ANÁLISE TERMOECONÔMICA DE UM SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO AUTOMOTIVO POR ABSORÇÃO

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1 Proceedng of the 11 th Brazlan Congre of Thermal Scence and Engneerng -- ENCIT 2006 Braz. Soc. of Mechancal Scence and Engneerng -- ABCM, Curtba, Brazl, Dec. 5-8, 2006 Paper CIT ANÁLISE TERMOECONÔMICA DE UM SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO AUTOMOTIVO POR ABSORÇÃO Adrano da Slva Marque Unverdade Federal da Paraíba Jardm cdade unvertára, LES (Laboratóro de Energa Solar) Carlo Antono Cabral do Santo Unverdade Federal da Paraíba Jardm cdade unvertára, LES (Laboratóro de Energa Solar) Carlo Marlon do Santo Unverdade Federal da Baha R. Artde Nov, nº 02. Ecola Poltécnca, LEN (Laboratóro de Energa) Ednldo Andrade Torre Unverdade Federal da Baha R. Artde Nov, nº 02. Ecola Poltécnca, LEN (Laboratóro de Energa) Wlon Lucano Unverdade Federal da Paraíba Jardm cdade unvertára, LES (Laboratóro de Energa Solar) Reumo. O preente trabalho va à anále termoeconômca do acoplamento da dponbldade térmca de motore de combutão nterna para o aconamento de tema de refrgeração por aborção uando o par frgorífco água-amôna, deenvolvendo-e deta forma um modelo de tema compacto de cogeração. A anále termodnâmca é feta enfocando-e a võe energétca e exergétca com a fnaldade de captar nformaçõe para uprr a carga térmca neceára para refrgerar o abtáculo do veículo e dentfcar o ponto de rreverbldade do tema que merecerão epecal atenção no dmenonamento e eleção do componente. A undade é compreendda por: tema motrz: almentação, motor, decarga e arrefecmento; undade de refrgeração por aborção de mple efeto e epaço a er refrgerado. Cada ubundade merecerá epecal atenção em ua anále, fazendo o uo de rotna da plataforma EES com a aplcação da 1ª e 2ª Le da Termodnâmca bem como do conceto Exergoeconômco mulando dferente tuaçõe no tema motrz e no tema de refrgeração utlzado. Palavra chave: motor automotvo, refrgeração por aborção, exerga e termoeconoma. 1. Introdução O tema de refrgeração uado para clmatzação de ambente utlzam em ua grande maora tema de compreão de vapor, no qua o fludo de trabalho ão o CFC que atacam e detroem a camada de ozôno da atmofera. Sendo poível, em muto cao, a ndcação do uo do cclo de refrgeração por aborção de vapor, que não utlza fludo halogenado. Conderaçõe econômca e ambenta trouxeram um novo nteree no refrgeradore almentado por uma fonte de calor. Um eforço conderável de pequa tem do nvetdo em tema de refrgeração dee tpo no últmo ano. Ee tema podem utlzar fonte de energa renováve, ta como: energa olar, gá natural, gae quente provenente do ecapamento de automóve, etc. A utlzação dee calor redual tem contrbuído para a redução da polução térmca pela mnmzação da energa jogada ao ambente (prncípo do aumento de entropa). Ea utlzação tem contrbuído anda, para a redução do conumo global de combutíve e redução do nível de emõe de dóxdo de carbono, contrbundo deta forma, para alvar a varaçõe clmátca do mundo. Nete cenáro, há a necedade do deenvolvmento de anále adequada e efcente para comparar entre a ma dvera alternatva térmca de geração de fro, ncluve a partr do aprovetamento da dponbldade térmca provenente do gae de combutão de um motor de combutão nterna. A utlzação de uma metodologa que aoce a anále energétca, exergétca e econômca e motram um camnho vável e aproprado. Am, a anále termoeconômca permte a caracterzação efetva da efcênca que ocorrem em qualquer undade térmca, valorando o fluxo de energa do tema.

2 Proceedng of ENCIT ABCM, Curtba, Brazl, Dec. 5-8, 2006, Paper CIT06-XXXX O preente trabalho apreenta a anále termoeconômca do acoplamento de um motor de combutão nterna, operado pelo cclo Otto, a um tema de refrgeração por aborção, de mple efeto, que utlza o par água-amôna como fludo de trabalho. Eta undade de cogeração faz o uo do aprovetamento da dponbldade energétca do produto de combutão da octana. Eta avalação é deenvolvda computaconalmente em plataforma EES (Engneerng Equaton Solver), dede a admão de ar e combutível, paando pelo proceo de combutão, até o reíduo provenente da própra combutão. 2. Modelagem Termodnâmca Para a verfcação de uma anále quanttatva do tema, faz-e o uo da 1ª Le da Termodnâmca e com o auxílo da 2ª Le da Termodnâmca pode-e avalar o tema do ponto de vta qualtatvo, complementando, deta forma, a anále global da undade. O tema etudado conte de uma undade de refrgeração por aborção aconada pelo gae de exautão de um motor de combutão nterna automotvo, operando egundo um cclo Otto. Ar e combutível entram em corrente eparada no motor onde ocorre o proceo de combutão propramente dto. O calor do gae de exautão acona o gerador de vapor do tema de refrgeração por aborção, onde exte uma quantdade de olução água-amôna. A energa que acompanha o gae de exautão é reponável pela eparação do refrgerante da olução aborvente no gerador de vapor. O vapor de refrgerante egue para o condenador onde ocorre o reframento pela corrente de ar que paa na aleta do trocador de calor. Deta forma, o fludo refrgerante é condenado e então egue para o evaporador, paando pela válvula de expanão, dmnundo a preão e equalzando o tema. No evaporador, o refrgerante ao evaporar-e retra calor da água detnada a refrgeração do ambente a er clmatzado, ou eja, do habtáculo do veículo. Concluído ete proceo o vapor de refrgerante flu para o aborvedor. No aborvedor, o refrgerante (amôna) é aborvdo pelo aborvente (água) devdo a afndade químca extente entre eta dua ubtânca, conttundo deta forma o prncpal fundamento de um tema de aborção. A olução dluída é, então, bombeada para o gerador, paando pelo trocador de calor ntermedáro, onde recebe calor provenente da olução quente que dece pelo gerador. Por ua vez, eta olução paa por uma válvula redutora de preão, pré refrando-a, ante da chegada ao aborvedor. A Fg 1 lutra o tema propoto, detacando cada volume de controle analado egundo o prncípo da Termodnâmca. Fgura 1. Undade de refrgeração automotva Modelagem termodnâmca do motor de combutão nterna Para a modelagem termodnâmca do motor de combutão nterna, é utlzado um motor Ford I4, 2.0L e 16v como referênca para o etudo em quetão. Ete pou dâmetro nterno do clndro de 87,5mm, curo do ptão de 83,1mm, 4 clndro e taxa de compreão de 10:1. A combutão é mulada utlzando-e como parâmetro de entrada a compoção do combutível. A mulação do motor de combutão em quetão, nca-e com a determnação do coefcente para o balanceamento da equação químca da combutão e a determnação da relação ar-combutível. A Eq. (1) motra a modelagem da combutão baeada na quema etequométrca da Octana.

3 Q m.pci Proceedng of ENCIT ABCM, Curtba, Brazl, Dec. 5-8, 2006, Paper CIT06-XXXX C8H 18+exca(O 2+3,76N 2) bco 2+cH2O+dN2 + eo (1) 2 O compoto C8H18 repreenta de forma mplfcada a octana, e o coefcente a, b, c, d e e da Eq. (1) repreentam o coefcente da equação da combutão a erem determnado. A energa contda no combutível é calculada atravé do eu poder calorífco, dada pela Eq. (2). = (2) comb. com b. A determnação da exerga químca do combutível é obtda atravé da Eq. (3), propota por Kota (1995). qu e =ϕ PCI comb. (3) O fator φ é o fator de correção para o cálculo da exerga químca de combutíve. A Eq. (4) refere-e ao fator de correção para combutíve líqudo, onde h, c, o e referem-e a fraçõe máca de hdrogêno, carbono, oxgêno e enxofre preente no combutível, repectvamente. h o h ϕ= 1, , , , ,0628 c c c c (4) A exerga ntroduzda ao motor de combutão nterna, pelo combutível, é dada pela Eq. (5). Ex = m e comb. qu (5) comb Utlzando a metodologa para determnação da temperatura adabátca de chama e analando o cclo Otto como endo um cclo padrão a ar, encontra-e a temperatura do gae de exautão com o dado fornecdo ncalmente. Para o cálculo da quantdade de calor do gae de exautão, ncalmente calcula-e a maa de mtura ar combutível ntroduzda no motor e upondo quema total dea maa, tem-e, pela conervação da maa, que a quantdade de maa do gae de exautão é gual a quantdade de maa de mtura, dada pela Eq. (6). 2 π. D Rot m = m = Cu N η ρ mt. gae vol mt. (6) A energa do gae de exautão, do motor de combutão, que rá aconar termcamente o tema de refrgeração por aborção é calculada a partr da Eq. (7). Q = m cp (T T ) (7) gae gae mt. gae 0 O cp da mtura é obtdo pela méda ponderada do omatóro do calore epecífco do elemento que compõem o gae de exautão, em função da temperatura, e a fração máca de cada um do elemento, conforme apreentado pela Eq. (8). cp = x cp (8) mt. O rendmento do motor de combutão nterna é calculado com o auxílo da 1ª Le da Termodnâmca, conforme motrado na Eq. (9). Pot η= 100 Q (9) A exerga do gae de exautão é dada pela oma da parcela termomecânca (fíca) e químca, obtda pela Eq. (10) e (11), repectvamente. ( ) f Ex =m 0 0 gae gae h h T0 ( ) (10)

4 Proceedng of ENCIT ABCM, Curtba, Brazl, Dec. 5-8, 2006, Paper CIT06-XXXX = + ch ch Ex m gae gae xex RT0 x ln x = p = p (11) Logo, a exerga total do gae de exautão é dada pela Eq. (12). f ch Ex gae =Ex + Ex (12) gae gae A efcênca exergétca do motor de combutão nterna é calculada utlzando o auxílo da 2ª Le da Termodnâmca, conforme Eq. (13). ε = Pot motor 100 qu m e comb. (13) 2.2. Modelagem termodnâmca da undade de refrgeração por aborção Para a mulação do tema de refrgeração por aborção, que utlza como fludo de trabalho o par água-amôna, utlza-e o egunte dado de entrada, egundo a metodologa propota por Herold et al. (1996): a temperatura no condenador (temperatura ambente acrecda de 10ºC), temperatura no evaporador de 5ºC, a concentração do refrgerante de 0,999634, a concentração da olução rca de 0,368 e a concentração da olução pobre de 0,268. Utlzando o recuro dponíve na plataforma EES determna-e, então, a propredade termodnâmca de cada ponto do tema, permtndo am, a realzação da avalação energétca e exergétca da undade propota. A anále energétca e exergétca do tema de refrgeração por aborção ão realzada com bae na equaçõe de balanço de maa, Eq. (14), balanço de energa, Eq. (15), e taxa de geração de entropa, Eq. (16). dm = m e dt e e m de Q W m.h m.h dt = + ds dt v.c. e e Q = m m + + S T v.c. e e ger (14) (15) (16) Alguma conderaçõe ão realzada, no ntuto de mular o funconamento do tema de refrgeração por aborção e determnar a propredade de etado do ponto, repreentado na Fg. 1. Eta conderaçõe etão fundamentada no trabalho de Herold et al (1996) e Manrque (1991). Na aída do condenador, a temperatura do refrgerante líqudo correponde a temperatura de condenação da olução, exprea pela temperatura ambente acrecda em 10 ºC. A temperatura no ponto 13 é defnda pela varação de temperatura que o trocador de calor ntermedáro realza com o ponto 12; A temperatura do fludo refrgerante na aída do evaporador (ponto 8) é fxada como a temperatura de evaporação; O ponto 5, 6, 8, 9 e 12 ão conderado como ponto de aturação; A dferença entre a concentração de amôna na olução forte e na fraca, ou eja, a largura do proceo é fxada; A efcênca do tema de refrgeração por aborção, pela 1ª Le da Termodnâmca, é dada pelo coefcente de performance (COP), defndo pela Eq. (17), como o coefcente de energa útl pela energa requerda pelo tema. Q COP evap = Q W ger + b (17) Analando a undade de cogeração de forma ampla, determna-e a efcênca de prmera Le global, conforme a Eq. (18), ndcando a razão entre o produto da undade e o numo para produção, ambo em bae energétca. Pot + Q evap η global = Q 100 (18)

5 Proceedng of ENCIT ABCM, Curtba, Brazl, Dec. 5-8, 2006, Paper CIT06-XXXX Smlar a anále de prmera le, pode-e determnar o coefcente para anále de egunda le. Eta nformação complementa a prmera, po a anále exergétca ou de egunda le leva em conderação a perda, parâmetro que não é conderado na anále energétca. A Eq. (19) motra o cálculo da efcênca exergétca do tema de refrgeração por aborção, que leva em conderação a dponbldade no evaporador e no gerador de vapor. ε = refrg ex evap ex ger 100 (19) Onde: ex evap = T 0 1 Qevap T evap 0 exger 1 Q ger T ger = T (20) (21) A anále exergétca da undade de forma global é apreentada atravé da Eq. (22). Pot + ex evap ε global = 100 qu m e comb (22) 3. Modelagem termoeconômca A termoeconoma, ou and a exergoeconoma, reúne em um ó conceto a anále exergétca e econômca de forma a juntar numa únca vão a anále de cuto exergétco e econômco. Ete tpo de anále pode er feto em todo o cao em que e pode fazer uma anále de 2ª Le, to é, aplcável a tema termodnâmco. O prncpa objetvo a erem alcançado ão: o Determnar o cuto exergétco e monetáro de cada componente do tema; o Calcular eparadamente o cuto aocado ao produto; o Calcular eparadamente o cuto nterno do fluxo da planta; o Avalar a varação do cuto do fluxo com a efcênca do dferente equpamento; o Comparar de forma equvalente fluxo de dferente corrente energétca; o Como objetvo fnal, deve-e ao modelo de otmzação da planta, localzando varáve epecífca, vlumbrando oportundade de redução do cuto de produção Cuto exergétco O balanço de exerga fornece o valor da detrução de exerga em cada componente do tema e eta detrução é a dferença entre a exerga que entra e a exerga que a do volume de controle etudado. Ito porque, em um proceo real empre haverá detruçõe e perda reultando em uma exerga maor no numo do proceo em relação à exerga do produto. Sendo am, o balanço exergétco em cada componente pode er expreo conforme a Eq. (23): ExP = ExF I ExD (23) O cuto exergétco untáro é uma relação nvera a de efcênca exergétca, motrado na Eq. (24). ExF 1 k = Ex = (24) ε ou p

6 Proceedng of ENCIT ABCM, Curtba, Brazl, Dec. 5-8, 2006, Paper CIT06-XXXX B k = Ex (25) B Onde k é o cuto exergétco untáro, é a exerga neceára para a concepção do produto, e Ex é a quantdade mínma de exerga correpondente ao proceo deal para concepção do produto. Para a avalação termoeconômca de um tema térmco, é neceára a caracterzação do memo em undade produtva. Para a anále da undade automotva propota, a undade produtva correpondem ao volume de controle abordado na anále exergétca, endo a válvula de expanão, ncorporada ao equpamento ao qua ela ervem: evaporador e aborvedor repectvamente, conforme apreentado na Fg. 2. A válvula ão ncorporada ao equpamento ctado devdo ao gnfcado econômco do fluxo exergétco na entrada e na aída erem conderado deprezíve com relação ao fluxo retante da undade etudada. Fgura 2. Fluxograma para anále termoeconômca Regra de dotação de cuto exergétco no fluxo do tema O preente trabalho utlza a propoçõe propota por Valero et al. (1996), no formato de equaçõe, a fm de gualar o número de equaçõe ao número de varáve, já que o número de volume de controle é nferor a quantdade de fluxo do tema. Ete procedmento, que e baea uncamente em preceto termodnâmco, etá decrto abaxo: o O cuto exergétco (B) de uma corrente ou o fluxo de exerga do numo (B F ) ou do produto (B p ) é a quantdade de exerga neceára para produz-lo; o Uma anále detalhada do proceo e da função de cada ubtema na formação do produto fna é o únco requto para a atrbução do cuto exergétco; o O cuto exergétco do fluxo que entram no equpamento ou ubtema devem er rateado com o fluxo que dexam o memo. A partr dee preceto o autore propõem cnco propoçõe que aplcada ao volume de controle, ou eja, à undade produtva permtem a determnação do cuto exergétco do fluxo. Propoção 1 O cuto exergétco é uma propredade conervatva, conforme apreentado na Eq. (26). e B B = 0 j (26) Propoção 2 Para um tema ou volume de controle com ma de um numo energétco entrando ou ando, o cuto exergétco untáro do fluxo de exerga (numo, fuel) que entram num ubtema, erá gual ao cuto exergétco untáro do fluxo de exerga que aem (regra do numo). Be B = ke = k (27) e Ex Ex Propoção 3 Se um tema cujo produto é formado por váro fluxo, o cuto exergétco erá o memo para cada um dele (regra do produto). B Ex B ' = k = k (28) ' Ex '

7 Proceedng of ENCIT ABCM, Curtba, Brazl, Dec. 5-8, 2006, Paper CIT06-XXXX Propoção 4 Ao fluxo da perda externa deve-e atrbur cuto exergétco nulo, po não haverá utlzação poteror. B 0 Ex = (29) Propoção 5 na auênca de valoração externa, o cuto exergétco do fluxo que entram no tema é gual a ua exerga. B = Ex (30) 3.2. Cuto monetáro A metodologa utlzada para a valoração do cuto monetáro é ncada utlzando-e a Eq. (31), endo cuto em undade monetára por undade de exerga para o numo, c o cuto em undade monetára por undade de exerga para o produto, da mema forma Ex F e Ex p ão a quantdade de exerga para o numo e produto, e fnalmente o termo Z que leva em conderação o cuto de nvetmento, manutenção e operação. c Ex = c Ex + Z (31) p p F F Utlzando o conceto de ére unforme de pagamento, baeado em remunerar um determnado captal P, a uma taxa, durante n período de tempo, detaca-e a Eq. (32). p c F o n A (1+ ) = n P (1+ ) 1 (32) Eta relação é chamada de fator de recuperação de captal, onde A repreenta um deembolo ou recebmento. O cuto monetáro pontual do ubtema da undade propota é determnado pela Eq. (33). (A / P) Z =. F t op (33) Onde (A/P) é o fator de recuperação de captal, F é o nvetmento ncal de cada equpamento do tema e t tempo de vda útl do repectvo equpamento. 4. Anále de reultado A Tab. 1 apreenta o dado de entrada utlzado no códgo computaconal para a determnação de todo o outro parâmetro etudado na avalação termodnâmca. O reultado foram determnado varando-e a rotação do motor de combutão nterna, mulando a tuaçõe de marcha lenta (1000 rpm) e alta rotaçõe (6500 rpm). Tabela 1. Dado de entrada para o cao exemplo da avalação do tema. Temperatura ambente 25 ºC Preão atmoférca 101,325 kpa Marca/ Modelo do motor Ford I4 2.0L 16v Dâmetro nterno do clndro do motor 87,5 mm Curo do ptão do motor 83,1 mm Número de clndro do motor 4 Rendmento volumétrco do motor 0,9993 Taxa de compreão do motor de combutão 10:1 Temperatura de evaporação do tema de refrgeração 5 ºC Concentração do vapor de amôna utlzado na refrgeração 0, Dferença de concentração entre olução fraca e forte (largura do proceo) do tema de refrgeração 0,1 Dferença de temperatura no trocador de calor ntermedáro do tema de refrgeração 60 op é o

8 Proceedng of ENCIT ABCM, Curtba, Brazl, Dec. 5-8, 2006, Paper CIT06-XXXX 4.1. Reultado para o motor de combutão nterna Varando-e a rotação do motor de combutão é poível avalar a dvera tuaçõe de carga utlzada no automóve, como em marcha lenta e em alta rotaçõe. Na Fg. 3 é poível obervar o reultado da curva de potênca que fora levantada em dnamômetro, para o motor utlzado na anále. A fgura também motra a varação da quantdade de calor, que acompanha o gae de exautão em função da rotação. São apreentada a curva para a combutão ocorrendo em exceo de ar, com 10% de exceo de ar, 20% de exceo de ar e para 30% de exceo de ar. Pot [kw] Qgaeex [kw] Qgaeex10% [kw] Qgaeex20% [kw] Qgaeex30% [kw] Rotação [rpm] Fgura 3. Varação da potênca e do gae de exautão com a rotação do motor. A metodologa utlzada para a determnação da temperatura do gae de exautão fo a metodologa de cálculo para cclo padrão a ar Otto conforme Van Wylen, A temperatura do gae de exautão é de T 4 = 680,5 ºC. São apreentada na Tab. 2 a temperatura do gae de exautão medda na bancada de tete, em função da rotação do motor de combutão nterna utlzado. Tabela 2. Temperatura do gae de exautão do motor em função da rotação. Rotação [rpm] Temperatura [ºC] Reultado do tema de refrgeração por aborção Para o tem a de refrgeração po r aborção foram determnado o etado termodnâmco para ca da ponto do cclo atravé do programa computaconal deenvolvdo, conforme motrad o na Tab. 3. Para a anále epecífca foram fxado valore para rotação, Rot = 2500 rpm e potênca Pot = 45,55 kw, além do outro dado de entrada ctado anterormente. O parâmetro determnado na anále ão: vazão ( m ), temperatura (T), preão (P), concentração da olução (x), entalpa (h), entropa () e exerga epecífca (ex) para o fluxo do tema de refrgeração automotvo propoto. Tabela 3. Etado termodnâmco da undade de refrgeração. Ponto Fluxo termodnâmco m T P h ex X (kg/) (ºC) (bar) (kj/kg) (kj/kg.k) (kj/kg) 1 Entrada de combutível - líqudo 0, , Gae de e xautão 0, ,5 3, Refrgerante (amôna a 99,9%)- vapor 0, ,94 13,51 0, , ,2 6 Refrgerante- líqudo aturado 0, ,51 0, , Refrgerante - mtura bfáca 0, ,48 2,625 0, , ,3 8 Refrgerante - vapor aturado 0, ,625 0, , ,8 9 Solução Concentrada- líqudo 0,1599 aturado 42,58 2,625 0, ,81 0,5103 3, Solução Concentrada- líqudo 0,1599 comprmdo 44,85 13,51 0,368-20,27 0,5397 5,053

9 Proceedng of ENCIT ABCM, Curtba, Brazl, Dec. 5-8, 2006, Paper CIT06-XXXX 11 Solução Concentrada- líqudo 0,1599 comprmdo 96,51 13,51 0, ,1 1,21 35,41 12 Solução Dluída líqudo aturado 0, ,3 13,51 0, ,6 1,573 61,75 13 Solução Dluída líqudo aturado 0, ,29 13,51 0, ,7 0, ,59 14 Solução Dluída mtura bfáca 0,138 62,83 2,625 0, ,7 0, ,51 16 Entrada de água gelada líqudo comprmdo 1, ,51 0,1806 1, Saída de água gelada líqudo comprmdo 1, ,53 0,1064 2,369 A Fg. 4 motra a varação do fluxo de calor, conderando combutão completa da oc tana (em exceo de ar), de cada volume de controle em função da rotação do motor de combutão nt erna. calor [kw] Quantdade de Rot [rpm] Qger [kw] Qcond [kw] Qevap [kw] Qab [kw] Fgura 4. Varação do fluxo energétco do tema de refrgeração por aborção. Aplcando-e a Eq. (17), encontra-e o valor do coefcente de performance do tema de refrgeração por aborção (COP) de 0,521. A Fg. 5 motra a varação do coefcente de performance em função da varação de temperatura no trocador de calor ntermedáro (regenerador). 0,7 CO P 0,65 0,6 0,55 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0, ,7 17,4 21,1 24,7 28,4 32,1 35,8 39,5 43,2 46,8 50,5 54,2 57,9 61,6 65, ,6 76,3 DeltaT Regenerador Fgura 5. Varação do COP em função da varação de temperatura no regenerador. A Fg. 6 apreenta a varação do percentual da rreverbldade em função da rotação do motor de combutão nterna para o egunte componente do tema de refrgeração por aborção: gerador, condenador, evaporador, aborvedor, válvula, bomba e regenerador.

10 Proceedng of ENCIT ABCM, Curtba, Brazl, Dec. 5-8, 2006, Paper CIT06-XXXX % Gerador % Aborvedor % Regenerador % Evaporador % Válvula % Condenador 60 % Irreverbldade Rot [rpm] Fgura 6. Varação do percentual da rreverbldade em função da rotação do motor de combutão nterna Reultado do acoplamento do motor de combutão nterna ao tema de refrgeração por aborção A Fg. 7 motra a varação da efcênca de prmera e egunda le da termodnâmca para o motor de combutão, para o tema de refrgeração por aborção e para a undade acoplada, em função da rotação. Oberva-e que a efcênca da undade cogeradora é maor do que a efcênca de ambo o equpamento: motor de combutão nterna e tema de refrgeração por aborção trabalhando em eparado, ndcando o uo raconal da cogeração para tema dee tpo. etamotor [%] Eplonmotor [%] Eplonrefr [%] Etaglobal [%] Eplonglobal [%] Efcênca [%] Rot [rpm] Fgura 7. Comparação entre a efcênca da undade global e a efcênca do equpamento em eparado Reultado da anále termoeconômca São ltado na Tab. 4, com bae na Fg. 2, o reultado do parâmetro termoeconômco de cada fluxo da undade: o fluxo exergétco (B), o fluxo do cuto exergétco (B), o cuto exergétco untáro (k), o cuto monetáro (Pc) expreo em R$/, o cuto monetáro (Pc) expreo em R$/ano, o cuto monetáro por undade de exerga (c) expreo em R$/kJ e expreo em R$/MWh ou R$/ton (c##). Foram detacado o fluxo de aída da undade de cogeração, que repreentam o produto: corrente 17, que repreenta a água gelada; a perda, repreentada pela corrente 18 e 19 relatvo ao fluxo de calor que dexam o condenador e o aborvedor repectvamente. O numo da planta etão repreentado pelo fluxo 1, 16 e 20 que repreentam o combutível, a água que entra no evaporador e o trabalho conumdo pela bomba de olução. Fluxo Tabela 4. Reultado da anále termoeconômca da undade de refrgeração automotva. Decrção B (kw) B (kw) k (kw/ kw) Pc x10-5 (R$/) Pc (kr$/ano ) c x10-5 (R$/kJ) c## (R$/MWh) ou (R$/ton)## 1 Combutível 138,5 138, ,4 8, ## 4 Gae de exautão 25,08 92,98 3, ,94 80,9 ## 5 Refrgerante 7,76 67,95 8, ,6 97,94 40,02 141,7 ## 6 Refrgerante 6,879 34,17 4, ,1 87,4 40,29 126,5 ## 8 Refrgerante 2,975 14,78 4, ,9 37,8 40,29 54,7 ##

11 Proceedng of ENCIT ABCM, Curtba, Brazl, Dec. 5-8, 2006, Paper CIT06-XXXX 9 Solução rca 0,5259 5,39 10,25 30,65 9,666 58,29 1,917 ## 10 Solução rca 0,8079 7,075 8,757 32,34 10,2 40,02 2,023 ## 11 Solução rca 5,661 49,58 8, ,6 71,46 40,02 14,17 ## 12 Solução pobre 8,52 74,61 8, ,5 40,02 24,71 ## 13 Solução pobre 1,599 32,11 20,08 146,8 46,28 91,78 10,64 ## 16 Entrada de água gelada 1,437 1, ,437 0, ,01218 ## 17 Saída de água gelada 2,795 20,83 7,45 158,7 50,06 56,79 1,345 ## 18 Fluxo de calor do condenador 0, ,78 42,01 33,45 10,55 41, Fluxo de calor do aborvedor 1,809 41,49 22, ,42 130, Energa elétrca para a bomba 1,685 1, ,685 0, Potênca mecânca do motor 45,55 45, ,7 243,4 16,94 609,9 São apreentado, pela Tab. 5, o cuto monetáro da potênca de exo em função da rotação do motor de combutão nterna. Tabela 5. Cuto monetáro da potênca de exo do motor de combutão nterna. Cuto da Potênca Mecânca do Motor [kr$/ano] Rot [rpm] em exceo de ar 10% de exceo de ar 20% de exceo de ar 30% de exceo de ar ,7 110,7 103,5 97, ,2 151,7 143,1 135, ,6 186, , ,4 215,7 206,3 197, ,7 241, , ,3 263,3 254, ,7 274,6 266, , ,5 284, ,2 315,4 308,6 301, ,4 329,3 323,2 316, ,1 341,7 336,4 330, ,5 353,1 348,5 343,3 Outro reultado podem er obtdo pela anále termoeconômca para ete tpo de undade. Pode-e obter, para o nvetmento realzado, uma anále de amortzação de cuto para uma taxa de juro de 3%, 5% e 8% ao ano e para um período de operação da undade de 5 ano, 10 ano e 15 ano, conforme apreentado na Tab. 6. Tabela 6. Amortzação do cuto em função da taxa de juro e ao longo do ano. Tempo de Operação (ano) Taxa de juro (%) Motor (R$/ano) 87,34 92,39 100,20 23,45 25,90 29,81 11,17 12,85 15,58 Invetmento Stema de refrgeração(r$/ano) 78,61 83,15 90,16 21,10 23,31 26,83 10,05 11,56 14,02 5. Referênca Adewu, S. A., Zubar, S. M, 2004, Second Law Baed Thermodynamc Analy of Ammona-Water Aborpton Sytem. Energy Converon and Management, pp Cortez, L. A. B., Laron, D. L., Slva, A., 1997, Energy and Exergy Evaluaton of Ice Producton by Aborpton Refrgeraton. ASAE Tranacton, Vol. 40(2), pp Gallo, W. L. R. and Mlanez, L. F., 1992, Exergetc Analy of Ethanol and Gaolne Fueled Engne. SAE Internatonal, Feb Herold, K. E., Radermarcher, R., Klen, S. A., 1995, Aborpton Chller and Heat Pump. CRC Pre, USA.

12 Proceedng of ENCIT ABCM, Curtba, Brazl, Dec. 5-8, 2006, Paper CIT06-XXXX Kota, T. J., 1995, The Exergy Method of Thermal Plant Analy. Kreger Publhng Company, Malabar, Florda. Lozano, M. A., Valero, A., 1993, Theory of Exergertc Cot. Energy. Pergamon Pre. Vol. 18, nº 9, pp Marque, A. da S., 2000, Anále Termoeconômca de um Stema de Refrgeração Automotvo por Aborção. Dertação de M. Sc., CPGEM/UFPB, João Peoa, PB, Bral. Marque, A. da S., 2000, Stema Regeneratvo de Calor de Combutão para Refrgeração, PIBIC, João Peoa, PB, Bral. Mra, R. D., Sahoo, P. K., Gupta, A, 2004, Exergoeconomc optmaton of an aqua-ammona aborpton refrgeraton ytem. Int. J. Exergy, Vol. 1, No. 1. Moran, M. J., Shapro, H. N., 2002, Prncípo de Termodnâmca para Engenhara. 4ª Edção, Edtora LTC, Ro de Janero, RJ. Pmenta, J. M. D., Santo, R. O., Carvalho, E. N., Texera, R. R., 2004, Projeto e Smulação de uma Undade de Aborção, para Aplcaçõe de Refrgeração Automotva. In: ENCIT, CIT , Ro de Janero, RJ, Bral. Santo, C. M., 2005, Anále Exergoeconômca de uma Undade de Cogeração a Gá Natural com Refrgeração por Aborção. Dertação de M. Sc., CPGEM/UFPB, João Peoa, PB, Bral. Szargut, J., Morr, D.R., Steward, F. R., 1988, Exergy Analy of Thermal, Chemcal and Metallurgcal Procee. Hemphere Publhng Co., New York, USA. Taylor, C. F., 1971, Anále do Motore de Combutão Interna. Volume 1 e 2 2ª Edção, Edtora Edgard Blücher, São Paulo, SP. Tataron, G., 1993, Thermoeconomc Analy and Optmzaton of Energy Sytem. Progre n Energy and Combuton Scence, Vol. 19, nº 3, pp THERMOECONOMIC EVALUATION IN AUTOMOTIVE ABSORPTION REFRIGERATION SYSTEM Adrano da Slva Marque Federal Unverty of Paraíba Garden cty unverty, LES (Solar Energy Laboratory) adranomarque25@hotmal.com Carlo Antono Cabral do Santo Federal Unverty of Paraíba Garden cty unverty, LES (Solar Energy Laboratory) cabral@le.ufpb.br Carlo Marlon do Santo Federal Unverty of Baha R. Artde Nov, number 02, LEN (Energy Laboratory) carlomarlon@hotmal.com Ednldo Andrade Torre Federal Unverty of Baha R. Artde Nov, number 02, LEN (Energy Laboratory) ednldo@ufba.br Wlon Lucano Federal Unverty of Paraíba Garden cty unverty, LES (Solar Energy Laboratory) wlonlucano@hotmal.com Abtract Th artcle how a thermoeconomc evaluaton n the exhaut gae from engne to wtch on aborpton refrgeraton ytem whch ue amona-water coolant, developpng thu a model of the compact cogeneraton ytem. The thermodynamc evaluaton done wth the energetc and exergetc focu n order to get nformaton to furnh neceary thermal charge, make the vehcle cockpt cooler and to dentfy rreverble ytem pont that wll deerve pecal attenton regardng component degn and electon phae. Th ytem compoed for: engne ytem: engne, exhaut gae and coolng ytem; aborpton refrgeraton ytem of mple effect and cockpt. Each ubunt wll deerve pecal attenton ung EES (Engneerng Equaton Solver) platform and applyng the 1t and 2nd Thermodynamc low to acheve Exergoeconomc reult, mulatng dfferent tuaton n the cogeneraton ytem. Keyword: Engne, Aborpton Refrgeraton, Exergy and Thermoeconomy.