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