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 REFRIGERAÇÃO 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

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CAPITULO II-SISTEMAS DE

REFRIGERAÇÃO

OBJECTIVO GERAL DA AULA Nº3

DIMENSIONAR sistemas frigoríficos por compressão de vapor de refrigerante .

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OBJECTIVOS ESPECÍFICOS DA AULA Nº3

Calcular os ciclos por compressão de vapor;

Balancear a carga térmica do ciclo por compressão de vapor;

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INTRODUÇÃO

AGENTE DE TRABALHO – (REFRIGERANTE)

• Gasoso (AR) (Aviação)

• Sólido (GELO, GELO SECO)

• Líquido (ÁGUA, REFRIGERANTES)

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INTRODUÇÃO

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Pressão atmosferica 1 atm , 1,013 bar

CICLO DE CARNOT- Máquina de Perfeita

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Balanço térmico do ciclo Carnot

Wc + Wex = W ciclo

CICLO DE CARNOT

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MÁQUINA FRIGORÍFICA SIMPLES EM REGIME HÚMIDO (MFSRH)

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Coeficiente de efeito Frigorifico

BALANÇO TÉRMICO da MFSRH

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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

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MODIFICAÇÕES ao CICLO da MFSRH

Vapor saturado seco no compressor

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MODIFICAÇÕES ao CICLO da MFSRH

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MAQUINA FRIGORIFICA SIMPLES EM REGIME SECO (MFSRS)

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BALANÇO TÉRMICO da MFSRS

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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 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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Permutador de Calor na MFSRS

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PERMUTADOR DE CALOR

Refrigerante

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INSTALAÇÃO DE REFRIGERAÇÃO / DIAGRAMA DE PROCESSO

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ExemploUm sistema de refrigeração por compressão de vapor opera com R717. A vazãomássica do sistema operando em condição de regime permanente é de 6kg/min. O Freon entra no compressor como vapor saturado a 0,72 bar, e sai a15 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 refrigerante está como líquido saturado. Atemperatura da câmara frigorífica é – 30ºC e a temperatura ambiente é 34ºC.Considere que as trocas de calor no sistema ocorram somente no evaporador eno condensador, e que evaporação e condensação ocorram sob pressãoconstante. Pede-se:

1- A representação dos processos termodinâmicos do ciclo nosdiagramas P x h e T x s;2- A eficiência de Carnot deste ciclo (ciclo de Carnot com um refrigerante real)3- O COP do ciclo;4- A capacidade de refrigeração do ciclo;

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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 ÓPTIMA

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MÁQUINA DE COMPRESSÃO DE VAPOR POR ETAPAS

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ARREFECIMENTO INTERMÉDIO EM COMPRESSÃO EM DOIS ESTÁGIO

CLASSIFICAÇÃO

EXPANSÃO ÚNICA

• Aproveita o frio apenas a temperatura mais baixa

• Faz subarrefecimento de superfície. (permutador de calor)

• Usa 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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Camara de Flash

BALANÇO TÉRMICO

EXPANSÃO FRACCIONDA E ARREFECIMENTO INTERMÉDIO

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BALANÇO TERMICO NO SEPARADOR OU CAMARA DE FLASH

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Exercício de aplicação

A instalação frigorífica de HFC-134a opera entre astemperaturas de evaporação e de condensação iguais a-30⁰C e +40⁰C. A capacidade frigorifica da instalação éde 150 kW. Considere que o refrigerante liquido deixa ocondensador e o vapor deixa o evaporador no estadode saturado sendo os processos de compressãoisoentrópicos e determine:

1. Potência de compressão2. A vazão volumétrica na aspiração do compressor

principal.

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No Separador de flash a pressão absoluta é de 2,92 bar , correspondente a uma temperatura de saturação de 0⁰C.

Instalação com remoção de vapor de flash

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MÁQUINA FRIGORÍFICA A DOIS FLUIDOS- SISTEMA EM CASCATA

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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

• DEFINIÇÕES

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

• REFRIGERANTE PRIMÁRIO

• REFRIGERANTE SECUNDÁRIO

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REFRIGERANTE

PRIMÁRIO

• REALIZAÇÃO DIRECTA DO EFEITO FRIGORIFICO

• NATURAIS

• MUSTIRAS (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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GRAU DE TOXIDADE

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