Investigação experimental de permutadores de calor para aplicação em sistema de recuperação de energia térmica de veículos

Devido às normas ambientais atualmente em vigor que restringem a quantidade de gases poluentes emitidos para a atmosfera pelos automóveis, e também pela cada vez maior consciencialização para os problemas ambientais que o consumo de combustíveis fósseis acarreta, assim como devido ao cada vez mais elevado preço dos mesmos, os construtores automóveis têm como principal objectivo a redução do consumo do combustível e consequente diminuição de emissão de poluentes. Os sistemas de reaproveitamento da energia térmica desperdiçada nos motores de combustão interna (MCI), podem contribuir de forma significativa para o aumento da eficiência de conversão de energia em veículos equipados com MCI. O presente estudo é dedicado ao desenvolvimento de um sistema de recupereração desta energia desperdiçada, recorrendo ao ciclo de Rankine, com ênfase no desenvolvimento da montagem experimental, na avaliação do desempenho de diferentes geometrias de evaporador e no estudo das incertezas experimentais. Tendo em conta as várias restrições de projeto (compacidade, perda de carga e potência recuperada por unidade de volume) o presente trabalho permitiu identificar a geometria do evaporador mais adequada.

Contributos para a certificação energética de edifícios de habitação e de serviços

Na União Europeia, os edifícios de habitação e de serviços apresentam elevados consumo energéticos. Para minimizar estes consumos a Comissão Europeia criou Diretivas, com a consequente transposição para a legislação nacional no âmbito da certificação energética de modo a classificar os edifícios em função do seu desempenho energético. No presente trabalho é realizado o estudo do desempenho energético e da classificação de uma fração destinada a habitação e de uma fração de serviços, tendo presente a análise de uma medida de melhoria baseada na microprodução de energia solar. É referida a evolução legislativa em que se inserem os certificados energéticos, referindo os aspetos a ter em conta na metodologia de cálculo do desempenho energético Faz-se uma descrição sucinta do levantamento e tratamento dos dados de cada imóvel assim como da introdução destes em folhas de cálculo, sendo ainda sugerido medidas de melhoria de modo a obter um melhor desempenho e consequentemente uma classificação superior. O certificado energético destes edifícios permite-nos ter uma classificação da sua prestação energética comparativamente com um edifício “similar” de referência. As medidas de melhoria aplicadas, nomeadamente adoção de um sistema solar térmico termossifão no edifício de habitação e de um sistema fotovoltaico para autoconsumo no edifício de serviços, a médio longo prazo, permitem uma redução de custos da energia. A análise de viabilidade da instalação do sistema fotovoltaico foi executada com recurso ao software Homer Energy. O edifício de habitação obteve uma classificação D e com a aplicação da medida de melhoria obteve uma classificação C, tendo-se obtido uma redução das necessidades anuais de energia primária de 41,8% e de emissões de GEE de 42,9%. O edifício de serviços obteve uma classificação B- e com a medida de melhoria aplicada a classificação manteve-se. No entanto, permite uma redução da fatura energética anual significativa, com uma redução de necessidades de energia primária de 47,8% e de emissão de GEE de 18,6%.

Estudo de um permutador de calor para aplicação em sistemas de recuperação de energia térmica

Grande parte da energia contida no combustível consumido por um motor de combustão interna é desperdiçada sob forma de calor, através do sistema de refrigeração do motor, do sistema de recirculação dos gases de escape e principalmente através dos gases de escape. Daí o interesse no estudo de sistemas que permitem o aproveitamento dessa energia residual dos veículos automóveis. Este trabalho centra-se no estudo de sistemas de aproveitamento da energia térmica contida nos gases de escape dos veículos automóveis, sendo o objetivo principal o estudo do permutador de calor que será utilizado para recuperação da energia térmica. Existem vários tipos de permutadores, na sua escolha entram fatores como as características dos fluidos de trabalho envolvidos, o custo, facilidade de manutenção, a aplicação. Para o caso deste estudo selecionou-se um permutador de carcaça e tubos e um permutador de tubos concêntricos. Uma vez que a seleção e otimização de um permutador de calor implica a minimização da perda de carga dos gases de escape e a maximização da eficiência térmica do sistema, numa primeira fase selecionou-se a geometria mais adequada. Em seguida fez-se uma comparação de diferentes modelos de cálculo da perda de carga e analisou-se o desempenho termo hidráulico do permutador. Por fim realizou-se um estudo paramétrico para verificar a influência dos parâmetros de construção (número de tubos, diâmetro e comprimento dos tubos).

Modelação térmica e hidrodinâmica de condensadores para aplicação em sistema de recuperação de energia térmica de veículos automóveis

A recuperação da energia térmica do escape afigura-se como uma vertente com importância relevante para o aumento da eficiência energética dos motores de combustão interna, tendo benefícios em termos económicos e ambientais. O presente trabalho centra-se no estudo e dimensionamento do condensador a integrar num sistema de ciclo de Rankine, tendo-se optado pela seleção de um permutador de placas do tipo “chevron”. O permutador para efeitos de cálculo é dividido em três zonas distintas: i) pré-arrefecedor; ii) condensador e iii) sub-arrefecedor. O presente estudo apresenta uma revisão bibliográfica alargada para o coeficiente de transferência de calor por convecção e perda de carga associada ao escoamento. Para cada zona do permutador são utilizados três fluidos de trabalho distintos: água, etanol e R245fa. Para o fluido refrigerante considerou-se água. Tendo em conta a revisão bibliográfica efetuada, foram implementados modelos para a perda de carga e para a transferência de calor no permutador, atendendo à seleção do fluido de trabalho e ao fluido refrigerante. Os resultados obtidos permitiram verificar que a utilização do fluido de trabalho água, conduz a um condensador mais compacto. Por último é efetuada a otimização do sistema, mediante alteração da temperatura de funcionamento do permutador. Os resultados permitiram verificar a diminuição da temperatura de saída do fluido refrigerante possibilita: i) uma redução do volume do permutador; ii) uma diminuição da perda de carga associada.

Utilização de dispositivos de armazenamento de energia em apoio ao funcionamento de redes isoladas

Temos assistido nos últimos anos à proliferação da produção distribuída de electricidade, sobretudo, com recurso a fontes de energia renováveis, implicando a natural reestruturação das redes eléctricas existentes, desde a produção até ao consumidor final. As constantes preocupações na garantia da qualidade de serviço e até mesmo em termos ambientais, levam a que a operacionalidade das redes seja cada vez mais eficiente, visando a integração de tecnologias emergentes como é o caso dos sistemas de armazenamento de energia. A aposta nas energias de origem renovável nomeadamente a solar e a eólica, representa uma forma cada vez mais presente de geração de electricidade, tendo como grande inconveniente o regime de intermitência a que estão sujeitas, não se conseguindo tirar proveitos absolutos de todas as potencialidades que estas fontes proporcionam. Existem actualmente sistemas de armazenamento de energia que permitem optimizar o comportamento das redes. Nesta dissertação é feita uma abordagem a alguns desses sistemas, tendo como objectivo principal a demonstração das potencialidades de optimização dos sistemas de produção e distribuição de energia eléctrica com recurso a sistemas de armazenamento de energia, em redes isoladas e interligadas. É também feito um estudo do comportamento dinâmico de uma rede com vários cenários de ocorrência de defeitos, com e sem armazenamento de energia. Para isso a base deste trabalho consistiu na familiarização com uma ferramenta de grande potencial na simulação dinâmica de redes eléctricas, utilizado por prestigiados grupos de energia a nível mundial, na qual foi implementada a rede de teste e efectuadas as simulações do estudo.