refrigeração e ar condicionado · exemplo 2 : efeito da trc irreversível sobre o desempenho...
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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
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