A estudante Gislaine Hoffmann, orientada pelo Prof. Rodolfo César Costa Flesch, Dr. e coorientado por Dr. Jader Riso Barbosa, defenderá sua dissertação na próxima quinta-feira (10/12), às 9h, por videconferência (https://meet.google.com/hre-zhir-agm). A defesa é vinculada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica.
Título: “Estudo e desenvolvimento de estratégias de controle para sistemas de refrigeração magnética”
Banca:
Prof. Dr. Rodolfo César Costa Flesch (Presidente/Orientador)
Prof. Dr. Tito Luís Maia Santos (Universidade Federal da Bahia – UFBA)
Prof. Dr. Christian Johann Losso Hermes
Resumo: Com os avanços em refrigeração magnética ao redor da temperatura ambiente observados na última década, surgem novos desafios relacionados à redução de consumo energético e ao controle da temperatura proporcionada por tais dispositivos. Para controlar a temperatura do gabinete de um refrigerador magnético compacto, é necessária uma estratégia de controle capaz de gerenciar variáveis como vazão do fluido térmico, frequência do ciclo de operação, fração de escoamento e frequência rotacional dos ventiladores. Neste contexto, o objetivo desta dissertação é estudar, desenvolver e avaliar experimentalmente alternativas de controle para um refrigerador magnético. Para a validação experimental, um compartimento isolado com capacidade de 40 litros foi acoplado a um sistema de refrigeração magnética dotado de um regenerador magnético ativo. A bancada experimentalmente permitiu verificar a influência das variáveis operacionais no comportamento da temperatura do gabinete e os resultados foram empregados no desenvolvimento de diferentes estratégias de controle. Os resultados das caracterizações estática e dinâmica mostraram que: (i) a vazão mássica do fluido térmico tem maior influência na temperatura do gabinete do que as outras variáveis do sistema; (ii) a temperatura do gabinete em estado estacionário apresentou um comportamento parabólico com o aumento da vazão mássica do fluido, demonstrando que existe um valor de vazão mássica ideal para certas condições de operação; (iii) é possível atingir temperaturas de gabinete equivalentes alterando-se a frequência do ciclo ou a vazão mássica do fluido. Contudo, a primeira tem um impacto maior no consumo de energia e apresenta transientes mais lentos. Com base nos resultados, foram projetadas três estratégias de controle, em ordem crescente de complexidade: (i) liga-desliga de todo o sistema; (ii) controle PI da temperatura de gabinete por meio da manipulação da vazão mássica do fluido térmico; (iii) acoplamento do mesmo PI do item (ii) com um controlador baseado em eventos, o qual atua na frequência do ciclo de refrigeração e na frequência rotacional do ventilador para reduzir o consumo energético do sistema. Uma análise dos resultados das estratégias de controle revelou que as três foram aptas a seguir a referência desejada e a rejeitar as perturbações impostas. No entanto, a estratégia de controle baseado em eventos operando em uma malha externa ao controlador PI mostrou-se promissora para aplicação em refrigeração magnética, pois foi capaz de reduzir o consumo de energia do aparato experimental em mais de 50\%, mantendo a temperatura do gabinete em torno do valor de referência. Essa redução no consumo de energia representou um aumento de até 200\% no COP quando comparado ao caso que considera apenas o controlador PI.
Palavras-chave: Refrigeração magnética. Controle de temperatura. Eficiência energética. Avaliação experimental. Controle baseado em eventos.