Melhoria na eficiência energética de um refrigerador termoelétrico: controle preditivo baseado em modelo aplicado à regulação da temperatura do reservatório de água gelada

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2013
Autor(a) principal: Amaral, Daniel Lopes
Orientador(a): Torrico, Bismark Claure
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Engenharia elétrica
Refrigeração
Controle preditivo
Controle de temperatura
Link de acesso: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/5821
Resumo: The rational use of resources is a recurring theme in sustainable development discussions and has stimulated the development of more efficient electrical power consumption appliances. Regulators and Certifiers agencies set standards for the functionality requirements and for the electric power consumption classification of devices in order to formalize the relationship between performance and maintenance of these resources indefinitely. Thus a model based predictive controller was applied to a thermoelectric cooler to attain the international standard ANSI18 specifications for water cooler dispensers and to meet ENERGY STAR$ iny^{ extregistered}$ energy efficiency requirements. A phenomenological linear model was obtained and the respective parameters were identified by using least squares algorithm; experiments were performed to identify the parameters of the discrete transfer functions; a model criterion selection based on simulation capabilities and residue characteristics was developed; a model based predictive controller was designed and applied using one of the models identified; the controller performance was analyzed attending to the ANSI18 standard and according to energy performance certificates; a comparative study between the bistable control and the proposed strategy was made for performance analysis. Simulation and experimental tests have shown compromise between the simulation capability and residue characteristic criterion. The closed loop system behavior allowed energy saving in standby temperature regulating compared to thermostat control mode. The new control strategy achieved ENERGY STAR energy-efficiency criteria certification requirements infeasible for traditional regulation.
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Thus a model based predictive controller was applied to a thermoelectric cooler to attain the international standard ANSI18 specifications for water cooler dispensers and to meet ENERGY STAR$ iny^{ extregistered}$ energy efficiency requirements. A phenomenological linear model was obtained and the respective parameters were identified by using least squares algorithm; experiments were performed to identify the parameters of the discrete transfer functions; a model criterion selection based on simulation capabilities and residue characteristics was developed; a model based predictive controller was designed and applied using one of the models identified; the controller performance was analyzed attending to the ANSI18 standard and according to energy performance certificates; a comparative study between the bistable control and the proposed strategy was made for performance analysis. Simulation and experimental tests have shown compromise between the simulation capability and residue characteristic criterion. The closed loop system behavior allowed energy saving in standby temperature regulating compared to thermostat control mode. The new control strategy achieved ENERGY STAR energy-efficiency criteria certification requirements infeasible for traditional regulation.O uso racional de recursos é pauta recorrente nas discussões acerca do desenvolvimento sustentável e tem estimulado o projeto de equipamentos mais eficientes quanto ao consumo de energia elétrica. Agentes regulamentadores e certificadores estabelecem regras para o funcionamento e para a classificação de eletrodomésticos quanto ao consumo de energia elétrica a fim de formalizar a relação entre o desempenho dos mesmos e a manutenção indefinida dos recursos. Nesse contexto, lança-se mão do projeto de um controlador preditivo baseado em modelo aplicado à regulação da temperatura do reservatório de água gelada de um refrigerador termoelétrico obedecendo as especificações da norma internacional ANSI18 que determina condições funcionais para bebedouros com refrigeração mecânica incorporada, concomitantemente buscando atender aos requisitos para a certificação ENERGY STAR quanto ao critério de eficiência energética. Para tanto foram realizadas as etapas de i) Modelagem e Identificação do Processo: foi desenvolvido um modelo em termos de função de transferência do sistema de refrigeração termoelétrico de fluidos através de modelagem fenomenológica; foram realizados experimentos para a identificação de parâmetros de modelos discretos pelo método caixa branca; foi desenvolvido critério de seleção de modelo baseado na capacidade de simulação e características do resíduo de simulação; ii) Estudo do Controlador Preditivo Baseado em Modelo: foi projetado e implementado na planta um controlador preditivo baseado em um dos modelos parametrizados para regulação da temperatura do reservatório interno; foi analisado o desempenho do controlador segundo a norma regulamentadora; iii) Estudo da Eficiência do Controlador: foi analisado o desempenho do controlador quanto a capacidade do protótipo em atender aos requisitos que o qualificam à obtenção de certificado segundo critério de eficiência energética para regulação da temperatura interna do reservatório e, por fim, realizado um estudo comparativo entre a estratégia de controle biestável aplicada atualmente ao processo e a estratégia proposta.Engenharia elétricaRefrigeraçãoControle preditivoControle de temperaturaMelhoria na eficiência energética de um refrigerador termoelétrico: controle preditivo baseado em modelo aplicado à regulação da temperatura do reservatório de água geladaAn energy-saving model based predictive control strategy on thermoelectric water cooler dispenserinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFCinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINAL2013_dis_dlamaral.pdf2013_dis_dlamaral.pdfapplication/pdf4285716http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/5821/1/2013_dis_dlamaral.pdf0b51273c3ef3540e6257981787f554f8MD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81786http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/5821/2/license.txt8c4401d3d14722a7ca2d07c782a1aab3MD52riufc/58212021-03-18 09:36:18.298oai:repositorio.ufc.br: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Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2021-03-18T12:36:18Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false
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