Desenvolvimento de estratégia de controle para compressor de capacidade variável e válvula de expansão eletrônica em um sistema de refrigeração doméstico

Abstract

Esta dissertação apresenta o desenvolvimento de duas estratégias de controle para um sistema de refrigeração doméstico dotado de compressor de capacidade variável e válvula de expansão eletrônica. Um protótipo foi criado com a adaptação de um refrigerador doméstico, incluindo tal compressor e válvula, para o desenvolvimento das estratégias de controle. As duas estratégias utilizam um controlador proporcional integral (PI) para ajustar a rotação do compressor baseado na temperatura do compartimento do sistema, e diferem no controlador utilizado para ajustar a fração de abertura da válvula, sendo um deles um controlador PI que se baseia no grau de superaquecimento do evaporador, e o outro uma lógica de controle baseada na técnica Maximum Power Point Tracker (MPPT) que utiliza como variável de controle a potência do compressor que é fornecida pelo inversor. Para as duas estratégias desenvolvidas são realizados testes importantes para a análise de suas performances em termos de refrigeração e então estas técnicas são comparadas entre si. A comparação entre as duas estratégias é favorável a estratégia PI que utiliza sensores de temperatura adicionais para medir o grau de superaquecimento, e que com isso consegue ter um desempenho em relação ao consumo energético aproximadamente 5% menor e regimes transitórios mais comportados.

Abstract : This dissertation presents the development of two control strategies for a household refrigeration system equipped with variable capacity compressor and electronic expansion valve. A prototype was created with the adaptation of a household refrigerator, including such a compressor and valve, for the development of control strategies. Both strategies use a proportional integral (PI) controller to adjust the compressor's rotation speed based on the temperature of the system's compartment and differ for the controller used to adjust the valve's opening fraction, one of which is a PI controller that is based on the evaporator's superheating degree, and the other one is a control logic based on the Maximum Power Point Tracker (MPPT) technique which uses as control variable the compressor's power that is supplied by the inverter. For the two developed strategies, important tests were performed for analysing their performances in terms of refrigeration, and then these techniques were compared to each other. The comparison between the two strategies is in favor of the PI strategy, which uses additional temperature sensors to measure the superheating degree, and thus achieves a performance of approximately 5% lower energy consumption, and more regular transient regimes.