Universidade Federal De Minas Gerais – UFMG

Departamento de engenharia Mecânica – DEMEC

Obtenção do coeficiente de performance de um sistema de refrigeração por compressão de vapor ar -ar

Grupo: 01 Nomes: Gabriel Anderson Machado Pinto João Pedro Santiago Maurício Nilton Rafael Botelho Fagundes

Turma: D2Professor: Andrade

Obtenção do coeficiente de performance de um sistema de refrigeração por compressão de vapor ar -ar

I.1Descrição do problema a ser abordadoDesde o século XVI, o homem utiliza gases, por meio de sua expansão, para

refrigeração principalmente de alimentos, porém no início do uso desse processo era para a produção de gelo em larga escala e esse gelo serviria para posterior refrigeração. Essa não era a única diferença dos sistemas de refrigeração antigos para os atuais, sem o devido domínio da tecnologia de refrigeração e com uso de gases de refrigeração inadequados como: dióxido de enxofre, amônia e cloreto de metil, as máquinas antigas eram pouco confiáveis com risco de explosão. A partir do momento que Thomas Midgley Jr. inventou os gases conhecido como CloroFluorCarbono(CFC) em 1932, gases posteriormente responsabilizados pela destruição da camada de ozônio, mas com excelente capacidade de refrigeração.

Hoje, o ciclo de refrigeração por compressão vapor é largamente utilizado para produção de frio, seja para resfriamento e conforto térmico de ambiente, quanto para armazenamento, resfriamento e congelamento de produtos. E mesmo com o fato do uso de CFC estar proibido, trata-se de máquinas de uso indispensável e importantes para o conforto humano.

I.2Objetivo do trabalhoO objetivo deste trabalho é o estudo de uma máquina de refrigeração por

compressão de vapor e a medir temperatura, pressão e vazão em alguns componentes com o intuito de se obter o ciclo termodinâmico da máquina e, principalmente o seu coeficiente de performance.

I.3Justificativa para a realização do trabalhoO presente trabalho foi realizado porque o coeficiente de performance é, de certa

forma, um medidor de eficiência de um aparelho refrigerador ou da bomba de calor, quando utilizado para esse fim. Portanto, caso o valor não esteja adequado, o consumo de energia será maior para uma mesma taxa de refrigeração do ambiente, o que tem impacto direto no gasto de energia do consumidor com seu refrigerador ou o ar-condicionado.

II-Resumo da revisão bibliográficaDe acordo com as anotações feitas na aula do professor Antônio Carlos de

Andrade, um ciclo de refrigeração contém vários componentes entre eles pode-se destacar entre os próprios e suas funções (esses componentes estão em um ciclo simplificado na figura 1):Compressor: aumenta a pressão do fluido em estado gasoso. A compressão do fluido provoca aumento da temperatura do mesmo.Garrafa separadora de óleo: recipiente que retém óleo e habilita a passagem de fluido gasoso.Condensador: condensa o vapor, tornando o fluido líquido.Garrafa separadora de vapor: recipiente que retém o vapor não condensadoFiltro de umidade: retém parte por milhão de água.Trocador de calor: Resfria o líquido refrigerante.

Válvula solenoide: válvula eletromagnética controlada por eletroímã, cuja função é permitir ou obstruir a passagem de fluido.Rotâmetro: mede a vazão de líquido refrigerante.Válvula de expansão termostática: diminui a pressão e ocorre redução de temperatura do fluido.Evaporador: Transforma o fluido refrigerante em gás.Trocador de calor II: O fluido refrigerante gasoso aumenta sua temperatura.Garrafa separadora de líquido: retém líquido, que não foi evaporado anteriormente.

Figura 1- Ciclo completo simples usado para o experimento

De acordo com (CENGEL et al., 2006), o processo de refrigeração ideal, que será ilustrado na figura 2, consiste em:-Compressão isoentrópica em um compressor-Rejeição de calor a pressão constante em um condensador-Estrangulamento na válvula de expansão-Absorção de calor pressão constante em um evaporador

Figura 2- ciclo ideal de refrigeração por compressão de vapor

Contudo o próprio (CENGEL et al.,2006) admite que algumas condições impedem que o ciclo ideal ocorra na prática, entre elas, pode-se citar: o processo de compressão não ocorre a entropia constante, por envolver atrito e transferência de calor, no regime ideal assume-se que o refrigerante sai do condensador como líquido saturado, porém no processo real, se torna quase impossível torna-lo líquido saturado e não é desejável em caso de pequenos erros, que o fluido refrigerante entre em parte como vapor saturado. De forma semelhante é o estado de vapor saturado na entrada do compressor, pela segurança do projeto é desejado que o estado esteja mais para vapor superaquecido. Como poderá ser visualizado na figura 3.

Figura 3- ciclo real de refrigeração por compressão de vapor

III-1Materiais Gás refrigerante R-12

III-2Equipamentos Multímetro, contador de pulsos, rotâmetro e barômetro, além dos componentes do ciclo de refrigeração como: evaporador, compressor, válvula termostática, condensador, garrafas separadoras de óleo, líquido, vapor, válvula solenoide, trocador de calor, rotâmetro e filtro de umidade.

III-3 MetodologiaO ciclo de refrigeração foi ligado e esperou-se cerca de 20 minutos para o

sistema entrar em regime permanente. Depois, aferiram-se as pressões manométricas na entrada e saída do compressor, as temperaturas na entrada da válvula de expansão e do compressor e na saída da válvula de expansão e do compressor, a vazão de refrigerante e a potência da bancada por meio de pulsos em um determinado período de tempo.

As informações tornaram possível a determinação do ciclo termodinâmico e com ele, é possível calcular as informações necessárias para se achar o coeficiente de performance, tanto como bomba de calor como o refrigerador, que é o objetivo do experimento.

IV- Resumo dos resultados Com os dados de entrada coletados na bancada didática de refrigeração calculou-se os valores de entalpia[h], entropia[s], volume específico[v], energia interna[u], pressão absoluta[P] e temperatura[T] dos pontos indicados:

1-Entrada da válvula de expansão 2-Saída do compressor 3-Entrada do compressor 4-Saída da válvula de expansão

T[°c] P[KPa] v u h s1 5 362,2 0,01083 68,92 72,85 0,27422 24 351,2 0,05383 183,5 202,4 0,74043 83 1291 0,01599 211,1 231,8 0,75114 38 1291 0,000792

971,82 72,85 0,2654

Tabela 1 – (Propriedades específicas dos principais pontos do ciclo termodinâmico da bancada didática de refrigeração)

Calculou-se a taxa de transferência de calor no evaporador, a taxa de transferência de calor no condensador e potência de acionamento do compressor (considerado adiabático):

QL=mf (h2_ h1 )= 1,469 [KW]

QH=mf (h4¿ h3 )= - 1,802 [KW]

W=mf (h3¿ h2 )= 0,3332 [KW]

Com todos os parâmetros calculados e descritos anteriormente, calculou-se o objetivo do experimento no qual é: Calculo o coeficiente de performance da máquina operando como refrigerador () e bomba de calor (’):

β=QLW =4,409

β '=QHW =5,409

V- Cronograma

17/03/2013 – Coleta dos dados necessários para o estudo do ciclo termodinâmico da bancada didática de refrigeração, os dados coletados foram:Pmed2- Pressão manométrica na entrada do compressor Pmed3- Pressão manométrica na saída do compressor Tmed2- Temperatura média na saída da válvula de expansãoTmed3- Temperatura média na entrada do compressor Tmed4- Temperatura média na entrada da válvula de expansão Vazão do fluido refrigerante

20/03/2013- Utilizou-se o programa ´´EES`` para os cálculos do ciclo termodinâmico da bancada didática, para o cálculo do coeficiente de performance da máquina operando como refrigerador () e de bomba de calor (’).

VI-Referências Bibliográficas-CENGEL, Y.A., BOLES, M.A., Termodinâmica. 5.ed. Mcgraw Hill, 2006. 740p.- FRANÇA, Fernando. Controle térmico de ambientes. Disponível em www.fem.unicamp.br/~em672/Ciclo_Refrigeracao_Refrigerantes.doc. Acesso em 10/04/2013.