Relatório Termodinamica e Fluidosv2

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Escola Superior de Tecnologia e Gesto de gueda Universidade de Aveiro

Relatrio de Projeto Temtico em Termodinmica e Fluidos Projeto e construo de bomba de calor para aquecimento de ar ambiente

Bruno Silva Csar Sousa Joo Ferrinho Tiago Moura

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Professor orientador: Miguel Mendona gueda 2011/2012

Relatrio de projeto temtico em termodinmica e fludos

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Relatrio de projeto temtico em termodinmica e fludos

Escola Superior de Tecnologia e Gesto de gueda Universidade de Aveiro

Relatrio de Projeto Temtico em Termodinmica e Fluidos Projeto e construo de bomba de calor para aquecimento do ar ambienteBruno Silva Csar Sousa Joo Ferrinho Tiago Moura

Relatrio final do Projeto Temtico em Termodinmica e Fluidos 3 ano de Licenciatura em Engenharia Electrotcnica.

gueda 2011/2012

Relatrio de projeto temtico em termodinmica e fludos

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Relatrio de projeto temtico em termodinmica e fludos

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ndice1. 2. 3. Resumo do trabalho ....................................................................... 1 Introduo ....................................................................................... 2 Descrio do princpio de funcionamento de uma bomba de calor 3 Ciclo termodinmico ............................................................................. 4 4. Definio dos parmetros termodinmicos da instalao ............... 9 5. Dimensionamento dos componentes............................................ 13 Componentes do ciclo trmico .............. Error! Bookmark not defined. Acessrios utilizados ............................. Error! Bookmark not defined. 6. Ventilao e conduta de ar ........................................................... 15 Perdas de carga na conduta............................................................... 15 Seleo do ventilador ......................................................................... 20 7. Montagem do sistema .................................................................. 22 8. Anlise dos resultados .................................................................. 26 9. Concluses ................................................................................... 30 10. Bibliografia .................................................................................... 31 11. Anexos .......................................................................................... 33 Anexo I: Enunciado ............................................................................ 34 Anexo II: Capacidade de refrigerao do compressor CAE9460T ..... 36 Anexo III: Perdas de carga contnuas ................................................. 37 Anexo IV: Coeficiente de perda de carga localizada .......................... 39 Anexo V: Caractersticas dos ventiladores disponveis ...................... 40 Anexo VI: Dimetros das linhas de lquido ......................................... 42 Anexo VII: Dimetro das linhas de aspirao ..................................... 43 Anexo VIII: Catlogo dos ventiladores disponveis ............................. 44 Anexo IX: Rugosidade absoluta para tubo PVC ................................. 45 Anexo X: ............................................................................................. 46 Anexo XI: ............................................................................................ 47 Anexo XII: ........................................................................................... 48 Anexo XIII: .......................................................................................... 49

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ndice de figurasFigura 1: Elementos bsicos de um sistema de refrigerao .................. 4 Figura 2: Diagrama p-h do ciclo de refrigerao por compresso de vapor ... 5 Figura 3: Diagrama p-h, capacidade de refrigerao ............................... 6 Figura 4: Diagrama p-h, potncia do compressor .................................... 6 Figura 5: Diagrama p-h, fluxo de calor no condensador .......................... 7 Figura 6: Diagrama p-h, expanso do refrigerante .................................. 7 Figura 7: Aumento da variao da entalpia de 1 para 2 com a diminuio da temperatura Tf e consequente diminuio da eficincia ............................... 8 Figura 8: Aumento da variao da entalpia de 1 para 2 com o aumento da temperatura Tc e consequente diminuio da eficincia. .............................. 8 Figura 9: Ciclo termodinmico da bomba de calor com refrigerante R422D .............................................................................................................. 10 Figura 10: Componentes do ciclo termodinmico .................................. 11 Figura 11: Representao da vlvula de expanso termosttica .......... 14 Figura 12: Fator de correlao para alhetas de placas lisas.................. 19 Figura 13: Curva da instalao e do ventilador disponvel DD 6-6-14 ... 21 Figura 14: Esquema da instalao ........................................................ 22 Figura 15: Cortador de tubo ................................................................... 23 Figura 16: Ferramenta para encurvar tubos de dimetro superior a 5/8 ......................................................................................................................... 23 Figura 17: Alargador de tubos de cobre................................................. 23 Figura 18: Maarico e botijas de oxignio e acetileno usados na brasagem ......................................................................................................... 24 Figura 19: Termopar utilizado para medir as temperaturas ................... 25 Figura 20: Anemmetro utilizado para medir o caudal de ar ................. 25 Figura 21: Ciclo termodinmico ideal ..................................................... 26 Figura 22: Ciclo termodinmico, ciclo real (vermelho) e ciclo ideal (preto) ......................................................................................................................... 28 Figura 23: Capacidade de refrigerao retirada das folhas de carateristicas do compressor CAE9460T ......................................................... 36 Figura 24: Perdas de carga contnuas ................................................... 38

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1.

Resumo do trabalho

O trabalho desenvolvido ao longo do semestre no mbito do Projeto Temtico em Termodinmica e Fludos, apresenta uma possvel abordagem de como construir uma bomba de calor projetada para aquecimento do meio ambiente, com transporte de calor por conveco, atravs de uma conduta de ar. Para desenvolver o projeto foi necessrio atravessar por um conjunto de etapas. Numa primeira fase analisou-se o problema, estudando-se vrias formas de resoluo. Para solucionar o problema proposto foi necessrio adquirir conhecimentos sobre o ciclo termodinmico e a funo de cada um dos seus constituintes. Aps estudado o ciclo termodinmico foi possvel encontrar uma soluo para o problema e definir todos os parmetros do ciclo. De seguida foram dimensionados todos os componentes necessrios para a instalao, tendo em conta as perdas de carga e as transferncias de calor. Estando todos os componentes selecionados realizou-se a montagem da instalao para a realizao de ensaios, para verificar e analisar os resultados obtidos.

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2.

Introduo

Integrado no mdulo temtico de Termodinmica e Fludos, tendo como disciplinas associadas Mquinas Trmicas e Transferncia de Calor e Mecnica dos Fludos do primeiro semestre do terceiro ano da Licenciatura em Engenharia Eletrotcnica (LEE) da Escola Superior de Tecnologia e Gesto de gueda, foi apresentada uma proposta para a construo de um dispositivo capaz de aquecer ar ambiente. Na construo do dispositivo foram impostas inicialmente algumas caractersticas, nomeadamente: a bomba de calor ter de ser projetada de acordo com o compressor disponibilizado; a conduta de ar ter de apresentar dois metros de tubo entre o permutador e a zona onde o ar insuflado apresentando dois cotovelos a 90 ao longo da conduta, facto que envolver a seleco do ventilador; o ar ter de ser insuflado a uma temperatura superior ambiente, de 10 centgrados. So relembrados alguns conceitos tericos de termodinmica, principalmente as transferncias de calor e o funcionamento dos ciclos trmicos assim como so aprofundados os conceitos adquiridos nas disciplinas associadas para o dimensionamento do ventilador, permutadores, vlvula de expanso e as tubagens. A seleo do ventilador analisada com mais detalhe tendo em conta as perdas de carga por atrito associadas conduta de ar. No que diz respeito estrutura do relatrio inicia-se por uma abordagem terica do problema. No captulo 2, comea-se por abordar o ciclo termodinmico, os seus constituintes e as suas variantes. De seguida passa-se parametrizao do ciclo em questo. Aps a abordagem terica, no captulo 4, descreve-se como foram dimensionados os componentes do ciclo e seus acessrios. No captulo seguinte demonstrado em que foi baseada a seleo do ventilador. Por fim, nos captulos 6,7 desenvolve-se passo a passo a montagem da maqueta, assim como a anlise dos resultados obtidos, finalizando com as concluses retiradas da realizao do projeto.

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3. Descrio do princpio de funcionamento de uma bomba de calorUma