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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.3.2005.tde-26122014-175721
Documento
Autor
Nome completo
Eduardo Oliveira dos Santos
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2005
Orientador
Banca examinadora
Tribess, Arlindo (Presidente)
Oliveira Júnior, Silvio de
Souza, Henor Artur de
Título em português
Dimensionamento e avaliação do ciclo de refrigeração de sistema de climatização automotivo.
Palavras-chave em português
Ar condicionado
Carga térmica
Conforto térmico
Engenharia automotiva
Refrigeração
Tecnologia
Resumo em português
O ser humano consome grandes quantidades de energia para satisfazer as suas necessidades de conforto. Dentro do setor automotivo, depois da energia consumida com a mobilidade em si, o ar condicionado é o maior consumidor. O sistema de climatização para aplicações automotivas tem características particulares, diferentes de sistemas de climatização para outros ambientes. Em uma aplicação automotiva a variação de condições é bastante significativa, como por exemplo, a carga solar que é imposta, a velocidade do veículo, umidade do ar, as temperaturas interna e externa, variação do número e da posição dos ocupantes no interior do veículo, diferentes regimes de rotação e carga do motor, etc. O sistema deve, portanto, ser projetado para funcionar sob todas estas condições e propiciar condições de conforto térmico com o menor consumo de energia. No presente trabalho o objetivo é o projeto e a simulação de um ciclo de refrigeração que atenda aos requerimentos de carga térmica para um automóvel compacto em um ensaio específico realizado em túnel de vento. A partir da carga térmica, o ciclo de refrigeração é dimensionado seguindo-se o procedimento de projeto, que engloba o dimensionamento dos componentes principais como compressor, condensador, evaporador e o dispositivo de expansão. Os resultados dos cálculos teóricos são comparados com o dimensionamento do veículo real, permitindo se chegar a conclusões sobre o projeto. A avaliação do desempenho do sistema projetado é realizada por meio de um procedimento de simulação proposto, e os resultados comparados com os do veículo testado. O objeto de estudo é o sistema de refrigeração de um veículo compacto de quatro portas de fabricação nacional, submetido a um teste de desempenho do ciclo em um túnel de vento. O procedimento de dimensionamento pode ser usado para o projeto básico do sistema de refrigeração. Os resultados obtidos com o modelo de simulação proposto são bastante razoáveis. O modelo pode ser utilizado para prever o resultado de modificações no ciclo de refrigeração, como a troca de componentes, ou mesmo para prever o funcionamento do sistema sob outras condições de operação. A utilização do modelo fica restrita aos limites da validade dos modelos semi-empíricos dos componentes, não sendo recomendada a utilização fora desses limites. Ainda assim, a faixa de aplicação é grande o suficiente para simular a maioria das condições de trabalho encontradas na climatização veicular.
Título em inglês
Sizing and evaluation of an automotive climate system refrigeration cycle.
Palavras-chave em inglês
Air conditioning
Automotive engineering
Refrigeration
Technology
Thermal comfort
Thermal load
Resumo em inglês
Human being spends a large amount of energy to satisfy its comfort needs. In the automotive applications, air conditioning is the second larger energy consumption system, after the mobility system itself. The refrigeration system for automotive application has peculiar characteristics, which are different from other refrigeration systems (e.g. buildings, food refrigeration, etc). In an automotive application, variation of several conditions are highly significant, such as the sun load, ambient temperature and humidity, the number and position of the occupants inside the vehicle, different engine loads and speeds and so on. The system must, therefore, be designed to operate satisfactorily under all these conditions and to provide thermal comfort with smallest possible energy consumption. The objective of this work is to present the project and simulation of a refrigeration cycle for a compact size vehicle in order to meet thermal load requirements of a specific wind tunnel test. From the thermal load, the refrigeration cycle is designed according to a design procedure, which includes the sizing of main components such as compressor, condenser, evaporator and expansion device. The results of the calculations are compared with the actual vehicle design. The performance evaluation is achieved by using a proposed simulation procedure, and the simulation results are compared with the actual vehicle test results. The study is conducted on the refrigerating system of a 4-door compact size vehicle locally manufactured, which was submitted to a refrigeration cycle performance test in a wind tunnel. The design procedure can be used for sizing a baseline refrigeration cycle. The results achieved with the proposed simulation model are acceptable. The model can be used to predict the impact of a modification in refrigeration cycle such as a component change, or even to predict the system balance point under different operating conditions. The application of the model is restricted to the range of validation of the component semiempirical models, so that the use beyond these limits is not recommended. The range of application, however, is wide enough to accommodate most of the operating conditions found in the vehicular refrigeration applications.
 
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Data de Publicação
2015-01-19
 
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