máquinas térmicas - danilo- helder- rafael- projeto 3 - 11.1

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE CENTRO DE CINCIAS EXATAS E TECNOLOGIA NCLEO DE ENGENHARIA MECNICA

MQUINAS TRMICAS

PROJETO 03 Avaliao trmica de uma bancada didtica de refrigerao Automatus SVRF

Alunos:

08110611 - Danilo Rodrigues Santos 08110511 - Helder Silveira Oliveira 08110733 - Rafael Santos Rolemberg

Professor: Wilson Luciano de Souza Disciplina: Mquinas Trmicas Turma: M1 Cdigo: 110283

So Cristvo SE 2011-1

LISTA DE SMBOLOS 2i Eficincia de 2 lei para o equipamento i i Eficincia de 1 lei para o equipamento i exi Exergia para o i-simo ponto i Grau de perfeio termodinmica para o equipamento i hi Entalpia para o i-simo ponto Ii Irreversibilidade para o equipamento i m Vazo mssica no sistema Pi Presso para o i-simo ponto Qi Taxa de quantidade de calor para o equipamento i si Entropia para o i-simo ponto Si Taxa de entropia gerada para o equipamento I Ti Temperatura para o i-simo ponto xi Ttulo para o i-simo ponto Wcomp Potncia do compressor

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Fotografia da bancada didtica SVRF da AUTOMATUS...............................5 Figura 2 - Esquema do ciclo de refrigerao do equipamento.......................................8 Figura 3 - Compressor Bitzer, Srie-S, presente no sistema.........................................9 Figura 4 - Linhas de alimentao e sada do compressor (azul e vermelho respectivamente).........................................................................................................10 Figura 5 - Informaes sobre o compressor fornecidas pelo fabricante.......................10 Figura 6 - Motor de acionamento do compressor e reduo por correia......................11 Figura 7 - Placa do motor contendo informaes operacionais....................................11 Figura 8 - Condensador da bancada AUTOMATUS SVRF..........................................13 Figura 9 - Microventiladores ligados ao condensador, esses equipamentos realizam a remoo do calor do fluido refrigerante para o ambiente externo................................13 Figura 10 - Evaporador existente no sistema...............................................................14 Figura 11 - Configurao do evaporador instalado internamente cmara de refrigerao..................................................................................................................14 Figura 12 - Acessrios do sistema de refrigerao......................................................15 Figura 13 - Entropia e Entalpia especficas, ar a 25C e 01 atm..................................18 Figura 14 - Linhas de alimentao e sada do compressor..........................................19 Figura 15 - Linhas de alimentao (2) e sada (3) do Condensador............................20 Figura 16 - Linhas de alimentao e sada da vlvula de expanso............................22 Figura 17 - Linhas de alimentao e sada do evaporador..........................................23 Figura 18 - Tela do programa desenvolvido.................................................................27 Figura 19 - Resultados para o compressor..................................................................28 Figura 20 - Resultados obtidos para o condensador....................................................29 Figura 21 - Resultados obtidos para a vlvula de expanso........................................29 Figura 22 - Resultados obtidos para o evaporador......................................................30 Figura 23 - Diagrama T-s para o sistema operando com Fluido R134a.......................31 Figura 24 - Diagrama T-s para o sistema operando com R12......................................32 Figura 25 - Diagrama T-s do sistema operando com fluido R125................................33 Figura 26 - Diagrama T-s do sistema operando com fluido R22..................................33 Figura 26 - Diagrama T-s do sistema operando com fluido R22

SUMRIO1. INTRODUO.......................................................................................................5 1.1. Importncia do estudo.........................................................................................5 1.2. A bancada didtica AUTOMATUS SVRF............................................................5 1.3. Justificativa..........................................................................................................7 1.4. Objetivos.............................................................................................................7 2. EQUIPAMENTOS...................................................................................................8 2.1. Compressor.........................................................................................................8 2.2. Condensador.....................................................................................................12 2.3. Evaporador........................................................................................................14 2.4. Acessrios: Inversor, Pressostato, Filtro, Visor e Vlvula Solenoide.................15 3. DIMENSIONAMENTO..........................................................................................17 3.1. Restries e hipteses simplificadoras..............................................................17 3.2 Modelos matemticos.........................................................................................18 3.2.1. Compressor....................................................................................................19 3.2.2. Condensador..................................................................................................20 3.2.3. Vlvula solenide de expanso......................................................................21 3.2.4. Evaporador.....................................................................................................23 3.3. Rotina computacional........................................................................................24 3.4. Interface para usurio........................................................................................27 4. 5. 6. RESULTADOS.....................................................................................................28 4.1 Resultados Trmicos..........................................................................................28 CONCLUSO.......................................................................................................35 REFERNCIAS....................................................................................................36

REFERNCIAS

1.

INTRODUO

1.1. Importncia do estudo Este projeto parte integrante do critrio de avaliao da disciplina: Mquinas Trmicas ministrada no perodo 2011.1. E consiste na realizao de uma avaliao da bancada de refrigerao didtica existente no laboratrio 25 do NMC (Figura 1). O exerccio foi proposto pelo respectivo mediador da disciplina de modo que possamos considerar o sistema sobre os aspectos da primeira e segunda lei da termodinmica, bem como considerando as irreversibilidades do sistema e a exergia e os rendimentos dos equipamentos. A importncia desse estudo se d pelo fato da possibilidade da aplicao a um sistema termodinmico de refrigerao, porm, adequado utilizao de tcnicas as quais podem ser utilizadas para a avaliao de sistemas e como um exerccio para os alunos no tocante ao modelamento de sistemas simples de refrigerao e obteno acompanhada da avaliao dos resultados obtidos.

1.2. A bancada didtica AUTOMATUS SVRF

Figura 1 - Fotografia da bancada didtica SVRF da AUTOMATUS

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conveniente realizar uma breve descrio dessa bancada neste momento. O Kit Didtico de Refrigerao SVRF composto por equipamentos capazes de controlar a capacidade frigorfica de um sistema. Tudo isso feito atravs da implementao de um controle de variao da vazo do refrigerante compressor com sistema de superviso remota. Os experimentos atendidos por esse equipamento contemplam diversas disciplinas. Os ensaios permitem, dentre outros: Anlise de ciclo frigorfico; Automao industrial aplicada refrigerao de cmaras frigorficas; Superviso do sistema atravs de software SCADA. O kit didtico de refrigerao possui estrutura autoportante em alumnio anodizado, acabamento com perfil PVC preto nas dimenses 1500x1750x740mm (largura x altura x profundidade), unidade condensadora composta por compressor aberto, resistncia para simular carga trmica e sensores de temperatura, presso e umidade. Painel eltrico com sintico de funcionamento e sinaleiros incorporados, demonstrando o funcionamento e falhas. Alm destes, o kit didtico composto pelos seguintes itens: 01 cmara fria, com porta de vidro duplo (vcuo) e resistncia eltrica para aquecimento da porta; 01 unidade condensadora com compressor aberto, condensador com 02 micros ventiladores; 01 tanque de liquido, 01 motor protegido fisicamente por acrlico e encanamento em pintura liquida identificando as linhas de suco, presso e linha de liquido; 01 evaporador com resistncia para degelo; 03 sensores de platina tipo PT100 a 03 fios, 01 no interior da cmera, 01 na linha de suco e -- 01 na linha de descarga; 01 sensor de umidade eletrnico no interior da cmara; 02 transdutores de presso eletrnicos, 01 na linha de suco e 01 na linha de descarga; Botes para energizao manual do motor-compressor, vlvula de liquido e carga trmica; 01 modulo carga trmica de 1000 W; 01 IHM Interface Homem Mquina comunicando com CLP podendo ser visualizadas as variveis dos sensores de presso, temperatura e umidade, 6

frequncia de motor, alarmes ocorridos e histricos de alarmes. Alteraes de valores PID, variveis da carga trmica; 01 inversor de frequncia adequado para motor do compressor; 01 CLP dispondo de 47 pontos.

O fabricante comercializa diversas bancadas semelhantes e uma verificao da pgina da internet abaixo til para obteno de maiores informaes. 1.3. Justificativa Dada importncia do tema, se justifica a escolha do exerccio proposto para que sejam aplicadas as principais teorias da termodinmica a fim de colocar em prtica os conhecimentos em um sistema de refrigerao que contm uma configurao simples, porm til para verificao dos parmetros termodinmicos que o cercam.

1.4. Objetivos Os objetivos listados para o projeto so: - Obter as informaes no fornecidas para os pontos do sistema pelo problema proposto. (Vazo mssica, Presso, Temperatura e entalpia); - Aplicar os balanos necessrios para a avaliao do sistema; - Avaliar o sistema de acordo com a primeira lei e analisar a eficincia do ciclo pela 1 Lei; - Avaliar o sistema de acordo com a segunda lei e analisar a eficincia da 2 Lei; - Analisar a gerao de entropia e as irreversibilidades do sistema; - Computar os trabalhos reversveis e reais executados pelos equipamentos; - Comparar os resultados das irreversibilidades por Guoy-Stodola e balano exergtico.

1.

EQUIPAMENTOS

7

A seguir, pode ser visualizado na Figura 2, um esquema, presente no painel do equipamento, que demonstra o circuito e as diversas partes existentes na bancada, entre eles: Compressor, Pressostato, Inversor de frequncia, Condensador, Vlvula de lquido e Evaporador. Para realizar a diminuio de temperatura necessrio retirar energia trmica do meio que se quer refrigerar. Atravs de um ciclo termodinmico, calor removido do ambiente a ser refrigerado e enviado para o ambiente externo. Em nenhum momento o calor destrudo, ele apenas movido de um lugar no desejado para outro em que no resultar em nenhum problema. O atual ciclo de refrigerao se configura como o ciclo de refrigerao padro por compresso.

Figura 2 - Esquema do ciclo de refrigerao do equipamento

2.1. Compressor

O compressor succiona o fluido refrigerante no estado gasoso do evaporador (vapor superaquecido) e descarrega em alta presso para o condensador. Em um ciclo ideal, a compresso considerada adiabtica reversvel (isoentrpica), ou seja, as perdas relacionadas a esse processo so desprezadas. Na prtica perde-se calor ao ambiente nessa etapa, porm no considerado significativo em relao potncia de compresso necessria. Os principais tipos de compressores so classificados quanto a sua construo mecnica, e so descritos sucintamente a seguir. 8

Alternativo: possui um pisto que realiza movimento alternativo dentro de um cilindro. Dentre os aparelhos atuais o mais utilizado, porm, gradativamente vai sendo substitudo pelo rotativo que mais econmico e silencioso; Rotativo: possui um rotor excntrico que gira dentro de um cilindro; Scroll: tem duas partes separadas de forma espiral. Uma permanece fixa enquanto a outra fira contra ela; Parafuso: tem dois rotores em forma de parafuso, um macho e uma fmea. Interagem medida que giram, assim como um parafuso girando numa rosca; Centrfugo: tem um propulsor de alta velocidade, com muitas ps, que gira num alojamento de forma especial.

Resumindo, o compressor atua como o corao do sistema de refrigerao, criando o fluxo do refrigerante ao longo dos componentes do sistema. No processo em questo, o compressor recebe o fluido refrigerante em baixas temperatura e presso e eleva o vapor at uma presso e temperatura maior. O resultado que no evaporador a presso e temperatura do refrigerante so reduzidas, permitindo assim que ele absorva calor e o remova do ambiente. Por sua vez, no condensador elas so aumentadas, permitindo que ele ceda calor para o meio ambiente.

Figura 3 - Compressor Bitzer, Srie-S, presente no sistema.

9

Figura 4 - Linhas de alimentao e sada do compressor (azul e vermelho respectivamente)

Caractersticas sobre o compressor so fornecidas pelo catlogo do fabricante e so demonstradas a seguir na Figura 5.

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Figura 5 - Informaes sobre o compressor fornecidas pelo fabricante

O compressor acionado por uma reduo por correia que ligada a um motor eltrico trifsico produzido pela Voges (http://www.voges.com.br/?section=produtos), a configurao da reduo e a placa contendo as informaes sobre o motor eltrico so demonstradas a seguir nas Figuras 6 e 7.

Figura 6 - Motor de acionamento do compressor e reduo por correia

Figura 7 - Placa do motor contendo informaes operacionais

Dentre as informaes operacionais do motor, vale destacar que a rotao de 1700 RPM, porm o motor ligado a um inversor de frequncia, que ir regular essa

11

rotao de acordo com a carga trmica imposta ao sistema. A frequncia de operao de 60 Hz, ele alimentado por tenso de 220 V, com potncia de 1,5 cv. 2.2. Condensador O condensador o componente do ciclo de refrigerao responsvel por transferir o calor do sistema para o ar. Existem ainda condensadores que transferem o calor para a gua ou para uma combinao de ar e gua. Conhecido como condensador evaporativo. O calor absorvido pelo evaporador e deslocado at o condensador pelo compressor. Condensadores so classificados de acordo com o fluido para o qual transferem calor. No presente sistema, o condensador do tipo resfriado a ar, pois, transfere o calor absorvido diretamente para o ar externo. Comparado com um condensador a gua, o sistema arrefecido a ar requer uma diferena maior de temperatura entre o refrigerante e o ar externo. Embora essa caracterstica os torne menos eficientes em termos energticos, seu projeto simples permite baixos custos de instalao e manuteno. Por essa razo que a grande maioria dos equipamentos residenciais de at 05 TR (60.000 BTU) e comerciais de at 50 TR (600.000 BTU) utilizam condensadores refrigerados a ar. A causa principal dos defeitos dos compressores nesses aparelhos relacionada ao fato de que, como os fabricantes esto procurando cada vez mais fabricar aparelhos compactos, o condensador a ar, com as aletas muito prximas, retm muita poeira. Portanto, caso no sejam limpos regularmente, passam a trabalhar com presses e temperaturas de sada muito altas, o que acaba danificando o equipamento. A seguir (Figura 8) pode ser verificada a configurao do atual sistema. O ar direcionado ao condensador, isso realizado atravs de dois motores acoplados a micros ventiladores que foram o ar externo contra os tubos aletados do condensador. Ao entrar no condensador, o fluido refrigerante transforma-se do estado gasoso para o estado lquido, devido ao fluxo de ar frontal e dos ventiladores que auxiliam na dissipao do calor absorvido pelo fluido refrigerante, que ao sair pelo condensador no estado de lquido sub-resfriado e ainda em alta presso, se armazena no filtro, mantendo uma reserva lquida, onde sero absorvidas impurezas e umidade, provenientes do desgaste de componentes e exposio do sistema ao ambiente.

12

Figura 8 - Condensador da bancada AUTOMATUS SVRF

Figura 9 - Microventiladores ligados ao condensador, esses equipamentos realizam a remoo do calor do fluido refrigerante para o ambiente externo.

13

2.3. Evaporador

O evaporador um trocador de calor que absorve o calor para o sistema de refrigerao, removendo-o do ambiente o qual deseja ser refrigerado, no caso, a cmara de refrigerao. Ele recebe lquido refrigerante frio, de baixa presso advindo do dispositivo de expanso e atravs da absoro do calor existente na cmara, vaporiza-o em seu interior.

Figura 10 - Evaporador existente no sistema

Figura 11 - Configurao do evaporador instalado internamente cmara de refrigerao

2.4. Acessrios: Inversor, Pressostato, Filtro, Visor e Vlvula Solenoide. 14

Alm dos principais componentes do sistema, existem ainda alguns acessrios que servem para o perfeito funcionamento do sistema, aquisio de informaes e regulagem do mesmo. Na figura 12 os principais acessrios esto identificados e podem ser vistos a seguir.

Figura 12 - Acessrios do sistema de refrigerao

1 Pressostato 2 Vlvula solenide de linha de lquido 3 Visor de lquido 4 Filtro da linha de lquido 5 Tanque de lquido

Aps o condensador, o lquido refrigerante segue para o tanque de lquido, onde armazenado e em seguida, vai para o filtro de linha de lquido, a fim de remoo de umidade, e impurezas, em seguida o fluido vai para a vlvula de expanso, onde ser pulverizado em estado lquido e em baixa presso no evaporador. Atravs do fluxo de ar insuflado no evaporador, pelo ventilador da caixa distribuidora, o fluido refrigerante absorve o calor da cmara frigorfica, transformando-

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se do estado lquido para gasoso, passando pelo retorno da vlvula de expanso e seguindo para a linha de suco do compressor, iniciando novamente o ciclo. A vlvula de expanso tem por funo receber o fluido refrigerante liquefeito e sub-resfriado em alta presso, e controlar a sua vazo de acordo com a carga trmica oriunda da cmara de refrigerao, circulante no evaporador, e fazer com que o fluido ao passar pela vlvula provoque um flash-gs para baixar a temperatura do fluido liquefeito, que por sua vez proporcional presso do evaporador. O flash-gs diz respeito evaporao instantnea de uma parcela de lquido que evapora e remove o calor do restante do fluido lquido que entra no evaporador.

16

1.

DIMENSIONAMENTOEsta etapa consiste na utilizao das equaes que representam as anlises de interesse nesse estudo, a fim de avaliar qualitativa e quantitativamente o sistema estudado. Primeiramente sero encontradas as restries e hipteses simplificadoras adotadas nesse trabalho, em seguida o modelo matemtico para cada elemento do sistema ser apresentado e sendo assim possvel a implementao do modelamento no software Engineering Equation Solver (EES) que largamente utilizado para sistemas termodinmicos, cujo pode fornecer uma interface na qual possvel observar o sistema em diagrama e os resultados obtidos. Alm deste, para determinao dos estados termodinmicos dos fluidos, ser utilizado o ComputerAided Thermodynamics Tables CATT 3.

3.1. Restries e hipteses simplificadoras Para a realizao do trabalho, com base nas teorias e equaes envolvendo o dimensionamento de sistemas termodinmicos, algumas informaes e/ou dados no sero considerados. A no observncia desses dados se deve particularmente a no ter sido oferecidos pelo problema ou culminarem em resolues complicadas que tornariam o projeto mais complexo do que deveria, sem contribuir muito sua exatido, portanto as hipteses simplificadoras consideradas nesse projeto esto listadas abaixo, e podem ser verificadas como: 1 Devido a no movimentao do volume de controle em relao ao sistema de coordenadas, isto , todas as velocidades medidas em relao ao sistema so tambm velocidades relativas superfcie de controle e no h trabalho associado com a acelerao do volume de controle; 2 Os processos analisados se caracterizam como em regime permanente, pois o fluxo de massa e o estado desta massa em cada rea discreta de escoamento na superfcie de controle no variam com o tempo. As taxas nas quais o calor e o trabalho cruzam a superfcie de controle permanecem constantes; 3 - Os efeitos envolvendo a energia potencial e cintica so desconsiderados para todos os processos analisados devido s variaes das mesmas serem desprezveis; 4 - O volume de controle de cada componente envolve apenas os fluidos de trabalho de entrada e sada; 5 J que no foram oferecidas informaes sobre as cotas (altura) das tubulaes do sistema e nem o dimetro destas, sero desprezadas as perdas de carga nas tubulaes. 17

3.2 Modelos matemticos O modelamento matemtico do projeto ser apresentado nessa seo para cada equipamento e cada parmetro sobre o equipamento. Grficos sero apresentados para a avaliao dos estados termodinmicos do fluido de trabalho em cada ponto do esquema da Figura 2. Portanto, a seguir sero determinados os principais parmetros relacionados ao sistema, tanto quanto aos pontos que esto indeterminados nos dados fornecidos, quanto a parmetros operacionais dos equipamentos envolvidos no sistema. Alm das hipteses listadas anteriormente, quando necessrio, em cada equipamento em particular sero adotadas algumas restries para facilitar o cmputo das suas propriedades. Tambm ser determinado o estado termodinmico do fluido a cada ponto onde seja necessrio. Inicialmente devem-se obter caractersticas sobre o ambiente no qual o sistema est inserido. Considerando uma temperatura de 25 C e a presso atmosfrica, temos ar ambiente com as seguintes propriedades.

Figura 13 - Entropia e Entalpia especficas, ar a 25C e 01 atm.

No modelamento matemtico iremos tratar os pontos os quais no foram fornecidas informaes suficientes para a resoluo do problema a cada equipamento, porm para a rotina computacional, os pontos sero alocados em blocos separados dos equipamentos, de forma que visualmente o cdigo do programa fique mais simplificado.

3.2.1. Compressor 18

A seguir ser demonstrado o equacionamento para o compressor. A Figura 14 mostra as linhas de alimentao e sada do compressor. Atravs dos parmetros que desejam ser avaliados segue as hipteses simplificadoras especficas do equipamento e seu equacionamento.

Figura 14 - Linhas de alimentao e sada do compressor

No compressor s h um fluxo de entrada e um de sada: m1 = m2 = m. Hipteses simplificadoras especficas: 1. Desprezada a variao das energias cintica e potencial entre a entrada e sada do compressor; 2. Processo de compresso adiabtico e reversvel (isentrpico); 3. Regime permanente; 4. Realiza-se trabalho de compresso sobre o fluido; Balano Entlpico (1 Lei)

Balano de Entropia (2 Lei)

Irreversibilidade por Guoy-Stodola

Balano de exergia

Eficincia de 1 lei

19

Eficincia de 2 lei

Grau de Perfeio Termodinmica

3.2.2. Condensador Dando sequncia ao projeto, aqui ser demonstrado o equacionamento para o condensador. A Figura 15 mostra as linhas de alimentao e sada do equipamento. Atravs dos parmetros que desejam ser avaliados segue as hipteses simplificadoras especficas do equipamento e seu equacionamento.

Figura 15 - Linhas de alimentao (2) e sada (3) do Condensador

1. O condensador opera em regime permanente; 2. S existe trabalho de escoamento (includo na entalpia); 3. Somente existe um fluxo de entrada e um fluxo de sada, m2 = m3 = m; 4. As variaes de energia cintica e potencial so desprezveis frente variao da entalpia, e; 5. A presso considerada constante; 6. Equipamento no realiza trabalho.

20

Balano Entlpico (1 Lei)

Balano de Entropia (2 Lei)

Irreversibilidade por Guoy-Stodola

Balano de exergia

Eficincia de 1 lei

Eficincia de 2 lei

Grau de Perfeio Termodinmica

3.2.3. Vlvula solenide de expanso Nesta subseo ser apresentado o equacionamento para a vlvula de expanso. A Figura 16 mostra as linhas de alimentao e sada do equipamento. Atravs dos parmetros que desejam ser avaliados segue as hipteses simplificadoras especficas do equipamento e seu equacionamento.

21

Figura 16 - Linhas de alimentao e sada da vlvula de expanso

1. Considerado regime permanente; 2. O processo adiabtico; 3. S existe um fluxo de entrada e um fluxo de sada, m3 = m4 = m; 4. A variao de energia potencial desprezvel; 5. A variao de energia cintica foi considerada ser desprezvel; 6. Equipamento no realiza trabalho. Balano de Entropia (2 Lei)

Irreversibilidade por Guoy-Stodola

Eficincia de 1 lei

Eficincia de 2 lei

Grau de Perfeio Termodinmica

22

3.2.4. Evaporador

Figura 17 - Linhas de alimentao e sada do evaporador 1. O evaporador opera em regime permanente; 2. S existe trabalho de escoamento (includo na entalpia); 3. Somente existe um fluxo de entrada e um fluxo de sada, m2 = m3 = m; 4. As variaes de energia cintica e potencial so desprezveis frente variao da entalpia, e; 5. A presso considerada constante. Balano Entlpico (1 Lei)

Balano de Entropia (2 Lei)

Irreversibilidade por Guoy-Stodola

Balano de exergia

23

Eficincia de 1 lei

Eficincia de 2 lei

Grau de Perfeio Termodinmica

3.3. Rotina computacional Nesta seo possvel verificar a rotina computacional implementada a partir do modelamento fsico-matemtico do problema atravs do software Engineering Equation Solver EES. No procedimento adotado no atual trabalho, se obtm um algoritmo totalmente autnomo. Segue, portanto, o cdigo computacional para a bancada de refrigerao proposta."Universidade Federal de Sergipe" "Centro de Cincias Exatas e Tecnologia" "Ncleo de Engenharia Mecnica" "Mquinas Trmicas 2011/1 - Prof. Wilson Luciano" "Alunos: Danilo Rodrigues, Helder Costa e Rafael Rolemberg" "PROJETO BANCADA DE REFRIGERAO - AUTOMATUS SVRF" "Informaes sobre os pontos do sistema" "Condio ambiente" h[0]=enthalpy(Fluido_Refrigerante$,T=T[0],P=P[0]) s[0]=entropy(Fluido_Refrigerante$,h=h[0],P=P[0]) "Ponto 1" m[1]=m_dot T[1]=T_s+273 P[1]=P_s+P[0] h[1]=Enthalpy(Fluido_Refrigerante$,T=T[1],P=P[1]) x[1]=Quality(Fluido_Refrigerante$,T=T[1],h=h[1]) s[1]=Entropy(Fluido_Refrigerante$,T=T[1],P=P[1]) ex[1]=(h[1]-h[0])-T[0]*(s[1]-s[0])

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25

"Ponto 2" m[2]=m_dot P[2]=P_d+P[0] T[2]=T_d+273 h[2]=Enthalpy(Fluido_Refrigerante$,T=T[2],P=P[2]) x[2]=Quality(Fluido_Refrigerante$,T=T[2],h=h[2]) s[2]=Entropy(Fluido_Refrigerante$,h=h[2],P=P[2]) ex[2]=(h[2]-h[0])-T[0]*(s[2]-s[0]) "Ponto 3" m[3]=m_dot P[3]=P[2] T[3]=T_sat(Fluido_Refrigerante$,P=P[3]) h[3]=Enthalpy(Fluido_Refrigerante$,x=x[3],P=P[3]) x[3]=0 s[3]=Entropy(Fluido_Refrigerante$,h=h[3],P=P[3]) ex[3]=(h[3]-h[0])-T[0]*(s[3]-s[0]) "Ponto 4" m[4]=m_dot P[4]=P[1] T[4]=Temperature(Fluido_Refrigerante$,P=P[4],h=h[4]) h[4]=h[3] x[4]=Quality(Fluido_Refrigerante$,T=T[4],h=h[4]) s[4]=Entropy(Fluido_Refrigerante$,h=h[4],P=P[4]) ex[4]=(h[4]-h[0])-T[0]*(s[4]-s[0]) "Informaes sobre os equipamentos" " COMPRESSOR " "Balano Entlpico (1 Lei):" m_dot*h[1]+W_comp=m_dot*h[2] "Balano de Entropia (2 Lei)" m_dot*(s[1]-s[2])+S_ger_comp=0 "Irreversibilidade por Gouy-Stodola" S_ger_comp*T[0]=I_gouy_comp "Balano de Exergia" I_dot_comp=m_dot*(ex[1]-ex[2])+W_comp "Eficincia de 1 lei:" eta_comp=(m_dot*h[1])/(m_dot*h[2]-W_comp) "Eficincia de 2 lei:" epsilon_comp=(m_dot*ex[1]-m_dot*ex[2])/(-W_comp) "Grau de Pefeio Termodinmica" xi_comp= (m_dot*ex[1])/(m_dot*ex[2])

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" CONDENSADOR " "Balano Entlpico (1 Lei):" m_dot*h[2]-m_dot*h[3]+Q_cond=0 "COEFICIENTE DE PERFORMANCE" COP = Q_evap/W_comp "Balano de Entropia (2 Lei)" m[2]*s[2]-m[3]*s[3]+S_gen_cond+Q_cond/T[3]=0 Fim do programa "Irreversibilidade por Gouy-Stodola" S_gen_cond*T[0]=I_gouy_cond "Balano de Exergia:" I_dot_cond=(1-(T[0]/T[3]))*Q_cond+m_dot*(ex[2]-ex[3])

Alm de servir como um software de implementao da rotina para o equacionamento do ciclo proposto, o EES tambm fornece a opo de criar uma interface grfica na epsilon_cond=((1-(T[0]/T[3]))*Q_cond)/(m_dot*ex[3]-m_dot*ex[2]) qual o ciclo pode ser representado e a partir deste pode ser gerado um arquivo executvel de ((m_dot*ex[3])+((1-(T[0]/T[3]))*Q_cond))/(m_dot*ex[2]) para obter xi_cond= forma que possa ser disponibilizado a um usurio informaes fcil e rapidamente sobre o sistema. A seguir ser mostrada a tela LINHA DE sobre o sistema. Na parte de anlise de " VLVULA SOLENOIDE DE principal LQUIDO" resultados, as telas que sero Lei)" mostradas so as mesmas disponveis para o usurio "Balano de Entropia (2m[3]*s[3]+S_gen_valv=m[4]*s[4] na operao do software. "Grau de Pefeio Termodinmica" "Eficincia de 2 Lei"

3.4. Interface para "Eficincia de 1 lei:" usurio eta_cond=(m_dot*h[2]+Q_cond)/(m_dot*h[3])

A partir da metodologia adotada nesse projeto, com a utilizao de informaes "Irreversibilidade por Gouy-Stodola"S_gen_valv*T[0]=I_gouy_valv externas ao software, a utilizao dinmica de alterao de dados pelos usurios est I_dot_valv=m_dot*(ex[3]-ex[4])

disponvel. AbaixoExergia:" 18 observa-se a interface grfica geral do sistema (home), "Balano de na figura optou-se por uma interface simples e amigvel, o usurio escolhe atravs do clique qual "Eficincia de 1ele deseja equipamento Lei" demonstrados os principais resultados do sistema estudado."Eficincia de 2 Lei" epsilon_valv=(m_dot*ex[4])/(m_dot*ex[3]) "Grau de Pefeio Termodinmica" xi_valv=(m_dot*ex[4])/(m_dot*ex[3]) " EVAPORADOR" "Balano entlpico (1 Lei)" m_dot*h[4]+Q_evap=m_dot*h[1] "Balano de Entropia (2 Lei)" m[4]*s[4]-m[1]*s[1]+S_gen_evap+Q_evap/T[1]=0 "Irreversibilidade por Gouy-Stodola" S_gen_evap*T[0]=I_gouy_evap eta_valv=(m_dot*h[4])/(m_dot*h[3])

conhecer

mais

detalhes,

em

seguida

sero

27

Figura 18 - Tela do programa desenvolvido

1.

RESULTADOS

4.1 Resultados Trmicos Os resultados obtidos para cada equipamento do sistema so mostrados a seguir. As telas aqui apresentadas foram extradas das respectivas telas contidas no Diagram Window do programa utilizado para o projeto. Apenas sero demonstrados todos os resultados obtidos com o sistema rodando com o fluido refrigerante 134a, que o original do equipamento. Alguns outros resultados resumidos sero apresentados para o sistema trabalhando com outros fluidos refrigerantes, que no o original de fbrica. - Compressor A potncia do compressor foi obtida no prprio equipamento, bem como as presses de suco e descarga,

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Figura 19 - Resultados para o compressor

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- Condensador

Figura 20 - Resultados obtidos para o condensador

- Vlvula solenide de linha de lquido

Figura 21 - Resultados obtidos para a vlvula de expanso

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- Evaporador

Figura 22 - Resultados obtidos para o evaporador

O coeficiente de performance (COP) obtido para o sistema operando com o fluido refrigerante R134a dado por:

COP = 4,95 O ciclo opera em dois nveis de presso Palta, (pontos 2 e 3) e Pbaixa (pontos 1 e 4) e as estados so determinados pelas informaes de temperatura e presso e as propriedades do fluido de trabalho.

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A maioria dos refrigerantes projetada de modo que eles tenham altas presses de vapor em temperaturas de aplicao tpica para evitar a necessidade de manter um grande vcuo no ciclo de refrigerao. O diagrama T-s para o ciclo de refrigerao de compresso mostrado na Figura

Figura 23 - Diagrama T-s para o sistema operando com Fluido R134a

A seguir sero demonstrados os diagramas T-s do sistema e o COP para os demais fluidos refrigerantes considerados, so eles: R12, R125 e R22.

- R12 O valor de performance do sistema operando com R12 COP = 5,592. O diagrama T-s apresentado na Figura 24.

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Figura 24 - Diagrama T-s para o sistema operando com R12.

- R125 O valor de performance do sistema operando com R125 COP = 3,971. O diagrama T-s apresentado na Figura 25.

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Figura 25 - Diagrama T-s do sistema operando com fluido R125

- R22 O valor de performance do sistema operando com R22 COP = 8,012. O diagrama T-s apresentado na Figura 26.

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Figura 26 - Diagrama T-s do sistema operando com fluido R22

A seguir pode-se visualizar o grfico do grau de perfeio termodinmica dos equipamentos (Figura 27).

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A eficincia de 2 Lei apresentada no grfico da Figura 28.

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2.

CONCLUSO

O atual projeto permitiu a utilizao dos conceitos pertinentes termodinmica para engenharia mecnica e mquinas trmicas, em especial sobre a eficincia dos equipamentos da bancada de refrigerao segundo a primeira e segunda lei da termodinmica, bem como a mensurao das irreversibilidades pelos caminhos do balano exergtico ou Guoy-Stodola bem como um maior entendimento quanto sistemas de refrigerao e parmetros caractersticos relacionados ao dimensionamento e operao dos equipamentos envolvidos no sistema. Durante todo o projeto primou-se pelo desenvolvimento de um sistema simples e objetivo, que mantivesse ntegra as questes como confiabilidade e segurana dos dados utilizados, de forma que a resposta fosse a mais coerente possvel com a realidade dos equipamentos. Observou-se de modo geral o comportamento dos equipamentos quanto aos parmetros de avaliao, o evaporador opera sob condies satisfatrias, porm o equipamento do ciclo que possui a menor eficincia de 2 lei, que de 0,6852. Em relao s irreversibilidades o equipamento que possui as maiores irreversibilidades a vlvula de expanso. As irreversibilidades pelos dois critrios utilizados no projeto (exergia e Guoy-Stodola) obtiveram valores idnticos independente do critrio utilizado, o que corrobora ainda mais a confiabilidade das respostas obtidas. Quanto entropia gerada, o equipamento que possui maior gerao o evaporador. O equipamento que possui o melhor grau de perfeio termodinmica a vlvula de expanso, valor este igual a 0,8887, porm, este equipamento no realiza trabalho nem h transferncia de calor. Em relao ao projeto desenvolvido pode-se constatar a exequibilidade dos resultados e um sistema confivel e coerente foi obtido, sendo assim considerado satisfatrio o desenvolvimento do sistema contemplado neste relatrio.

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3.

REFERNCIAS1. BORGNAKKE, Claus. Fundamentos da Termodinmica / Claus Borgnakke, Richard E. Sonntag; traduo da 7 edio americana So Paulo: Edgard Blucher, 2009. 2. MORAN, M. J.; SHAPIRO, H. N., 2002. Princpios de Termodinmica para Engenharia. 4a Ed. Rio de Janeiro: LTC. 3. REGINI, Engenheiro ngelo Kaiser. Turbinas Industriais a Vapor: Solues Completas para Cogerao Industrial. SIEMENS, 2007. 4. SOUZA, WILSON LUCIANO. SANTOS, Carlos Antonio Cabral, TORRES, Ednildo Andrade, MOREIRA, Evnia Celeste da Costa Anlise Energtica e Exergtica de um Ciclo de Refrigerao de nica Presso. Congresso Nacional de Engenharia Mecnica CONEM 2008. Salvador Bahia, Brasil. Agosto de 2008. 5. >, acessado em 10 de junho de 2011. 6. HOWSTUFF WORKS http://home.howstuffworks.com/ac1.htm 7. WIKIPEDIA Refrigerao %C3%A7%C3%A3o Air Conditioner System

http://pt.wikipedia.org/wiki/Refrigera REFRIGERAO

8. PORTAL DA http://www.refrigeracao.net/Topicos/ciclo_refri.htm

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