Aula 7 - Refrigeração

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REFRIGERAÇÃO, AR 
CONDICIONADO E VENTILAÇÃO
AULA 7
Professor: Elton Mendes
REVISÃO
1. Operações de umidificação e
desumidificação:
Umidificação – A água é resfriada e o ar é
umidificado (torres de resfriamento).
Desumidificação – A água ou um fluido
refrigerante é utilizado para reduzir a umidade e a
temperatura do ar (processos de refrigeração e ar
condicionado).
REVISÃO
2. Medidas de umidade:
Método psicrométrico – A umidade do ar é
obtida por meio das temperaturas de bulbo seco
(temperatura do ar) e bulbo úmido (Tw, temperatura
de saturação adiabática). A partir destas leituras, a
umidade é encontrada por localização na carta
psicrométrica.
REVISÃO
3. Torres de resfriamento:
Em uma torre de resfriamento (umidificação), a
água quente entra em contato com uma mistura
de gás e vapor, mais fria. A massa e o calor são
transferidos da fase líquida para a fase gasosa
(resfriamento do líquido e umidificação da fase
gasosa).
REVISÃO
Torres de tiragem natural
(convecção natural)
Torres de tiragem forçada 
(convecção forçada)
REVISÃO
4. Cálculos para operações de umidificação e
desumidificação:
REVISÃO
4. Cálculos para operações de umidificação e
desumidificação:
I. Linha de operação – Obtida por balanço
de energia da torre de resfriamento.
II. Curva de equilíbrio – A curva ou os dados
de equilíbrio são obtidos na literatura.
III. Altura da torre de resfriamento:
𝑍𝑇 = 𝑁𝑂𝑦 . 𝐻𝑂𝑦
CICLOS DE REFRIGERAÇÃO
Objetivo – Estudar o funcionamento dos ciclos
de refrigeração, idealizados e reais.
O ciclo de compressão a vapor é o mais
usado na prática. Nesse ciclo, o vapor é
comprimido (compressor), condensado
(condensador), tendo posteriormente a sua
pressão reduzida (dispositivo de expansão –
capilar, por exemplo), de modo que o fluido
possa evaporar (evaporador) a baixa pressão.
Máquinas Térmicas vs. Refrigeradores:
Refrigeradores e Bombas de Calor:
DESEMPENHO DE REFRIGERADORES
Coeficiente de performance (COP ou 𝝎):
𝐶𝑂𝑃𝑅 =
efeito de resfriamento
entrada de trabalho
=
𝑄𝐿
𝑊
𝐶𝑂𝑃𝐻𝑃 =
efeito de aquecimento
entrada de trabalho
=
𝑄𝐻
𝑊
𝑊 = 𝑄𝐻 − 𝑄𝐿
𝑄𝐿 e 𝑄𝐻 = Calor absorvido da fonte fria e calor
liberado para a fonte quente, respectivamente.
CICLO DE REFRIGERAÇÃO DE CARNOT
O ciclo de refrigeração de Carnot, ou
ciclo de Carnot reverso, consiste em um ciclo
termodinâmico reversível (ciclo ideal), cuja
eficiência não pode ser superada por
qualquer outro ciclo de refrigeração.
Importante: COPR do ciclo de Carnot reverso
não pode ser superado por nenhum ciclo.
CICLO DE REFRIGERAÇÃO DE CARNOT
CICLO DE REFRIGERAÇÃO DE CARNOT
Coeficiente de performance (COP ou 𝝎):
𝐶𝑂𝑃𝑅 =
𝑄𝐿
𝑊
=
𝑄𝐿
𝑄𝐻 − 𝑄𝐿
𝐶𝑂𝑃𝐻𝑃 =
𝑄𝐻
𝑊
=
𝑄𝐻
𝑄𝐻 − 𝑄𝐿
CICLO DE REFRIGERAÇÃO DE CARNOT
Coeficiente de performance (COP ou 𝝎):
𝐶𝑂𝑃𝑅 =
𝑄𝐿
𝑄𝐻 − 𝑄𝐿
=
𝑇𝐿
𝑇𝐻 − 𝑇𝐿
𝐶𝑂𝑃𝐻𝑃 =
𝑄𝐻
𝑄𝐻 − 𝑄𝐿
=
𝑇𝐻
𝑇𝐻 − 𝑇𝐿
Obs.: Válido para um
refrigerador de Carnot.
CICLO DE REFRIGERAÇÃO DE CARNOT
Coeficiente de performance (COP ou 𝝎):
𝐶𝑂𝑃𝑅 =
𝑄𝐹
𝑄𝑄 − 𝑄𝐹
=
𝑇𝐹
𝑇𝑄 − 𝑇𝐹
𝐶𝑂𝑃𝐻𝑃 =
𝑄𝑄
𝑄𝑄 − 𝑄𝐹
=
𝑇𝑄
𝑇𝑄 − 𝑇𝐹
Obs.: QL = QF e QH = QQ.
Questão 1:
Um espaço refrigerado é mantido a 10 ºC. A maior temperatura
observada durante o ano nesta localidade é 22 ºC. A capacidade
de refrigeração é de 3600 W. (a) Qual o valor do coeficiente de
performance para um refrigerador de Carnot. (b) Qual o valor do
coeficiente de performance real deste refrigerador, sendo este
equivalente a 80% em relação ao coeficiente de performance
máximo do processo? (c) Determine o calor |QQ| liberado na
fonte quente.
Questão 1:
Questão 2:
Um laboratório de controle de qualidade deve ser mantido a 18 ºC
para que a temperatura não altere as propriedades físicas durante
a análise das amostras. Para isto, a líder do setor, chefe do
laboratório de controle, comprou um ar condicionado de 27000
BTU/h. A maior temperatura observada durante o ano nesta
localidade é 34 ºC. (a) Determine o valor do coeficiente de
performance para um refrigerador de Carnot. (b) Qual o valor do
coeficiente de performance real do ar condicionado, sendo este
equivalente a 66% em relação ao coeficiente de performance
máximo do processo? (c) Determine o calor |QQ| liberado para o
meio.
CICLO DE REFRIGERAÇÃO DE CARNOT
Processo 2-3:
Compressão 
úmida
CICLO DE REFRIGERAÇÃO PADRÃO
Processo 1-2:
Compressão 
seca.
CICLO DE REFRIGERAÇÃO PADRÃO
Extremidade 
superaquecida.
CICLO DE REFRIGERAÇÃO PADRÃO
𝐶𝑂𝑃𝑅 =
𝑄𝐿 ou 𝑄𝐹
𝑊
=
ℎ1 − ℎ4
ℎ2 − ℎ1
CICLO DE REFRIGERAÇÃO PADRÃO
𝐶𝑂𝑃𝑅 =
𝑄𝐿 ou 𝑄𝐹
𝑊
=
ℎ1 − ℎ4
ℎ2 − ℎ1
Processo 3-4: Estrangulamento 
isentálpico (h3 = h4).
CICLO DE REFRIGERAÇÃO PADRÃO
𝐶𝑂𝑃𝑅 =
𝑄𝐿 ou 𝑄𝐹
𝑊
=
ℎ1 − ℎ4
ℎ2 − ℎ1
CICLO DE REFRIGERAÇÃO PADRÃO
𝐶𝑂𝑃𝑅 =
𝑄𝐿 ou 𝑄𝐹
𝑊
=
ℎ1 − ℎ4
ℎ2 − ℎ1
Questão 3:
Um refrigerador utiliza R-134a e opera em um ciclo padrão entre
0,14 MPa e 0,8 MPa. Se a vazão mássica de refrigerante for igual a
0,05 kg/s, determine:
a) A capacidade de refrigeração (QL ou QF, em taxa).
b) A potência fornecida ao compressor (W, em taxa).
c) A taxa de calor rejeitada ao ambiente externo (QH ou QQ,
em taxa).
d) O coeficiente de performance do sistema (COPR).
Questão 3:
Questão 3:
Questão 4:
Um refrigerador utiliza R-134a e opera em um ciclo padrão entre 0,12
MPa e 0,90 MPa. Se a vazão mássica de refrigerante for igual a 0,07
kg/s, determine:
a) A capacidade de refrigeração (QL ou QF, em taxa). R: QF = 9,47
kW
b) A potência fornecida ao compressor (W, em taxa). R: W = 2,94 kW
c) A taxa de calor rejeitada ao ambiente externo (QH ou QQ, em
taxa). R: QQ = 12,41 kW
d) O coeficiente de performance do sistema (COPR). R: COPR = 3,22
R: h1 = 236,97 kJ/kg, h2 = 278,98 kJ/kg, h3 = 101,61 kJ/kg, h4 = 101,61
kJ/kg.
CICLO REAL DE COMPRESSÃO A 
VAPOR
O ciclo real de compressão a vapor
apresenta algumas diferenças em relação ao
ciclo padrão, caracterizando-se pela
ineficiência dos processos envolvidos.
As principais diferenças entre esses ciclos
residem nas perdas de carga no evaporador e
condensador, no sub-resfriamento do líquido
que deixa o condensador e no
superaquecimento do vapor na aspiração do
compressor.
Ciclo real de compressão a vaporCiclo de refrigeração padrão
ABSORÇÃO GASOSA
CICLO DE REFRIGERAÇÃO POR 
ABSORÇÃO
Assim como o ciclo de compressão a vapor,
o ciclo de absorção irá operar com o
condensador, com a válvula de expansão e
com o evaporador.
A diferença entre os ciclos está na etapa de
compressão de vapor.
CICLO DE REFRIGERAÇÃO POR 
ABSORÇÃO
Compressão de vapor:
Ciclo de compressão a vapor – Emprega um
compressor.
Ciclo de absorção:
1. Absorve vapor em um líquido absorvente
(absorção).
2. Eleva a pressão do líquido (contendo o
vapor absorvido) com o auxílio de uma
bomba (compressão do líquido).
3. Libera o vapor por aplicação de calor
(dessorção).
1. Absorção.
2. Compressão.
3. Dessorção.
1. Absorvedor – O vapor
proveniente do evaporador
entra em contato com um
líquido absorvente a baixa
temperatura.
2. Bomba – O líquido resultante
tem a sua pressão elevada
por meio de uma bomba.
3. Gerador – Calor é fornecido
ao líquido de modo a
expulsar o vapor da solução
(dessorção). A solução
líquida retorna para o
absorvedor. Neste momento,
a solução está com baixa
concentração de vapor,
podendo ser reutilizada em
um novo ciclo, absorvendo
novamente vapor no
absorvedor.
Obs.: No gerador ocorre o flash
(vaporização parcial) da
solução enriquecida de vapor.
1. Absorvedor – O vapor
proveniente do evaporador
entra em contato com um
líquido absorvente a baixa
temperatura (absorção).
2. Bomba – O líquido resultante
tem a sua pressão elevada
por meio de uma bomba
(compressão).
3. Gerador – Calor é fornecido
ao líquido de modo a
expulsar o vapor da solução
(dessorção).
SÍNTESE
1. Ciclos de refrigeração:
Ciclode refrigeração de Carnot (ideal).
Ciclo de refrigeração padrão.
Ciclo real de compressão a vapor.
Ciclo de refrigeração por absorção.
CICLO DE REFRIGERAÇÃO DE CARNOT
Processo 2-3:
Compressão 
úmida
CICLO DE REFRIGERAÇÃO PADRÃO
Processo 1-2:
Compressão 
seca.
Ciclo real de compressão a vaporCiclo de refrigeração padrão
1. Absorvedor – O vapor
proveniente do evaporador
entra em contato com um
líquido absorvente a baixa
temperatura (absorção).
2. Bomba – O líquido resultante
tem a sua pressão elevada
por meio de uma bomba
(compressão).
3. Gerador – Calor é fornecido
ao líquido de modo a
expulsar o vapor da solução
(dessorção).