Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO Faculdade de Engenharia e Arquitetura Iefrigerao e Ar Condicionado Prof. Eng. MILTON SERPA MENEZES Passo Fundo - RS, agosto/2005. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 2 PLANO DE ENSINO (Inserir aqui o Plano de Ensino do seu Curso, que se encontra na mesma pasta) Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 3 Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 4 Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 5 Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 6 SUMRIO PLANO DE ENSINO........................................................................................................................... 2 SUMRIO ........................................................................................................................................... 6 1.APLICAES DE REFRIGERAO: ...................................................................................... 9 1.1Atuao do engenheiro......................................................................................................... 9 1.2Aplicaes da Refrigerao e Ar Condicionado .................................................................. 9 1.3Noes Bsicas..................................................................................................................... 9 2PSICROMETRIA : .................................................................................................................... 12 2.1CARTA PSICROMETRICA: ............................................................................................ 12 2.2LINHA DE SATURAO:............................................................................................... 12 2.3UMIDADE RELATIVA: ................................................................................................... 13 2.4UMIDADE ABSOLUTA OU ESPECFICA: ................................................................... 13 2.5ENTALPIA: ....................................................................................................................... 14 2.6VOLUME ESPECFICO: .................................................................................................. 14 2.7TEMPERATURA DO BULBO MIDO : ........................................................................ 14 2.8FATOR DE CALOR SENSVEL: ..................................................................................... 15 2.9PROCESSOS: .................................................................................................................... 15 3CARGA TRMICA:.................................................................................................................. 20 3.1Carga Trmica deRefrigerao: (Sistemas de Refrigerao - Cmaras Frigorficas ) ..... 20 3.2Condicionamento de Ar ..................................................................................................... 20 3.3Carga trmica de Aquecimentos: ....................................................................................... 20 3.4PARCELA DE CARGA TRMICA DE CONDUO: .................................................. 20 3.5CARGA DE INSOLAO: .............................................................................................. 20 3.6CARGA DEVIDO AO AR EXTERIOR: .......................................................................... 21 3.7CARGA TRMICA DEVIDO AO PRODUTO:............................................................... 21 3.8CARGA TRMICA DEVIDO PESSOAS: ................................................................... 22 3.9CALOR DEVIDO A ILUMINAO E EQUIPAMENTOS:........................................... 22 4REFRIGERAO: .................................................................................................................... 23 4.1Refrigerante:....................................................................................................................... 23 4.2Funcionamento : ................................................................................................................. 23 4.3Propriedades dos Refrigerantes:......................................................................................... 24 4.4Ciclo Bsico e Diagrama Pressox Entalpia: ................................................................... 25 4.5Parmetros Mais Importantes:............................................................................................ 25 4.6Cclosfrigorficos com trocadores de calor: ..................................................................... 27 4.7Ciclo Real de Compresso a Vapor: .................................................................................. 28 5COMPRESSORES:.................................................................................................................... 30 5.1Tipos de compressores: ...................................................................................................... 30 5.2Compressores Alternativos: ............................................................................................... 30 5.3Compressores de Palheta:................................................................................................... 34 5.4Compressores de Parafuso: ................................................................................................ 35 5.5Compressores Centrfugos: ................................................................................................ 35 5.6Compressores Scroll:.......................................................................................................... 37 6CONDENSADORES: ................................................................................................................ 41 6.1Capacidade dos Condensadores: ........................................................................................ 41 6.2Tipos de Condensadores: ................................................................................................... 41 6.3Coeficiente Mdio de Transferncia de Calor: .................................................................. 43 6.4Coeficiente Global de Transferncia de Calor: .................................................................. 44 Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 7 6.5Diferena Mdia Logartmica de temperatura: .................................................................. 44 6.6Dimensionamento de Condensadores: ............................................................................... 44 7EVAPORADORES:................................................................................................................... 46 7.1Evaporadores de Expanso Direta: .................................................................................... 46 7.2Evaporadores de Expanso Indireta: .................................................................................. 47 7.3Dimensionamento de um Evaporador: ............................................................................... 48 7.4Lavadores de Ar: ................................................................................................................ 48 8DISPOSITIVOS DE EXPANO :.......................................................................................... 49 8.1Tubos Capilares:................................................................................................................. 49 8.2Vlvula de Expanso Termosttica.................................................................................... 50 8.3Vlvula Manual .................................................................................................................. 52 8.4Vlvulade Expanso Constante ou Automtica: .............................................................. 52 8.5Vlvulas de Bia: ............................................................................................................... 52 8.6Vlvulas de Expanso Eltrica:.......................................................................................... 53 9REFRIGERANTES:................................................................................................................... 54 9.1Compostos Halocarbnicos:............................................................................................... 54 9.2Compostos Inorgnicos ...................................................................................................... 54 9.3Hidrocarbonetos: ................................................................................................................ 54 9.4Azeotropos: ........................................................................................................................ 54 9.5Caractersticas Termodinmicas: ....................................................................................... 55 9.6Propriedades Fsicas e Qumicas:....................................................................................... 55 9.7Escolha de Refrigerantes:................................................................................................... 55 9.8Fludos Alternativos: .......................................................................................................... 56 9.9Refrigerantes Secundrios :................................................................................................ 56 10SISTEMAS MULTI PRESSO: ........................................................................................... 58 10.1Separador de Lquidos:....................................................................................................... 58 10.2Resfriamento Intermedirio: .............................................................................................. 58 10.3Sistema com Um Evaporador e Um Compressor: ............................................................. 59 10.4Sistema com Dois Evaporadores e Um Compressor:......................................................... 59 10.5Sistema com Dois Compressores e Um Evaporador:......................................................... 60 10.6Sistema de Dois Compressores e Dois Evaporadores:....................................................... 60 10.7Ciclo Binrio ou em Cascata:............................................................................................. 61 11TUBULAES DE REFRIGERANTE: ............................................................................... 63 11.1Movimento do leo: .......................................................................................................... 63 11.2Sistema com Compressores com Modulao de Capacidade: ........................................... 64 11.3Linha de descarga:.............................................................................................................. 64 11.4Linha de lquido: ................................................................................................................ 64 11.5Linha de suco:................................................................................................................. 65 12TORRES DE ARREFECIMENTO E CONDENSADORES EVAPORATIVOS:................ 66 12.1Torres de Arrefecimento: ................................................................................................... 66 12.2CondensadoresEvaporativos: ........................................................................................... 68 13OUTROS ELEMENTOS DE REFRIGERAO: ................................................................ 70 14AR CONDICIONADO: ......................................................................................................... 73 14.1Conforto Trmico:.............................................................................................................. 73 14.2Metabolismo Humano: ....................................................................................................... 73 14.3Trocas Trmicas do Corpo: ................................................................................................ 73 14.4Escalas de Conforto............................................................................................................ 74 14.5Condies de Projeto:......................................................................................................... 77 Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 8 14.6Tratamento do Ar: .............................................................................................................. 77 14.7Sistema de Condicionamento de Ar: .................................................................................. 77 14.8Projeto de instalao de ar condicionado: .......................................................................... 79 14.9Dados prticos .................................................................................................................... 82 15VENTILAO: ..................................................................................................................... 85 15.1Composio do Ar:............................................................................................................. 85 15.2Quantidade de Ar Necessrio a Ventilao:....................................................................... 85 15.3Tipos de Ventilao:........................................................................................................... 86 15.4 Distribuio do ar em recinto: ........................................................................................... 88 15.5Perda de carga em dutos:.................................................................................................... 88 15.66.6.Dimensionamento dos Dutos: .................................................................................... 91 15.7BOCAS DE INSUFLAMENTO: ....................................................................................... 94 15.8Filtros: .............................................................................................................................. 100 15.9Ventiladores. .................................................................................................................... 103 16ISOLAMENTO TRMICO:................................................................................................ 104 16.1Propriedades ..................................................................................................................... 104 16.2Isolantes Comerciais ........................................................................................................ 104 16.3Clculo da Espessura do Isolamento................................................................................ 105 16.4Isolamento de Equipamentos e Canalizaes: ................................................................. 106 16.5Espessura Econmica de Isolamento ............................................................................... 106 17OUTROS SISTEMAS DE REFRIGERAO: .................................................................. 107 17.1Refrigerao por Absoro: ............................................................................................. 107 17.2Refrigerao Termoeltrica:............................................................................................. 112 17.3Refrigerao por Adsoro: ............................................................................................. 113 18SISTEMA DE CALEFAO : ........................................................................................... 114 18.1Calefao Local:............................................................................................................... 114 18.2Calefao Central por Meio de gua Quente: ................................................................. 115 18.3Elementos de uma instalao de calefao central por meio de gua quente: ................. 117 18.4Circulao da gua : ........................................................................................................ 118 18.5Calefao Centralpor Meio de Ar Quente:..................................................................... 118 18.6gua Quente para Consumo: ........................................................................................... 118 18.7Aquecimento Solar de gua: ........................................................................................... 119 19OPERAO DE SISTEMAS FRIGORFICOS: ................................................................ 120 Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 1.APLICAES DE REFRIGERAO: 1.1Atuao do engenheiro 1.2Aplicaes da Refrigerao e Ar Condicionado 1.3Noes Bsicas Energia- Capacidade de produzir trabalho-Formas de Energia (Kgm, J, Kcal, BTU) Trabalho - o produto da fora pela (distncia) deslocamento produzido por esta fora. Potncia - Quantidade de energia utilizada ou um trabalho realizado em um perodo de tempo. (W, Cv, HP) Temperatura - Medida do estado de agitao molecular de um corpo. (intensidade de calor) EscalasRelativas:Celcius -Fahrehneit Converso deUnidades:T T T c f k53292735== Escalas Absolutas: No zero absoluto cessa o movimento vibratrio molecular e as partculas esto mais prximas. Calor: uma forma de energiakcalBTUFrio: uma relativa ausncia de calor Transmisso de calor: O calor sempre flui do corpo mais quente p/ o mais frio. oConduo: Transmisso de partcula em partcula. oConveco: Transferncia atravs de um fluido (conveco forada ou natural) oRadiao:Transferncia em forma de ondas. Calor Especfico: a energia necessria para elevarem 1 oK(ou oC) a temperatura de 1g de uma substncia. Entalpia: umapropriedade das substncias que indica sua quantidade de calor. Entropia: a medida das trocas de energia de um sistemacom o meio. a medida do grauem que energia de um sistema imprestvel. Calor Sensvel: Calor que varia a temperatura. Calor Latente: Calor que varia o estado. Mudana de Estado: Medida de calor Sensvele Latente: Ex.: Clculo das quantidades de calor necessriopara o aquecimento de 1 Kg de guaa 20 oC at vapor a 150 oC. gua 20 a 80 oC Q=m . c (T -T ) s 2 1 m = 1kg Qs = 1.1.60 = 60 Kcal/hc = 1 Kcal / Kg oC T1 = 20 OCT2 = 80 OC SolidificaSlidoGasosoLquido FusoEvaporao Liquefao Sublimao Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 10gua de 80 a 100 oCQs = 1.1.20 = 20 Kcal/h.50 % da gua a 100 oCtornando-se Vapor a 100 oCQ =m(h -h )L4 3 m= 1Kg h3 = 101.8 Kcal/KgQl =1.(370-101,8) h4=Supondoqueametade evaporou-se Ql = 268,3 Kcalh5 = 638,4 Kcal/Kg hh hK c a lK g43 523 7 0 1 =+= , +50 % da gua a 100 oCtornando-se Vapor a 100 oC Ql=1.(638,4-370,1) m = 1 kg Ql = 268,3 Kcalh5 = 638,4 h4 = 370,1 Vapor a 100 oCat vapor a 150 oC Qs= 1.0,5.50 m = 1 kg Qs=25 Kcal c(vapor)=0,5kcal/ Kg c T6 = 150 c T5 = 100 c Curva De Saturao Ttulo: a frao de vapor na mistura lquida + vapor. Vazo: Vazo mssica: a vazo em massa na unidade de tempo. Ex.: Kg/s Vazo volumtrica: a vazo em volume na unidade de tempo. Ex.: m3/s ArrefecimentoDiminuio da temperatura at a temperatura ambiente. MisturaLquido +Vapor Lquido Ponto Vapor 1o Bolhaltima Gota P1 Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 11Resfriamento Diminuiodatemperaturaatantesdatemperaturade congelamento. Congelamento Diminuiodatemperaturaatabaixodatemperaturade congelamento. ToneladadeRefrigerao(TR)Quantidadedecalornecessrioparatransformaruma tonelada de gelo a 0 C em gua a 0 C. DensidadeeVolumeEspecfico:AdensidadedeumFluidoamassaqueocupauma unidade de volume. O volume especfico o volume ocupado pela unidade de massa. Lei dos Gases Perfeitos:pv=RT Mistura de Gases: oEmumamisturadegases,desdequenohajaafinidadequmicaentreos componentes,cadagssegueaprpriaequaodeestadofsico,independenteda presena dos demais. oA presso total de uma mistura de gases igual a soma das presses parciais de seus componentes. oEmumamisturadegases,asomatantodospesoscomodosvolumesdeseus componentes igual, respectivamente, ao peso e ao volume da mistura. 1 TR = 3.024 Kcal 1TR = 12.000 BTU 1TR = 3.516 kW P = presso absoluta (Pa) v = Volume especfico (m3/Kg) R = constante do gs = 287 J/Kg.Kpara o ar e 462 J/Kg.K para a guaT = Temperatura Absoluta Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 122PSICROMETRIA :Psicrometriaoestudodasmisturasdearevapordegua.Oarambienteumamistura mecnicadegasesevapordegua,resultandodaaimportnciadapsicrometria.Emalguns processos a gua deve ser removida do ar, e em outros adicionada. 2.1CARTA PSICROMETRICA:AcartaPsicromtricainter-relacionainmerasgrandezasdamisturadearedevaporde guadegrandeaplicaoemclculoderefrigeraoearcondicionado.Ousodestesdiagramas permite a anlise grfica de dados e processos psicromtricos facilitando assim a soluo de muitos problemasprticosreferentesaoAr,quedeoutromodorequeremsoluesmatemticasmais difceis. 2.2 LINHA DE SATURAO:As Cartas Psicromtricas apresentam como coordenadas a temperatura t, no eixo das abcissas e a presso de saturao do vapor da gua Ps (provisoriamente) no eixo das ordenadas. A presena de Ar no vapor de guano altera o comportamento deste. A regio de importncia da carta ser aquela limitada pelo eixos de coordenadas e a linha de saturao. Se o estado da mistura se d sobre a linha de saturao o ar diz-se saturado, significando que uma reduoadicionaldatemperaturacausaruma condensao do vapor da gua do Ar. direita da linha desaturaooArnosaturado.SeopontoA representaoestadodoAr,atemperaturadamistura deverserreduzidaatatemperaturaBparaquea condensao tenha incio. Diz-se que o Ar no estado A tem umatemperatura de orvalho B. A B Linha de saturao Vapor Temperatura, 0c P r e s s o d e v a p o r d e g u a K P a Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 132.3UMIDADE RELATIVA: Aumidaderelativa,definida como sendo a razo entre a frao molardo vapor de gua no Ar mido e a frao do vapordeguanoArsaturadoamesma temperatura ou ainda pela frmula ra temperatu mesma a pura agua de saturacao de Pressaoagua de vapordo parcial Pressao= 2.4UMIDADE ABSOLUTA OU ESPECFICA: A umidade absoluta, a massa de gua contida em um Kg de ar. A determinao da umidade absoluta pode ser feita com a equao dos gases perfeitos: R.TV . P= m s tsa s ts sa as sa as sP PPR P PR PWR PR PT R V PT R V PW==========+ = = = =461,5287W: teremos Valores os do Introduzin(K) Absoluta Temperatua TJ/Kg.K) (461,5 Vapordo Gs de Constante RJ/Kg.K) (287 Seco ardo Gs de Constante R(Pa) Vapordo Parcial Presso P(Pa) Seco Ardo Parcial Presso P(Pa) a Atmosfric Presso P) (m Mistura da Volume V) /Kg (Kg Absoluta Umidade W: Onde/ ) (/P - P = P P P P Como////mmsasat3Ar de vapor des t as a tseco ar agua de vapor Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 142.5 ENTALPIA: AentalpiadeumamisturadearsecoevapordeguaasomadasEntalpiasdos componentes. h c T Whp g= + . (kJ / kg) c Calor especifico a pressao constante do ar seco =1,0 kJ / kg. KT=Temperatura da misturahEntalpia do vapor saturado `a temperatura da mistura kJ / kgpg== 2.6VOLUME ESPECFICO: Aequaodosgasesperfeitospodeserutilizadaparaaobtenodevolumeespecficoe definido como o volume em m3 de mistura por Kg de Ar, ou ainda, como sendo o volume em m3deArsecoporKgdeArseco,umavez queosvolumesocupadospelassubstncias individualmente so: vR TPR TP Pkgaaat s= =. ./ ) (m3 2.7TEMPERATURA DO BULBO MIDO : A temperatura do Bulbo mido depende da temperatura do bulbo seco e da umidade relativa do Ar, pois a medida da relao entre as temperaturas de bulbo secoe a temperatura do orvalho do Ar. QuandooArno saturadoentraemcontato comagua,estaevaporarno Ar a uma taxa proporcional diferena de presso entre a presso de vapor da gua, e a presso Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 15do vapor do vapor de guano Ar. Por isso, quando um termmetro de bulbo mido movimentado noAr,aguaevaporardofeltrorefrigerandoassimaguaremanescentenomesmoeobulbodo termmetro, a alguma temperatura abaixo da temperatura do bulbo seco do Ar. 2.8FATOR DE CALOR SENSVEL:OFatordeCalorSensvelarelaoentreocalorsensveleocalortotaldoprocesso. Obtm-se a linha do fator sensvel traando uma linha paralela a linha FCS. 2.9 PROCESSOS:Osprocessoscomarmidopodemserrepresentadosgraficamenteemumacarta Psicromtrica, onde podem ser facilmente interpretadas. Da mesma forma a carta pode ser utilizada nadeterminaodavariaodepropriedadestaiscomotemperatura,umidadeabsolutaeentalpia que ocorre em processos, os processos mais comuns so: AO Umidificao sem Aquecimento: Se obtm atravs da injeo de vapor saturado. OB - Umidificao com Aquecimento: Se obtm com a injeo de vapor superaquecido. OC-AquecimentoSensvel:Podeserobtidocomapassagemdoaratravsdeumaserpentina quente, resistncias eltricas aletadas, serpentina de ar condicionado funcionando em ciclo reverso, estufas, etc.

OD-DesumidificaoQumica:Ovapordeguaabsorvidoouabsorvidoporumasubstncia higroscpica. OE - Desumidificao: obtido com a combinao de dois processos OF eOC OF-ResfriamentocomDesumidificao:Podeserobtidaatravsdapassagemdoaremuma superfcie (serpentina) com temperatura inferior ao ponto de orvalho. W T A B C D E F G H O H Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 16OG-ResfriamentoSensvel:Seobtmcomdapassagemdoaremumaserpentinacom temperatura superior ao ponto de orvalho (antes do incio da condensao). OH-UmidificaoAdiabtica:obtidocomainjeodegotculasdeguaemumsistema isolado, com a temperatura da gua a temperatura de saturao Adiabtica - Cmara de Asperso. OI - Umidificao com Aquecimento: obtido com a injeo de gotculas de gua. Mistura de Duas Correntes de Ar: UmdosprocessosPsicromtricosmaisfreqentementeencontrado,amisturadeduasou maiscorrentesdeArcomcondiesiniciaisdiferentes,emtaiscasos,acondiodamistura resultante prontamente determinada atravs do uso de uma simples comparao massa energia. Porexemplonafiguraabaixomostradaamisturadem1Kg/sdeArnoestado1comm2 Kg/s de Ar no estado 2. Amisturaresultanteencontra-senoestado3,mostradonacartaPsicromrtricaabaixo. Aplicando-se as equaes de conservao de energia e de massa m1h1 + m2h2 = (m1 + m2 ) h3 mostra queaentalpiaamdiaponderadadasentalpiasquesemisturam.Paraasdemaispropriedades segue a mesma regra da conservao de massa do qual se obtm: m1w1 + m2w2 = (m1 + m2 )w3 m1T1 + m2T2 = (m1 + m2 )T3 W T m1 +m2 Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 17 Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 18EXERCCIOS 1)Determine a umidade absoluta de ar com 60% de umidade relativa e uma temperatura de 300C, para uma presso baromtrica padro de 101,3 kpa. 2)Determine o ponto sobre a linha isoentlpica de 95 kJ/kg correspondente a uma temperatura de 500C. 3)Qualovolumeespecficodeumamisturaar-vapordeguacujatemperaturade24 oCea umidade relativa de 20%, presso baromtrica padro? 4)Umaamostradearapresentaumatemperaturadebulbosecode300Ceumatemperaturade bulbomidode250C.Apressobaromtricade101kpa.Usandoastabelasdevaporeas Equaes determine: (a) a umidade absoluta se o ar saturado adiabaticamente, (b) a entalpia do arseesteadiabaticamentesaturado;(c)aumidadeabsolutadaamostrapelaEquao(d)a presso parcial do vapor na amostra, e (e) a umidade relativa. Resp.: (a) 0,0201 kg/kg, (b) 76,2 kJ/kg, (c) 0,0180 kglkg; (d) 2840 Pa, (e) 67%. 5)Emumsistemadearcondicionadoumacorrentedearexternomisturadaaoutradearde retorno presso atmosfrica de 101 kPa. A vazo de ar externo de 2kg/s e suas temperaturas de bulbo seco e de bulbo mido so iguais a 35oC e 25 oC. O ar de retorno, a 24 0C e 50% de umidaderelativa,apresentaumavazode3kg/s.Determine(a)aentalpiadamistura,(b)a umidadeabsolutadamistura,(c)atemperaturadebulbosecodamisturaapartirdas propriedadesdeterminadasnaspartes(a)e(b),e(d)atemperaturadamisturapelamdia ponderadadastemperaturasdascorrentesdeentrada.Resp.(a)59,lkJ/kg;(b)0,01198kg/kg;(~ 28,60C; (d) 28,40C. 6)Um ar temperatura TBS = 2 oC e umidade relativa de 60% aquecido atravs da passagem em umabobinaparaTBS=350C(Acrscimodecalorsensvel).Achar:paraTBS=350C,a temperatura TBU e a umidade relativa, bem como a quantidade de calor adicionada ao ar por kg de ar fluente.7)Um ar temperatura TBS = 280C e UR = 50% resfriado at a temperaturaTBS= 12oC e TBU= 11 oC. Achar: (a) o calor total removido; (b) a umidade total removida; (c) a razo de calor sensvel no processo 8)NumambienteCondicionado,oardevepermanecera26 o CeaUmidaderelativaa45%. Determinar a temperatura que o ar deixa o evaporador, supondo-se que seja saturado. 9)Em uma instalao de ar condicionado temos a seguintes condies:Internas: TBS= 25,5 oC e umidade relativa = 50 % Externas TBS= 34 oC e TBU= 27,2 oC A percentagem do ar exterior 20% do total. Quais as temperatura TBS e TBU da mistura? 10) Ascondiesdoarexteriorso:TBS340Ceumidaderelativa65%..Ascondiesaserem mantidasnorecintosoTBS=260Ceumidade.relativa45%.Seavazodearde125m3, queremossaberaumidadequeprecisasereliminadadosequipamentosderefrigeraoea Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 19capacidade deste equipamento. 11) Umasalatemumganhodecalorsensvelde3,6Kweumganhodecalorlatentede1,2Kw. Ache o fator de calor sensvel. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 203CARGA TRMICA: Carga trmica a quantidade de calor que deve ser retirada ou fornecida a um local ou sistema, na unidade de tempo, objetivando a manuteno de determinadascondies trmicas. 3.1Carga Trmica deRefrigerao: (Sistemas de Refrigerao - Cmaras Frigorficas ) Conduo ou penetrao Infiltrao de ar Produto IluminaoMotores e equipamentos Pessoas 3.2Condicionamento de ArInsolao Conduo Pessoas Infiltrao de Ar Renovao de ar IluminaoEquipamento 3.3Carga trmica de Aquecimentos: Conduo Infiltrao de Ar Parcela a Diminuir 3.4PARCELA DE CARGA TRMICA DE CONDUO:Estaumaparceladecalorsensveltransmitidoatravsdassuperfciesquelimitamo ambiente. K coeficiente global de transmissode calor (Kcal/m2h 0k)ver (Tab I e J da Springer) A rea em m2 tDiferenaentreatemperaturadoambienteexterno(te)eatemperaturadesejadanoambiente (ti) = (te - ti )3.5CARGA DE INSOLAO:Esta uma parcela de calor sensvel devido a energiade radiao solar. P esso asIl umi na ca oE q ui pa me nt os Q K A Ta = ( . . ) (Kcal / h)(Que Ajudam no Aquecimento) Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 21 Onde: t a diferena de temperatura hipottica, dita de insolao, que varia com: coordenadas geogrficas do local (latitude) hora do dia orientao da superfcie cor da superfciet Ver tabelas F e G da Springer 3.6CARGA DEVIDO AO AR EXTERIOR: a parcela de calor trocado devido ao ar exterior quese introduz no ambienteatravs das frestas; portas ou para renovao do ar no ambiente, sendo uma partecalor sensvel e outra latente. Vvolume de ar que se introduz no ambiente em m3 /h.Para cmaras frigorficasV = Vc. n onde Vc = volume da cmaran=Tab.2(ColeoTcnica)emfunodo tamanho da Cmara Para ar condicionado a Portaria no 3523/98 do Ministrio da Sade fixa renovao de ar exterior em27m3/pessoa.ATAB.4paraadeterminaodarenovaodear.ATAB.8daNBR-6401 determina infiltrao atravs de frestas; Peso especfico do ar 1,2 kg /m3 hadiferenadeentalpiadoarexterioreoarinteriordoambiente(atravsdacarta psicromtrica)

Outra forma de calcular atravs das equaes a seguir: (Kcal/h) ) t (x hV 72 , 0 ) r(W V Q(Kcal/h)) t (t hV 288 , 0 ) t c(t V Qi e3i e cli e3i e cs = =/ m W/ m r - calor de vaporizao We- unidade de ar em kg/kg ar seco do ar exterior c - calor especfico do ar Wi - unidade do ar em kg/kg ar seco do ar desejado no ambiente. 3.7CARGA TRMICA DEVIDO AO PRODUTO:A carga trmica do produto aquela formada pelo calor que deve ser retirado do produto a ser refrigerado e pode ser constituda pelas seguintes parcelas: Calor sensvel de refrigerao antes do congelamento. Calor latente de congelamento.Calor sensvel de refrigerao aps o congelamento.Calor vital (para os vegetais). Os trs (03) primeiros podem ser englobados na expresso: Qd1 = G[c(ti - to ) + r + c(to - tf) ] Q K A Tb = ( . . ' ) h . . = V Qc Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 22G - Peso do produto em trnsito p/ unidade de tempo (Kg/h) ti - Tempo inicial do produto to - Temperatura de congelamento do produto (Tab. 4. - Coleo Tcnica) tf - Temperatura final do produto r - Calor Latente de congelamento do produto (Tab. 4 - Coleo Tcnica) c - Calor especfico do produto antes do congelamentoc- Calor especfico do produto aps o congelamento Qd2 - O calor vital que resulta do metabolismo dos vegetais, onde consomem O2 e produzem CO2e vapor de gua encontrado em tabelas (Tab. 4 - Coleo Tcnica). 3.8CARGA TRMICA DEVIDO PESSOAS:Todooserhumanoliberacalorsensvelecalorlatentequevariamcomatemperaturaea atividade do indivduo (ver tab. 12 - NBR-6401). Qe =n.qn no de pessoas (A NBR-6401 traz valores p/ ocupao). q calor liberado por pessoa e p/ hora (tab. 12 - NBR-6401). 3.9CALOR DEVIDO A ILUMINAO E EQUIPAMENTOS:Calor dissipado pelas luminrias e equipamentos. Q Pf10 86=, . PPotnciainstaladaemwatts(paraar condicionado)Tab-10daNBR-6401fornece potncia dasluminrias em funo da rea. QNf2636= N Potncia em CV n rendimento do motor ATAB-11daNBR-6401trazvaloresdecalor dissipado por diversos equipamentos. CARGA TRMICA TOTAL QT = Qa + Qb + Qc + Qd + Qe + Qf Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 234REFRIGERAO: Definio:atransfernciadecalordeumlugarondenodesejadoparaumlugarondeno sofre objees.Refrigerao mecnica por meio de vapores: Consiste na alimentao contnua de lquido frigorgeno, o qual por vaporizao retira calor do meio a refrigerar. 4.1Refrigerante:Na prtica um refrigerante um fluido que absorve calor evaporando-se a baixa temperatura e presso e cede calor condensando-se a uma alta temperatura e presso. Acinciadarefrigeraobaseia-senofatodequeumlquidopodevaporizaraqualquer temperatura que se deseje, alternando-se a presso que sobre ele se exerce.A gua ferve a presso atmosfrica:101,325 KPa 1000C 7,3874Kpa 400C 0,872Kpa 50C 200 Kpa 1200C Os lquidos que fervem a temperaturas baixas constituem o meio mais conveniente para remover calor. Quando lquidos so evaporados, so absorvidas grandes quantidades de calor. Muitoslquidosutilizadoscomorefrigerantesfervematemperaturasinferiores-20 0Cas condies de presso atmosfrica. Ex.: Cloreto de Metla:- 23,8 0C Refrigerante 12:- 29,8 0C Amnia:- 33,3 0C Refrigerante 22:- 40,8 0C Cantil-osistemaderefrigeraomaiselementar que existe. Similarmentetemosumsistemaderefrigerao, quandopermitimosqueumlquidorefrigerante(sob presso) saia de um recipientee se vaporiza dentro de umaserpentina. EsteseriaumSistemaIneficienteeimpraticvel, apenastemoobjetivodemostrardemaneirasimplesde refrigerao. 4.2Funcionamento : O refrigerante deve ser fornecido a um evaporador ou serpentina no estado lquido porque s a evaporao pode absorver grande quantidade de calor. O refrigerante na forma de vapor dever ser reduzido a lquido antes de ser utilizado de novo. Assimdeve-secondensarovaporderefrigerante,transferindo-separaqualqueroutromeio (guaouar)ocalorLatentefornecidopelovaporduranteacondensao.Nocasoaguaouar devemestaratemperaturainferiortemperaturadecondensaodorefrigerante.Comoas temperaturasdecondensaoevaporizaosoasmesmasegeralmentebaixas,deve-seento aumentar a sua presso de modo tal que sua temperatura de condensao seja superior a temperatura da gua ou ar disponvel. Para este fim h a necessidade de um compressorVlvula Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 24 4.3Propriedades dos Refrigerantes:Aspropriedadesdosdiferentesrefrigerantespodemserrelacionadosemtabelasou diagramas. Desta forma com duas variveis termodinmicas podero ser encontrados todas as outras propriedades. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 254.4Ciclo Bsico e Diagrama Pressox Entalpia:Estediagramamuitotilnoestudodeciclosderefrigerao,ondesoindicados graficamente valores dediversas tabelas, sendo assim fcil de visualizaras variaes que ocorrem quando o refrigerante passa de uma parte do ciclo para outra. Soapresentadosnestediagramalinhasdevaporelquidosaturado,linhasisotrmicas, isoentrpicas de volume especfico constante. Processos Termodinmicos: 1-2Compresso isoentrpica2-3De 2 a X: resfriamento isobrico, de X a 3: condensao isobrica e isotrmica 3-4 Expanso adiabtica ou isoentalpica4-1Evaporao isobrica e isotrmica. 4.5Parmetros Mais Importantes: Trabalho de compresso: a variao de entalpia no processo 1-2. Taxa de rejeio do calor: o calor transferido do refrigerante no processo 2-3. W = h1 - h2 x Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 26 Efeitoderefrigerao:aquantidadequecadaKgderefrigeranteabsorveaopassarpelo evaporador ou seja no processo 4-1. Coeficiente de eficcia: a razo entre o efeito de refrigerao e o trabalho de compresso. C. E =1 42 1h hh h Potncia de refrigerao: o inverso do coeficiente de eficcia. [ ]P. R. =2 11 4h hh hKwKw Vazo de refrigerante: Vazo Volumtrica: o produto entre a vazo mssica e o volume especfico. Potnciadocompressor:oprodutodotrabalhodecompressop/vazoderefrigerante(em KW) RC = h3 - h2 E= h1 - h4 P = W . m (Kg/s)EC) ( ao refrigerac de efeitoao refrigerac de capacidade4 1 hm ==h) / (m .3m s v V= Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 274.6Cclosfrigorficos com trocadores de calor: Alguns sistemas utilizam trocadores de calor que resfriam o lquido sado do condensador com vapor que se dirige para o compressor, vindo do evaporador. Efeito de refrigerao = h6-h5 = h1-h3 Estesistemautilizadoemsituaesondeovaporaspiradopelocompressordeveser superaquecidopara garantir que o lquido no entre no compressor. Outra vantagem do sistema o Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 28sub-resfriamento do lquido vindo do condensador com a finalidade de evitar a formao de bolhas de vapor no refrigerante que poder trazerproblemas na passagem pelo dispositivo de expanso. 4.7Ciclo Real de Compresso a Vapor: NaverdadeoCicloRealapresentaalgumasineficinciascomrelaoaociclopadro.As principaisdiferenasencontradasnestecicloestonasperdasdecarganoevaporadore condensador,nosub-resfriamentodolquidoquedeixaocondensadorenosuperaquecimentodo vapor na aspirao do compressor. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 29Exerccios: 1)Umciclopadrodecompressoavapor,utilizandorefrigerante22,desenvolve50Kwde refrigerao, operando a uma temperatura de condensao de 350C e uma temperatura de evaporao de100C. Determine (a) o efeito de refrigerao, em KJ/Kg, (b) a vazo de refrigerante, em kg/s, (c) a potncia do compressor, em KW, (d) o coeficiente de eficcia, (e) a vazo em volume medida na sucodocompressor,(f)apotnciaporKWderefrigeraoe(g)atemperaturadedescargano compressor. Resp:(f) 0,212 kW/kW 2) Faa um diagrama esquemtico de um ciclo padro de compresso a vapor operando com refrigerante 22,paraumatemperaturadeevaporaode-50Ceurnacondensaode300C,ecalcule(a)o trabalho de compressor, (b) o efeito de refrigerao, (e) o calor rejeitado no condensador, todos em kJ/kg e (d) o coeficiente de eficcia. 3)Umsistemafrigorfico,operandocomrefrigerante22,deveapresentarumacapacidadede refrigerao de 80 kW. O ciclo o padro de compresso a vapor, com temperatura de evaporao de -80C e de condensao de 420C. (a) Determine a vazo em volume de refrigerante em metros cbicos por segundo referida aspirao do compressor. (b) Calcule a potncia do compressor necessria. (c) Qual a frao de vapor na mistura na entrada do evaporador, expressa na razo em massa e em volume? Resp.: (c) 0,292; 0,971. 4) Um sistema de compresso a vapor, usando refrigerante 22, utiliza um trocador de calor entre o gs de aspiraoeolquido,oqualaqueceovaporsaturadodoevaporadorde-10a50Ccomlquidodo condensador a 300C. A compresso isoentrpica para os casos a seguir. (a)Calcule o coeficiente de eficcia do sistema sem trocador de calor, com temperatura de condensao de 300C e temperatura de evaporao de -100C. Resp.: 5,46. (b)Calcule o coeficiente de eficcia do sistema com trocador de calor. Resp.: 5,37. (c) Qualacapacidadederefrigeraodosistemasemtrocadordecalorseocompressorbombeia 12,0 L/s, referidos ao estado do vapor na aspirao do compressor? Resp.:30,3kW. (d) Qual a capacidade de refrigerao do sistema com trocador de calor para um compressor com a mesma capacidade do caso (c)? Resp.: 29,9 kW 5)UmaInstalaodecondicionamentodearcomcapacidadede352kWderefrigerao,usa Refrigerante 12 e tem temperaturas de evaporao e condensao de 0 oC e 35 oC respectivamente.Que massa deve ser circulada por segundo? Qual a vazo volumtrica na suco? Qual o trabalho de compresso isoentrpico? Determine a quantidade total de calor dissipado no condensador? Calcule o Coeficiente de Eficcia Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 305COMPRESSORES: Funo: O Compressor toma o vapor do refrigerante a uma baixa presso e temperatura, eleva-oa uma alta presso e temperatura. Assim pode-se afirmar que ele1)Reduzapressoea temperatura do refrigerante no evaporador, permitindo absorver calor das redondezas; 2) Aumenta a presso e a temperatura do refrigerante no condensador o suficiente p/ permitir que dissipe calor p/ o arouguaatemperaturaexistente;3)Movimentaofluidorefrigeranteatravsdatubulaoe componentes do sistema. 5.1Tipos de compressores: Compressores Alternativos Compressores de Palhetas Compressores Centrfugos Compressores de Parafuso Compressores Scroll 5.2Compressores Alternativos: Semdvidaoscompressoresalternativossoosmaisutilizados,abrangendoamaioriadas aplicaes de refrigerao e ar condicionado. Compressor Alternativo HermticoCompressor Alternativo AbertoCompressor Alternativo Semi-hermticoCompressorScroll Sistema com Compressor de ParafusoCompressor de PalhetaCompressorCentrfugo Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 31Soespecialmenterecomendadosparasistemascomrefrigerantesquerequerempequenavazoe com condensao e presso relativamente altas. Os compressores Alternativos podem mono ou multicilindros. Durante a descida do mbolo o refrigerante aspirado p/ vlvula de aspirao, e durante a subida o pisto comprime o refrigerante e posteriormente o empurra p/ fora atravs da vlvula de descarga.

Ciclo de compresso: P x volume: VolumeDeslocadoS Z n= D2. . .4 Ddimetro do cilindro Scurso do pisto nrotao do compressor Zquantidade de pistesH perdas Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 32 .100(teorico) deslocado VolumeReal Vazaoca volumetri Eficiencia = Eficincia Volumtrica de espao Nocivo: vnsomando se = v vv vv v3 23 11 1100 . vnv v v vv vv vv v= + = +3 1 1 23 11 23 1100 100 100 . .ou P Efetiva PPs 1 4 32 V1V2V3 Vol. Cilindro Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes vnfvv= |\

|.| 100121 onde fvv v=13 1100 . vnfVaspVdesc= |\

|.| 1001 Taxa de compresso::i =pressao de descargapressao de succao Essa taxa de compresso no deve ser superior a dez para um estgio de compresso. Potncia do compressor: ondem = volume deslocado.vn / 100Vasp Eficincia do compressor: c =trabalho de compressao iso entropicoTrabalho real de compressao Trabalho de compressoIsoentrpico = h2 - h1 Trabalho real de compresso = Temperatura de evaporao x capacidade do compressor: A potncia exigida pelo compressor, de uma maneira geral aumenta com a temperatura de evaporao.

Controle de capacidade: Parasatisfazeracargareduzidasemumareduoexcessivanatemperaturade evaporaoacapacidadedocompressorpodeserreduzida,existevriasmaneirasderealizar isto. 1-ControleON-OFF(ligadesliga)utilizadoparapequenossistema,eondeno ocorram flutuaes rpidas na carga. Potencia do compressorVazao de refrigeranteV1= Vol. de espao nocivo (PMS) V2= Vol. ocupado pelo gs retido aps a expanso.V3= Volume mximo do cilindro (PMI) Frao de espao OndeVasp= Vol. especfico do valor admitido no compressor. Vdesc= Vol. especfico do vapor aps a compresso esoentrpica. P Potencia em Kwm Vazao em hi = Trab.compressao isoentropica Kj / Kg==Kg/s P m hi = Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 34 2 - Vlvula reguladora de presso antes do compressor ineficiente. 3 - By-Pass de gs da descarga do compressor para a linha de aspirao. 4 - Tirar de uso cilindros com compressores multicilindros. 5 - Compressores de vrias velocidades. 6 - By-Pass para a entrada do evaporador. Tipos de compressores Alternativos: Compressores Abertos: motor externo a carcaaCompressores Hermticos: o motor opera em contato com o refrigerante CompressoresSemi-Hermticos:semelhantesaosHermticos,apenascomcabeotes removvel. 5.3Compressores de Palheta: Existemdoistiposbsicosdecompressoresdepalhetas:odepalhetassimpleseode mltiplas palhetas. No compressor de palheta simples. A linha de centro do eixo de acionamento coincide com a do cilindro mas excntrica com relaoao rotor. De modo que este compressor apresenta um diviso atuado por mola, dividindo as cmaras de aspirao e descarga. No compressor de mltiplas palhetas o rotor gira em torno do seu prprio eixo, que no coincide com o do cilindro.Orotorprovidodepalhetasquesemantmpermanentementeemcontatocomasuperfciedocilindro pela fora centrfuga.Nestes compressores no h necessidade de vlvulas de aspirao. So utilizados principalmente em geladeiras, congeladores, condicionadores de ar, competindo com os comp.ressores Alternativos. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 35 5.4Compressores de Parafuso: Nocompressordeparafusoacompressoobtidapeloengrenamentode2rotores conjugados,dispostosemumcilindroapropriado,equipadocomorifciodeentradaesada.O rotor macho normalmente o rotor de acionamento e consiste de uma srie de ressaltos ao longo do comprimento do rotorque seengrenam com os sulcos helicoidais correspondentes, formado demodosemelhantenorotorfmea,comprimindoorefrigerante.Naregiodeaspiraodo compressor produzido vcuo, induzindo a entrada do vapor de refrigerante. Autilizaodestetipodecompressorsednafaixade300500KWderefrigerao, normalmente pararesfriamento da gua. O centro de capacidade realizado pelo uso de uma vlvula corredia que localizada na carcaadocompressor.Quandoavlvulaestaberta,ocorreumretardamentodoinciode compresso. A capacidade pode ser modulada at 10% da capacidade mxima. 5.5Compressores Centrfugos: Nocompressorcentrfugoofluidopenetrapelaaberturacentraldorotorepelaaoda fora centrfuga desloca-se para a periferia. Assim, os ps imprimem uma grande velocidade ao gseelevamsuapresso.Ogssedirigeparaoinvlucrodapouvolutaqueconvertea presso dinmica do vapor que sai do rotor empresso esttica. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 36 Oscompressorescentrfugospodemserdeumoumltiplosestgiosousejacomumou vrios rotores. Aeficinciadecompressoadiabticadoscompressoresfrigorficoscomcapacidadede refrigerao acima de 500 KW. Relaoentreavelocidadeperifricaeapresso:Omomentotorsorqueomotorexerce sobre o gs : T= m(v2.r2 - v1.r1) T momento torsor, N.M m vazo, Kg/s v2 velocidade tangencial do refrigerante na m/s r2 raio externo do rotor, m. v1 velocidade tangencial do refrigerante na entrada do rotor (m/s) r1 raio mdia da seo de entrada do rotor, m. Como o refrigerante entra no rotor na direo radial. V1=0 T= m.v2.r2 A potncia no eixo o produto do momento torsor pela rotao. P= T.w= m.v2.r2.w P potncia em w w rotao em, rad/s Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 37 embaixasrotaesevelocidadeperifricadorotoreavelocidadetangencialdo refrigerante na sada do rotor so praticamente iguais, ento: r2.w= v2 P= m.v22 Apotnciaidealtambmpodeserdadopeloprodutodavazopelotrabalhode compresso. ( ) P m hi= 1000 comparando as duas equaes de potncia temos

5.6Compressores Scroll: Oconceitobsicodocompressorscroll(espiral)existedesde 1886,quandoumapatenteitalianafoirequerida.Devidoaproblemasde estanqueidade,aaplicaodomesmofoiretardada.Hoje,anova tecnologiademquinasoperadoraseprocessosdemanufaturatornou possvelasoluodesteproblema.Apartirdaltimadcada.o compressorscrollpassouaparticipardaslinhasdeproduoseriada. sendo instalado em condicionadores de ar e resfriadores de lquido (fig.1)Ocompressorscrolloferecemuitosbenefciosaosusuriosdesistemasdear condicionado: -em mdia 5% a 10% mais eficiente que um compressor recproco de igual capacidade; no possui vlvulas. sendo extremamente resistente a golpes de liquido; possui 64% menos partes mveis que um compressor recproco de igual ca-pacidade; Operao extremamente suave e silenciosa, comparvel de um compressor centrfugo; Baixa variao de torque, o que propicia um aumento na vida til do motor, reduzindo a sua vibrao; O resfriamento do motor feito pelo refrigerante na forma gasosa resulta em baixa temperatura dos enrolamentos do motor, o que aumenta a sua eficincia e confiabilidade. O compressor scroll utiliza duas peas emforma de espiral para realizar o trabalho da compresso do gs (fig.2)Asespiraisestoacasaladasface aface.Aespiralsuperioraespiralfixa onde est a abertura de descarga do gs. A espiralinferioraespiralacionadapelo motor (fig. 3).Asucodorefrigerantena formagasosaacontecenaorlaexternado conjuntodaespiraleadescargaacontece atravsdaaberturaexistentenocentroda v22 =1000 hi Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 38 espiral estacionria. Note que a borda superior das espirais ajustada com selos que correm sobre a superfcie da espiral oposta. Eles atuam de forma semelhante aos anis do pisto de um compressor alternativo, lacrando o refrigerante na forma gasosa. entre as superfcies em contato. Ocentrodomancaldoeixodaespiraleocentrodoeixodomotordoconjuntodeacionamentotmum recuo. Este recuo permite um movimento excntrico ou orbitante para a espiral conduzida (fig. 4). Vamos mostrar que a rotao do eixo do motor causa na espiral um movimento orbital - no circular - ao redor do centro do eixo (fig. 5). O movimento orbital faz com que o par de scrolls forme bolsas de refrigerante na forma gasosa. Como este movimento contnuo, o movimento relativo entre a espiral orbitante e a espiral fixa faz com que as bolsas se desloquem para a abertura de descarga situada no centro do conjunto, com um decrscimo constante de volume (fig. 6). Porexemplo,duranteaprimeiravoltadoeixo,oufasedesuco,apartedasuperfcielateraldaespiral permite a entrada do refrigerante na forma gasosa, succionando o mesmo (fig. 7). Ao completar uma volta, as superfcies das espirais novamente se encontram formando bolsas (fig. 8).

Duranteasegundavoltadoeixo,oufasedecompresso,ovolumedasbolsascomrefrigerantenaforma gasosa progressivamente reduzido (fig. 9). Completando a segunda volta chega-se mxima compresso (fig. 10). Durante a terceira volta, ou fase de descarga, a parte final da espiral libera o refrigerante na forma gasosa, comprimido-o atravs da abertura de descarga (fig. 11)

Finalmente,aocompletaravolta,ovolumedabolsareduzidoazero,comprimindoorefrigerantena forma gasosa remanescente na espiral (fig. 12). Veja o final do ciclo e observe as trs fases:sendoqueacompressoedescargaacontecem simultaneamenteemumaseqnciacontinua(fig. 13). Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 39 Vamosanalisarcomofuncionaoconjuntoorbitante,uniooscilante,queprotegeocompressorcontra golpes de lquido (fig. 14).

A unio oscilante gira no pino da manivela. O total do deslocamento limitado por um pino de ajuste que est situado em uma ranhura no lado oposto do mesmo (fig. 15). Auniooscilantefuncionaparaproporcionarurnamelhorforadecontatobalanceada entre as superfcies laterais dasespiraisfixa eorbitante. Alm disso, elapermitea separaodos espiraisnocasodealgumaquantidadedeleoourefrigeranteliquidoentrarnoconjuntode espirais. Por exemplo, assumimos que uma pequena quantidade de leo liquido entrou no conjunto de espirais. Como o lquido no compressvel, acontece uma excessiva presso entre as mesmas. A componente lateral desta presso atua para separar as duas espirais (fig. 16). Esta fora faz com que a unio oscilante gire sobre o pino da manivela, que por sua vez muda a posio da espiral orbitante (fig. 17). Amudanadeposiofazcomqueasespiraisseseparemmomentaneamente.A separaotambmpermitequeorefrigerantepressurizadonaformagasosasejaliberadoparaa suco, limpando as espirais do leo lquido LUBRIFICAO Oleosemovimentaemsentidoascendenteatravsdeumapassagemexistenteno interior doeixo domotor Isto permite a passagem doleopara lubrificar osmancais superiore inferior do eixo atravs de orifcios existentes emsuaparede.Finalmente,oleosaipelapartesuperiordapassagemparalubrificaromancalda extremidade da espiral orbitante. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 40 Exerccios sobre Compressores: 1)Dadosdecatlogoparaumcompressordeseiscilindros,operandocomrefrigerante22e29 rps,indicamumacapacidadederefrigeraode96,4KWpotnciade28,9KWparauma temperaturadeevaporaode5oCeumatemperaturadecondensaode50 oC.O desempenho baseado em 3 oC de sub-resfriamento do lquido e 8 oC de superaquecimento do gs de aspirao no compressor. O dimetro do cilindro de 67 mm e o percurso de 57 mm. Calcule(a)aeficinciavolumtricadeespaonocivoseafraodesteespao4,8,(b)a eficincia volumtricaefetiva e (c) a eficincia de compresso. 2)Um compressor de amnia com 5% de frao de espao nocivo e uma taxa de deslocamento de80L/s,operaaumatemperaturadecondensaode40 oC.Admitindoaeficincia volumtricadeespaonocivo,determineavazoderefrigeranteparaastemperaturasde evaporao de - 10 oC e 10 oC. 3)Umcatlogomostraumacapacidadederefrigeraode115KWparaumcompressor hermticodequatrocilindros,rotaode29rpseoperandocomrefrigerante22s temperaturasdeevaporaoecondensaode-4oCe40oC.Nessepontodeoperao,o motor,cujaeficinciade90%,exige34,5KW.Odimetrodocilindrode87mmeo deslocamentodombolode70mmentrepontosmortos.Osdadosdedesempenhoso baseadosem8 oCdesub-resfriamentodolquidoquedeixaocondensador.Determine(a)a eficincia volumtrica efetiva e (b) a eficincia de compresso. 4)Estimequaldeveserapotnciadecompressoentreastemperaturasdeevaporaoede condensao,respectivamentede-24 oC(11,2F)e15oC(59.0F)desenvolvidaporum compressor de amnia cuja capacidade de refrigerao de 163 KW (46,3 TR). 5)Qualdeveseramximadiferenaentreastemperaturasdesaturaonadescargaena aspirao de um compressor deR-22, para o quala diferena de pressodeve ser limitadaa 1.500 KPa ( 218 Psi)? As seguintes temperaturas de evaporao devem ser adotadas:a) - 10 oC b)20 oC 4)Ocatlogodeumfabricanteespecificaqueodesempenhodeumcompressordeamniafoi levantado para condies de lquido saturado na sada do condensador e de vapor saturado na aspirao do compressor. Para temperaturas de evaporao e de condensao de -10 oC (14 F) e30oC(86F),respectivamente,qualdeverseravariaopercentualdacapacidadede refrigerao e da potncia em relao aos valores de catlogo se:a) o refrigerante deixa o condensador 5 oC (9 F) sub-resfriado. o vapor que deixa o evaporador e entra no compressor apresenta 10 oC (18 F) de superaquecimento. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 41 6CONDENSADORES: Os condensadores so trocadores de calor onde ocorre a condensao do refrigerante. Todos osganhosdecalordeumsistemaderefrigeraodevemserrejeitadosnocondensador.Sendo portanto sua funo bsica liquefazer o fluido refrigerante. 6.1Capacidade dos Condensadores: Ocalortotalaserrejeitadopelo condensadorconsistenocalorganhono processoderefrigeraomaisocalor adicionadoaorefrigerantepelaoperaodo equipamentofrigorfico.Ocalorgeradoem cumprirogsrefrigerante,ocalordefrico docompressorenocasodecompressor hermticoesemi-hermticoocalorgerado pelos enrolamentos do motor. Aseleoconsisteemescolherum condensadorcom capacidade de rejeio de calor total dosistema.Desdequearejeiovariaconformeo compressorrecomenda-sequeascurvasde capacidadesdofabricantesejamutilizadosquando possvelpara adeterminaodarelaode rejeio de calor. Na falta destes dados utilize o grfico a baixo, o qual apresenta os valores tpicos da relao de rejeio deCalor no condensador em funo das temperaturas de condensao e evaporao.O grfico vlido para refrigerantes R-12 e R-22. Da mesma forma poderoser utilizadas frmulas prticas para se determinar o calor total a ser rejeitado KW)BHP.P (kcal/h) + Q) .P (kcal/h) + Qtrtr((860 compressor do capacidade641 compressor do capacidade== 6.2Tipos de Condensadores: Os trs tipos de condensadores em uso na refrigerao industrial e no condicionamento de ar so:-Resfriados a gua -Resfriados a ar -Evaporativo o refrigera de CapacidadeCompresso de Potncia o refrigera de CapacidadeCalor de Rejeio de Relao+= Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 42 A gua utilizada nos condensadores deve ser limpa e no corrosiva. Para garantir essas condies e evitar estragos no equipamento, recomenda-se filtrar e tratar quimicamente a gua. Os tipos principais de condensadores a gua so: -Duplo tubo -"Shell and tube" -"Shell and Coil" Condensadoresresfriadosaguade Duplo Tubo: Oduplotubousadoparasistemas at7,5TR(toneladasderefrigerao).Os condensadores desse tipo so fabricados com tubos de cobre ou ao. O duplo tubo consiste numtubodentrodooutro.Normalmentea guacorrenotubodemenordimetro.No outro corre orefrigerante. Condensadores resfriados guade Carcaa e Tubo (Shell and Tube): Estetipodecondensadorusadosomenteparagrandesinstalaesfrigorficas.Consistenumrecipiente cilndrico, no qual circula gua atravs de uma tubulao em forma de serpentina. A gua, ao circular, retira o calor do fluido, condensando-o. Condensadores resfriados guade Carcaa e Serpentina (Shell and Coil) Umcondensadordecarcaaeserpentinanomais doqueumaserpentinadecobremontadadentrodeuma carcaadeao.Aguapassaatravsdaserpentinaeogs refrigerantevindodocompressordescarregadodentroda carcaaparasecondensarnoexteriordostubosfrios.Em muitosprojetos,acarcaaservetambmcomoreceptorde lquido. Quantidade de gua em Circulao:TQmT , Q=m.=19 , 419 4 : agua a resfriado rcondensado Num mQ== massa de agua kg / h calor transferido da refrigerante para aguaT = diferenca da temperatura da agua na entrada e saida do condensador Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 43 Condensadores a ar Oscondensadoresaarpodemserdedoistipos:comousemcirculaoforadaaar.Consisteem tubosdecobreoudeaoaletados,nointeriordosquaiscirculaorefrigerante.Oarambiente,circulandoatravsdo mesmo, troca calor com o refrigerante, condensando-o (fig. 4). Uma grande vantagem desses condensadores a de dispensarem a gua. Outras vantagens: a) Custo inicial baixo; b) Reduzido custo de manuteno. Desvantagens: a) Necessitam de grandes volumes de ar, cuja movimentao produz muito rudo; b) Custo operacional elevado, pois o compressor absorve mais energia; c) A eficincia diminui quando a temperatura ambiente aumenta; d)Problemasdefuncionamentoinicialnosclimasfrios.comumoequipamentodesarmarporbaixa presso, devido ao excesso de condensao. 6.3Coeficiente Mdio de Transferncia de Calor: O coeficiente de transfer6encia de calor mdio, extensivo a superfcie (m) verticais tubos dos Dimetro D tubos de nmero) ( placa da superfcie a e vapordo ras temperatu as entre diferena T(Pa.s) condensado do dinmica e viscosidad) (W/mcondensado do trmica ade condutivid k(KJ/Kg) vapordo o vaporiza de latente calorh) (Kg/m o ocondensad densidadedm/s 9,81 gravidade de acelerao g) (W/m mdio calorde ncia transfer de e coeficientoolv32o 2=== ===== ==NCCC hc4 / 13 2943 , 0||.|

\|=TNDk h ghlvc Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 446.4Coeficiente Global de Transferncia de Calor: O coeficiente global de transferncia de calor para um condensador a constante de proporcionalidadequequandomultiplicadapelareadetrocadecalorepeladiferena mdia de temperatura entre os fluidos fornece a taxa de troca de calor.As expresses para o coeficiente global de transferncia de calor so: 6.5Diferena Mdia Logartmica de temperatura: A distribuio de temperatura ao longo do condensador relativamente complexa, em virtude do ocorrncia de regies em que o refrigerante se encontra no estado de vapor superaquecido e de lquido condensado subresfriado. Para se obter a diferena de temperatura mais prximo do real, calcula-se a diferena mdia logartmica de temperatura: ( ) ( )( )( )|.|

\| =e ci ce c i ct tt tT T T TDMLTln 6.6Dimensionamento de Condensadores: Geralmente seleciona-se um condensador a partir de um catlogo de fabricante, mas algumas vezes temos que dimension-lo. Ento as frmulas a seguir podem ser utilizadas para determinar a rea do condensador: T =KQATR (frmula prtica) i i m e e i i ei e i ii e e eA H kAxA h A U AT T A U qT T A U q1 1 1U1interno ) (externo ) (e+ + = = = =) . (W/m tubo do interna superfcie na calorde encia transfer6 de e coeficient) (m tubo do interna rea) (m tubo do mdia ncial circunfere rea) ( gua da a Temperatur T(m) tubo do espessura x (W/m.K) tubo do trmica idade condutibil) ( te refrigeran do ra temperatu) (m tubo do externa rea A) (W/m tubo do externsuperfce na calorde troca de e coeficient h(W) calorde ncia transfer e taxa q222oio2e2eK hAACKC Tiime==========Tc =Temperatura condensao Ti=Temperaturaentradadofluidode resfriamento Te =Temperaturadesadadofluidode resfriamento DMLT UqAe= Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 45 Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 7EVAPORADORES: Sotrocadoresdecalorondeocorreaevaporaodorefrigerante,ouseja,ondeolquidorefrigerante evapora, absorvendo calor com esta mudana de estado. Na maioria dos evaporadores utilizados em refrigerao o refrigerante muda de fase ocorre nos tubos e refrigera o fludo que passa por fora dos tubos. EvaporadordeExpansodiretaaretiradadecalorefeitadiretamentepelofluido frigorgeno Ebulio na carcaa a retirada de calor e realizada indiretamente por meio de um fluido intermedirio. 7.1Evaporadores de Expanso Direta: Evaporador inundado aquelenoqualmantidodeterminadonveldeliquidonoseu interior, por meio de uma vlvula de bia. Funcionamento-avlvuladebiamantmconstanteonveldorefrigerantenointeriordoevaporador,emoutraspalavras,quando parte do lquido evapora, mais liquido admitido pelavlvula.Isto resultaque ointerior doevaporadorficacheio deliquido atonvel determinado pela bia; a circulao do refrigerante atravs do evapo-radorfeitaporgravidade.Ogsevaporadoaspiradoentopelo compressor Evaporador seco: Nestetipo,aadmissoderefrigerantefeitapormeiodeuma vlvuladeexpansooudeumtubocapilar.Avlvuladeexpanso termosttica permite passar apenas a quantidade de refrigerante requerida. Evaporador de tubos lisos So fabricados em ao ou em cobre. Os fabricantes com tubos de ao soempregadosemgrandesinstalaes,principalmentecomamnia.Os construdoscomtubosdecobreprestam-seprincipalmentepara resfriamento de lquidos. Evaporador de tubos alhetados So fabricados com tubos de cobre ou ao. Estes tubos recebem alhetas que tm a funo de aumentar a eficincia da troca de calor entre o eva-porador e o fludo a ser resfriado. As alhetas so de cobre, alumnio ou ao. As alhetas podem ser soldadas aos tubos ou ento so juntadas aos tuboseestessofremumaexpanso,permitindoumperfeitocontatodo tubo com alheta. Importante-oevaporadorqueestivercomasalhetasfrouxas,isto ,semumbomcontatocomotubo,esttrabalhandocombaixa eficincia. Deve ser reparado imediatamente. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 47 Evaporador tipo Tubo e Carcaa (Casco Tubo): So semelhantes aos condensadores deste tipo. Podem ser tipo seco ou inundado. Evaporador de placas Como exemplo podemos citar o evaporador de uma geladeira domstica. Consistem em 2 placas que so unidas de forma a permitir o fluxo do refrigerante entre elas. -Evaporadores de placas de pequena capacidade. -Evaporadores de placas de grande capacidade.

7.2Evaporadores de Expanso Indireta:Estesevaporadoressosemelhantesaosdeexpansodireta,apenasresfriamfludos intermedirios(salmoras),osquaissocirculadosemtrocadoresdecaloresqueesto diretamente nos ambientes a serem refrigerados. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 48 7.3Dimensionamento de um Evaporador: Aseleodeumevaporadorsefazemfunodacargatrmicaedo T(diferenade temperaturadoarambienteetemperaturadeevaporaodorefrigerantefixadonoprojeto).Podem seu utilizadas as mesmas frmulas utilizadas para dimensionamento de um Condensador, simplesmente considerando as diferenas. Usualmente se utiliza um T igual a 6 oC para evaporadores com ventilao forada e de 12 a 18 oC para evaporadores estticos. Quanto maioro T menores os nveis de umidade dentro do ambiente refrigerado. Quandoatemperaturadasuperfciedeumevaporadorqueresfriaarseestiverauma temperaturaabaixode0oCocorreraformaodegelonasuperfciedomesmo,atuando comisolamentotrmicoereduzindoacirculaodear.Nestecasorecomenda-seadotarum sistema de degelo. 7.4Lavadores de Ar: Umafiguraesquemticadeumlavadordearestmostradanafiguraabaixo.Oslavadoresdearso utilizados para umidificar e limpar o ar. Essencialmente umlavador dear consistedeuma cmaradeaspersona qualumanuvemdensade gua em aspersofinamente dividida conseguida bombeandogua pelos bocais.Emsuatrajetria oar passa primeiro porumamatrizdeplacasdefletorasouumatelametlicaperfurada,paragarantirumadistribuiouniformedo escoamento do ar sobre a seco transversal do lavador e impea que qualquer umidade penetre no duto. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 49 8DISPOSITIVOS DE EXPANO : Afuno dos dispositivos de expanso reduzir a presso no sistema entre o maior valor no condensadoremenor valor no evaporador de modo quepossa ser obtido uma baixa temperatura no evaporador e regular a vazo que entra no evaporador. 8.1Tubos Capilares: So usados em sistemas frigorficos pequenos (at 10 KW). Tubo capilar um tubo de1a6mdecomprimentoedimetrointernovariandode0,5a2mm.Orefrigerante lquido que entra no tubo perde presso a medida que escoa por ele, em virtude do atrito e da acelerao do fludo, resultando na evaporao de parte do refrigerante. O compressor e o dispositivo de expanso devem atingir uma condio de equilbrio na qualaspressesdeaspiraoededescargasotaisqueocompressorbombeia exatamente a quantidade de refrigerante com que o dispositivo deexpanso alimenta o evaporador. Seleo do tubo capilar O projetista de uma instalao frigorfica deve escolher o dimetro e o comprimento do dutodemodoqueopontodeequilbriocorrespondatemperaturadeevaporao desejada o mtodo mais simples de seleo o apresentado pelos diagramas das figuras abaixo.

(grfico) Padro VazoReal Vazocorreo de Fator=e 2,03, de com- Fator de correo dos resultados da figura ao lado para dimetros e comprimentos distintos dos da figura Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 50 8.2Vlvula de Expanso Termosttica O controle desta vlvula realizado para superaquecimento do gs de aspirao quedeixaoevaporadorregulandoassimavazodorefrigerantelquidoemfunoda taxa de evaporao. Avlvuladeexpansotermostticaoperanosentidodemanter aproximadamenteamesmaquantidadedelquidonoevaporadorumavezsea quantidadedelquidodiminuiu,umasuperfciemaiordoevaporadorserexpostaao vapor superaquecendo- o em maior grau e portanto propiciandoa abertura da vlvula. Geralmenteoscatlogosdefabricantestrazemacapacidadeassociadaavazoda vlvula. Usada nas instalaes de porte mdio. Vlvula de expanso termosttica com equalizador Interno O grau de abertura da vlvula regulado pela presso Pb no bulbo e tubo capilar atuando no lado superiordodiafragma.determinadopelatemperaturadobulbo.ApressoPonasadadavlvula, atuando sob o diafragma, determinada pela temperatura do evaporador. A presso da mola atuando sob o diafragma de regulagem manual. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 51 Vlvula de expanso termosttica com equalizador externo OgraudeaberturadavlvulareguladopelapressoPbnobulboetubocapilar,atuandono ladosuperiordodiafragma.determinadapelatemperaturadobulbo.ApressoPo-APnasadado evaporador, atuandosob o diafragma, determinadapelatemperatura de evaporaoe perda de presso no evaporador, mais a presso damola que tambm atua sob o diafragma, regulvel manualmente. As vlvulasdeexpansotermostticascomequalizadorexternosousadasnosevaporadorescomgrande perda de presso, como o caso dos que tm distribuidor de lquido. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 52 8.3Vlvula Manual As vlvulas de expanso manual so de agulha acionada mo. A quantidade de refrigerante que passa atravsdoorifciodavlvuladependedaaberturadavlvula,queajustvelmanualmente.Amaior desvantagem da vlvula de expanso manual ser inflexvel.8.4Vlvulade Expanso Constante ou Automtica: Esta vlvula mantm constante a presso na sua descarga, entradadoevaporador.Usadanasinstalaesmenoresde30 KW. As vlvulas automticas se destinam a manter umapresso desucoconstantenoevaporador,independentedasvariaes de carga de calor. So vlvulas de funcionamento muito preciso. Umavezbem reguladas, mantm praticamente constanteatemperaturadoevaporador. Daseremusadasquandosedesejaum controle exato de temperatura. 8.5 Vlvulas de Bia: Estedispositivodeexpansomantm constanteonveldelquidoemum recipiente ou um evaporador. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 53 8.6 Vlvulas de Expanso Eltrica: Estavlvulautilizaumsensor delquidoparadetectara presenaderefrigerante lquidonasadado evaporador, queabre a vlvula quandodiminuiapresenade lquido. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 54 9REFRIGERANTES: Osrefrigerantesoufluidosfrigorgenossosubstnciasempregadascomoveculo trmico na realizao dos ciclos de refrigerao. 9.1 Compostos Halocarbnicos: OscompostosHalocarbnicosouHidrocarbonetosHalogenadospossuememsua composio cloro, flor e/ou bromo. Sistema de numerao: 1oalgarismo = No de tomos de carbono -1 (C - 1) 2 o algarismo = No de tomos de hidrognio + 1 (H + 1) 3 o algarismo = No de tomos de flor (F) ex.: Designao numrica No QumicoFrmula Qumica Refrigerante 11Tricloromonofluormetano C Cl3 F Refrigerante 12DiclorodifluormetanoC Cl2 F2 Refrigerante 22Monoclorodifluormetano CHCl F2 Refrigerante 115Dicloropentafluoretano C2 Cl F5 9.2 Compostos InorgnicosOs compostos inorgnicos foram os primeiros refrigerantes utilizados e alguns continuam com grande utilizao at hoje. Sistema de numerao: 1oalgarismo = 7 2 o algarismo e 3 o algarismo = peso molecular ex.: R-717AmniaN H3 R-718guaH2 O R-729ArR-744Dixido de CarbonoC O2 R-764Dixido de EnxofreS O2 9.3Hidrocarbonetos: Oshidrocarbonetossoutilizadosespecialmenteemindstriasdepetrleoe petroqumicos. Ex.: R-50MetanoC H4 R-170EtanoC2 H6 R-290Propano C3H8 Sistema de numerao: segue o mesmo sistema de numerao dos compostos Halocarbnicos 9.4 Azeotropos:Umamisturaazeotrpicaaquelaquenopodeserseparadaemseuscomponentesem destilao.Oazeotropomaisconhecidoorefrigerante502,queumamisturade48,8%refrigerante 22 e 51,2% de refrigerante 115. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 55 9.5Caractersticas Termodinmicas: O desempenho comparativo de refrigerantes facilmente usado em ciclos de compresso o vapordadonatabelaabaixo.Adotou-seumatemperaturadeevaporaode15 oC,Tode condensao de 30 oC e considerando-se compresso isentrpica. Vazo de vapor na PressoPressoEfeito desuco p/kW de vapo- de con-Relaorefrigera- refrige- Refrige- rizaaodensaode Pres-oo CDE rante Nome (kPa)(kPa) so (kj/kg)(L/s) 11Tricloromonofluormetano20,4125,56,15155,44,90 5,03 12Diclorofluormetano182,7744,64,08116,30,782 4,70 22 Monoclorofluormetano295,81192,14,03162,80,476 4,66 502 Mistura Azeotrpica349,61308,63,74106,20,484 4,37 717 Amnia236,51166,64,931103,40,462 4,76 Para Terperalura de vapor|zaao= -15 oC e Terperalura de Cordersaao de 30 oC. Alguns fatores tem de ser levados em conta quando as caractersticas termodinmicas listados na tabela so avaliadas. Porexemploseaspressesdeoperaoforemelevadas,oscomponentesdosistemade refrigeraodeverosermaisresistentesempregandomaismateriais,eosequipamentossero caros.Odepsitodorefrigerantesertambmrobustoeistoaumentaocustodetransporte. Pressesdeoperaoabaixodaatmosferasignificoup/outrolado,quequalquervazamento resulta na entrada de ar p/ o sistema. Emcompressoresalternativos,avazodeveserbaixademodoqueodesempenhoseja alcanadocomumamquinapequena.Paraumcompressorcentrfugo,p/outroladograndes deslocamentossodesejadosafimdepermitirousodegrandespassagensdevazo.A resistncia reduzida ou atrito p/ tais passagens aumenta a eficincia do compressor. Emboranolistadasnatabela,astemperaturascrticasedesolidificaodeumasubstncia devem ser consideradas ao se analisar a escolha do fluido com refrigerante. 9.6Propriedades Fsicas e Qumicas: Inflamabilidade Os halocarbnicos noso inflamveis. A amnia considerada inflamvel em uma mistura de 16 a 25% em volume com o ar. Toxidade Os halocarbnicos no so txicos. A amnia altamente txica. Reaes com materiais de construo A amnia ataca o cobre e o lato e outras ligas, no atacandooferro,aoealumnio.Oshalocarbnicospodemreagircomozincomagnsio, mas no com cobre, alumnio, ferro ou ao. DetecodefugasAamniafacilmentedetectadapelocheiro;oshalocarbnicospodem ser detectados por meio de lamparinas de Helide ou detectores eletrnicos. AosobreleosAamnianomiscvelcomoleo,arrastandoparcialmenteoleo.Os halocarbnicose o leoso miscveis onde oR-22 menosmiscvel. Devendo ser instalado separador de leo na linha de descarga para que o mesmo retorne ao compressor. 9.7Escolha de Refrigerantes:Ascaractersticasdosrefrigerantessofatoresdominantesnaescolha.Aseguirapresentamos resumidamente os principaisaplicaes do refrigerantes meio comuns. ArOmaiorusocomrefrigeranteemavies,ondeopesoreduzidodeumsistemaoar compensa seu baixo coeficiente de eficciaAmnia mais freqente o seu uso em grandes instalaes industriais de baixa temperatura.Dixido de carbono Usado as vezes p/ congelaralimentos p/ contato direto, sua aplicao limitada p/ sua alta presso de condensao sendo aplicada naparte de baixa temperatura no sistema de cascata.. Refrigerante 11 Utilizados em sistemas com compressores centrfugos.Refrigerante 12 Est sendo evitado o seu uso pelos grandes danos que provoca na camada de Oznio.Erausadoprincipalmenteemcompressoresalternativosdeequipamentosde refrigerao domstica e condicionadores de ar de automveis. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 56 Refrigerante22AsuamaioraplicaoemcondicionadoresdeAr.Oseuusotem aumentadoemsubstituioaorefrigerante12porqueutilizaumcompressormenoremais barato, e no to agressivo a camada de oznio. Refrigerante502umdosrefrigerantesmaisnovosqueexibealgumasvantagensdo refrigerante22eapresentavantagensadicionaisdemelhorcomportamentocomoleoeTo

de descarga do compressor inferior s do refrigerante 22. 9.8Fludos Alternativos: oCFCmaisimportanteoR-12,usadoprincipalmenteemsistemasdearcondicionadoautomotivo, refrigerao domstica, comercial, etc. O alternativo isento de cloro para o R-12 o R-134a (tetrafluoretano), com propriedades fsicas e termodinmicas similares ao R-12. OR-134apertenceaogrupodosHFCs,fluorcarbonosparcialmentehalogenados.Compotencialde destruiodoOznioigualazero,devidoaomenortempodevidanaatmosfera.Apresentaumareduono potencial de efeito estufa de 90% comparado ao R-12. A Hoechst e a DuPont, grandes fabricantes de fluidos frigorficos, produzem o R-134a. A DuPont comeou produzindo quantidades comerciais em dezembro de 1990 em Corpus Christ, Texas (Estados Unidos). Naprimaverade1991,certosveculoseuropeuscomearamaserequipadoscomsistemasHFC-134a.A transio naEuropaterminou em 1994, com amaioria dos veculosnovos sendoconvertida at1993.No Japo,a transio comeou em fins de 1991 e tambm terminou em 1994. A DuPont desenvolveutambm outros refrigerantes alternativos. OSUVAMP39,MP 66, para substituiroR-12. o SUVA HP 80, HP 81, HP 62 para substituir o R-502. Prev-sequehaverdisponibilidadedoSUVAparaatenderavidatilrestantedosequipamentosexistentes. Todosessesrefrigerantes(excetoHP62)contmtantorefrigerantesdehidroclorofluorcarbono(HCFC)comode hidrofluorcarbono(HFC).AsdiretrizesdoProtocolodeMontrealpermitemousoeproduodeHCFCatoano 2030. TABELA DOS ALTERNATIVOSNomeSubstitui R-123R-11 R-124R-114 R-134aR-12 R-401R-12 R-401BR-12 R-404AR-502 R-402AR-502 R-402BR-502 COMPOSIO QUIMICA HCFC-22HFC-125Propano R-402 A38%60%2% R-402 B60%38%2% HFC-125HFC-143aHFC-134a R-404 A44%52%4% HCFC22HFC-152aHCFC-124 R-409 53% 13%34%R-401 B 61% 11% 28% COMPOSIO/INFORMAES SOBRE INGREDIENTES RefrigeranteNomenclaturaFrmula HCFC-22 Clorodifluormetano CHCIF3 HCFC-125Pentafluoretano CF3CH F2 HFC-143a 1,1,1-Trifluoretano CF3CH3 HFC-134a1,1,1,2Tetrafluoretano CF3CH2F HC-290 PropanoC3H8 HFC-152a1,1-DifluoretanoCH3CHF2 HCFC-1242clorol,1,1,2TetrafluoretanoCHCIFCF3 9.9 Refrigerantes Secundrios : Refrigerantessecundriossofluidosquetransferemenergiadasubstnciaqueest sendoresfriadaparaoevaporadordesistemaderefrigerao.Orefrigerantesecundriosofre umavariaonatemperaturaquandoabsorvecaloreoliberanoevaporador,noocorrendo nenhumamudanadefase.Aguapoderiaserumrefrigerantesecundriomasseuuso Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 57 limitado pelo seu baixo ponto de congelamento.Assim as substncias utilizadas so solues tais como salmoras e anticongelantes. Os anticongelantes mais utilizados so solues degua e etileno glicol, propileno glicol e cloreto de clcio. Umadaspropriedadesmaisimportantesdosrefrigerantessecundriosopontode solidificao, o qual varia com o percentual de anticongelante misturado, conforme mostrado na figura abaixo. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 58 10SISTEMAS MULTI PRESSO:O sistema multipresso ou sistema com compresso em mltiplos estgios um sistema de refrigerao que possui 2 ou mais nveis de baixa presso. Este sistema utilizado quando a diferenaentreastemperaturasdasfontesfriaequentemuitoelevadaearelaode compressoaservencidapelocompressoratingevaloresquetornaaconselhvelousoda compresso por estgios. Outra razo seria quando se deseja com um conjunto servir 2 ou mais ambientes com temperaturas diferentes. 10.1Separador de Lquidos: umequipamentoutilizadoemsistemasderefrigeraoparasepararafraodevapor gerado no processo de expanso. A expanso ocorre atravs de uma vlvula de bia que tambm mantm um nvel constante no separador de lquido. Poroutroladosonecessrios2compressoresnosistemaou2vlvulasredutorasde presso. 10.2 Resfriamento Intermedirio: Oresfriamentointermedirioentredoisestgiosdecompressoreduzotrabalhode compresso p/ Kg de vapor. Podemos ver no diagrama abaixo que no processo4- 5 ocorre: um menor aumento de entalpia do que no processo de compresso reversvel e politrpico de um gs perfeito. ( )W vdpnnPVPPn n= =|\

|.|

(((}11211 11 / P= presso em Pa v= volume especfico em m3/Kg n= expoente politrpico relacionando a presso e volume especfico durante o processo de compresso, pv3 = const. Figura 9-1.Figura 9-2. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 59 Damesmaformaotrabalhodecompressoproporcionalaovolumeespecficodogs na entrada na figura acima. O volume especfico em 2 maior que em 4. O resfriamento intermedirio em um sistema de refrigerao pode ser conseguido com um trocador de calor resfriado gua ou com a utilizao do resfriamento lquido. Paraorefrigerante22e12oresfriamentointermedirioineficaz,pelaspropriedades caractersticas que podem ser vistas no diagrama. Emumsistemacomrefrigerante22e12aeconomianotrabalhop/Kgdurantea compressonocompensaavazoaumentadaqueprecisasercomprimidap/compressorp/ estgio de alta. Paraumsistemacomamnia,existeumapressotimanageraloresfriamentointermedirio deve ocorrer a qual pode ser determinado com aproximao p/ equao: P P Pi s d= Pi = Presso de resfriamento intermedirio em KPa. Ps = Presso de suco de compressor no estgio de baixa em KPa.Pd = Presso de descarga do compressor no estagio de alta em KPa. 10.3Sistema com Um Evaporador e Um Compressor: O separador de lquido e o resfriadorintermedirio que apareceu na maioria dos sistemas multipresso sero examinados agora em vriascombinaes: Osistemacomumevaporadoreumcompressoreumseparadordelquidospoucousado,poiso separador de lquidosnomelhora odesempenho dosistemaadotada uma vlvula redutora depresso queexpandeogs,baixandoapressodomesmojquenohumcompressorcompressodesuco alta. Anicarazodeusodestesistemaseriamanterovapornacasademquinaevitando aumento na perda de presso em longas linhas de suco. 10.4 Sistema com Dois Evaporadores e Um Compressor:

Em muitas situaes um compressor serve dois evaporadores que requerem temperaturas diferentes p/ ex. um evaporador para ar condicionado em escritrio e um para baixa temperatura em processos industriais. Figura 9-3. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 60 No sistema mostrado na fig., uma vlvula redutora de presso instalada depois do evaporador de alta temperatura p/ regular a presso e manter a temperatura desejada. 10.5Sistema com Dois Compressores e Um Evaporador:

Compresso de dois estgios com resfriamento intermedirio e remoo de gs a forma mais utilizada p/ servir um evaporador de baixa temperatura. 10.6Sistema de Dois Compressores e Dois Evaporadores:

Evaporadoresa2temperaturasdiferentespodemseroperadoscomeficinciap/um sistema de 2 estgios, que emprega resfriamento intermedirio e remoo do vapor produzido p/ reduo de presso. Este sistema muito comum na refrigerao industrial.

Figura 9-4. Figura 9-5. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 61 10.7Ciclo Binrio ou em Cascata: Quando tivermos um T maior que 100oC a presso superior torna-se to baixa que cria problemasdevedaodifceisdecontornar.Nestascondiesseadotam2fluidosfrigorgenos quefuncionamnaseguintecondiobinria.Um1ofluidocomtemperaturacrticabastante elevada funcionaem ciclo de refrigerao que cria diferenas de to entre o meio ambiente e uma temperatura intermediria que servir com fonte quente do ciclo de refrigerao de um 2o fluido quesecaracterizaporterelevadaspressesde saturao, mesmo a baixa temperaturas. Figura 9-6. Comp. Comp. 1 2 3 4 5 6 7 8 6 58 FLUIDO 1 FLUIDO2Figura 9-7. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 62 Exerccios: 1-Calculeapotnciarequeridapelosdoiscompressoresemumsistemacomamniaqueserveum evaporadorde250kWa-250C.Osistemausacompressodedoisestgioscomresfriamento intermedirio e remoo do vapor produzido pela reduo de presso. A temperatura de condensao 350C. Resp.: 29,2 KW e 40,0 KW 2-Emumsistemacomamniaumevaporadordeveprover180kWderefrigeraoa-300Ceum outrodeveprover200kWa50C.Osistemausacompressoemdoisestgioscomresfriamento intermedirioearranjadocomonaFig.9-6.Atemperaturadecondensao400C.Calculea potncia requerida pelos compressores. Resp.: 68,2 kW e 97,6 kW 3- Em um sistema de refrigerao no refrigerante 22 a capacidade 180 kW temperatura de 30 oC. OVapordoevaporadorcomprimidoaumapressodecondensao,de1500kPa.Maistardeo sistema modificado para uma compresso de duploestgio operando no ciclo mostrado na Fig. 9-8 comresfriamentointermedirioa600Kpa,massemremoodovaporproduzidopelareduode presso. Calcule a potncia requerida pelo compressor simples do sistema original. Calcu1eapotnciatotalrequeridapelosdoiscompressoresnosistemamodificado. Resp.:70,9kW. 4-Umsistemadedoisestgiosaamniausandoremoodevaporproduzidopelareduode pressoeresfriamentointermediriooperacomociclomostradonaFig.9-9.Atemperaturade condensao 350C. A temperatura de saturao do evaporador de temperatura intermediria 0 oC, e sua capacidade de 150 kW. A temperatura de saturao do evaporador de baixa temperatura 40 oC,esuacapacidadede250kW.Qualavazoderefrigerantecomprimidopelocompressordo estgio de alta? Resp.:0,411kg/s.

Figura 9-8. Figura 9-9. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 63 11TUBULAES DE REFRIGERANTE: Apesardoscuidadosnaseleoeaplicaodeequipamentosencontrar-se-o dificuldadesnaoperaodeumsistemafrigorficoseastubulaesdorefrigeranteforemmal projetadas e montadas. Umdosprincipaisfatoresaseremconsideradosquandodoprojetodeumsistemade tubulaesde refrigerao o movimento do leo. 11.1 Movimento do leo:Dadoqueumcompressortemqueserlubrificado, masorefrigeranteentraemcontatocomoleode lubrificao,arrastando-oparaastubulaesecomponentes dosistemafrigorfico.Destaformaatubulaodeveser dimensionada, de modo a produzir velocidades adequadas do fludoecominclinaescapazesdefacilitaroretornono leo para o crter do compressor. Sifo de leo: instalado na base de linhas verticais de gs quenteesuco(queconduzemumfluxoascendentede gs). Nas linhasde descarga o sifodestina-se a acumular o leo drenado do tubo vertical durante a parada, evitando que ele volte ao cabeote do compressor.De modo idntico nas linhas de suco. Ajudam o leo a iniciar a subida nos tubos verticais. O nmero de sifes em uma instalao vertical deve obedecer a seguinte escala:Linhas de at 2,5msem sifo De 2,5 8m1 sifo De 8 a 25m 2 sifo Separadordeleo:Umoutroelementoquesepodeserutilizadooseparadordeleo.O separador de leo um recipiente que recolhe o leo oriundo do compressor.O leo recolhido enviadonovamenteaocrterdocompressor.Apesardoseparadorreduziraquantidadedeleo em circulao, aso outras providncias so necessrias. Figura 2 Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 64 11.2 Sistema com Compressores com Modulao de Capacidade:

OEstgiodecapacidademnimadeumcompressorcommodulaode capacidadeproduz normalmente velocidades do fludo quenoso adequadasparao movimentocorreto doleonostubos verticais.Para promovero movimentodoleo osifomodificado de modo a incluir um segundotubo vertical.Este conjunto denominadoum sistemadetubo vertical duplo. Noestgiode capacida-demnima de um compressor,a velocidadereduzida dofluidofazcom queoleodrenedostubosverticaisenchendoosifodeleo.Issodesviaofluxorestantedo fluidoparaotubodemenordimetro,quetemumadimensoadequadaparamantera velocidade do fluido necessria para o arrastamento do leo no estgio de capacidade mnima do compressor. Oaumentodecargadosistemalimpaosifodeleofazendoofluxodofluidopassar novamentepelotuboverticalmaior.Otuboverticaldemaiordimetrodimensionadopara produzirumataxarazoveldefluxonoinferiora5m/senemsuperiora20m/sdentrodos dois tubos verticais, capacidade total. 11.3Linha de descarga: A funo da linha de descarga consiste em transportar o gs refrigerante comprimido e o leo arrastado desde o compressor at o condensador. Alinhadegsquentedeveserdimensionadaparaproduzirumavelocidadedegsa carga mnima no inferior 5m/s em tubulao verticaise 2,5m/s em trechos horizontais. Alm disso o dimetro selecionado de tubo no deve produzir uma perda de presso superior 28 KPa paraR-12e42KPaparaR-22.Avelocidademximadogscomcargatotalnodeveser superior a 20m/s, pois originariam perdas de presso e rudos. 11.4 Linha de lquido: As linhas de lquidos no apresentam problemas de movimento de leo, pois geralmente estemistura-secomorefrigerante.Contudopodemapresentarproblemasseprovocarem mudanas radicais de temperatura ou presso. Ocorrendo isto poder resultar a formao de gs, indesejvelnavlvuladeexpanso.Asperdasdepressomximasrecomendadasnalinhade lquidoso de 28 kPapara R-12 e 42 kPa para R- 22. Figura 3 Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 65 11.5 Linha de suco: Alinhadesucodevesercuidadosamenteprojetadaparaassegurarumretornouniformedogs refrigerante seco e do leo arrastado para o compressor. As velocidades recomendadas so as mesmas das linhas de descarga. As perdas de presso mximas so de 14 KPa para o R-12 e 21 KPa para o R-22. Exerccio: 1)Selecione a linha de descarga de um sistema de refrigerao (sem modulao de capacidade)que utilizaR-22 da figura baixo e com as seguintes caracterstica carga = 20 TR; temperatura de evaporao -10 oC; temperatura de condensao = 41 oC; subresfriamento = 5 oC. 2)Selecionealinhadelquidodeumsistemaderefrigerao(semmodulaodecapacidade)queutilizaR-22,conformedesenhodafiguraacima,tendonolugardocompressoro condensador e no lugar do condensador a vlvula de expanso e o evaporador. Tendo as mesmas caractersticas do exerccios nmero 1. 3)Selecionealinhadesucodeumsistemaderefrigerao(semmodulaodecapacidade)queutilizaR-22,conformedesenhodafiguraacima,tendonolugardocompressoro evaporadorenolugardocondensadorocompressor.Tendoasmesmascaractersticasdo exerccios nmero 1.0,3 0,30,3 Obs.: Medidas emmetros 2,0 CONDENSADOR 20,0 Compressor Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 66

12TORRES DE ARREFECIMENTO E CONDENSADORES EVAPORATIVOS: Todos osganhos de calor em um sistema de refrigeraoou ar condicionado devem ser rejeitadosnocondensador.Paraseconseguirisso,ocondensadordeveserresfriadoagua, resfriado evaporativamente ou resfriado a ar. 12.1Torres de Arrefecimento:As torres de arrefecimento mais usuaisso trocadores de calor de tiragem mecnica de ar forado ou por induo com o fluxo do ar em contra corrente ou correntes mistas ou ainda torres atmosfricas. A guaquente oriundado condensador circula pela torre, entrando pela parte superior, distribuda atravs de borrifadores pela gravidade desde ao tanque coletor, onde succionada por uma bomba. O nvel do tanque mantido com torneira de bia. Assim a gua resfriada volta ao condensador de modo contnuo e uniforme, de queo calor cedido pelo fludo frigorgeno a gua de circulao lanado ao ar na torre. Torresatmosfricas:geralmentecolocadanacoberturadosprdiosdemodoa receberaincidnciadiretados ventosjquenopossui ventiladores.

Torre de corrente de ar forado: Pode ser localizada em qualquerlugardesdequeem contato com o ar exterior. Possui umventiladorlateralnaparte inferior.Oarforadocontraa gua borrifada que cai. Torredecorrentede arinduzido:Instalada geralmentenacoberturados prdios.Oventiladorfica localizadoacimados borrifadorespossuindo venezianaslateraisnaparte inferior, para a entrada do ar. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 67 Escolha de uma torre de arrefecimento:Paraaescolhacorretadeumatorre,devemossaberaquantidadetotaldecaloraser dissipada, Q, a temperatura da gua quente (entrada) em oc (tw1) a temperatura de bulbo mido do ar ambiente (tu). Podem ser usados os seguintes valores: a=t - t ct t ctw uw ww21 22de 3 a 5,5 4 a 5,5 temperatura da agua resfriada (saida da torre)oo == Com estes dados seleciona-se uma torre atravs de tabelas e diagramas do fabricante.a= temperatura diferencial = aproach= diferena entre a temperatura da gua resfriada (tw2) e a temperatura de bulbomido do ar. (Tu) AtmosfricaCorrente de ar foradoCorrente de ar Induzido Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 68 Quantidade de gua em circulao: Emdadosprticosaquantidadedeg