Análise exergética e termoeconômica de um sistema solar termodinâmico de aquecimento de água

Abstract

Este trabalho avalia e propõe melhorias a um sistema solar termodinâmico de aquecimento de água, que consiste em uma bomba de calor na qual o evaporador é um painel solar e o condensador é um trocador de calor utilizado para aquecer água. Para otimizar o sistema, são realizadas análises teóricas de exergia e termoeconomia de um aquecedor fabricado no Brasil pela Solary – Aquecedores Termodinâmicos. Na resolução das equações decorrentes dessas análises e obtenção das propriedades termodinâmicas do refrigerante R134a utiliza-se do programa Interactive Thermodynamics. Os resultados indicam uma eficiência exergética de 12% e custo total (incluindo aquisição do equipamento) de R$ 0,7170 por hora de funcionamento. Duas propostas de melhoria são analisadas: aumento do rendimento isentrópico do compressor e aumento da temperatura do evaporador. Esta última apresenta os melhores resultados, atingindo um rendimento de 17% e custo total de R$ 0,6383 por hora.

This study evaluates and proposes improvements to a thermodynamic solar water heater, that consists of a heat-pump in which the evaporator is a solar panel and the condenser is a heat exchanger used to heat water. To optimize the system, theoretical analysis of exergy and thermoeconomics of a heater produced in Brazil by Solary – Thermodynamic Heaters are performed. In the solution of the equations resulting from these analyses and obtain the thermodynamic properties of the R134a refrigerant, the software Interactive Thermodynamics is used. The results indicate an exergetic efficiency of 12% and total cost (including purchase of equipment) of R$ 0,7170 per operating hour. Two proposals of improvement are analyzed: increase the isentropic efficiency of the compressor or increase the evaporator’s temperature. The latter one provides the best results, reaching 17% of efficiency and total cost of R$ 0,6383 per hour.