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Title: Estudo técnico-econômico de sistemas solares combinados a bomba de calor para aquecimento de água
Authors: Fernandes, Valquíria Bomfim
Keywords: aquecimento de água;energia solar térmica;bombas de calor;sistemas combinados
Issue Date: 5-Nov-2018
Publisher: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Citation: FERNANDES, Valquíria Bomfim. Estudo Técnico-Econômico de Sistemas Solares Combinados a Bomba de Calor para Aquecimento de Água. 2018. 100 f. TCC (Graduação) - Curso de Engenharia Mecânica, Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2018.
Portuguese Abstract: Este trabalho analisa a viabilidade técnico-econômica e o desempenho de sistemas solares de aquecimento de água, aplicados para consumo residencial de grande porte e com foco na cidade de Natal-RN. O objetivo da análise é incentivar o aproveitamento do recurso solar como energia térmica, constituindo uma alternativa sustentável ao aquecimento por meio de resistência elétrica. Duas configurações convencionais são analisadas, assim como duas configurações combinadas a bomba de calor. Os sistemas convencionais diferenciam-se pelo volume de armazenamento de água, de forma que o primeiro sistema apresenta um reservatório térmico com volume variável de acordo com a área de coletores solares instalados, enquanto o segundo adota dois reservatórios com volume fixo. Os sistemas associados a bombas de calor assemelham-se ao segundo caso, e diferenciam-se à medida em que um utiliza uma bomba de calor ar-água como aquecedor auxiliar, enquanto o outro conecta seus dois reservatórios através de uma bomba de calor água-água e uma conexão by-pass . Adota-se dados climatológicos no formato de ano meteorológico típico (typical meteorological year - TMY) referentes ao local estudado. É utilizada uma metodologia para a modelagem matemática e simulação numérica transiente com o software MATLAB. A análise econômica baseia-se no método P1 − P2, aplicado através do MATLAB, para estimar o ganho líquido proporcionado ao usuário por cada sistema ao longo de seu ciclo de vida. De acordo com os resultados de desempenho e retorno financeiro, todas as configurações analisadas mostram-se vantajosas. Para aplicações com área de coletor reduzida, o sistema combinado à bomba de calor ar-água apresenta-se como opção ótima, enquanto o primeiro modelo de sistema convencional possui o melhor custo-benefício nos casos em que maior área de coletores pode ser instalada.
Abstract: This paper analyzes the technical-economic feasibility and the performance of solar water heating systems, applied to large scale domestic consumption in the city of Natal-RN. This analysis aims to stimulate the harnessing of solar resource as thermal energy, as a sustainable alternative to electric heating. Two conventional configurations are studied, as well as two configurations combined with heat pumps. The conventional systems differ from each other in terms of thermal storage volume, by which the first system contains a single storage tank, whose volume varies according to the area of installed solar collectors, whereas the second system uses two separate storage tanks with fixed volume. The systems associated with heat pumps are similar to the second case, and differ from each other in that one of them uses an air-to-water heat pump as an auxiliary heater, while the other relies on a water-to-water heat pump and a bypass valve to connect its two storage tanks. Weather data pertaining to the studied location is implemented in the format of a typical meteorological year (TMY). A methodology for mathematical modeling and transient numerical simulation is applied using the MATLAB software. The economical analysis is based on the P1 − P2 method, applied through MATLAB. Its goal is to estimate the net return provided to the user by each system, throughout its life-cycle. According to the results of both energy efficiency and financial return, all of the configurations analyzed in this paper prove advantageous. For applications with a reduced area of solar collectors, the combined system using an air-to-water heat pump is optimal, whereas the first conventional system shows the best cost-benefit ratio in cases where a larger area of collectors may be installed.
URI: http://monografias.ufrn.br/jspui/handle/123456789/7621
Other Identifiers: 20160153042
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