Título: ANÁLISE ECONÔMICA DA BOMBA DE CALOR DE EXPANSÃO DIRETA ASSISTIDA POR ENERGIA SOLAR EM DIFERENTES REGIMES DE OPERAÇÃO

Título alternativo: ECONOMIC ANALYSIS OF THE DIRECT EXPANSION HEAT PUMP ASSISTED BY SOLAR ENERGY IN DIFFERENT OPERATING SCHEMES

Autoria de: Oscar Luiz de Meneses Ferreira Tocafundo

Orientação de: Carlos Eduardo Castilla Alvarez

Presidente da banca: Carlos Eduardo Castilla Alvarez

Primeiro membro da banca: Dimas Jose Rua Orozco

Segundo membro da banca: Bruna Oliveira Passos e Silva Siqueira

Palavras-chaves: Sustentabilidade energética, Análise de custo-benefício, Eficiência energética, Coeficiente de Performance (COP), Inovação Sustentável.

Data da defesa: 05/12/2023

Semestre letivo da defesa: 2023-2

Data da versão final: 14/12/2023

Data da publicação: 14/12/2023

Referência: Tocafundo, O. L. d. M. F. ANÁLISE ECONÔMICA DA BOMBA DE CALOR DE EXPANSÃO DIRETA ASSISTIDA POR ENERGIA SOLAR EM DIFERENTES REGIMES DE OPERAÇÃO . 2023. 81 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica Bacharelado)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2023.

Resumo: Diante da crescente demanda por energia elétrica, a gestão eficiente dos recursos energéticos torna-se imperativa, visando a redução do consumo sem prejudicar a qualidade de vida da população. No contexto brasileiro, os chuveiros elétricos despontam como dispositivos de alto consumo em residências. Nesse cenário, a bomba de calor emerge como uma promissora alternativa, apresentando maior eficiência no aquecimento de água para banho. Este estudo desenvolveu um protótipo de bomba de calor com assistência solar, submetendo-o a diferentes regimes experimentais que variaram a abertura da válvula de expansão, a vazão de água no condensador e a irradiação solar. O objetivo foi avaliar a eficiência do sistema em diversas condições operacionais e realizar uma análise econômica comparativa com um chuveiro elétrico convencional. Os testes identificaram pontos ótimos de desempenho, destacando um Coeficiente de Performance (COP) de 2,14 e consumo de 0,0048 kWh por litro de água aquecida a 50,73ºC em condições específicas. A análise abordou variáveis como consumo do compressor, pressões de condensação e evaporação, temperaturas e superaquecimento, considerando componentes como possível superdimensionamento da válvula de expansão e inefetividade do evaporador. A instrumentação utilizada foi bem calibrada, proporcionando tempo de resposta e precisão adequados. Observou-se que o COP é diretamente influenciado pela radiação solar e pela vazão de água no condensador, impactando a temperatura final da água destinada ao banho. A análise de viabilidade econômica adotou métodos como Payback time, Taxa Interna de Retorno (TIR) e Valor Presente Líquido (VPL), confrontando custos associados à construção e operação da bomba de calor com um chuveiro elétrico convencional em uma residência com 3 pessoas. Os resultados foram favoráveis, com Payback em aproximadamente 25 meses, retorno econômico a partir do 29º mês (VPL) e TIR superando a taxa Selic no mesmo período.

Abstract: Amidst the increasing demand for electric energy, efficient management of energy resources becomes imperative, aiming at reducing consumption without compromising the quality of life of the population. In the Brazilian context, electric showers stand out as high-consumption devices in households. In this scenario, the heat pump emerges as a promising alternative, demonstrating higher efficiency in water heating for bathing. This study developed a prototype of a heat pump with solar assistance, subjecting it to different experimental regimes that varied the expansion valve opening, water flow in the condenser, and solar irradiation. The objective was to evaluate the systems efficiency under various operational conditions and conduct a comparative economic analysis with a conventional electric shower. The tests identified optimal performance points, highlighting a Coefficient of Performance (COP) of 2.14 and consumption of 0.0048 kWh per liter of water heated to 50.73ºC under specific conditions. The analysis addressed variables such as compressor consumption, condensation and evaporation pressures, temperatures, and superheating, considering components such as possible oversizing of the expansion valve and ineffectiveness of the evaporator. The instrumentation used was satisfactory, with calibrated sensors providing adequate response time and precision. It was observed that the COP is directly influenced by solar radiation and water flow in the condenser, impacting the final temperature of the water intended for bathing. The economic viability analysis adopted methods such as Payback time, Internal Rate of Return (IRR), and Net Present Value (NPV), comparing costs associated with the construction and operation of the heat pump with a conventional electric shower in a household with 3 people. . The results were favorable, with Payback in approximately 25 months, economic return from the 29th month (NPV), and IRR surpassing the Selic rate in the same period.

URI: sip.prg.ufla.br/publico/trabalhos_conclusao_curso/acessar_tcc_por_curso/
engenharia_mecanica/20232201810836

URI alternaviva: sem URI do Repositório Institucional da UFLA até o momento.

Curso: G032 - ENGENHARIA MECÂNICA (BACHARELADO)

Nome da editora: Universidade Federal de Lavras

Sigla da editora: UFLA

País da editora: Brasil

Gênero textual: Trabalho de Conclusão de Curso

Nome da língua do conteúdo: Português

Código da língua do conteúdo: por

Licença de acesso: Acesso aberto

Nome da licença: Licença do Repositório Institucional da Universidade Federal de Lavras

URI da licença: repositorio.ufla.br

Termos da licença: Acesso aos termos da licença em repositorio.ufla.br

Detentores dos direitos autorais: Oscar Luiz de Meneses Ferreira Tocafundo e Universidade Federal de Lavras

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