Sistemas de refrigeração e bombas de calor
10.1 – Sistemas de refrigeração a vapor
Carnot
CH
C
MÁX TT
T
10.2 – Analisando sistemas de refrigeração por
compressão de vapor
10.2.1 – Avaliando trabalho e transferência de calor
41entra hhm
Q
entraQ
Capacidade frigorífica
[kcal/h] [kW] ....
12c hh
m
W
Potência de compressão
[kW] ....
cW
32sai hh
m
Q
saiQ
Calor rejeitado
[kcal/h] [kW] ....
43 hh Expansão isoentálpica
(estrangulamento)
1s2
41
c
entra
hh
hh
mW
mQ
Desempenho
Exemplo 10.1 Refrigerante 134a
Ponto 1 => vapor saturado T=0 oC => h1=247,23 [kJ/kg] / s1=0,9190 [kJ/kg.K]
Ponto 2 => vapor super-aquecido / s2s=s1=0,9190 [kJ/kg.K] =>T2s30 oC => h2s=264,7 [kJ/kg]
T3=26 oC psat=6,853 bar
Ponto 3 => líquido saturado =>T3=26 oC => h3=85,75 [kJ/kg]
Ponto 4 => mistura líquido/vapor =>T4=0 oC => h4=85,75 [kJ/kg] => x= 0,24
]s/kg[08,0m
= 0,08(264,7 - 247,23)=0,08x17,47=1,39 [kW]=1,9 CV
=12,91 / 1,39 = 9,24
)hh(mW 12c
)hh(mQ 41entra = 0,08(247,23-85,75)=0,08x161,48=12,91 [kW]
MÁX = 273 / (299 – 273) = 10,5
s
Exemplo 10.2
Ponto 1 => vapor saturado T=-10 oC => h1=241,35 [kJ/kg] / s1=0,9253 [kJ/kg.K]
Ponto 2 => vapor super-aquecido / s2s=s1=0,9253 [kJ/kg.K] =>T2s42 oC => h2s=272,39 [kJ/kg]
Ponto 3 => líquido saturado =>T3=35,53 oC => h3=99,56 [kJ/kg]
Ponto 4 => mistura líquido/vapor =>T4= -10 oC => h4=99,56 [kJ/kg]
T3=35,53 oC psat=9 bar
= 0,08 (272,39 - 241,53)
= 0,08x30,86=2,48 [kW]=3,37 CV
=11,34 / 2,48 = 4,57
)hh(mW 1s2c
)hh(mQ 41entra
= 0,08 (241,35-99,56)
= 0,08x141,79=11,34 [kW]
MÁX = 10,5
30oC
Exemplo 10.3
p=9 bar
= 0,08 (280,15 - 241,53)
= 0,08x38,62=3,09 [kW]=4,2 CV
=11,99 / 3,09 = 3,87
)hh(mW 12c
)hh(mQ 41entra
= 0,08 (241,35-91,49)
= 0,08x149,86=11,99 [kW]
MÁX = = 10,5
26oC
0oC
Ponto 1 => vapor saturado T=-10 oC => h1=241,35 [kJ/kg] / s1=0,9253 [kJ/kg.K]
Ponto 2s => vapor super-aquecido / s2s=s1=0,9253 [kJ/kg.K] =>T2s42 oC => h2s=272,39 [kJ/kg]
Ponto 3 => líquido comprimido =>T3=30 oC => h3=91,49 [kJ/kg]
Ponto 4 => mistura líquido/vapor =>T4= -10 oC => h4=91,49 [kJ/kg]
)hh(
)hh(
mW
mW
12
1s2
c
sc
c
]kg/kJ[15,280h
35,241h
35,24139,2728,0 2
2
10.3 – Propriedade dos fluidos refrigerantes
1940 a 1990 - Fluidos refrigerantes --- CFCs => Afetam a camada de ozônio
Refrigerante 12 – CCl2F2 é um exemplo
Atualmente - Fluidos refrigerantes --- HFCs e HCFcs
=> Afetam menos a camada de ozônio
Refrigerante 134a – CF3CH2F é um exemplo de HFCs
Refrigerante 22 – CHClF2 é um exemplo de HCFCs
Amônia – NH3
10.4 – Sistema de compressão em cascata e multiestágios
10.4.1 – Sistema de compressão em cascata
Câmara Frigorífica
Temperatura ambiente a 25 oC
Produtos
0 oC
Circuito de refrigeração simples
Evaporador
Condensador
Válvula
Motor-Elétrico
Compressor
1
2
4
3
T
h
Diagrama T-h
0
25
-10
35
1 2
3 4
Fábricas de gelo
Gelo
0 oC
Circuito de refrigeração de um estágio
1
2
4
3
T
h
Diagrama T-h
0
25
-10
35
1
2
3
4
Evaporadores
Condensadores
Separador de Líquido Compressores
Túneis de congelamento
-30 oC
Produtos
Circuito de refrigeração de dupla expansão
Evaporadores
Compressores primeiro estágio Condensadores
Separador de Líquido Compressores
segundo estágio
Separador de Líquido
1
2
4
3
T
Diagrama T-h
-30
25 -10
35
1
2
3
4
5 6
7
-35
5
6
7
h
8
8
Túneis de congelamento
-30 oC
Produtos
Circuito de refrigeração de dupla expansão com resfriador intermediário
Evaporadores
Compressores primeiro estágio Condensadores
Resfriador Intermediário Compressores
segundo estágio
Separador de Líquido
1
2
4
3
T
Diagrama T-h
-30
25 -10
35
1
2
3
4
5 6
7
-35
5
6
7
h
Coeficiente de performance:
Fábricas de gelo
Gelo
0 oC
1
2
4
3
T
h
Diagrama T-h
0
25
-10
35
1
2
3
4
Evaporadores
Condensadores
Separador de Líquido Compressores
m
Coeficiente de performance é a relação entre o efeito frigorífico e a potência elétrica fornecida aos compressores em regime de temperatura específico: COP = Qevap / Welet
Welet
Condensadores
Wc5
Wc7Wc6
RI
-10 °C
SL-3
-40 °C
SL-4
-40 °C
Coletor -40 °C
Recipientes de amônia
SL-2
-10 °C
SL-1
0 °C
Wc9
m1
Coletor -10 °C Coletor 0 °C
EV-1
EV-2
EV-3EV-4
m2
m5
m3
1
4
m4
Coletor de alta
Wc8Wc1 Wc4
98
10
6
7
5
2
3
Circuito de Refrigeração
Regime 0 oC -> Circuito de um estágio Regime -10 oC -> Circuito de um estágio Regime -40 oC -> Túnel Recrusul Circuito de dupla expansão com RI Regime -40 oC -> Túnel Madef Circuito de dupla expansão sem RI
Climatização 1.810 Mcal/h
Fábrica de Gelo 627 Mcal/h
Recrusul Madef 1.072 Mcal/h 824 Mcal/h
6 7
1 4 5 8 9
Medições: Características termodinâmicas do Circuito
Compressores
Medições realizadas: Pontos de medição de vazão
Medições realizadas: Vazão
m = F..V.A
Climatização
Resfriador Intermediário
Separador de Líquido - Recrusul
F3
F5
F1
Medições realizadas: Fator de vazão das válvulas
Climatização
Resfriador Intermediário
Separador de Líquido - Recrusul
10.5 – Sistema de refrigeração por absorção
Água - Amônia
Evaporador
Condensador
Absorvedor
Válvula
de
expansão Bomba
Gerador
Válvula
Solução Forte Solução Fraca
Amônia
Trocador
de calor
Retificador
entraQ
entraQ
saiQ
saiQ
W