Aula 3

Universidade Agostinho NetoFaculdade de Engenharia

Curso de Engenharia Mecânica

CLIMATIZAÇÃO & REFRIGERAÇÃO

AULA 3

SUMÁRIOCAP I I – SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO

Curso de Engenharia Mecanica 2013

AGENTE DE TRABALHO

CLASSIFICAÇÃO DA MÁQUINA FRIGORIFICA

CICLO DE CARNOT, MAQUINA FRIGORIFICA PERFEITA

CICLO DE REFRIGARAÇÃO POR COMPRESSÃO DE VAPOR

Máquina frigorifica em regime húmido, Diagrama de MOLLIER

Máquina frigorifica em regime seco. Ciclo teórico corrigido

Ciclo Real. Parametros que influenciam a eficiencia

Efeito da temperatura de Evaporação e Condensação

Efeitos do Sub arrefecimento e do Sobre aquecimento

CAPITULO II-SISTEMAS DE

REFRIGERAÇÃO

OBJECTIVO GERAL DA AULA Nº3

DIMENSIONAR sistemas frigoríficos por compressão de vapor de refrigerante .

OBJECTIVOS ESPECÍFICOS DA AULA Nº3

Calcular os ciclos por compressão de vapor;

Balancear a carga termica no ciclo por compressão de vapor;

INTRODUÇÃO

Princípios de Refrigeração:

• Abaixo de +15ºC

• Por evaporação de um líquido ( EQUAÇÃO

• Por estrangulação de um gás. (EFEITO JOULE THOMSON)

INTRODUÇÃO

AGENTE DE TRABALHO – (REFRIGERANTE)

• Gasoso (AR) (Aviação)

• Sólido (GELO, GELO SECO)

• Líquido (ÁGUA, REFRIGERANTES)

INTRODUÇÃO

Pressão atmosferica 1 atm , 1,013 bar

CICLO DE CARNOT- Máquina de Perfeita

1. Frio (Calor Absorvido) desde uma fonte fria (evaporador)qo = T1 x (s1-s4)

2. Calor Cedido para uma fonte quente (condensador)q1 = T2 x (s2-s3)

3. Trabalho fornecido para compressão do refrigerante (compressor)Wc = q1-qo

4. Trabalho produzido durante a expansão do refrigerante (expansor) é desprezado, devido ao seu reduzido valor.

CICLO DE CARNOT

MÁQUINA FRIGORÍFICA SIMPLES EM REGIME HÚMIDO (MFSRH)

BALANÇO TÉRMICO da MFSRH

MODIFICAÇÕES AO CICLO da MFSRM

• Líquido no cilindro expansor

• Trabalho de expansão pequeno

• Dimensões cilindro expansor

MODIFICAÇÕES ao CICLO da MFSRH

Subarrefecimento do líquido

Vapor saturado seco no compressor

MAQUINA FRIGORIFICA SIMPLES EM REGIME SECO (MFSRS)

BALANÇO TÉRMICO da MFSRS

BALANÇO TERMICO da MFSRS

CICLO REAL

Efeito do subarrefecimento do líquido

Deposito de liquidoLinha de liquidoPermutador de calor

VantagensMaior efeito frigorificoMenor peso do refrigerante em circulaçãoIgual trabalho de compressão.

Onde ocorre

Efeito do Sobreaquecimento do vapor

Extremo do evaporadorTubagem de sucçãoEm ambos.

Sobreaquecimento sem arrefecimento útil.Menor eficiência do cicloMaior potência do compressorMaior calor de condensação. Sobre aquecimento com arrefecimento útil.

O efeito frigorífico útil é maiorPeso do refrigerante é menorO volume específico é maiorCalor de compressão é maior

Onde ocorre

Efeito da temperatura de evaporação

Aumentando a t de evaporação

Efeito da temperatura de condensação

Baixando a t de condensação

Instalação típica de refrigeração por compressão de vapor

LADO DE ALTA

LADO DE BAIXA

FUNÇÃO DO PERMUTADOR (TROCADOR) DE CALOR

• No permutador ocorre um processo de troca de calor com ou sem mudança de estado de qualquer dos fluidos.

Dois Fluidos Diferentes

Permutador (Trocador) de Calor

O Mesmo Fluido

PERMUTADOR DE CALOR

Refrigerante

INSTALAÇÃO DE REFRIGERAÇÃO / DIAGRAMA DE PROCESSO

Caso PraticoUm sistema de refrigeração por compressão de vapor opera com Freon-134a.A vazão mássica do sistema operando em condição de regime permanente éde 6 kg/min. O Freon entra no compressor como vapor saturado a 1,5 bar, e saia 7 bar. Assuma que o compressor tem rendimento isoentrópico de 70%. Ocondensador é do tipo tubo alhetado, arrefecido com o ar ambiente.Na saída do condensador o Freon está como líquido saturado. A temperaturada câmara frigorífica é – 10C e a temperatura ambiente é 22C. Considere queas trocas de calor no sistema ocorram somente no evaporador e nocondensador, e que evaporação e condensação ocorram sob pressãoconstante. Pede-se:

1- A representação dos processos termodinâmicos do ciclo nosdiagramas P x i e T x s;2- A eficiência de Carnot deste ciclo;3- O COP do ciclo;4- A capacidade de refrigeração do ciclo.

1º Trabalhos Obrigatorio(enviar)

1. No Laboratório, estudar o ciclo da máquina frigorifica

2. Usar diagrama e se for caso tabelas do refrigerante

3. Realizar simulação de ciclo de compressão de vapor em regime seco escolhendo temperaturas de evaporação e condensação tendo em conta congelação e meios naturais respectivamente

4. Variar parâmetros em 4 ensaios distintos, com calculo analítico.

5. Avaliar resultados e escrever relatório

Climatização e Refrigeração aula 7

• CAP 2- SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO• OUTRAS MÁQUINAS DE REFRIGERAÇÃO POR

COMPRESSÃO DE VAPOR– COMPRESSÃO POR ETAPAS– SISTEMA CASCATA

• MÁQUINAS DE REFRIGERAÇÃO POR ABSORÇÃO DE VAPOR– SISTEMAS NH3-H2O– SISTEMAS H2O-LiBr

CAPÍTULO II – SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO

Máquina de compressão de vapor por Etapas- MULTICOMPRESSÃOProblemas : Elevadas TEMPERATURA NO FINAL

Alta RELAÇÃO DE COMPRESSÃO

MÁQUINA DE COMPRESSÃO DE VAPOR POR ETAPAS

• Casos em que a diferença de temperatura entre a Fonte Quente e a Fonte Fria for muito elevada– Implica uma maior relação de compressão no

compressor,

• A elevada relação de compressão provoca

( baixo rendimento da instalação)

(baixa produção frigorífica)

(alta temperatura no final da compressão)

pressão intermédia

Sendo pi a pressão intermédia ideal

CLASSIFICAÇÃO

EXPANSÃO ÚNICA

• Aproveita o frio apenas a temperatura mais baixa

• Faz subarrefecimento de superfície. (permutador de calor)

• Uma única válvula de expansão.

EXPANSÃO FRACCIONADA

• Aproveitamento do frio à temperaturas mais baixas como a temperaturas intermédias

• Subarrefecimento por mistura

• Válvulas de expansão em numero igual ao nº de estágios

EXPANSÃO ÚNICA

EXPANSÃO FRACCIONADA

BALANÇO TERMICO

EXPANSÃO FRACCIONDA (exercitar )

BALANÇO TERMICO NO SEPARADOR OU CAMARA DE FLASH

MÁQUINA FRIGORÍFICA A DOIS FLUIDOS\CASCATA

MÁQUINA FRIGORIFICA EM CASCATA

• EQUAÇÕES

• (Exercitar aula)

MÁQUINA FRIGORIFICA POR ABSORÇÃO DE VAPOR

ABSORÇÃO DE VAPOR

BALANÇO TERMICO

Exemplo

ABSORÇÃO

REFRIGERADOR A ABSORÇÃO

Electrolux

REFRIGERANTE

• DEFINIÇÃO

“TODA SUBSTANCIA QUE ACTUA COMO AGENTE ARREFECEDOR, ABSORVENDO CALOR A BAIXA TEMPERATURA VAPORIZANDO E CEDENDO CALOR A ALTA TEMPERATURA CONDENSANDO.”

REFRIGERANTE SECUNDÁRIO

REFRIGERANTE PRIMÁRIO

REFRIGERANTE

PRIMÁRIO

• REALIZAÇÃO DIRECTA DO EFEITO FRIGORIFICO

• NATURAIS

• MISTURAS (BLENDS)

• FLUORADOS (PUROS)

SECUNDÁRIO

• REALIZAÇÃO INDIRECTA DO EFEITO FRIGORIFICO

• AR

• ÁGUA

• SALMOURA

CARACTERISTICAS PRINCIPAIS

Quimicamente inerte• Não reagir ou corroer os materiais metálicos da instalação.

Não inflamável ou explosivo• Em caso de fuga não devido ao risco de incêndio e explosão

Não tóxico• Baixo nível de toxidade se impõe.

Condensar a pressões não muito elevadas• Favorece a relação de preços no compressor e dá maior

segurança à instalaçãoEvaporar a pressões não muito baixas

• Ajuda a evitar vácuo elevado no evaporador

CARACTERISTICAS PRINCIPAIS

Pequeno volume especifico• Menor tamanho da instalação

Elevado calor latente de vaporização• Para alto calor latente implicará menor vazão do refrigerante

para dada capacidadeCoeficiente de performance elevado

• Implicará menor custo de exploraçãoCondutibilidade térmica elevada

• Melhora as propriedades de transferência de calor do refrigerante.Não contaminar os alimentos caso fugaNão atacar a camada de ozono caso fuga

PROPRIEDADES FÍSICAS DE ALGUNS REFRIGERANTE

OUTRAS PROPRIEDADES

GRAU DE TOXIDADE

Condições operacionais

Temperaturas

• Condensação

• Sucção (evaporação)

• Descarga compressor

Pressão

• Pressão de equilíbrio

• Pressão descarga

• Pressão de estabilização

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