foi aproximadamente 1,6 vezes maior que o da S-BC.
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Resultados – Secadora Industrial 10 kW • Secadora Elétrica • Secadora a BC
A TEEU da C-BC é maior para toda faixa de RU.
Para RU = 0,2 o TEEU da S-BC é aproximadamente 1,6 enquanto que o da S-E é 0,9. Assim, a S-BC extrai mais de 60% de água por kWh que a S-E.
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Projeto P&D 325
Conclusões:
A utilização de bombas de calor para secagem de roupas é viável usando compressores disponíveis no mercado nacional.
O COP da secadora foi de aproximadamente 3 para temperatura de condensação igual a 55 ºC.
Os resultados experimentais mostraram que o tempo de secagem com a S-BC é maior que o tempo de secagem da S-E.
A S-BC permite uma economia de energia de cerca de 60% em relação à S-E.
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Projeto P&D 325
Nas próximas etapas do projeto serão realizados teste com a secadora operando no modo misto (BC + Resistência Elétrica) o que poderá reduzir o tempo de secagem.
Uma análise de payback do investimento inicial da modificação de uma secadora elétrica nos mostra que o investimento é recuperado em aproximadamente 15 meses.
• Investimento na Modificação: R$ 6.000,00
• 6 ciclos de secagem por dia
• Preço do kWh: R$ 0,50
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