Refrigeração e Ar Condicionado

Ciclo Real

Posso secar roupas nas grades atrás da geladeira?!

Grades à dutos à fluido tira o calor interno e dissipa no ar;

Dissipação no ar à convecção;

Roupas úmidas à isolantes à dificultam TRC;

Resultados:

• Diminui à capacidade de resfriamento;

• Desgaste à refrigerador;

• Congelador à fluido com T maior que a convencional à diminuindo Ti;

• Termostato à T alta à Motor não irá interromper o compressor àesquentar;

• Diminui à vida útil do compressor àperder eficiência e comprimir menos

• Aumenta kWh à conta de luz!!!

Não!!!

Título x

u= ul + x uv − ul

v = vl + x vv − vl

h = hl + x hv − hl

s = sl + x sv − sl

x = mv / (ml+mv)

Exemplo 2 : efeito da TRC Irreversível sobre o desempenho

Modifique o exemplo 10.1 de modo a permitir diferenças de temperatura entre o refrigerantee as regiões quente e fria. O vapor saturado entra no compressor a -10°C. O líquido saturadosai do condensador a uma pressão de 9 bar. Para esse ciclo de refrigeração por compressão devapor modificado, determine a potência do compressor em kW, a capacidade frigorífica em TRe o coeficiente de desempenho.

P1 à T1 = -10°C à tab A-10 à h1 = 241,35 kJ/kg

s1 = 0,9253 kJ/kg.K

P2 à 2s à P2 = 9 bar à tab A-12 à h2s = 272,39 kJ/kg

(entropia esp. constante) s2 = s1

P3 à P3= 9 bar à h3 = 99,56 kJ/kg

P4 à h4 = h3

Wc = m (h2s – h1) = (0,08 kg/s) . (272,39 – 241,35) kJ/kg .(1 kW / 1 kJ/s) = 2,48 kW

Q ent = 0,08 kg/s. (60s/min) . (241,35 – 99,56) kJ/kg . ( 1 TR / 211 kJ/min) = 3,23 TR

β = Q ent / Wc = (241,35 – 99,56) / (272,39 – 241,35) = 4,57

Ex 1: Wc = 1,4 kW

Q ent = 3,67 TR

β = 10,5

Eficiência isentrópica do compressor

Ciclo Real

Ex 10.3 Ciclo Real

Reconsidere o ciclo de refrigeração por compressão de vapor do exemplo 10.2, mas inclua na análise o fato de que o compressor tem uma eficiência isentrópica de 80%. Além disso, admita que a temperatura do líquido que deixa o compressor seja 30°C. Para esse ciclo modificado, determine a potência do compressor em kW, a capacidade frigorífica em TR e o coeficiente de desempenho.

P1 à T1 = -10°C à tab A-10 à h1 = 241,35 kJ/kg

s1 = 0,9253 kJ/kg.K

P2 à

h2 = h1 + (h2s – h1) / ƞc

h2s = 272,39 kJ/kg

h2 = 280,15 kJ/kg

P2 => h2 e p2 à interpolar na tab A-12, entropia específica, s2 = 0,9497 kJ/kg.K

P3 => região líquida à h3 = hf = 91,49 kJ/kg, s3=sf = 0,3396kJ/kg.K

P4 => h3 = h4

X4 = (h4 - hf4)/(hg4 – hf4) = 91,49 – 36,97/ 204,39 = 0,2667

S4 = sf4 + x(sg4 – sf4) = 0,1486 +0,2667.( 0,9253 – 0,1486) = 0,3557 kJ/kg.K

Wc = m (h2s – h1) = (0,08 kg/s) . (280,15 – 241,35) kJ/kg .(1 kW / 1 kJ/s) = 3,1 kW

Q ent = 0,08 kg/s. (60s/min) . (241,35 – 91,49) kJ/kg . ( 1 TR / 211 kJ/min) = 3,41 TR

β = Q ent / Wc = (241,35 – 91,49) / (280,15 – 241,35) = 3,86

Exercícios

1-Considere dois ciclos de refrigeração por compressão de vapor. O refrigerante entra na válvula de expansão como liquido saturado a 30°C em um ciclo e com líquido sub-resfriado a 30°C no outro. A pressão do evaporador de ambos os ciclos é igual. Qual ciclo você acha que terá um COP mais alto?

Ciclo de refrigeração por compressão de vapor em cascata

Trocador de calor intermediário (TCI) contracorrente.

Fluxo de massa normalmente diferente.

• A energia rejeitada durante a condensação do refrigerante no ciclo

de menor temperatura é usada para evaporar o refrigerante no ciclo

de maior temperatura.

• O efeito desejado ocorre no evaporador de baixa e a rejeição de calor

ocorre no condicionador de alta.

• Refrigerante A: deve ter uma relação entre a Psat e T que permita a

refrigeração em uma temperatura relativamente baixa sem uma

pressão excessivamente baixa no evaporador

• Refrigerante B: deve ter características de saturação que permitam a

condensação à temperatura desejada na ausência de pressões excessiva-

mente altas no condensador.

Exemplo

B) Taxa de absorção de calor

do evaporador.

C)

Compressão Multiestágio com Inter Resfriamento.

Compressão Multiestágio com Inter Resfriamento.

• Temperatura do refrigerante inferior à temperatura da vizinhança.

• Arranjo de 2 estados de compressão, proporciona ECONOMIA

de potência e acionamento do compressor.

• Próprio refrigerante é utilizado para o Inter resfriamento.

• TCD – trocador de calor de contato direto.

• Vapor saturado entra no TCD ( T baixa, estado 9),

mistura com o refrigerante a uma temperatura mais alta,

que vem da saída da compressão 1 (estado 2).

• Estado 3 – Corrente única, saindo do TCD.

• Compressor 2 comprimi o gás até a pressão do condensador,

• Menos trabalho por unidade de massa que escoa.

Compressão Multiestágio com Inter Resfriamento.

• Temperatura em 4 será mais baixa do que a compressão

obtida por um único estágio. (1-2-a)

• Reduzimos a irreversibilidade externa associada

à transferência de calor no condensador.

• Em 5 o refrigerante irá expandir pela válvula de expansão

e entrará na Câmara de separação (separador de líquido e vapor)

Como uma mistura bifásica (Título X).

• Líquido e vapor se separam em duas correntes.

• Vapor saturado entra no TCD (estado 9) obtendo

o Inter resfriamento..

• Líquido saturado sai, no estado 7, e expande-se

através da 2ª válvula. Fração de vapor formado na Câmara de

Separação é igual ao título X no estado 6 (1-X).

Assim, a fração de líquido formado é (1-X).

Exercício!

respostas

Compressão de vapor de múltiplos estágios.

• Visam atender instalações na área de refrigeração comosupermercados, com várias câmaras frias que necessitam mais de umevaporador.

• instalações de baixas temperaturas como laticínios, te = –35 °C,

• indústrias químicas, te = –100 °C ou

• liquefação de gás natural, te = –161 °C.

• Os sistemas de múltiplos estágios também podem ser usados embombas de calor, onde o condensador opera a temperatura muitoelevada, tc = 70 °C.

Bomba de Calor

Objetivo: fornecer calor para região quente!

Ex.: manter aquecida uma residência acima da temperaturaambiente, e

processos industriais que trabalham com temperaturas elevadas.

2 tipos:

• Compressão de vapor: aplicações de aquecimentos de interiores

• Absorção: aplicações industriais e cada vez mais residenciais.

Bomba de Calor

Bomba de Calor: Ciclo de Carnot

� sai = � entra + � líq

Qentra é a energia fornecida ao fluido de trabalho pela região fria;

Wlíq é a potência de acionamento fornecida ao ciclo.

COPmáx: ϒmáx = (� sai/�) / [(�c/ �) – (�t/ �)] = área 2-a-b-3-2 / área 1-2-3-4-1

ϒmáx = efeito de aquecimento/ potência líquida

ϒmáx = Tquente / (Tquente – Tfria)

COP Real

COP Real:

ϒ = (�sai/�) / (�c/ �) = (h2 – h3) / (h2 – h1)

Exemplo:

Aquecer uma casa no inverno, manter a temperatura interior em 21 °C. A taxa de perde de calor da casa é de 37,5 kW, quando a temperatura externa é de -5 °C. Determine a potência mínima necessária operar esta bomba de calor?

= 1 / [ 1 – ( -5 + 273)/(21+273)] = 11,3

à = 37,5 kW / 11,3 = 3,32 kW

Exercício

(b)

ou

(c)

(d)

Exercício

Fluidos Refrigerantes: Seleção

Parâmetro importante para seleção de refrigerantes:

T do meio refrigerado e o ambiente.

• Desempenho: fornecer refrigeração de maneira confiável e econômica.

• Segurança: evitar riscos: Inflamabilidade, toxicidade, quimicamente estável, corrosivo.

• Impacto Ambiental: uso de fluidos que não agridem a camada da estratosférica de ozônio

Acidente: botijão de cozinha com GNV

1850 à Sistema de compressão de vapor utilizava o éter etílico (1º refrigerante usado comercialmente)

Amônia R-717

CO2 R-744

Cloreto de metil R-40

SO2 à dióxido de enxofre R-764

1920 à vazamentos resultaram em doenças e mortes

1928 à General Motors desenvolveu em 3 dias o R-21 ( 1º da família CFC ). Produção comercial começou em 1931. (aerossóis, isolamentos de espuma, indústria eletrônica como solventes para limpeza de chips)

• Gás Freon à CFC (cloro flúor carbonos) e HCFC ( hidro cloro flúor carbonos)

1930 CFC R11, R12 , R113 e R114 (cientista Thomas Midgely Jr)

O Freon não é inflamável, não é explosivo, não é tóxico e não corrói metais. Apressão necessária para que ocorra transferência apreciável de calor, era bem inferior àrequerida pelos gases refrigerantes conhecidos. àGás Ideal.

Porém, o Freon destrói o ozônio da atmosfera, tão importante para barrar o excesso de radiação solar ultravioleta na superfície da Terra

O excesso de radiação UV deteriora a visão dos seres, altera a fotossíntese, como da soja, do feijão, de hortaliças, como o repolho, além de intensificar o desenvolvimento de câncer de pele nos seres humanos.

Freon já era usado para outros fins:

R 11 (CFC-11) >> produção de espumas de poliestireno

R 12 (CFC-12) >> ciclos de refrigeração

R 13 (CFC-13) >> limpeza de circuito eletrônico

1936 HCFC à R22

1970 à perceberam os efeitos do CFC : maior incidência de raios ultravioletas.

1987 à ACORDO INTERNACIONAL proibiu o uso de cloro.

“Convenção de Viena e Protocolo de Montreal sobre Proteção da Camada de Ozônio e Substâncias que Esgotam a Camada de Ozônio”

http://www.ecolnews.com.br/PDF/Conven%C3%A7%C3%A3o_de_Viena_para_a_Prote%C3%A7%C3%A3o_da_Camada_de_Oz%C3%B4nio.pdf

HFC à Hidro Fluor Carbono è R-134a

Foi o principal substituto do R-12, usado em sistemas de refrigeração, ar condicionados residenciais e automotivo.

Outros HFC R-410A e R-407C.

Dióxido de carbono (R-744) e R-1234yf são os substitutos do R-134a em automóveis.

1995 à emenda para eliminar o R-22 devido ao seu alto teor de cloro .

Em 2010 o R-22 foi proibido de ser instalado em novos sistemas, substitutos: R-410A e R-407C

Tabelas

Trabalho em grupo

Sistema simples de refrigeração por absorção: amônia-água

Frances Ferdinand Carre

frances Ferdinand Carre