08 refrigerao e ar condicionado - nivel bsico

TPICOS- Introduo - Conceitos Fundamentais - Ciclos de Refrigerao por Compresso de Vapor

Introduo

Sistema de Refrigerao por Compresso de Vapor

Condensador

QC

Dispositivo de Expanso

Compressor

WC QOEvaporador

Condensador

Ar Externo


Compressor

Evaporador

Porta

Condensador


Compressor

WCEvaporador

Bomba

Porta

Condensador

VentiladorDispositivo de Expanso Compressor

WCEvaporador

Ar Externo

Conceitos Fundamentais

Definies Propriedades termodinmicas Estado termodinmico Processo Ciclo Substncia Pura Temperatura de saturao Lquido Saturado Lquido Sub-resfriado Ttulo (x) Vapor Saturado Vapor Superaquecido

Definies Propriedades termodinmicasSo caractersticas macroscpicas de um sistema, como: volume, massa, temperatura, presso etc.

Estado termodinmicoPode ser entendido como sendo a condio em que se encontra a substncia, sendo caracterizado pelas suas propriedades.

Processo uma mudana de estado de um sistema. O processo representa qualquer mudana nas propriedades da substncia.

Ciclo um processo, ou mais especificamente uma srie de processos, onde o estado inicial e o estado final do sistema (substncia) coincidem.

Definies Substncia Pura qualquer substncia que tenha composio qumica invarivel e homognea. Ela pode existir em mais de uma fase (slida, lquida e gasosa), mas a sua composio qumica a mesma em qualquer das fases

PRECIPIENTE

Lquido

Definies Estados de uma Substncia PuraP TLquido Lquido Subresfriado T < TSAT Lquido Lquido Saturado T = TSAT Ttulo x = 0

P

PVapor Lquido Vapor mido T = TSAT 0>>> TSAT

Definies

Substncia Pura Temperatura de saturao Lquido Saturado Lquido Sub-resfriado Ttulo (x) Vapor Saturado Vapor Superaquecido

Propriedades Termodinmicas de uma Substncia Energia Interna (u) a energia que a matria possui devido ao movimento e/ou foras intermoleculares. Esta forma de energia pode ser decomposta em duas partes: -Energia cintica interna relacionada velocidade das molculas; -Energia potencial interna relacionada s foras de atrao entre as molculas.

Entalpia (h) Entropia (s)

h = u+pv

Esta propriedade termodinmica representa, segundo alguns autores, uma medida da desordem molecular da substncia ou, segundo outros, a medida da probabilidade de ocorrncia de um dado estado da substncia.

Volume Especfico

v=V/m

Equaes de Estado Relao matemtica que correlaciona: Presso , Temperatura e Volume Especfico (Sistema em equilbrio termodinmico.) Equao dos Gases Ideais

Pv = RT Refrigerantes compostos de hidrocarbonetos fluorados

Tabelas de Propriedades Termodinmicas dos Fluidos Frigorficos

Tabelas de Propriedades Termodinmicas dos Fluidos FrigorficosNa regio de Lquido + vapor pode-se determinar as propriedades dos fluidos conhecendo-se o ttulo (x), atravs das seguintes equaes:

u = ul + x

v = vl + x

(uv ul ) ( v v vl )

h = hl + x

(hv hl )

s = sl + s

( sv sl )

Tabelas de Propriedades Termodinmicas dos Fluidos Frigorficos

Diagramas de MOLLIER para Fluidos Refrigerantes

TemperaturaTt ulo

Presso Entalpia

o c fic espe e olum V

En tro p

ia

Primeira Lei da Termodinmica (Princpio da conservao de energia)

Sistema Fechado

Sistema Aberto (Volume de controle)

Primeira Lei da Termodinmica

& Eent =

Evc & Esai + t

Energia Cintica

Energia Potencial

Entalpia

Calor

Trabalho

V2 Ec = m 2

Ep = m g z

h = u + pv

& Q

& W

V2 V2 & + mh + & & h + Q + g z = m + g z + 2 2 sai ent

& W

Calor Sensvel x Calor Latente Calor Sensvel: associado variao de temperatura

& & Q sen = m c p Tcp da gua lquida 4,20 kJ/kg.C (1,0 kcal/kg.C) Calor Latente: associado mudana de fase

& & Qlat = m hlatLquido-vapor => Calor latente de vaporizao gua 2500 kJ/kg (600 kcal/kg) Lquido-Slido => Calor latente de solidificao gua 340 kJ/kg (80 kcal/kg)

Transferncia de Calor

Meios de Transferncia de Calor Conduo Conveco Radiao

Transferncia de Calor por Conduo

& = k A T Q x& Q Fluxo de calor [W];k Condutividade trmica [W/m.K]; A rea normal ao fluxo de calor [m2]; T Diferena de temperatura [K]; x Espessura da placa [m]

Transferncia de Calor por Conduo em Cilindros

& Q = 2 k L

T ln r2 r 1

& Q Fluxo de calor [W];k Condutividade trmica [W/m.K]; L Comprimento do cilindro [m]; T Diferena de temperatura [K]; r1 Raio interno do cilindro [m] r2 Raio externo do cilindro [m]

Transferncia de Calor por Conduo Condutividade Trmica de Alguns Materiais

Transferncia de Calor por Conveco

& Q = A T& Q Fluxo de calor [W]; Coeficiente de conveco [W/m2.K]; A rea normal ao fluxo de calor [m2]; T Diferena de temperatura [K];

Coeficiente de conveco entre o ar e a parede em cmaras frigorficas

Ar externo = 29,0 W/m2.K (25 kcal/h.m2.C), Ar interno varia entre 8,15 e 17,45 W/m2.K (7 a 15 kcal/h.m2.C)

Transferncia de Calor por Radiao A transferncia de calor se d por deslocamento de Ftons de uma superfcie a outra Ao atingir esta superfcie esses Ftons podem ser absorvidos, refletidos ou transmitidos Funo: - Temperatura absoluta dos corpos - Emissividade de cada corpo - rea - Fator de forma

Refletida

Emissividade Absorvida Transmitida

Transferncia de Calor por Radiao4 4 & Q1 2 = FE FA A T1 T2

(

)

& Q1 2 Fluxo de calor do corpo 1 para o corpo 2 [W]; Constante de Stefan-Boltzman (5,669 x 10-8 W/m2.K4) A rea superficial do corpo 1 [m2]; T1 Temperatura do corpo 1 [K]; T2 Temperatura do corpo 2 [K]; FA Fator de forma que leva em conta a posio das superfcies; FE Fator de emissividade que leva em conta as caractersticaspticas como emissividade, absortncia, transmissividade e refletividade;

Fator de Forma FA A radiao deixa a superfcie em todas as direes Caractersticas geomtricas, como: Forma Distncia Posicionamento determinam a parcela do total irradiado que incide sobre a superfcie considerada

Fator de Forma FA

Analogia entre fluxo de calor e fluxo eltrico

Fluxo eltrico

Fluxo de calor

V i= Re

& = T Q Rt

Analogia entre fluxo de calor e fluxo eltrico

& = k A T Q L& = T Q Rt& Q = 2 k L T ln r2 r 1

L Rt = kA

ln r2 r Rt = 1 2 k L1 Rt = A

& Q = A T

Resistncia Trmica Global (RG)

& T TB = TG Q= A RG RG

RG = R A + RP + RB =

1 L 1 + + 1 A k A 2 A

Coeficiente Global de Transferncia de Calor (UG)

& Q=

TA TB = UG A TG 1 L 1 + + 1 A k A 2 A

UG =

1 1 L 1 + + 1 k 2

Diferena de Temperatura Mdia Logartmica Trocador de calor de correntes paralelas

Te Ts ( TAE TBE ) ( TAS TBS ) Tml = = Te TAE TBE ln ln TAS TBS Ts

Diferena de temperatura mdia logartmica Trocador de calor de contracorrentes

Tml =

Te Ts ( TAE TBS ) ( TAS TBE ) = Te TAE TBS ln ln Ts TAS TBE

Ciclos de Refrigerao por Compresso de Vapor

Ciclo de Refrigerao por Compresso de Vapor

Ciclo Terico de Refrigerao por Compresso de Vapor

Ciclo Real de Refrigerao por Compresso de Vapor

Balano de Energia para o Ciclo

Aplicao da Primeira lei da Termodinmica para cada Componente do Sistema

& Q+

V2 V2 & h + & h + m + g z = m + g z + 2 2 sai ent

& W


Evaporador

& & Qo = mf (h1 h4 )


Compressor

& & Wc = mf (h2 h1)


Condensador

& & Q c = mf

(h2 h3 )



h3 = h4


RESUMO:

& Evaporador........................... Q

o

& = mf (h1 h4 )

Compressor.......................... W = m (h h ) & &f 2 c 1 Condensador........................

& & Qc = mf (h2 h3 )

Dispositivo de Expanso..... h3 = h4

Coeficiente de Performance do Ciclo - COP& & Qo = mf (h1 h4 )& & Wc = mf (h2 h1)

Evaporador........................... Compressor.......................... Condensador........................ Dispositivo de Expanso.....

& & Q c = mf (h2 h3 ) h3 = h4

& Qo h1 h4 Energia Util COP = = = & Energia Gasta Wc h2 h1

Bomba de Calor - COPB& & & Qc Wc + Qo COP B = = = 1+ & & W Wc & Qo = 1 + COP & Wc

Parmetros que Influenciam no COP do Ciclo de Refrigerao

Influncia da Temperatura de Vaporizao Influncia da Temperatura de Condensao Influncia do Subresfriamento Influncia do Superaquecimento til

Influncia da Temperatura de Vaporizao

Influncia da Temperatura de Vaporizao

7.00

LEGENDA R-717 Coeficiente de Performance, C.O.P.6.00

R-134a R-22

Tc = 40o C

5.00

4.00

3.00

2.00 -30.00 -20.00 -10.00 0.00 10.00

Temperatura de Vaporizao, To, em Celsius

Influncia da Temperatura de Condensao

Influncia da Temperatura de Condensao

6.0 Coeficiente de Performance, C.O.P.LEGENDA

To = - 10 C5.0

o

R-717 R-134a R-22

4.0

3.0

2.030.0 40.0 50.0 60.0

Temperatura de Condensao, Tc , em Celsius

Influncia do Subresfriamento

Influncia do Subresfriamento

4.4

Legenda R-717

Coeficiente de Performance, C.O.P

Tc = 45 o C To = - 10 o C

4.2 4.0 3.8 3.6 3.4 3.2 3.0 0.0

R-134a R-22

4.0 8.0 12.0 Sub-Resfriamento, Tsr , em Celsius

16.0

Influncia do Superaquecimento til

Influncia do Superaquecimento til

3.90Tc = 45 oC To = - 10 o CLEGENDA R-717 R-134a

Coeficiente de Performance, C.O.P.

3.80

R-22

3.70

3.60

3.50 0.0 4.0 8.0 12.0 16.0 Superaquecimento til, Tsa, em Celsius 20.0

Trocador de Calor Intermedirio

Componentes dos Sistemas de Refrigerao

Compressores Principais tipos de Compressores: Compressor alternativo Compressor centrfugo Compressor de parafusos Compressor de palhetas Compressor Scroll

Compressor Alternativo

Compressor AlternativoTipos de Compressores Alternativos: De simples ou duplo efeito; De um ou mais cilindros; Abertos, hermticos ou semi-hermticos; Horizontais, verticais, em V, em W ou radiais. Sua capacidade de refrigerao varia desde pequenas fraes at centenas de kW (1 a 700kW) (pequenas fraes at 200 TR) Obs.: TRTonelada de Refrigerao (1TR = 3,5 kW)

Compressor Alternativo Aberto

Compressor Alternativo Aberto Unidade Condensadora

Compressor Alternativo Semi-Hermtico

Compressor Alternativo Semi-Hermtico

Compressor Alternativo Hermtico

Compressor Alternativo Hermtico

Compressores Abertos Exigem um selo na ponta do eixo, Variao de sua rotao apenas pela modificao das polias Manuteno mais fcil (motor e compressor separados)

Compressores Hermticos e Semi-hermticos Funcionamento mais silencioso Difcil o surgimento de vazamentos de refrigerante O leo age como refrigerante, isolante e lubrificante do motor Juntas podem dar origem a vazamentos de fludo frigorfico (semi) No podem ser utilizados com amnia Maior taxa de rejeio de calor no condensador

Compressor AlternativoDiagrama Presso-Volume

m

1

3


Eficincia volumtrica de espao morto

v,m =

V3 V1 100 V3 Vm

Definindo frao de espao morto rm , como:rm = Vm 100 V3 Vm

Resulta para a Eficincia volumtrica de espao morto

V1 v,m = 100 rm 1 Vm

Compressor AlternativoPara expanso politrpicaV1 pd = Vm p1 1/ k

ento:

V v,m = 100 rm 1 1 Vm

p 1/ k v,m = 100 rm d 1 p1


p 1/ k v,m = 100 rm d 1 p1

Compressor AlternativoEficincia volumtrica de espao morto X Temperatura de evaporao

Refrigerante R22 Tc=35 oC

Compressor AlternativoPotncia

& P = m hiOnde :

hi variao de entalpia na compresso isentrpicav,m 100 v asp

& e m = taxa de deslocamento

Compressor AlternativoTrabalho de compresso e potncia X Temperatura de evaporao


Compressor Alternativo& Capacidade de refrigerao q = m (h1 h4 ) X Temperatura de evaporao


Compressor AlternativoCoeficiente de eficcia - COP X Temperatura de evaporao


Compressor AlternativoEficincia volumtrica de espao morto X Temperatura de Condensao

Refrigerante R22 To= 20 oC

Compressor AlternativoCapacidade de Refrigerao X Temperatura de Condensao


Compressor AlternativoPotncia X Temperatura de Condensao



Cap. Frigorfica[ kcal/h] Tc, oC To ,oC -20,0 -15,0 -10,0 -5,0 0,0 +5,0 +10,0 30 14.410 18.030 22.050 27.050 33.000 39.800 47.450 40 12.650 15.950 19.610 24.350 29.750 35.900 43.000 50 10.810 13.840 17.070 21.450 26.200 32.000 38.300

Compressor Alternativo50000

CAPACIDADE FRIGORFICA, Qo, em kcal/h

18.00Tc T =3 =5 c= 0 40 0 C C CCap. Frigorfica

POTNCIA DE EIXO, Weixo , em [ kW ]

o

Potncia de EixoTc = 30 Co

45000Tc = 30 C Tc = 40 C

C Tc = 50

o

o

16.00

Tc = 40 C o Tc = 50 C o

40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 -20 -15

Tc = 50 C

o

.

14.00

Tc

.

Tc = 40 C12.00

o

10.00

Tc =

30

o

C

8.00

6.00-10 -5 0 5 10 o

TEMPERATURA DE VAPORIZAO, To, em C

-20.00 -10.00 0.00 10.00 O TEMPERATURA DE VAPORIZAO, [ C ]


Eficincia volumtrica real

v,mreal

Variao de temperatura do refrigerante ao entrar no cilindro 0,90 t 0,95 Variao de presso do refrigerante na vlvula de admisso 0,93 p 0,97 Fuga de refrigerante pelas vlvulas de admisso e descarga 0,95 0,98

f

0,79 v,mreal 0,90

Compressor AlternativoEficincia volumtrica efetiva e de espao morto X Razo entre a presso de descarga e a de aspirao

Refrigerante R22 To= 20 oC Tc = 35 oC

Compressor AlternativoControle de Capacidade em Compressores Alternativos Atuao no compressor, ligando-o ou desligando-o; Estrangulamento do gs de aspirao entre o evaporador e o compressor atravs do uso de uma vlvula reguladora de presso de suco; Desvio do gs na descarga do compressor para a linha de aspirao ou para o evaporador; Funcionamento a vazio de um ou mais cilindros, atravs da abertura contnua da vlvula de suco;

Compressor de Parafusos



Compressor de Parafusos Capacidades de 50 at 350 TR Menor tamanho que os alternativos Menos partes mveis Permite a suco de uma certa quantidade de lquido Menor eficincia que os alternativos em condies de carga parcial leo: - lubrificao - vedao - resfriamentoCOP para chillers parafuso

(resfriados gua)

Compressor de ParafusosControle de Capacidade em Compressores de Parafusos Vlvulas corredias localizadas na carcaa do compressor , que se movem na direo axial provocando um retardamento do incio da compresso.

Compressor de PalhetasPalhetas Simples

Compressor de PalhetasMltiplas Palhetas

Compressor de Palhetas

Utilizados em geladeiras domsticas, congeladores e condicionadores de ar ( Aumentar a umidade relativa do ambiente (temp acima de 0 C) Asperso de glicol ou salmoura => Eliminar a formao de gelo reduzindo o tempo e perda de energia no degelo.

Evaporadores com circulao forada de ar Ventilador succionando Permite maio alcance do fluxo de ar frio, porm o calor dissipado pelo motor do ventilador no retirado imediatamente. Ventilador soprando Menor alcance, porm calor dissipado pelo motor do ventilador retirado do ar imediatamente aps a sua liberao.

Comportamento em funo de parmetros dimensionais e operacionais. rea de Face (produto da altura pela largura) Determina a velocidade de face Reduzindo-se a rea de face => Aumenta-se a velocidade de face O coeficiente global de transferncia de calor aumenta at um determinado valor (depois no ocorrem mais aumentos significativos) A variao de temperatura do ar diminui (temp. na sada aumenta) A umidade do ar na sada da serpentina aumenta. Valores usuais: 2,0 a 4,0 m/s. Obs.: Para evitar o arraste de gotas de gua, a velocidade no deve ser superior a: 3,0 m/s para serpentinas simples 3,5 m/s para serpentinas com eliminadores de gotas.

Comportamento em funo de parmetros dimensionais e operacionais. Nmero de aletas por unidade de comprimento

Aumentando-se o nmero de aletas por unidade de comprimento: Aumenta-se a variao de temperatura (menor temp. na sada) Aumenta-se a reduo de umidade (menor umidade na sada) Para temperaturas acima de 0 C, o nmero de aletas de uma serpentina varia de 4 a 6 aletas por polegada Para temperaturas abaixo de 0 C, no mximo de 2,5 aletas por polegada. Para condicionamento de ar, que trabalham com temperaturas elevadas, usa-se de 12 a 15 aletas por polegada.

Comportamento em funo de parmetros dimensionais e operacionais.Profundidade da serpentina, (No de Rows) O no de rows influencia na remoo de calor latente. Qto. maior este nmero maior a reduo de umidade do ar ao atravessar a serpentina. O no de rows normalmente varia de 4 a 8. Vazo de Ar O aumento da vazo de ar aumenta a velocidade de face Aumentando-se a velocidade de face: - A variao de temperatura do ar diminui entre a entrada e a sada - A remoo de umidade do ar diminui

Comportamento em funo de parmetros dimensionais e operacionais.Profundidade da serpentina, (No de Rows) O no de rows influencia na remoo de calor latente. Qto. maior este nmero maior a reduo de umidade do ar ao atravessar a serpentina. O no de rows normalmente varia de 4 a 8. Vazo de Ar O aumento da vazo de ar aumenta a velocidade de face Aumentando-se a velocidade de face: - A variao de temperatura do ar diminui entre a entrada e a sada - A remoo de umidade do ar diminui

Comportamento em funo de parmetros dimensionais e operacionais. Temperatura do refrigerante Maiores temperaturas do refrigerante implicaro em Maiores temperaturas da superfcie externa da serpentina Diminuio da variao de temperatura do ar Diminuio da remoo de umidade

Umidade relativa em funo da diferena entre temperatura do refrigerante e da temperatura da cmara

Nmero de Evaporadores Maior nmero de evaporadores garante uma distribuio uniforme do ar frio por toda a rea da cmara. Ambientes irregulares ou muito grandes podem necessitar de mais de um evaporador Velocidade do Ar na Cmara. A velocidade do ar nas cmaras de conservao de produtos no deve ser superior a 0,5 m/s (evitar a desidratao excessiva)

Evaporadores Inundados

Usa de forma efetiva toda a sua superfcie de transferncia de calor, resultando em elevados coeficientes globais de transferncia de calor Normalmente utilizados com amnia Seu emprego limitado em sistemas com refrigerantes halogenados (dificuldade de retorno do leo ao crter do compressor). Exigem grandes quantidades de refrigerante Possuem um maior custo inicial

Evaporadores Carcaa e Tubo (Shell and tube)

Utilizados na industria de refrigerao para o resfriamento de lquidos. So fabricados em uma vasta gama de capacidades Podem ser do tipo: - Inundado, com alimentao por gravidade (refrigerante na carcaa) - Expanso direta - Recirculao por bomba

Evaporadores Carcaa e Tubo (Shell and tube)

Evaporador de Cascata ou Baudelot Utilizados para o resfriamento de lquidos, normalmente gua para processo, at uma temperatura em torno de 0,5 C acima do seu ponto de congelamento. So projetados de forma que no sejam danificados se houver congelamento do lquido. Indstria de bebidas (cervejarias) e para o resfriamento de leite

Evaporadores de Contato Utilizados para o congelamento de produtos slidos, pastosos ou lquidos. Serpentinas de prateleiras em congeladores. Refrigerante circula atravs de canais existentes nas placas e o produto a congelar colocado entre (ou sobre) as placas.

Evaporadores de Placas

Evaporadores

& & Qo = ma cp ( Tea Tsa )& Qo =

(

& 2ma cp U A & U A + 2ma cp

)

( Tea To )

T + Tea Tml = Tm To Tm = sa 2& Qo = & (U A + 2ma cp ) & 2ma cp U A

( Tea To )

& Qo = Fevap ( Tea To )

Evaporadores

EvaporadoresCoeficientes globais de transmisso de calor de alguns evaporadores para lquidos

Dispositivos de Expanso

Vlvula de Expanso Termosttica Vlvulas de Expanso Eletrnicas Vlvulas de Bia Vlvula de Expanso de Presso Constante Tubos Capilares

Vlvula de Expanso Termosttica

Vlvula de Expanso Termosttica com Equalizao Interna

Vlvula de Expanso Termosttica - Aumento da Carga

Vlvula de Expanso Termosttica - Reduo da Carga

Vlvula de Expanso Termosttica com Equalizao Externa

Caractersticas das Vlvula de Expanso Termosttica (a) Carga Normal (b) Carga Cruzada

Capacidade Frigorfica de uma Vlvula de Expanso Termosttica

Capacidade Frigorfica de uma Vlvula de Expanso Termosttica

Hunting Instabilidades => ciclos de superalimentao e subalimentao Causa flutuaes de presso e temperatura (reduz a capacidade) Gotas deste lquido transportadas at a sada do evaporador Determinado pelos seguintes fatores: Tamanho da Vlvula. Vlvula superdimensionada pode gerar hunting. Grau de Superaquecimento. Quanto menor o grau de superaquecimento, maior as chances da vlvula entrar em hunting. Posio do bulbo.

Vlvulas de Expanso EletrnicasPrincpio de operao: Um termistor instalado na sada do evaporador; Uma mudana na temperatura na sada do evaporador altera a resistncia eltrica do termistor; A alterao da resistncia eltrica analisada por um circuto que envia um sinal para o posicionamento da agulha da vlvula.

Vlvulas de Expanso EletrnicasComparadas com as vlvulas de expanso termosttica, as principais vantagens das vlvulas eletrnicas so: Promovem um controle mais preciso da temperatura. Promovem um controle consistente do superaquecimento, mesmo em condies de presso varivel. So capazes do operar com menores presses de condensao. Isto especialmente importante quando se tem baixa temperatura ambiente. Podem resultar em economia de energia de 10% (ou mais)

Vlvulas de Bia

Vlvulas de Bia

Vlvulas de Bia

Vlvula de Expanso de Presso Constante

Vlvula de Expanso de Presso Constante Fecha suavemente quando o compressor desligado e permanece fechada at que o compressor volte a ser ligado. Principais aplicaes onde a temperatura de vaporizao deve ser mantida constante (controle de umidade em cmaras frigorficas ou evitar o congelamento em resfriadores de gua). Proteo contra sobrecarga do compressor. Eficincia relativamente baixa

Tubos CapilaresVantagens dos Tubos Capilares: Simplicidade (no apresentam partes mveis). Baixo custo. Permitem a equalizao das presses do sistema durante as paradas (motor de acionamento do compressor pode ser de baixo torque de partida). Reduo da quantidade e custo do refrigerante e eliminao da necessidade de um tanque coletor.

Tubos CapilaresDesvantagens dos Tubos Capilares: Impossibilidade de regulagem para satisfazer distintas condies de carga. Risco de obstruo por matria estranha. Exigncia de uma carga de refrigerante dentro de limites estreitos. Reduo da eficincia operacional para qualquer variao da carga trmica ou da temperatura de condensao.

Torres de Resfriamento

Torres de Resfriamento

Acessrios Pressostatos Termostatos Filtros e Secadores Separadores de leo Vlvulas Solenide Visores de Lquido

Pressostatos

Pressostatos de baixa presso: desligam, quando a presso de suco se torna menor do que um determinado valor; Pressostatos de alta presso: desligam, quando a presso de descarga se torna maior do que um determinado valor; Pressostatos de alta e baixa: renem os dois tipos anteriores num nico aparelho; Pressostatos diferenciais: destinados ao controle da presso do leo de lubrificao dos compressores

Pressostatos

Termostatos

Indicam variaes de temperatura e fecham ou abrem contatos eltricos Podem ser classificados como: Bimetlico Termostato com bulbo sensor de temperatura Termostato eletrnico

Termostatos

Filtros e SecadoresSo destinados a: Eliminar partculas estranhas nas tubulaes de sistemas refrigerao Eliminar a umidade presente no sistema Podem ser montados tanto na linha de suco como na linha de lquido

Filtros e Secadores

Filtros e SecadoresBy pass para isolamento em instalaes de mdio e grande porte Utilizados no circuito por um perodo de 10 a 15 dias

Separadores de leoSo instalados na descarga do compressor, para reduzir a circulao de leo no circuito Problemas relacionados ao leo Formao de espuma no leo do carter do compressor (Resistncia eltrica no carter) Remoo do filme de leo nos mancais do compressor Reduo do coeficiente de troca de calor no evaporador e condensador Golpes de lquido no compressor

Vlvulas Solenide

Usadas para controlar o fluxo de refrigerante lquido para a vlvula de expanso para promover o recolhimento de refrigerante pump-down

Bobina Armadura Circuito aberto

Bobina Armadura Circuito fechado

(a)

(b)

Visores de Lquido

So colocados normalmente na sada do reservatrio de lquido Permitem verificar se existe umidade no sistema Permitem verificar se a carga de refrigerao est completa;

Sistemas Multipresso

Sistemas MultipressoO sistema multipresso um sistema de refrigerao, por compresso de vapor, que possui dois ou mais nveis de baixa presso

Sistemas MultipressoA capacidade e a eficincia de um sistema de refrigerao diminuem rapidamente quando: Aumenta-se a diferena entre as temperaturas de suco e descarga do compressor Abaixa-se a temperatura do evaporador As perdas verificadas so devidas : Rarefao dos vapores aspirados quando o evaporador atinge baixas temperaturas. Elevao da temperatura de descarga do compressor associada ao aumento da relao de compresso. Qdo. a aplicao envolver temperaturas de evaporao muito baixas ( - 20 oC), deve-se considerar a utilizao de um sist. multipresso.

Sistemas Multipresso

Para grandes diferenas de temperaturas; Alta relao de presso: - Reduz rend. volumtrico; - Altas temperaturas de descarga;

usual a compresso por estgios, nos seguintes limites: 01 estgio at -20 (a -25) oC: 02 estgios entre -25 oC e -70 oC 03 estgios menor que -70 oC

Sistemas MultipressoSeparador de Lquido

Sistemas MultipressoSeparador-Resfriador de Lquido

1

Sistemas MultipressoResfriamento Entre Estgios Presso Intermediria

Pi =

Pa Pd

v

Sistemas MultipressoSistema multipresso com separador de lquido e trocador de calor economizador

Condensador

Sistemas MultipressoSistema multipresso com separador-resfriador de lquido e trocador de calor economizador

Condensador

Exemplo de sistema multipresso com dois estgios

Balano de Energia para o Sistema MultipressoBalano de massa e energia para o separador de lquido de baixa Balano de massa

& & m7 = m1Balano de energia

& & & m7 h8 + m8 h8s = m1 h1 + m8 h8e

(h8s h8e ) & & m1 = m8 (h1 h8 )

Balano de Energia para o Sistema MultipressoBalano de massa e energia para o evaporador de baixa Balano de energia

& & QoB = m8 ( h8s h8e )Do balano de energia para o separador de lquido de baixa

& & m1 = m8Logo:

(h8s h8e ) (h1 h8 )& m1 =

(h1 h8 )

& QoB

Balano de Energia para o Sistema MultipressoBalano de massa e energia para o separador de lquido de alta Balano de massa

& & & & & & m3 + m7 + m1 = m7 + m7 + m3

& & m1 = m7Balano de energia& & & & & & m3h6 + m7 h7s + m1 h2 = m7 h7e + m7 h7 + m3h3

& & mas m7 = m1& m3 =

e

h7 = h7e = h8

logo

& & m1 ( h2 h8 ) + m7 ( h7s h7e ) (h3 h6 )

Balano de Energia para o Sistema MultipressoBalano de massa e energia para o evaporador de alta Considerando o evaporador de alta, o balano de energia resulta:

& & QoA = m7 ( h7s h7e )

Logo:& & m1 ( h2 h8 ) + QoA & m3 = (h3 h6 )

Balano de Energia para o Sistema MultipressoBalano energia nos compressores

Compressor de Baixa Compressor de Alta

& & WCB = m1 ( h2 h1 )& & WCA = m3 ( h4 h3 )

Refrigerao por Absoro de Vapor

Refrigerao por Absoro de Vapor

Caractersticas que permitem a existncia de um sistema de absoro Os vapores de alguns fluidos frigorficos so absorvidos a frio em grandes quantidades por certos lquidos Quando a soluo binria aquecida, o fluido mais voltil se evapora Solues mais usadas Amnia + gua gua + brometo de ltio

Esquema de um Sistema de Absoro

Condensador

QC

Gerador

Qg


Bomb

QO

Evaporador

Absorvedor

QA

Esquema de um Chiller de Absoro

Vantagens e desvantagens dos sistemas de absoroVantagens Uso de energia trmica no lugar de energia eltrica Recuperao de calor rejeitado em instalaes com turbinas Apresenta poucas parte internas mveis, o que lhe garante funcionamento silencioso e sem vibrao

Desvantagens Alto consumo de energia trmica no gerador (a energia gasta superior a capacidade Frigorfica) Alto custo Exige perfeito estancamento (podem trabalhar em alto vcuo) Brometo de ltio: cristalizao

COP de Mquinas de Absoro

Carga Trmica de Refrigerao

Condies Externas de Projeto (NBR 6401)

Condies Internas de ProjetoDepende dos requisitos de temperatura e umidade relativa dos Produtos (Apndice B)

Carga Trmica

Carga Trmica Devido Transmisso de Calor Carga Trmica Devido aos Produtos Carga Trmica Devido Infiltrao de Ar Externo Carga Trmica Devido aos Motores dos Ventiladores dos Evaporadores Cargas Diversas (Iluminao, motores, etc)

Carga Trmica Devido Transmisso de Calor& Q T = A A RT

La Li 1 1 RT = + + + A ext Aka Aki A camext Coeficiente de conveco externo cam Coeficiente de conveco interno ka ki La Li Condutividade trmica da alvenaria Condutividade trmica do isolante Espessura da alvenaria Espessura do isolante

Carga Trmica Devido Transmisso de Calor& Q T = A A RT

La Li 1 1 RT = + + + A ext Aka Aki A cam(Tpico)

ext = 7,0 at 30 kcal/h.m2.C

cam = 7,0 at 12,0 kcal/h.m2.C (Tpico)

Carga Trmica Devido Transmisso de CalorEspessura do Isolamento

& T Q = A A RTk i T Li = & Q A

La Li 1 1 RT = + + + A ext A ka A ki A cam

Considerando apenas o isolamento

(

)Isolamento excelente: 8,0 kcal/h.m2 10,0 kcal/h.m2 12,0 kcal/h.m2 Isolamento bom: Isolamento aceitvel:

Fixa-se

& Q A

Carga Trmica Devido Transmisso de CalorEspessura do Isolamento

k i T Li = & Q A

(

)

T = ( Text Tcam ) + T

Carga Trmica Devido Transmisso de CalorClculo Simplificado

& Q & Qtrn = .A.24 [kcal/dia] A

Isolamento excelente:

8,0 kcal/h.m2 10,0 kcal/h.m2 12,0 kcal/h.m2

& Q A

Isolamento bom: Isolamento aceitvel:

Carga Trmica Devido aos Produtos

Calor sensvel antes do congelamento Calor latente de congelamento Calor sensvel aps o congelamento Calor de respirao

Carga Trmica Devido aos Produtos& Qprod = GM cp,1 ( Tent T1 ) + hcg + cp,2 ( T1 T2 ) + GT Qresp

[kcal/dia]GM Movimentao diria de um determinado produto na cmara, em kg/dia cp,1 T1 Calor especfico do produto antes do congelamento, em kcal/kg. C Para cmaras de resfriamento a temperatura final do produto e, para cmaras de congelamento, a prpria temperatura de congelamento do produto, em C Tent Temperatura de entrada do produto na cmara, em C

hcg Calor latente de congelamento do produto, em kcal/kg cp, 2 Calor especfico do produto aps o congelamento, em kcal/kg. C T2 Temperatura final do produto congelado em C GT Quantidade total de produtos na cmara, em kg Qresp Quantidade calor liberado pela respirao do produto, em kcal/kg.dia

Carga Trmica Devido Infiltrao de Ar Externo

& Qinf = Vcam FTA H

[kcal/dia]

Cargas Diversas Cargas devido a Iluminao

& Qilum = 10 A 0,86

[kcal/dia]

Cargas devido as pessoas

& Qpes = ( 272 6.Tcam ) .n.0,86 [kcal/dia]Tcam temperatura da cmara, em C n tempo de permanncia das pessoas na cmara, em h/dia nmero de pessoas na cmara

Cargas Diversas Cargas devido aos motores

Carga Trmica Devido aos Motores dos Ventiladores dos Evaporadores Carga Trmica Devido aos Motores dos Ventiladores& Wvent & Qvent = 632 vent

[kcal/dia]

& Wvent

potncia total dos motores dos ventiladores, em cv

tempo de funcionamento dos ventiladores em h/dia

vent rendimento dos motores dos ventiladores

Capacidade Frigorfica do Compressor& & & & & & & Q trn + Qprod + Qinf + Qmot + Qilum + Qpes + Qvent & Qo = op

[kcal/h]

& Qo op

a capacidade frigorfica do compressor, em kcal/h o tempo de operao dos compressores, em h/dia

TERMOACUMULAO

TERMOACUMULAOTermoacumulao a armazenagem do frio para utilizao posterior visando: Transferncia do consumo de energia do horrio de ponta de carga para o horrio fora de ponta; Nivelamento de carga diminuindo a demanda.

TIPOS DE SISTEMAS DE TERMOACUMULAO Termoacumulao com Gelo Maior densidade de energia armazenada, resulta em um tanque menor e mais leve (6 a 7 vezes menor). Produo de gua gelada a temperaturas muito mais baixas. Vazo de gua gelada menor Menores serpentinas nos fan-coils Menor vazo de ar O chiller trabalha a uma temperatura de evaporao mais baixa implicando numa menor eficincia

Termoacumulao com gua Gelada Pode ser interligada com sistema de combate a incndio O chiller trabalha a uma temperatura de evaporao mais alta implicando numa maior eficincia

BANCO DE GELO

BANCO DE GELO

Estratgias para a utilizao do sistema de Termoacumulao Sistema de Armazenagem Total - Transferncia do consumo de energia do horrio de ponta de carga para o horrio fora de ponta Sistema de Armazenagem Parcial - Nivelamento de carga diminuindo a demanda.

ESQUEMA DE UM SISTEMA DE TERMOACUMULAO

FABRICAO DE GELO DURANTE A 1a Opo: ARMAZENAGEM TOTAL 2 PARCIAL NOITEBanco de Gelo Tubulao com Salmoura ou Etileno Glicol Fan- Coil

Sist. Refrig.

Ambiente

TONELADA DE REFRIGERAO TR a energia necessria para liquefazer 1 tonelada de gelo em 24 horas

1 TR 3,5 kw

CARGA DE REFRIGERAO TPICA DE UM EDIFCIOTR100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Horas do dia

necessrio especificar um sistema de refrigerao de 100 TR ( 350 KW )

SISTEMA DE ARMAZENAGEM TOTALTR100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Horas do dia

necessrio especificar um sistema de refrigerao de 53.57 TR ( 187.50 KW )

SISTEMA DE ARMAZENAGEM TOTAL FORA DA PONTATR100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Horas do dia


SISTEMA DE ARMAZENAGEM PARCIALTR100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Horas do dia


RESUMOTIPO DE SISTEMA CAPACIDADE REQUERIDA 100,00 TR ( 350,00 KW ) 68,18 TR ( 238,63 KW ) 53,57 TR ( 187,50 KW ) 31,25 TR ( 109,38 KW )

SEM TERMOACUMULAO ARMAZENAGEM TOTAL FORA DA PONTA ARMAZENAGEM TOTAL ARMAZENAGEM PARCIAL

ESTUDO DE CASO

EDIFCIO EM ESTUDOCARACTERSTICAS: Edifcio de 20 andares P direito de 2,5 m Maiores fachadas no sentido leste-oeste Altura do plenum 0,5 m 66% das fachadas externas de vidro Garagem no condicionada (no subsolo) 1,5 trocas por hora (renovaes) 6 m2 / pessoa Iluminao 40 W/m2 BS = 24 oC UR = 50 %S L

O N

CARGA TRMICA DO EDIFCIO

CARGA TRMICA TOTAL = 939,2 TR

Ar externo 15% Pessoas 13%

Diversos 5%

Estruturas 46% Luzes 21%

ALTERAES NO PROJETO

CORES CLARAS REDUO DOS VIDROS 6040% PERSIANAS INTERNAS VIDROS REFLETIVOS BRISE SOLEIL ISOLAMENTO ROTAO DO EDIFCIO

ALTERAES NO PROJETO


CORES CLARAS Reduo de 939,2 para 928,9 TR

ALTERAES NO PROJETO


REDUO DOS VIDROS Reduo de 939,2 para 804,6 TR

ALTERAES NO PROJETO

CORES CLARAS REDUO DOS VIDROS 6040% PERCIANAS INTERNAS VIDROS REFLETIVOS BRISE SOLEIL ISOLAMENTO ROTAO DO EDIFCIO

PERCIANAS INTERNAS Reduo de 939,2 para 798,6 TR

ALTERAES NO PROJETO


VIDROS REFLETIVOS Reduo de 939,2 para 795,8 TR

ALTERAES NO PROJETO


BRISE SOLEIL Reduo de 939,2 para 661,4 TR

ALTERAES NO PROJETO


ISOLAMENTO Reduo de 939,2 para 887,2 TR

ALTERAES NO PROJETO


ROTAO DO EDIFCIO Reduo de 939,2 para 830,2 TR

ALTERAES NO PROJETO

TODAS AS ALTERAES JUNTAS Reduo de 939,2 TR

para 548,2 TR

DIMINUIO DA CARGA TRMICA EM RELAO AO PRDIO BASE Cores claras Persianas internas Vidros refletivos Brise soleil Isolamento Rotao do edifcio REDUO TOTAL 1,10% 14,90% 15,20% 29,50% 5,59% 11,60% 41,80%

PARCELAS DA CARGA TRMICA REDUZIDA

Ar externo 28%

Diversos 3%

Estruturas 12%

Pessoas 22%

Luzes 35%

REDUO NAS DESPESAS COM ENERGIA ELTRICA

Prdio base Todas as alteraes ECONOMIA

US$ 107.796,00 US$ 69.395,00 US$ 38.401,00

OUTRAS ALTERAES POSSVEIS NO PROJETO Sistema de Termoacumulao (reduo na conta de energia) Utilizao de Ar externo Utilizao do Calor Rejeitado no Condensador Mudana do SET- POINT

Sistemas de Ar Condicionado

SISTEMA DE AR CONDICIONADO

Instalaes Apenas Ar Instalaes Apenas gua Instalaes Ar-gua Instalaes de Expanso Direta

Instalaes Apenas Ar

SISTEMA ZONA SIMPLES REGULAGEM DA SERPENTINA DE RESFRIAMENTO

SISTEMA ZONA SIMPLES DESVIO DA SERPENTINA DE RESFRIAMENTO

SISTEMA ZONA SIMPLES

Umidificador

Ar externo Ar de Recirculao Vent. Circulao

Serp. Serp. Resfr. Aquec Desum.

T

H Ambiente

Ar eliminado Vent. Retorno

Ar de Retorno

SISTEMA ZONA SIMPLES

SISTEMA COM REAQUECIMENTO TERMINALSerpentina de Resfr. Desum. Ar externo 13 oC Serp. Aquec

Ventilador Circulao

T Zona 1 Ar eliminado

T Zona 2

Ar de Retorno

SISTEMA COM REAQUECIMENTO TERMINAL

SISTEMA DE DUPLO DUTO

Serpentina de Aquecimento 34 a 45 oC

Caixa de Mistura 13 oC Serpentina de Resfriamento

T Zona 1

T Zona 2

SISTEMA VOLUME DE AR VARIVEL - VAV COM REFRIGERAO

Serpentina de Resfr. Desum. 13 oC Vent. Circulao T Zona 1 T Zona 2

Ar de Retorno

SISTEMA VOLUME DE AR VARIVEL - VAV COM REFRIGERAO

Instalaes Apenas gua

INSTALAO FAN-COIL A QUATRO TUBOS

Unidades Ventiladores Serpentinas gua Fria Fan Coil 1

Vlvula de Alvio

gua Quente

Fan Coil 2 T Sistema de Refrigerao Sistema de Aquecimento

Bomba Ar externo Ventilador

INSTALAO FAN-COIL A QUATRO TUBOS

Instalaes Ar-gua

CLIMATIZADOR DE INDUO

Instalaes de Expanso Direta

CONDICIONADOR DE AR DE JANELA

CONDICIONADOR MINI-SPLIT

SELF CONTAINED (CONDICIONADOR AUTNOMO)

Fluidos RefrigerantesSo as substncias empregadas como veculos trmicos na realizao dos ciclos de refrigerao Podem ser classificados nas seguintes categorias: Hidrocarbonetos halogenados; Misturas no azeotrpicas de hidrocarbonetos halogenados; Misturas azeotrpicas de hidrocarbonetos halogenados Compostos orgnicos; Compostos inorgnicos.

Fluidos RefrigerantesMisturas Azeotrpicas e No-AzeotrpicasT>T2T

08 refrigerao e ar condicionado - nivel bsico

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