Otimização dos custos de exploração de um equipamento de refrigeração através da inércia térmica

Abstract

A refrigeração de bens alimentares é essencial na sociedade contemporânea, já que é responsável pela conservação de bens essenciais para a sobrevivência de não só qualquer economia, mas também da espécie humana. Uma das maiores preocupações de qualquer empresa deste ramo é a crescente eficiência energética, uniformização de temperaturas e maior versatilidade de equipamentos. Foi com este propósito que surgiu a proposta para a otimização dos custos de exploração de um equipamento de frio positivo, através da inércia térmica O principal desafio nesta dissertação seria a forma como se poderia adaptar um equipamento de refrigeração convencional de frio positivo, em si já extremamente eficiente, para um equipamento com um funcionamento semelhante, mas com um sistema alternativo, que tirasse partido de materiais de mudança de fase, que através do calor latente pudessem fornecer inércia térmica e complementar o ciclo de compressão a vapor tradicional. Desta forma, realizou-se uma análise ao equipamento de refrigeração em estudo, neste caso o mural Futuro 2, caraterizando todos os seus componentes termodinâmicos, de modo a entender se estes se encontravam bem dimensionados para a carga térmica que o equipamento deve suportar. De modo a entender também qual a carga térmica que prejudica o funcionamento do equipamento, estudaram-se os ganhos térmicos pela envolvente, as infiltrações resultantes de aberturas de portas, a carga térmica resultante da reposição de produto no interior do equipamento e finalmente os ganhos térmicos consequentes de equipamentos eletrónicos no local a refrigerar. Pesando tudo isto, obteve-se o valor de 495 W, sendo que este deve ser o valor de referência para o dimensionamento do evaporador e compressor do equipamento. Este valor é também essencial para o dimensionamento do depósito de água, o material de mudança de fase escolhido, a implementar nas costas do equipamento. Após a definição do protótipo, este deverá ser testado numa câmara de ensaios, com condições ambiente de 25 ºC e 60% de humidade relativa, para que se possa verificar se cumpre os requisitos estabelecidos no início do projeto. Sendo o custo do equipamento por dia o principal critério de comparação entre o equipamento inicial e o protótipo construído, os resultados obtidos foram uma poupança de 0.06€/dia de funcionamento.

Refrigeration of food products is essential in contemporary society, as it is responsible for preserving essential goods for the survival not only of any economy but also of the human species. One of the main concerns of any company in this industry is the increasing energy efficiency, temperature uniformity, and greater equipment versatility. It was with this purpose that the proposal for optimizing the operating costs of a positive cold equipment arose, through thermal inertia. The main challenge in this dissertation would be how to adapt a conventional positive cold refrigeration equipment, already extremely efficient, to equipment with a similar operation but with an alternative system that takes advantage of phase change materials. Through latent heat, these materials could provide thermal inertia and complement the traditional vapor compression cycle. In this way, an analysis of the refrigeration equipment under study was carried out, in this case, the Futuro 2 multideck, characterizing all its thermodynamic components to understand if they were well-sized for the thermal load that the equipment must support. To understand the thermal load that affects the equipment's operation, gains from the surroundings, infiltrations resulting from door openings, the thermal load resulting from product replacement inside the equipment, and finally, the thermal gains from electronic equipment in the cooling area were studied. Considering all of this, a value of 495 W was obtained, which should be the reference value for sizing the evaporator and compressor of the equipment. This value is also essential for sizing the water tank, the chosen phase change material, to be implemented at the back of the equipment. After defining the prototype, it should be tested in a test chamber, with ambient conditions of 25 ºC and 60% relative humidity, to verify if it meets the requirements established at the beginning of the project. As the equipment's daily cost is the main criterion for comparison between the initial equipment and the built prototype, the results obtained were a savings of 0.06€/day of operation.