relatório termodinamica e fluidosv2

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  Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Águeda Universidade de Aveiro Relatório de projeto temático em termodinâmica e fluídos  Relatório de Projeto Temático em Termodinâmica e Fluidos Projeto e construção de bomba de calor para aquecimento de ar ambiente Bruno Silva 50423 César Sousa 49649 João Ferrinho 50115 Tiago Moura 50616 Professor orientador: Miguel Mendonça Águeda 2011/2012

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Relatório de projeto temático em termodinâmica e fluídos 

Relatório de Projeto Temático em Termodinâmicae Fluidos

Projeto e construção de bomba de calor paraaquecimento de ar ambiente

Bruno Silva 50423César Sousa 49649João Ferrinho 50115Tiago Moura 50616

Professor orientador:Miguel Mendonça

Águeda 2011/2012

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Projeto e construção de bomba de calor paraaquecimento do ar ambiente

Bruno SilvaCésar SousaJoão Ferrinho

Tiago Moura

Relatório final do Projeto Temático em Termodinâmica e Fluidos 3º anode Licenciatura em Engenharia Electrotécnica.

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Índice1.  Resumo do trabalho ....................................................................... 1 

2.  Introdução ....................................................................................... 2 

3.  Descrição do princípio de funcionamento de uma bomba de calor 3 

Ciclo termodinâmico ............................................................................. 4 

4.  Definição dos parâmetros termodinâmicos da instalação ............... 9 

5.  Dimensionamento dos componentes ............................................ 13 

Componentes do ciclo térmico ..............Error! Bookmark not defined. Acessórios utilizados .............................Error! Bookmark not defined. 

6.  Ventilação e conduta de ar ........................................................... 15 

Perdas de carga na conduta............................................................... 15 

Seleção do ventilador ......................................................................... 20 

7.  Montagem do sistema .................................................................. 22 

8.  Análise dos resultados .................................................................. 26 

9.  Conclusões ................................................................................... 30 

10.  Bibliografia .................................................................................... 31 

11.  Anexos .......................................................................................... 33 

Anexo I: Enunciado ............................................................................ 34 

Anexo II: Capacidade de refrigeração do compressor CAE9460T ..... 36 

Anexo III: Perdas de carga contínuas ................................................. 37 

Anexo IV: Coeficiente de perda de carga localizada .......................... 39 

Anexo V: Características dos ventiladores disponíveis ...................... 40 Anexo VI: Diâmetros das linhas de líquido ......................................... 42 

Anexo VII: Diâmetro das linhas de aspiração ..................................... 43 

Anexo VIII: Catálogo dos ventiladores disponíveis ............................. 44 

Anexo IX: Rugosidade absoluta para tubo PVC ................................. 45 

Anexo X: ............................................................................................. 46 

Anexo XI: ............................................................................................ 47 

Anexo XII: ........................................................................................... 48 

Anexo XIII: .......................................................................................... 49 

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Índice de figurasFigura 1: Elementos básicos de um sistema de refrigeração .................. 4 

Figura 2: Diagrama p-h do ciclo de refrigeração por compressão de vapor ... 5 

Figura 3: Diagrama p-h, capacidade de refrigeração ............................... 6 

Figura 4: Diagrama p-h, potência do compressor .................................... 6 

Figura 5: Diagrama p-h, fluxo de calor no condensador .......................... 7 

Figura 6: Diagrama p-h, expansão do refrigerante .................................. 7 

Figura 7: Aumento da variação da entalpia de 1 para 2 com a diminuiçãoda temperatura Tf e consequente diminuição da eficiência ............................... 8 

Figura 8: Aumento da variação da entalpia de 1 para 2 com o aumentoda temperatura Tc e consequente diminuição da eficiência. .............................. 8 

Figura 9: Ciclo termodinâmico da bomba de calor com refrigerante

R422D .............................................................................................................. 10 

Figura 10: Componentes do ciclo termodinâmico .................................. 11 

Figura 11: Representação da válvula de expansão termostática .......... 14 

Figura 12: Fator de correlação para alhetas de placas lisas .................. 19 

Figura 13: Curva da instalação e do ventilador disponível DD 6-6-14 ... 21 

Figura 14: Esquema da instalação ........................................................ 22 

Figura 15: Cortador de tubo ................................................................... 23 

Figura 16: Ferramenta para encurvar tubos de diâmetro superior a 5/8’’

......................................................................................................................... 23 

Figura 17: Alargador de tubos de cobre................................................. 23 Figura 18: Maçarico e botijas de oxigénio e acetileno usados na

brasagem ......................................................................................................... 24 

Figura 19: Termopar utilizado para medir as temperaturas ................... 25 

Figura 20: Anemómetro utilizado para medir o caudal de ar ................. 25 

Figura 21: Ciclo termodinâmico ideal ..................................................... 26 

Figura 22: Ciclo termodinâmico, ciclo real (vermelho) e ciclo ideal (preto)......................................................................................................................... 28 

Figura 23: Capacidade de refrigeração retirada das folhas decarateristicas do compressor CAE9460T ......................................................... 36 

Figura 24: Perdas de carga contínuas ................................................... 38 

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1. Resumo do trabalho

O trabalho desenvolvido ao longo do semestre no âmbito do ProjetoTemático em Termodinâmica e Fluídos, apresenta uma possível abordagem decomo construir uma bomba de calor projetada para aquecimento do meioambiente, com transporte de calor por convecção, através de uma conduta dear.

Para desenvolver o projeto foi necessário atravessar por um conjunto deetapas. Numa primeira fase analisou-se o problema, estudando-se váriasformas de resolução. Para solucionar o problema proposto foi necessárioadquirir conhecimentos sobre o ciclo termodinâmico e a função de cada um dos

seus constituintes.Após estudado o ciclo termodinâmico foi possível encontrar uma solução

para o problema e definir todos os parâmetros do ciclo.De seguida foram dimensionados todos os componentes necessários

para a instalação, tendo em conta as perdas de carga e as transferências decalor.

Estando todos os componentes selecionados realizou-se a montagemda instalação para a realização de ensaios, para verificar e analisar osresultados obtidos.

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2. Introdução

Integrado no módulo temático de Termodinâmica e Fluídos, tendo comodisciplinas associadas “Máquinas Térmicas e Transferência de Calor” e

“Mecânica dos Fluídos” do primeiro semestre do terceiro ano da Licenciatura

em Engenharia Eletrotécnica (LEE) da Escola Superior de Tecnologia e Gestãode Águeda, foi apresentada uma proposta para a construção de um dispositivocapaz de aquecer ar ambiente.

Na construção do dispositivo foram impostas inicialmente algumascaracterísticas, nomeadamente: a bomba de calor terá de ser projetada deacordo com o compressor disponibilizado; a conduta de ar terá de apresentardois metros de tubo entre o permutador e a zona onde o ar é insuflado

apresentando dois cotovelos a 90° ao longo da conduta, facto que envolverá aselecção do ventilador; o ar terá de ser insuflado a uma temperatura superior àambiente, de 10° centígrados.

São relembrados alguns conceitos teóricos de termodinâmica,principalmente as transferências de calor e o funcionamento dos ciclostérmicos assim como são aprofundados os conceitos adquiridos nas disciplinasassociadas para o dimensionamento do ventilador, permutadores, válvula deexpansão e as tubagens. A seleção do ventilador é analisada com mais detalhetendo em conta as perdas de carga por atrito associadas à conduta de ar.

No que diz respeito à estrutura do relatório inicia-se por uma abordagemteórica do problema. No capítulo 2, começa-se por abordar o ciclotermodinâmico, os seus constituintes e as suas variantes. De seguida passa-seà parametrização do ciclo em questão.

Após a abordagem teórica, no capítulo 4, descreve-se como foramdimensionados os componentes do ciclo e seus acessórios. No capítuloseguinte é demonstrado em que foi baseada a seleção do ventilador.

Por fim, nos capítulos 6,7 desenvolve-se passo a passo a montagem damaqueta, assim como a análise dos resultados obtidos, finalizando com asconclusões retiradas da realização do projeto.

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3. Descrição do princípio de funcionamento deuma bomba de calor

Uma bomba de calor é um dispositivo capaz de realizar trocas de calorentre duas fontes. A fonte fria, que corresponde ao ar ambiente, é o local ondea bomba de calor vai captar energia. Essa energia, através de processostermodinâmicos, vai ser transferida na forma de calor à fonte quente quecorresponde ao local que se pretende aquecer.

As trocas de calor ocorrem devido a um fluido refrigerante que circulanas tubagens e a ventiladores responsáveis por insuflar o ar pelos doispermutadores que vão absorver ou libertar calor.

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Ciclo termodinâmico

Para elaboração do projeto proposto é necessário analisar o ciclotermodinâmico por compressão de vapor. Este ciclo é formado peloscomponentes apresentados na Figura 1. 

Figura 1: Elementos básicos de um sistema de refrigeração

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O ciclo anterior é analisado em detalhe recorrendo a um diagrama P-h,generalizado, que se encontra representado na Figura 2. 

Figura 2: Diagrama P-h do ciclo de refrigeração por compressão de vapor

O processo de 1 para 2, que ocorre no compressor, é adiabáticoreversível e a compressão ocorre a entropia constante (isentrópica), ou sejaS1=S2. O refrigerante entra no compressor com pressão P0 no estado de vaporsobreaquecido e com uma temperatura T1. Este é então comprimido até àpressão de condensação Pc a uma temperatura T2 superior à temperatura decondensação.

A etapa de 2 para 3 ocorre no condensador, e processa-se a

transferência de calor do refrigerante para o meio ambiente. A temperaturasofre uma diminuição desde T2, até à temperatura de condensação T3. Atransferência de calor ocorre até todo o vapor se transformar em líquidosaturado, à pressão de condensação Pc.

O estágio de 3 para 4, na válvula de expansão, ocorre a expansão dorefrigerante a entalpia constante (isentálpico) da pressão Pc até à pressão deevaporação Po.

Na fase de 4 para 1 ocorre a transferência de calor no evaporador apressão constante. Esta transferência de calor para o refrigerante não altera a

sua temperatura até ao ponto onde se forma vapor sobreaquecido.

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Capacidade de refrigeração do ciclo termodinâmico

A capacidade de refrigeração é a quantidade de calor por unidade de

tempo retirado do meio e transferida para o refrigerante, através do evaporadordo sistema, Figura 3. A capacidade de refrigeração é calculada a partir daequação (3.1).

    (3.1)

Figura 3: Capacidade de refrigeração num diagrama P-h

Potência teórica do compressor

A potência do compressor é a quantidade de energia por unidade de

tempo fornecida ao refrigerante, para que este passe do estado 1, na entradado compressor, para o estado 2, à saída do compressor, Figura 4. Estapotência pode ser determinada através da equação (3.2).

  (3.2)

Figura 4: Potência do compressor num diagrama P-h

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Fluxo de calor transferido no condensador

A quantidade de calor por unidade de tempo transferida do refrigerante

para o meio, entre as temperaturas Tf e Tc, corresponde ao fluxo de calor transferido no condensador, Figura 6, que pode ser calculado pela equação(3.3).

    (3.3)

Figura 5: Fluxo de calor no condensador num diagrama P-h

Válvula de expansão

Na válvula de expansão o processo é adiabático e a entalpia constante,

Figura 6. 

Figura 6: Expansão do refrigerante num diagrama P-h

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Influência das temperaturas na eficiência do ciclo

A variação das temperaturas de evaporação e condensação influenciam

a eficiência do ciclo de refrigeração. Se a temperatura de evaporaçãoaumentar, a eficiência do ciclo aumenta, visto que a variação de entalpia docompressor diminui. Caso se aumente a temperatura de condensação aeficiência diminui, pois a variação da entalpia do compressor aumenta.

Na Figura 7 eFigura 8 são apresentados exemplos gráficos da influênciada variação das temperaturas na eficiência do ciclo de refrigeração.

Figura 7: Aumento da variação da entalpia de 1 para 2 com a diminuição da temperatura Tf econsequente diminuição da eficiência

Figura 8: Aumento da variação da entalpia de 1 para 2 com o aumento da temperatura Tc econsequente diminuição da eficiência.

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4. Definição dos parâmetros termodinâmicos

da instalação

Para determinar o ciclo termodinâmico da bomba de calor foramdefinidas as temperaturas de evaporação e condensação. A temperatura decondensação, Tq de 55ºC, foi selecionada de acordo com as características docompressor, que são apresentadas no anexo II.

A temperatura de evaporação, Tf  ,  foi definida por forma a obter omelhor desempenho. Contudo, a seleção deste valor de temperatura envolveuoutro critério, pois na seleção do evaporador é necessário garantir uma

diferença mínima de temperatura, entre Tf e a temperatura ambiente, de 12ºC,o que limitou a escolha de uma temperatura mais alta, em que o coeficiente dedesempenho (COP) seria mais elevado.

Os valores de CR em função de Tf estão apresentados na Tabela 1. 

Tabela 1: Capacidade de refrigeração em função da temperatura Tf

Tf [ºC] CR [kW]0 1,132 1,25

5 1,47,2 1,5110 1,7

Selecionou-se a temperatura Tf, de 7,2ºC, de acordo com os critériosreferidos anteriormente. O valor de CR correspondente é de 1514 W.

Estando determinados os valores das temperaturas do ciclo aimplementar, foi traçado o ciclo de refrigeração no diagrama da Figura 9, considerando que o trabalho de compressão é isentrópico, servindo-se para tal,

do diagrama do refrigerante R422D.

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Figura 9: Ciclo termodinâmico da bomba de calor com refrigerante R422D

A partir da análise do diagrama da Figura 9, obtiveram-se os seguintesdados:

{ ⁄ 

⁄  

⁄  

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De seguida, na Figura 10, são apresentados os componentes do ciclotermodinâmico de uma bomba de calor.

Figura 10: Componentes do ciclo termodinâmico

Caudal mássico do refrigerante R422D

Para se determinar o caudal mássico do refrigerante, recorreu-se àcapacidade de refrigeração e à variação de entalpia no evaporador retirada daFigura 9. 

  (4.1)   

Como numa bomba de calor, a parte útil do sistema é a transferência decalor no condensador, Qq, que é calculado pela equação (4.2).

  (4.2)

Os valores de Qq e da capacidade de refrigeração CR em função de Tf, estão apresentados na Tabela 2. 

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Tabela 2: Parâmetros do ciclo termodinâmico em função da temperatura Tf

Tf[ºC] CR [kW] Qq [kW] W [kW]

0 1,13 1,59 0,462 1,25 1,71 0,465 1,4 1,86 0,467,2 1,51 1,96 0,4510 1,7 2,09 0,39

Caudal de ar no condensador

Na determinação do caudal mássico de ar foi realizado um balanço de

energia no condensador entre o refrigerante e o ar. Assumiu-se a temperaturado ar à saída do condensador de 35oC, considerando, para efeitos de cálculo,que se perdem 5oC na conduta de ar. Assim, o Cpar e o ρar foram obtidos numatabela de propriedades do ar à temperatura média entre a entrada, 20ºC, e asaída, 35ºC, do condensador.   (4.3)

 

 

 

Este é o caudal mínimo necessário para garantir a transferência total decalor para o ar.

Caudal de ar no evaporador

 (4.4)

 

 

Este valor obtido corresponde ao caudal mínimo necessário paragarantir a transferência total de calor para o refrigerante. Para garantir estecaudal colocou-se um ventilador capaz de debitar um caudal de ar superior.

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5. Dimensionamento dos componentes

Apresenta-se de seguida uma breve descrição das características decada um dos componentes do ciclo termodinâmico.

Características do compressor

As características do compressor CAE9460T utilizado, encontram-se noanexo III.

Dimensões do condensador

Para selecionar o condensador, teve-se em conta o calor da fontequente, Qq, e a variação de temperatura entre o fluido e a temperatura médiado ar que o atravessa. Como , e , com base nocatálogo do anexo VIII selecionou-se o modelo AT-18N com as seguintescaracterísticas:

AT-18NФtubos = 1,2cm Nºtubos=(9×2)

Atotal = 27×26=702cm2

Espessura das alhetas: 0,10mm × 84alhetas = 8,4mmAalhetas = 270×8,4=2268mm2

Atubos =12×270×10=32400mm2

Acontato =35534mm2

Dados do evaporador 

Para o evaporador, uma vez que a capacidade de refrigeração , e , com base no catálogo do anexo VIII selecionou-se omodelo AT-36N, com as seguintes características:

AT-36NNºtubos=18x2

Características da válvula de expansão

A válvula de expansão tem como finalidade regular a quantidade de

líquido refrigerante que é injetado no evaporador.

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Existem vários tipos de válvulas, a válvula manual, automática, de bóia,elétrica e termostática. A válvula termostática foi o tipo de válvula fornecido aogrupo de trabalho.

Na Figura 11, apresentam-se todos os componentes de uma válvula deexpansão termostática.

Figura 11: Representação da válvula de expansão termostática

Dimensionamento das linhas de líquido

Para dimensionar as linhas de líquido do circuito onde circula orefrigerante R422D, recorreu-se à tabela do anexo VII. Através da capacidadede refrigeração e do comprimento estimado das linhas de líquido, obtém-se odiâmetro.

Como a capacidade de refrigeração é de 1514W e o comprimento dalinha é inferior a 8m, o diâmetro é de ¼”, ou seja, 6,35mm. 

Dimensionamento das linhas de aspiração

Para dimensionar as linhas de aspiração do circuito onde circula orefrigerante, recorreu-se á tabela do anexo VIII. Através da capacidade derefrigeração e do comprimento estimado das linhas de aspiração, obtém-se odiâmetro.

A capacidade de refrigeração é 1962W e como o comprimento da linha éinferior a 8m, corresponde a um diâmetro de 5 / 8”, ou seja, 15,875mm. 

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6. Ventilação e conduta de ar

Para dimensionar o ventilador que promove a transferência de calor docondensador para a conduta, foi necessário o cálculo das perdas de carga nosmesmos, para obter o ponto de funcionamento do ventilador com a instalação.

A conduta de ar, com um comprimento de 2 metros, foi dimensionadaem tubo PVC. Com base nos diâmetros disponíveis, de 110mm, e com ocaudal de ar calculado anteriormente de 0,108m3  /s, recorrendo ao anexo IXobtém-se uma velocidade de 10m/s.

De acordo com a Tabela 3: Velocidades máximas e recomendadas paradutos de ar com equipamentos de baixa pressãoTabela 3, verifica-se que o tipo

de instalação será adequado para sistemas instalados em prédios industriaiscom dutos principais, escolas, teatros ou edifícios públicos.

Tabela 3: Velocidades máximas e recomendadas para dutos de ar com equipamentos de baixapressão

Perdas de carga na conduta

Ao longo da conduta de ar ocorrem perdas de carga que vão influenciaro caudal de ar. De seguida calcularam-se as perdas de carga contínuasutilizando dois métodos diferentes.

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Perdas de carga contínua

O primeiro método utilizado foi através da análise do gráfico do anexo IXVerifica-se que a perda de carga obtida é de 1,3mmH20, ou seja,12,75Pa/m, o que corresponde a uma perda de carga de 2,17m, numa condutacom comprimento de 2 metros.

Como no anexo IX não é especificado qual o tipo de material, optou-sepor seguir um método analítico, apresentado nas equações (5.1-5.3)

  (5.1)

 

| , ver anexo X (5.2)

()   (5.3)

Obteve-se um valor de 1,86m de perda de carga, valor que foi utilizadopara efeitos de cálculo posteriores.

Perdas de carga localizadas

As perdas de carga localizadas são perdas de energia dinâmica devido acircunstâncias particulares, tais como estreitamentos, mudanças de direção eoutros componentes que obstruam a passagem de ar.

Perdas de carga nas curvas

Estas perdas foram calculadas com base num coeficiente de perda decarga, k, cujos valores foram retirados da tabela que se encontra no anexo V.Teve-se em conta os dois cotovelos de 90º e uma velocidade de 10m/s, paraos quais se obteve a seguinte perda de carga:

∑   (5.4) 

 

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Perdas de carga no condensador

Como o condensador influência a circulação de ar, é também

considerada uma perda de carga localizada associada. Para os cálculosseguidamente apresentados, foram tidas em conta as dimensões docondensador AT-18N.

Todas as expressões e gráficos utilizados para o cálculo da perda foramfundamentados no livro XX. Como o livro utiliza o sistema de unidadesinglesas, foi utilizado este sistema, sendo no final novamente convertido nosistema SI, para uma melhor noção dos cálculos a serem realizadosrelativamente ao livro.

De seguida apresenta-se a expressão para calcular as perdas de carga,equação (5.4).

* +  (5.4)

Em que, ρ1 e ρ2 são densidade do ar na entrada e saída do permutador.Os parâmetros A e Ac são respetivamente, a área frontal e a área frontaldisponível para a passagem de ar (sem a área das alhetas e uma fila de tubos)e é uma constante que varia conforme o sistema de unidades.

 obtém-se através da expressão, (5.5) onde

é o caudal mássico.

    (5.5)

O é um parâmetro dado pela equação (5.6), e o   vem do gráfico daFigura 13 que por sua vez é obtido da equação (5.7).

  (5.6)

* + * +  (5.7)

O é o numero de Reynolds adquirido pela equação (5.8), é aviscosidade média do ar.

  (5.8),

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A relação é dada pela equação (5.9) onde   é a área total de

transferência de calor( área das alhetas e tubos), , e são parâmetrosfísicos obtidos a partir da Figura 12. 

  (5.9)

De seguida apresentam-se os dados geométricos necessários para oscálculos.

s- distância entre as alhetasD=0,012m

xa=25mmxb=22,5mms =2,86mmy=0,15mm

Assim, substituindo os valores nas equações anteriores vem,

 

 

 

    

   ⁄  

 

Figura 12: Parâmetros físicos docondensador. 

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[ ] [ ] 

 

Figura 13: Fator de correlação para alhetas de placas lisas

A partir do gráfico e do valor de FP calculado anteriormente consegue-sedeterminar o valor do coeficiente de fricção  .

A relação é dada pela equação (5.10).

      (5.10) 

 

[ ]    

Por ultimo, a perda de carga em metros, no condensador é de:

 

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Seleção do ventilador

Tendo as perdas de carga contínuas e localizadas calculadas, é

necessário determinar a curva da instalação. Para isso, determina-se a alturade elevação, Hv, em função do caudal volúmico. Como as perdas de carga nocondensador foram determinadas para uma velocidade de 10m/s, calculou-se aaltura de elevação para essa velocidade e determinou-se a constante, c , naexpressão quadrática (5.4).   (5.4)

A altura de elevação para uma velocidade de 10m/s foi calculada pelaseguinte fórmula:

  () ∑   (5.5)

 

22,01m

Substituindo, vem:  

 

Sabendo que , em que  ,

tem-se que:   (5.6)

A partir desta expressão elaborou-se a Tabela 4, que relaciona a alturade aspiração em função do caudal.

Tabela 4: Altura de aspiração em função do caudal

Q[m3/h] Q[m3/s] Hv[m] Perdas[Pa]100 0,028 1,88 22,11200 0,056 7,523 88,47300 0,083 16,93 199,1350 0,097 23,04 270,95

Com os valores da Tabela 4, traçou-se intersecção dessa curva com acurva de funcionamento do ventilador, como se pode observar na Figura 14. 

Na seleção do ventilador teve-se em conta os ventiladores disponíveis, edestes selecionou-se o que tem o ponto de funcionamento que satisfaz o valor

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de caudal pretendido. A folha de características encontra-se apresentada noanexo XX.

Figura 14: Curva da instalação e do ventilador disponível DD 6-6-14

De acordo com a figura X, tem-se que o ponto de funcionamentodo ventilador é para um caudal de aproximadamente 300m3 /h, que é um poucoinferior ao valor necessário para ocorrer transferência de calor. Uma vez quenão se encontra disponível nenhum ventilador com mais potência, optou-se porutilizar este.

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7. Montagem do sistema

Estando selecionados todos os componentes a implementar no sistemada bomba de calor, procedeu-se à sua montagem. Esta foi baseada noesquema da figura x, que por sua vez foi projetado com base nas normaspráticas referenciadas no livro tratado pratico de refrigeração automatica.

Figura 15: Esquema da instalação

Primeiramente idealizou-se disposição dos componentes, de forma a

minimizar os gastos. Depois, uma vez dispostos os componentes, procedeu-seà seleção e ajustes do tubo de cobre, para o qual foi necessário usar algumasferramentas apresentadas na figura X, Y e Z.

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Figura 16: Cortador de tubo

Figura 17: Ferramenta para encurvar tubos de diâmetro superior a 5/8’’ 

Figura 18: Alargador de tubos de cobre

Depois, recorreu-se à técnica de soldadura oxiacetilénica para unir oscomponentes selecionados, processo que foi bastante moroso devido àquantidade de uniões necessárias e fugas detetadas.

Para efetuar as ligações de tubagem utilizaram-se ligações bicónicas emalguns componentes e brasagem, figura x, nas restantes ligações. A brasagemé um processo térmico que proporciona a junção de peças metálicas por meiode um metal de adição em fusão.

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Figura 19: Maçarico e botijas de oxigénio e acetileno usados na brasagem

Após realizadas as junções procedeu-se a uma verificação de fugas nasmesmas. Os primeiros testes foram realizados com ar comprimido por forma adetetar as fugas maiores, reparando-as com as técnicas acima referidas.

Procedimento

1.  Verificar fugas usando ar comprimido e reparar caso existam;

2.  Instalar as linhas para o vácuo e posterior carga do fluido;

3.  Ligar a bomba de vácuo e criar vácuo no sistema e deixar algum tempo em

vácuo para verificar se esta fechado hermeticamente;

4.  Injetar gás pela linha de baixa pressão com o compressor ligado, ate a pressão

ser a desejada, mas injetar pouco de cada vez para não criar gelo nem carregar liquido;

5.  Medir temperaturas nos pontos do ciclo termodinâmico;

6.  Determinar ciclo real;7.  Ver visor para determinar se existe líquido no sistema;

8.  Regular válvula para ajustar o ciclo ao desejado.

Ligação para funcionamento

Uma vez realizados os procedimentos anteriores, foi preparada aligação da bomba de calor. Certificou-se que as válvulas de aspiração estariamaptas para permitir a passagem de líquido e as válvulas dos manómetrosreguladas para entrar e sair líquido.

Assim sendo, ligou-se a bomba efetuando o carregamento dofluído, injetando-se gás pela linha de baixa pressão até à pressão pretendida,

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através da leitura nos manómetros, injetando-se pouco de cada vez para nãocriar gelo nem fazer com que à entrada do compressor exista líquido.

Com o sistema em funcionamento, ajustou-se a válvula de

expansão para garantir o correto funcionamento do sistema.

A leitura de valores foi realizada recorrendo a dois aparelhos demedida. O termómetro, figura X, através do qual se mediu o valor detemperatura nos diversos estádios do ciclo termodinâmico.

Figura 20: Termopar utilizado para medir as temperaturas

O anemómetro, figura X, serviu para medir o caudal volúmico de ar nasaída da conduta e averiguar se está de acordo com a valor esperado.

Figura 21: Anemómetro utilizado para medir o caudal de ar

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8. Análise dos resultadosDe acordo com os resultados obtidos, podem ser representados dois

ciclos termodinâmicos. Um ciclo ideal, que corresponde ao funcionamentoesperado do sistema, e um ciclo real que vai de encontro com os valoresretirados dos ensaios.

O ciclo ideal foi determinado no capítulo XX, mas deparou-se que ocaudal de ar fornecido pelo ventilador do evaporador, não seria suficiente paraque ocorresse transferência de calor. Então, a solução encontrada baseou-sena diminuição da temperatura Tf para um valor de 3ºC, em vez de 7,2ºC,obtendo assim maior , necessitando de um caudal menor, de acordo com aexpressão que se segue:

 

Com base no ciclo termodinâmico da figura X, retiraram-se osvalores de temperaturas e pressão nos diferentes pontos, que se encontram natabela XX.

Figura 22: Ciclo termodinâmico ideal

As letras A, B e C dizem respeito aos ensaios efetuadosregulando a válvula de expansão termostática. No ensaio C a válvula encontra-se fechada, ou seja, ocorre estrangulamento. No ensaio B encontra-setotalmente aberta, existindo pouca queda de pressão. Para o ensaio A, aválvula encontra-se a meio dos dois estados anteriores.

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Tabela 5: Resultados dos ensaios efetuadosE

nsaio 1 (oC) 2

oC)

3

oC)

4

oC)

P1 

(bar)

bar)

amb

oC)

saída

(oC)

A8 1,5 8 ,1

61 8,8

28

B9,7 2,5 8,6 ,5

61 8,8

27,8

C8,4 0,7 7,5

61 9

27,3

De seguida será apresentado na figura X, a sobreposição entre o ciclotermodinâmico real e o ideal.

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Figura 23: Ciclo termodinâmico, ciclo real (vermelho) e ciclo ideal (preto)

Através da análise da figura X, verificou-se que, devido aosobredimensionamento dos permutadores de calor, existe um

sobreaquecimento até à temperatura de aproximadamente 18ºC e umsubarrefecimento até à temperatura aproximada de 38ºC.O trabalho realizado está dentro do previsto, o mesmo não se verifica

para o calor fornecido e recebido, que sofreram um aumento. Assim, para omesmo trabalho realizado, tem-se uma maior transferência de calor e garante-se que o fluido não entra no compressor no estado líquido.

De forma a avaliar a eficiência da bomba de calor, comparando o cicloideal com o real, calcula-se o COP (coeficiente de desempenho) através daseguinte fórmula:

 

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No ciclo ideal, para um Tf de 3ºC, vem: e  obtém-se:

 

No ciclo real, vem com deltah(W)=20 e deltah(Qq)=140, obtém-se: COPde 7.fcgggf

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9. Conclusões

Uma vez atingidos os objetivos pretendidos, chega a altura de realizarum balanço do projeto desenvolvido.Dizer q é isentropico

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10. Bibliografia

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11. AnexosAnexo I: Enunciado do projetoAnexo II: Capacidade de refrigeração do compressor CAE9460TAnexo III: Perdas de carga contínuasAnexo IV: Coeficiente de perda de carga localizadaAnexo V: Características dos ventiladores disponíveisAnexo VI: Diâmetros das linhas de líquido

Anexo VII: Diâmetro das linhas de aspiraçãoAnexo VIII: Catálogo dos ventiladores disponíveisAnexo IX: Rugosidade absoluta para tubo PVCAnexo X:Anexo XI:Anexo XII:Anexo XIII:.

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Anexo I: Enunciado do projecto

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Anexo II: Capacidade de refrigeração do compressorCAE9460T

Para uma temperatura de vaporização de 7,2oC e uma temperatura decondensação de 55oC, vem que a capacidade de refrigeração é de 1514W.

Figura 24: Capacidade de refrigeração retirada das folhas de caraterísticas do compressorCAE9460T

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Anexo III: Características do compressor CAE9460T

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Anexo IV: Perdas de carga contínuas

Figura 25: Perdas de carga contínuas

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Anexo V: Coeficiente de perda de carga localizada

Tabela 6: Coeficiente de perda de carga localizada

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Anexo VI: Características dos ventiladores disponíveis

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Anexo VII: Diâmetros das linhas de líquido

Tabela 7: Diâmetro das linhas de líquido

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Anexo VIII: Diâmetro das linhas de aspiração

Tabela 8: Diâmetro das linhas de aspiração

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Anexo IX: Catálogo dos permutadores disponíveis

Tabela 9: Catálogo dos ventiladores

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Anexo X: Rugosidade absoluta para tubo PVC

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Anexo XI:

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Anexo XII:

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Anexo XIII:

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Anexo XIV: