Aula 3
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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
Curso de Engenharia Mecanica 2013
CAPITULO II-SISTEMAS DE
REFRIGERAÇÃO
OBJECTIVO GERAL DA AULA Nº3
DIMENSIONAR sistemas frigoríficos por compressão de vapor de refrigerante .
Curso de Engenharia Mecanica 2013
OBJECTIVOS ESPECÍFICOS DA AULA Nº3
Calcular os ciclos por compressão de vapor;
Balancear a carga termica no ciclo por compressão de vapor;
Curso de Engenharia Mecanica 2013
INTRODUÇÃO
Princípios de Refrigeração:
• Abaixo de +15ºC
• Por evaporação de um líquido ( EQUAÇÃO
• Por estrangulação de um gás. (EFEITO JOULE THOMSON)
Curso de Engenharia Mecanica 2013
INTRODUÇÃO
AGENTE DE TRABALHO – (REFRIGERANTE)
• Gasoso (AR) (Aviação)
• Sólido (GELO, GELO SECO)
• Líquido (ÁGUA, REFRIGERANTES)
Curso de Engenharia Mecanica 2013
INTRODUÇÃO
Curso de Engenharia Mecanica 2013
Pressão atmosferica 1 atm , 1,013 bar
CICLO DE CARNOT- Máquina de Perfeita
Curso de Engenharia Mecanica 2013
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
Curso de Engenharia Mecanica 2013
MÁQUINA FRIGORÍFICA SIMPLES EM REGIME HÚMIDO (MFSRH)
Curso de Engenharia Mecanica 2013
BALANÇO TÉRMICO da MFSRH
Curso de Engenharia Mecanica 2013
MODIFICAÇÕES AO CICLO da MFSRM
• Líquido no cilindro expansor
• Trabalho de expansão pequeno
• Dimensões cilindro expansor
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MODIFICAÇÕES ao CICLO da MFSRH
Subarrefecimento do líquido
Curso de Engenharia Mecanica 2013
MODIFICAÇÕES ao CICLO da MFSRH
Vapor saturado seco no compressor
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MODIFICAÇÕES ao CICLO da MFSRH
Curso de Engenharia Mecanica 2013
MAQUINA FRIGORIFICA SIMPLES EM REGIME SECO (MFSRS)
Curso de Engenharia Mecanica 2013
BALANÇO TÉRMICO da MFSRS
Curso de Engenharia Mecanica 2013
BALANÇO TERMICO da MFSRS
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CICLO REAL
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CICLO REAL
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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
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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
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Efeito da temperatura de evaporação
Aumentando a t de evaporação
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Efeito da temperatura de condensação
Baixando a t de condensação
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Instalação típica de refrigeração por compressão de vapor
LADO DE ALTA
LADO DE BAIXA
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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.
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Dois Fluidos Diferentes
Permutador (Trocador) de Calor
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O Mesmo Fluido
PERMUTADOR DE CALOR
Refrigerante
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INSTALAÇÃO DE REFRIGERAÇÃO / DIAGRAMA DE PROCESSO
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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.
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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
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Curso de Engenharia Mecanica 2013
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
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CAPÍTULO II – SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO
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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)
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pressão intermédia
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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
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EXPANSÃO ÚNICA
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EXPANSÃO FRACCIONADA
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BALANÇO TERMICO
EXPANSÃO FRACCIONDA (exercitar )
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BALANÇO TERMICO NO SEPARADOR OU CAMARA DE FLASH
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MÁQUINA FRIGORÍFICA A DOIS FLUIDOS\CASCATA
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MÁQUINA FRIGORIFICA EM CASCATA
• EQUAÇÕES
• (Exercitar aula)
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MÁQUINA FRIGORIFICA POR ABSORÇÃO DE VAPOR
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ABSORÇÃO DE VAPOR
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ABSORÇÃO DE VAPOR
BALANÇO TERMICO
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Exemplo
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Exemplo
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ABSORÇÃO
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REFRIGERADOR A ABSORÇÃO
Electrolux
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REFRIGERANTE
• DEFINIÇÃO
“TODA SUBSTANCIA QUE ACTUA COMO AGENTE ARREFECEDOR, ABSORVENDO CALOR A BAIXA TEMPERATURA VAPORIZANDO E CEDENDO CALOR A ALTA TEMPERATURA CONDENSANDO.”
Curso de Engenharia Mecanica 2013
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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
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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
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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
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PROPRIEDADES FÍSICAS DE ALGUNS REFRIGERANTE
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OUTRAS PROPRIEDADES
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Curso de Engenharia Mecanica 2013
GRAU DE TOXIDADE
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Condições operacionais
Temperaturas
• Condensação
• Sucção (evaporação)
• Descarga compressor
Pressão
• Pressão de equilíbrio
• Pressão descarga
• Pressão de estabilização
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