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Eficiência Energética

Desenvolvimento de uma Cabeça de Série de Secadora de Roupas a Bomba de Calor

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Motivação – Problema da Secagem de Roupas

Áreas densamente povoadas => falta de espaço para secagem

Secagem natural com uso da energia solar => nem sempreeficiente devido à longos períodos de chuva

Questões estéticas em condomínios

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Uso de secadoras elétricas => conveniente, porém o consumo energético é elevado

Alto custo da energia elétrica

Hotéis e Hospitais => Grande demanda por secagem de roupas

Motivação – Problema da Secagem de Roupas

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Bomba de CalorA

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Exte

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Dispositivo de Expansão

Compressor

EvaporadorCondensador Q1

W

Q2

1entrada de energia

saída de útilcalor 112 +=+

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W

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QCOP

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Bomba de Calor

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• Secadora Elétrica • Secadora a BC

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Bomba de Calor

Po

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VANTAGENS:

Melhor eficiência de secagem => menor consumo por unidade de água evaporada

Melhor controle de secagem de materiais termossensíveis.

Funcionamento ininterrupto.

DESVANTAGENS:

Utilização de fluidos refrigerantes nocivos ao meio ambiente

Manutenção regular.

Possibilidade de vazamento de refrigerante.

Custo inicial mais alto se comparado à secadora elétrica.

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Projeto P&D 325

Projeto P&D 325 - CS DO PROJETO P&D 096 CEMIG D/ANEEL: Desenvolvimento de Secadoras Industrial/residencial de Roupas a Bomba de Calor, de Alta Eficiência

Gerente do Projeto: Matheus de Mendonça Herzog (CEMIG)

Pesquisador: Prof. Dr. Mauri Fortes

Entidade Parceira: CONSCIENTEC Ltda

Duração: 24 Meses

Valor Total: R$ 1.039.688,00

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Projeto P&D 325

Objetivo: Aperfeiçoar, construir e testar experimentalmente três bombas de calor ar-ar, de alta

eficiência e de potências térmicas de saída entre 5 e 20 kW.

Efetuar testes experimentais em uma secadora elétrica residencial e duas industriais, disponíveis no mercado de forma a se obterem benchmarks

Efetuar modificações, de caráter estrutural e de componentes, em secadoras elétricas residenciais e industriais, disponíveis no mercado, de forma a acoplá-las às bombas de calor, para se chegar a equipamentos plausíveis de fabricação em série, com temperaturas de saída e tempos de secagem adequados.

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Projeto P&D 325

Restrições de Desempenho das Bombas de Calor:

As BC deverão apresentar, em temperaturas próximas a 55 ºC, coeficientes de performance (COP) superiores a 3, e COP em torno de 2, em temperaturas de secagem de até 60 ºC.

Utilização de fluido refrigerante com baixo impacto ambiental => R134a

Os equipamentos deverão apresentar Taxa Específica de Extração de Umidade (TEEU) maiores ou iguais que o dobro dos equipamentos tradicionais elétricos, mesmo sob temperaturas de secagem superiores a 60 C.

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Projeto P&D 325

Inovações técnicas em relação aos protótipos do P&D 096: Inclusão de resistores para que as secadoras possam operar em temperaturas mais

elevadas, com redução do tempo de secagem.

Esta modificação requererá a implantação de sistemas associados de controles eletrônicos do compressor e da secadora, como um todo.

Inclusão de sistema de recirculação do ar de saída, para melhoria da eficiência.

Inclusão de um sistema de filtragem simples para redução das felpas.

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Projeto P&D 325

Equipamento dos Testes Experimentais:

Secadora Tensão (V) Peso da roupa centrifugada (kg)

Corrente (A)

Potência Máxima

Tempo de secagem

(min.)Industrial SI-E 220 15 41 9 kW A avaliar

Bomba de Calor

Potência consumida 3,7 kW

Condensador 13,7 kW (aproximadamente)

Evaporador 7 kW (aproximadamente)

Compressor Compressor tipo scroll, com capacidade sugerida de condensador de 10 kW (aprox. 34000 BTU/h) à temperatura de evaporação de 7,2 e de condensação de 60 , 200-230 V, trifásico, 60 Hz.

EER e COP de refrigeração 9,14 e 2,68 às temperaturas de evaporação e condensação de 7,2 e 60 , respectivamente.

Válvula de expansão termostática

AAE2 NC - 75,8% de carregamento

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Projeto P&D 325

Modificações no Equipamento:

Adaptação da BC

Resistências Elétricas

Condensador

Quadro de Instrumentação

Saída de Ar

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Projeto P&D 325

Testes Experimentais: Metodologia

1. Seleção das amostras de roupas que constituem uma carga normal para o equipamento.

4. Molham-se as amostras.

7. Centrifugam-se as amostras. Após vários testes chegou-se ao valor de roupa centrifugada que correspondem a valores de roupa seca próximos aos valores requeridos.

10.Quando a amostra centrifugada ficava com o peso abaixo do estabelecido, acrescentava-se um pouco de água; e, caso o peso ficasse acima do estabelecido, deixava-se a amostra centrifugar por mais tempo.

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Projeto P&D 325

Testes Experimentais: Metodologia

• Foi estabelecido o tempo de medição em intervalos de 15 minutos. Quando o tempo do experimento era atingido, retirava-se a amostra rapidamente e a pesagem era realizada.

• Durante os testes eram medidos: energia elétrica, temperatura no interior e saída da secadora, temperatura ambiente, umidade relativa do ambiente e no interior da secadora, velocidade de saída do ar, pressão de evaporação e de condensação.

• O teste termina quando após um período maior que o necessário para se atingir peso de equilíbrio (previamente determinado ao deixar a amostra secando naturalmente em varais por 16 horas após sofrer a secagem na secadora).

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Projeto P&D 325

Resultados – Secadora Industrial 10 kW • Secadora Elétrica – S-E

• Secadora a BC – S-BC

Valores Médios Desvio padrão Valores Mínimos Valores MáximosTemperatura ambiente, 26,3 2,8 24,0 30,1

Umidade relativa 56% 5% 48% 61%

Temperatura no interior da secadora, 45,3 6,6 38 55

Temperatura na saída da secadora, 49,2 6,2 43,2 58

Velocidade do ar, m/s 17,6 0,1 17,4 17,7

Peso da roupa no início da secagem, g 17.700 2 17.700 17.705

Potência total, kW 9,0 0,3 8,7 9.4

Valores Médios Desvio padrão Valores Mínimos Valores MáximosTemperatura ambiente, 27,7 2,4 24,6 32,0

Umidade relativa 52% 9% 38% 82%

Temperatura no interior da secadora, 35,5 1,8 31,0 38,2

Temperatura na saída da secadora, 36,7 1,9 30,7 40,8

Velocidade do ar, m/s 15,4 0,6 12,9 16,4

Peso da roupa no início da secagem, g 17.299 433 16.725 17.715

Potência total, kW 2,5 0,2 2,2 3,2

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Projeto P&D 325

Resultados – Secadora Industrial 10 kW • Secadora Elétrica • Secadora a BC

Tempo de secagem necessário para atingir RU igual a 0,2 é de 55 min para a S-E e 88 min para a S-BC.

Tempo necessário para secagem na S-BC da amostra foi aproximadamente 1,6 vezes maior que o da S-BC.

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Projeto P&D 325

Resultados – Secadora Industrial 10 kW • Secadora Elétrica • Secadora a BC

A TEEU da C-BC é maior para toda faixa de RU.

Para RU = 0,2 o TEEU da S-BC é aproximadamente 1,6 enquanto que o da S-E é 0,9. Assim, a S-BC extrai mais de 60% de água por kWh que a S-E.

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Projeto P&D 325

Conclusões:

A utilização de bombas de calor para secagem de roupas é viável usando compressores disponíveis no mercado nacional.

O COP da secadora foi de aproximadamente 3 para temperatura de condensação igual a 55 ºC.

Os resultados experimentais mostraram que o tempo de secagem com a S-BC é maior que o tempo de secagem da S-E.

A S-BC permite uma economia de energia de cerca de 60% em relação à S-E.

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Projeto P&D 325

Nas próximas etapas do projeto serão realizados teste com a secadora operando no modo misto (BC + Resistência Elétrica) o que poderá reduzir o tempo de secagem.

Uma análise de payback do investimento inicial da modificação de uma secadora elétrica nos mostra que o investimento é recuperado em aproximadamente 15 meses.

• Investimento na Modificação: R$ 6.000,00

• 6 ciclos de secagem por dia

• Preço do kWh: R$ 0,50

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matheus.herzog@cemig.com.br