Orientadores: Vivaldo Silveira Júnior, José Luiz Pereira Brittes

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos

Resumo: A indústria está buscando a implantação de sistemas de gestão da energia visando reduzir custos e aumentar lucros, além e talvez o mais importante, reduzir o impacto ambiental. A utilização de sistema de refrigeração/resfriamento é uma das operações unitárias de maior consumo energético,...

Resumo: A indústria está buscando a implantação de sistemas de gestão da energia visando reduzir custos e aumentar lucros, além e talvez o mais importante, reduzir o impacto ambiental. A utilização de sistema de refrigeração/resfriamento é uma das operações unitárias de maior consumo energético, sendo portanto, um ponto crítico a ser analisado na implementação de uma eficiente gestão energética. Este trabalho traz o estudo dos comportamentos dinâmicos, as linearidades dos processos e os comportamentos térmicos e elétricos de um sistema de resfriamento híbrido de óleo vegetal. Este sistema foi composto por um conjunto de trocadores de calor com tubos aletados água/ar ambiente forçado, um sistema de resfriamento adiabático de ar por nebulização instalado no conjunto e um sistema de refrigeração de água interligado a um trocador de calor a placas água resfriada/água gelada. A água aquecida, retornada do resfriamento do óleo vegetal, ocorrida em um trocador de calor a placas óleo/água resfriada, teve sua temperatura reduzida inicialmente pelo conjunto de trocadores de calor com tubos aletados. O resfriamento desta água pôde ser potencializado com acionamentos do sistema de nebulização e com o sistema de refrigeração, chiller, por meio do trocador de calor a placas água resfriada/água gelada. Estes tipos de acionamentos foram administrados, conforme demanda térmica instantânea do óleo vegetal, sendo que, após todas as etapas de resfriamento da água, esta foi redirecionada para resfriamento do óleo em ciclo fechado. O objetivo deste estudo foi relacionar as condições operacionais do sistema de resfriamento híbrido com a potência de energia elétrica utilizada nos motores de cada equipamento, referente à demanda térmica variável de aquecimento do óleo para realizar a gestão do resfriamento com uso da energia elétrica dos sistemas. A unidade experimental foi constituída de dois setores: 1) setor de aquecimento modulado e resfriamento do óleo vegetal e 2) setor de resfriamento hibrido da água. Neste estudo, foram avaliadas as influências das variáveis independentes operacionais: vazão de ar, vazão de água resfriada, vazão de água gelada e potência da fonte de aquecimento. A escolha da estratégia de resfriamento para gestão da energia elétrica dependeu da temperatura máxima da água limitada à 90 °C, para evitar que a mesma ebulisse a pressão ambiente. Nos trocadores de calor estudados, sob cada perturbação degrau realizada, a função linear de segunda ordem apresentou bom ajuste e os processos apresentaram comportamentos com pequena não linearidade. Devido a esta não linearidade, as curvas de reação dos processos foram ajustadas por uma função de segunda ordem não-linear, tendo seus parâmetros ajustados em função das variáveis manipuladas com bons ajustes. Após o estudo dos comportamentos das variáveis de processo foi possível verificar a menor potência elétrica utilizada para a demanda variável de aquecimento. Pôde-se sugerir as condições de operação e/ou os set-points variáveis das malhas de controle do sistema de resfriamento híbrido de óleo vegetal, e os respectivos indicadores de desempenho na gestão da energia. Concluiu-se que as condições de operação do sistema de resfriamento híbrido devem ser variáveis quando comparadas com condições fixas, para uma demanda térmica variável

Abstract: Industry is constantly seeking the implementation of energy management systems aiming costs reduction, profits increase and, mostly, reduction of the environmental impact. The use of cooling systems is one of the units operation with higher energy consumption, being therefore, a critical...

Abstract: Industry is constantly seeking the implementation of energy management systems aiming costs reduction, profits increase and, mostly, reduction of the environmental impact. The use of cooling systems is one of the units operation with higher energy consumption, being therefore, a critical point to be analyzed in the implementation of an efficient energy management. This work presents a study of thermal dynamic behaviors, processes linearity and energy electrical related usage of a hybrid vegetable oil cooling system. This system consisted of a set of finned-tubes heat exchangers using water/forced ambient air, an adiabatic nebulization air cooling system and a water cooling system interconnected to a finned-tube heat exchanger using cooled water/ice water. The returned heated water from the vegetable oil cooling, took place in an oil/water plate heat exchanger, once it was initially cooled by set of finned-tubes heat exchangers. This water might potentiate its cooling with a nebulization and a chiller cooling systems, driving through the plate heat exchanger using cooled water/cold water. These types of drives were linked to the instantaneous thermal demand of vegetable oil, and after all the steps of the water cooling, it was directed to the oil cooling. Therefore, the objective of this study was to relate the operational conditions of the hybrid cooling system with the electric power used in each equipment engines, referring to the variable thermal demand of oil heating to perform an efficient electric energy management for the system. The experimental unit consisted of two sectors: 1) modulated heating and cooling of vegetable oil and 2) water cooling sector. In this study, the influence of the independent operating variables was evaluated: air flow rate, cooled water flow rate, ice water flow rate and heating source power. The choice of the cooling strategy for the efficient electric power management depended on the maximum water temperature limited to 90 ° C to avoid its boiling at ambient pressure. In the studied heat exchangers, in each step perturbation performed, a second order linear function presented a good fit and the processes presented behaviors with little non-linearity. Due to that, the processes reaction curves were adjusted by a non-linear second order function and their parameters were adjusted according to the manipulated variables, for which fitted the system response very well. After the behavior of the process variables evaluation, it was possible to verify the lowest electric power used for the variable heating demand. It was possible to suggest the operating conditions and / or the variable set points of the control meshes of the vegetable oil cooling system, and the performance indicators of the energy management. It was concluded that the operating conditions of the hybrid cooling system must be variable when compared to fixed conditions, when it is present a variable thermal demand

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