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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.3.2005.tde-05012006-224015
Document
Author
Full name
Danilo Carreira Itáo
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2005
Supervisor
Committee
Oliveira Junior, Silvio de (President)
Peixoto, Roberto de Aguiar
Simões-Moreira, José Roberto
Title in Portuguese
Estudo de um sistema alternativo de ar condicionado automotivo baseado na aplicação de tubos de vórtice utilizando o conceito de regeneração energética.
Keywords in Portuguese
ar condicionado
frenagem
regeneração energética
tubos de vórtice
veículos automotores
Abstract in Portuguese
Os sistemas de ar condicionado automotivos sempre se utilizaram do conceito de operação do ciclo termodinâmico por compressão de vapor, sendo necessário para isso componentes básicos tais como fluído refrigerante, trocadores de calor e compressor. Apesar de diversas décadas de pesquisa e desenvolvimento desse sistema, algumas dificuldades ainda permanecem nos dias de hoje. Dessa forma, a investigação de outros mecanismos de refrigeração, que possam ser aplicados em sistemas automotivos de ar condicionado, é bem vinda. Uma dessas possibilidades é a aplicação dos tubos de vórtices, utilizados atualmente para fins industriais. Os tubos de vórtices são dispositivos que operam através da introdução de um fluxo de ar comprimido, sendo que ele possibilita a divisão deste fluxo em duas parcelas: um fluxo de alta temperatura e um fluxo de baixa temperatura. Tal dispositivo apresenta vantagens tais como a não necessidade da utilização de trocadores de calor e de fluídos refrigerantes. Desta forma, ele possibilita uma maior flexibilidade de posicionamento de saídas de ar em pontos do habitáculo do veículo os quais não são permitidos atualmente. A alimentação do tubo de vórtices se dá exclusivamente com fluxo de ar comprimido, que pode ser armazenado para consumo conforme necessidade. Adicionalmente, devido a esta característica, surge a possibilidade de executar o reaproveitamento de energia cinética, que no processo de frenagem é dissipada ao ambiente. O reaproveitamento energético pode ser efetuado através do redirecionamento dessa energia cinética para o compressor de ar. Baseado nessa possibilidade, foram inicialmente obtidos os dados de operação de um sistema de ar condicionado convencional, além do potencial de regeneração energética, sendo estes dados obtidos através de publicações técnicas e cálculos teóricos. Estabeleceu-se uma proposta de configuração dos componentes, assim como modos de operação do sistema. Posteriormente seguiu-se com uma pré-seleção dos componentes que influem diretamente na viabilidade do sistema. Os resultados mostraram a dificuldade de implementação dessa filosofia de sistema para veículos leves (automóveis de passeio), mostrando maior viabilidade para veículos comerciais de grande porte (tais como caminhões), principalmente aqueles dotados de sistema pneumático para a operação dos freios a ar e suspensão pneumática.
Title in English
Study of an alternative automotive air conditioning system with the application of Vortex Tubes utilizing the concept of energetic regeneration.
Keywords in English
air conditioning
braking
energetic regeneration
motor vehicles
vortex tubes
Abstract in English
Automotive air conditioning systems have always utilized the thermodynamic vapor-compression cycle concept, with the necessity of some basic components as refrigerant fluid, heat exchangers and compressor. Although research and development of these systems have been made along many decades, some difficulties still remain nowadays. Then, the investigation of other mechanisms of refrigeration that could be applied to automotive air conditioning systems are welcome. One of these possibilities is the application of the Vortex Tubes, utilized nowadays for industrial applications. Vortex Tubes are devices that work with the introduction of an air compressed flow. These devices enable the division of the inlet flow in two flow fractions: one high and one low temperature flow. The application of these devices brings advantages, as an example no necessity of heat exchangers and refrigerant fluids. Then it enables a higher flexibility in the positioning of air outlets in some cabin position, that are not possible nowadays. The feeding of vortex tubes occurs only with compressed air flow, which can be stored for consumption when necessary. In addition, because of this characteristic, there is the possibility of the kinetic energy reutilizing, that is dissiped to the environment in the braking process currently. This possibility of energetic reutilizing can be made through the transfer of this kinetic energy to the air compressor. Based on this possibility, it was obtained data about the operation of a conventional air conditioning system, besides the energetic regeneration potential data. These data were obtained through technical publications and theoretical calculations. It was established a configuration proposal for the components, as well as the system operation modes. Later, it was made a first selection of the components that have direct influence in the system viability. The results showed the difficulties in the application of this philosophy for light vehicles (passenger cars) with more viability for commercial vehicles use (for example trucks), mainly those vehicles that are equiped with a pneumatic system to the air brakes and air suspension.
 
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Dissertacao.pdf (1.85 Mbytes)
Publishing Date
2006-01-23
 
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