Análise energética, exergética e exergoeconômica de um protótipo de ar-condicionado utilizando módulos termoelétricos

Thiago Rodrigues Alexandria Leite

ORCID iD Universidade Federal da Paraíba (UFPB) Brasil

Carlos Antônio Cabral dos Santos

ORCID iD Universidade Federal da Paraíba (UFPB) Brasil

Resumo

Este trabalho tem por objetivo apresentar os resultados das análises energética, exergética e exergoeconômica de um protótipo de ar-condicionado utilizando módulos termoelétricos. Dois principais ensaios foram feitos: o primeiro variando a temperatura da água e o segundo variando a corrente de entrada do sistema. Pela análise energética, foram calculados o coeficiente de desempenho do sistema (COP) e a capacidade de refrigeração (Qc). Através da análise exergética, foram calculadas a destruição de exergia, a exergia de refrigeração, e a eficiência exergética de refrigeração. Por fim, pela análise exergoeconômica, que utilizou o método SPECO, foi calculado o custo por unidade de refrigeração (cq). Os resultados indicaram, através da análise energética, que o COP é maximizado para correntes de entradas menores e para temperaturas da água menores, obtendo seu melhor resultado (2,79) na corrente elétrica de entrada de 0,5 A. Através da análise exergética viu-se que a refrigeração utilizando módulos termoelétricos apresentou valores de eficiência exergética de refrigeração muito baixos em relação ao COP (0,043 para o ensaio variando a temperatura da água e 0,051 para o ensaio variando a corrente). Por fim, através da análise exergoeconômica, os resultados mostraram que o custo por unidade de refrigeração diminuiu com o aumento da temperatura da água e com o aumento da corrente de entrada. Ademais, foi feito um ensaio simulando um ambiente a ser refrigerado. Com uma corrente elétrica de 3 A, o protótipo conseguiu baixar a temperatura em 10,4 °C com 5 minutos de funcionamento. Com este estudo, conclui-se que o sistema de refrigeração termoelétrico experimental proposto, nas características e condições dos ensaios, teve resultados satisfatórios e que as análises energética, exergética e exergoeconômica se mostraram eficazes para evidenciar sob quais condições o sistema tem melhor desempenho e menor custo.

Palavras-chave


exergia; exergoeconomia; módulos termoelétricos; refrigeração


Texto completo:

Referências


BEJAN, A.; TSATSARONIS, G.; MORAN, M. J. Thermal design and optimization. Wiley, 1995.

BERGMAN, T. L.; LAVINE, A. S. Incropera. Fundamentos de transferência de calor e de massa. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2019.

CAVALCANTI, E. J. C. Análise exergoeconômica e exergoambiental. São Paulo: Blucher, 2018.

DANIEL, C.; SHUKLA, A. K.; SHARMA, M.; PHANDEN, R. K.; OJHA, M. K. Design and fabrication of thermoelectric air-cooling system. Journal of Physics: Conference Series, v. 2178, n. 1, 012004, 2022. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/2178/1/012004.

DIZAJI, H. S.; JAFARMADAR, S.; KHALILARYA, S.; MOOSAVI, A. An exhaustive experimental study of a novel air-water based thermoelectric cooling unit. Applied Energy, v. 181, p. 357-366, 2016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.08.074.

DIZAJI, H. S.; JAFARMADAR, S.; KHALILARYA, S.; POURHEDAYAT, S. A comprehensive exergy analysis of a prototype Peltier air-cooler; experimental investigation. Renewable Energy, v. 131, p. 308-317, 2019. DOI: https://doi.org/10.1016/j.renene.2018.07.056.

GUCLU, T.; CUCE, E. Thermoelectric coolers (TECs): from theory to practice. Journal of Electronic Materials, v. 48, n. 1, p. 211-230, 2019. DOI: https://doi.org/10.1007/s11664-018-6753-0.

HEIKES, R. R.; URE JUNIOR, R. W. Thermoelectricity: Science and Engineering. London: Interscience Publishers, 1961.

LAZZARETTO, A.; TSATSARONIS, G. SPECO: a systematic and general methodology for calculating efficiencies and costs in thermal systems. Energy, v. 31, n. 8-9, p. 1257-1289, 2006. DOI: https://doi.org/10.1016/j.energy.2005.03.011.

LIU, Y.; SU, Y. Experimental investigations on COPs of thermoelectric module frosting systems with various hot side cooling methods. Applied Thermal Engineering, v. 144, p. 747-756, 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2018.08.056.

MORIA, H.; POURHEDAYAT, S.; DIZAJI, H. S.; ABUSORRAH, A. M.; ABU-HAMDEH, N. H.; WAE-HAYEE, M. Exergoeconomic analysis of a Peltier effect air cooler using experimental data. Applied Thermal Engineering, v. 186, 116513., 2021. DOI:

https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2020.116513.

NEMATI, A.; NAMI, H.; YARI, M.; RANJBAR, F.; KOLVIR, H. R. Development of an exergoeconomic model for analysis and multi-objective optimization of a thermoelectric heat pump. Energy Conversion and Management, v. 130, p. 1-13, 2016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2016.10.045.

SALAH, W. A.; ABUHELWA, M. Review of thermoelectric cooling devices recent applications. Journal of Engineering Science and Technology, v. 15, n. 1, p. 455-476, 2020.

SULAIMAN, A. C.; AMIN, N. A. M.; BASHA, M. H.; MAJID, M. S. A.; NASIR, N. F. M.; ZAMAN, I. Cooling performance of thermoelectric cooling (TEC) and applications: a review. In: MATEC Web of Conferences, v. 225, 03021, 2018. DOI: https://doi.org/10.1051/matecconf/201822503021.

TIAN, M.-W.; ALDAWI, F.; ANQI, A. E.; MORIA, H.; DIZAJI, H. S.; WAE-HAYEE, M. Cost-effective and performance analysis of thermoelectricity as a building cooling system; experimental case study based on a single TEC-12706 commercial module. Case Studies in Thermal Engineering, v. 27, 101366, 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.csite.2021.101366.

TIPSAENPORM, W.; RUNGSIYOPAS, M.; LERTSATITTHANAKORN, C. Thermodynamic analysis of a compact thermoelectric air conditioner. Journal of Electronic Materials, v. 43, n. 6, p. 1804-1808, 2014. DOI: https://doi.org/10.1007/s11664-013-2879-2.


DOI: http://dx.doi.org/10.18265/2447-9187a2022id7758

O arquivo PDF selecionado deve ser carregado no navegador caso tenha instalado um plugin de leitura de arquivos PDF (por exemplo, uma versão atual do Adobe Acrobat Reader).

Como alternativa, pode-se baixar o arquivo PDF para o computador, de onde poderá abrí-lo com o leitor PDF de sua preferência. Para baixar o PDF, clique no link abaixo.

Caso deseje mais informações sobre como imprimir, salvar e trabalhar com PDFs, a Highwire Press oferece uma página de Perguntas Frequentes sobre PDFs bastante útil.

Download do PDF
Imprimir artigo
Exibir metadados
Como citar este documento

Visitas a este artigo: 555

Total de downloads do artigo: 335