Modelagem e simulação de uma torre de resfriamento em sistema de ar-condicionado de grande porte
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Tipo
TCC
Data de publicação
2021-06-17
Periódico
Citações (Scopus)
Autores
Santos, Caíque dos
Ng, Felipe Yagi
Ng, Felipe Yagi
Orientador
Gouvêa, Míriam Tvrzská de
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Programa
Resumo
Com o desenvolvimento das grandes cidades nas últimas décadas, ocorreu o aumento do número de edificações de grande porte utilizadas para fins comerciais e administrativos e, em decorrência disso, a necessidade da utilização de sistemas de ar condicionado com menor consumo energético, capazes de atingir as condições do ar para garantir o conforto térmico nas zonas climatizadas. Uma das soluções aplicadas para a garantia do conforto térmico dentro de tais edificações é a utilização de sistemas de ar-condicionado do tipo ar-água, como é o caso do Edifício Moderno e, para tal, utilizam-se chillers a ar ou água, sendo o último mais aplicado em edificações de grande porte e o objeto de estudo deste trabalho. Neste trabalho, utilizou-se um modelo matemático baseado no conceito de efetividade para representar o comportamento térmico de uma torre de resfriamento de circulação forçada, o qual foi integrado ao simulador do Edifício Moderno, em desenvolvimento na Universidade Presbiteriana Mackenzie, com a utilização do ambiente de programação do MATLAB® R2006b e possibilitando a simulação do comportamento estacionário do chiller do sistema de ar condicionado operando com condensador a ar ou a água. A nova versão do simulador permite realizar estudos comparativos da operação, permitindo avaliar qual opção é mais vantajosa e o efeito de distúrbios na operação, como perturbações nas condições ambientais. Por meio da simulação do modelo matemático proposto, foi identificada uma redução de 28,43 % no consumo energético do compressor no ponto nominal de projeto do sistema com a substituição do condensador a ar pelo condensador a água. Embora menos expressiva, observou-se também uma redução no consumo energético na presença de perturbações na demanda térmica da edificação e nas condições ambientais. Perturbações na demanda térmica da edificação foram emuladas por meio de perturbações na temperatura de entrada de água para o chiller.
With the development of large cities in recent decades, there has been an increase in the number of large buildings used for commercial and administrative purposes and, as a result, the need to use air conditioning systems with lower energy consumption, capable of achieving the air conditions to ensure thermal comfort in heated areas. One of the solutions applied to ensure thermal comfort within such buildings is the use of air-water-type air conditioning systems, as is the case in the Modern Building, and for this purpose, air or water chillers are used, being the latter the most applied ones in large buildings and the object of study of this work. In this work, a mathematical model based on the concept of effectiveness was used to represent the thermal behavior of a forced circulation cooling tower, which was integrated to the Edifício Moderno simulator, under development at Universidade Presbiteriana Mackenzie, using the MATLAB® R2006b programming environment and enabling the simulation of the stationary behavior of the air conditioning system chiller operating with air or water condenser. The new version of the simulator makes it possible to carry out comparative studies of the operation, allowing to evaluate which option is more advantageous and the effect of disturbances in the operation, such as disturbances in environmental conditions. Through the simulation of the proposed mathematical model, a reduction of 28,43% in the energy consumption of the compressor at the nominal design point of the system was identified, with the replacement of the air condenser by the water condenser. Although less significant, there was also a reduction in energy consumption in the presence of disturbances in the building's thermal demand and in environmental conditions. Disturbances in the thermal demand of the building were emulated through disturbances in the water inlet temperature to the chiller.
With the development of large cities in recent decades, there has been an increase in the number of large buildings used for commercial and administrative purposes and, as a result, the need to use air conditioning systems with lower energy consumption, capable of achieving the air conditions to ensure thermal comfort in heated areas. One of the solutions applied to ensure thermal comfort within such buildings is the use of air-water-type air conditioning systems, as is the case in the Modern Building, and for this purpose, air or water chillers are used, being the latter the most applied ones in large buildings and the object of study of this work. In this work, a mathematical model based on the concept of effectiveness was used to represent the thermal behavior of a forced circulation cooling tower, which was integrated to the Edifício Moderno simulator, under development at Universidade Presbiteriana Mackenzie, using the MATLAB® R2006b programming environment and enabling the simulation of the stationary behavior of the air conditioning system chiller operating with air or water condenser. The new version of the simulator makes it possible to carry out comparative studies of the operation, allowing to evaluate which option is more advantageous and the effect of disturbances in the operation, such as disturbances in environmental conditions. Through the simulation of the proposed mathematical model, a reduction of 28,43% in the energy consumption of the compressor at the nominal design point of the system was identified, with the replacement of the air condenser by the water condenser. Although less significant, there was also a reduction in energy consumption in the presence of disturbances in the building's thermal demand and in environmental conditions. Disturbances in the thermal demand of the building were emulated through disturbances in the water inlet temperature to the chiller.
Descrição
Palavras-chave
torre de resfriamento , Chiller , sistemas de ar condicionado ar –água , simulação , cooling tower , air-water conditioning systems , simulation