TA_07_Ciclos Frigoríficos

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15-04-2013 
1 
Ciclos Frigoríficos 
2 
4 1 
3 
Ciclo inverso de CARNOT 
Pc 
Pe 
15-04-2013 
2 
Ciclo inverso de CARNOT 
turbina compressor 
wT wC 
condensador 
3 
qout = qc 
2 
1 evaporador 
qin = qe (efeito frigorífico) 
4 
condensador 
compressor 
3 
1 evaporador 
qin = qe (efeito frigorífico) 
qout = qc 
wc 
4 
2 
válvula de expansão 
Máquina Frigorífica de Compressão Simples 
15-04-2013 
3 
1 
3 
2s 
4 
Ciclo Frigorífico de Compressão Simples 
Pe 
Pc 
1 
2s 
4 
3 
Efeito frigorífico qe wC 
Ciclo Frigorífico de Compressão Simples – diagrama (p-h) 
Temperatura de condensação 
Temperatura de evaporação 
248,3 381,7 425,8 
pe = 1,07 bar 
pc = 8,87 bar 
http://fluidproperties.blogspot.com/2012_02_01_archive.html
15-04-2013 
4 
DADOS – Ciclo frigorífico de compressão simples 
Potência frigorífica 10 kW 
Temperatura de evaporação -25 C 
Temperatura de condensação 35 C 
 
RESOLUÇÃO 
pc = 8,87 bar 
pe = 1,07 bar 
 
qe = h1 – h4 = 381,7 – 248,3 = 133,4 kJ/kg 
 
wc = h2s - h1 = 425,8 – 381,7 = 44,1 kJ/kg 
 
qc = qe + wc = h2 – h3 = 425,8 – 248,3 = 177,5 kJ/kg 
 
COP = qe / wc = 133,4 / 44,1 = 3,02 
 
mR134a = Pfrig / qe = = 10 / 133,4 = 0,075 kg/s 
 
Wc = mR134a wc = 0,075 x 44,1 = 3,31 kW 
 
 
. 
. . 
Parâmetros de Desempenho 
 
 
Máquina Frigorífica (MF): COP = Qevap. / Wcomp. 
 
 
Bomba de Calor (BC): COP = Qcond. / Wcomp. 
 
 
COPBC = COPMF + 1 
 
 
Capacidade de Arrefecimento: Qevap. = mfrig. qe 
 
. . 
. . 
. . 
15-04-2013 
5 
1 
2s 
4 
3 2 
Efeito frigorífico qe wC 
Ciclo Frigorífico de Compressão Simples – real 
Temperatura de condensação 
Temperatura de evaporação pe = 1,07 bar 
pc = 8,87 bar 
1 
2s 
4 
3 
2´ 
Efeito frigorífico qe wC 
1´ 
2 
Ciclo Frigorífico de Compressão Simples – real 
Diferença de pressão 
entre condensador e 
evaporador 
Perda de pressão na 
tubagem de aspiração 
Perda de pressão na 
tubagem de descarga 
Temperatura de condensação 
Temperatura de evaporação pe = 1,07 bar 
pc = 8,87 bar 
248,3 381,7 431,3 
455,7 
http://fluidproperties.blogspot.com/2012_02_01_archive.html
http://fluidproperties.blogspot.com/2012_02_01_archive.html
15-04-2013 
6 
DADOS – Ciclo frigorífico compressão simples - REAL 
Potência frigorífica 10 kW 
Temperatura de evaporação -25 C 
Temperatura de condensação 35 C 
hc = 0,67 
Dpc = 1,13 bar 
Dpe = 0,07 bar 
 
RESOLUÇÃO 
pc = 8,87 bar => pressão saída do compressor = 8,87 + 1,13 = 10,00 bar 
pe = 1,07 bar => pressão entrada do compressor = 1,07 – 0,07 = 1,00 bar 
 
qe = h1 – h4 = 381,7 – 248,3 = 133,4 kJ/kg 
 
wcs = h2s - h1’ = 431,3 – 381,7 = 49,6 kJ/kg 
 
 hc = 0,67 = wcs / wc => wc = 49,6 / 0,67 = 74,0 kJ/kg => h2 = 455,5 kJ/kg 
 
qc = h2’ – h3 = 455,5 – 248,3 = 207,2 kJ/kg 
 
COP = qe / wc = 133,4 / 74,0 = 1,80 
 
mR134a = Pfrig / qe = = 10 / 133,4 = 0,075 kg/s 
 
Wc = mR134a wc = 0,075 x 74,0 = 5,55 kW 
 
 
. 
. . 
condensador 
compressor 
3 
1 evaporador 
qin = qe (efeito frigorífico) 
qout = qc 
wc 
4 
2 
válvula de 
quatro vias 
Máquina Frigorífica de Compressão Simples e Bomba de Calor - 
válvula de quatro vias (Verão) 
15-04-2013 
7 
evaporador 
compressor 
4 
2 condensador 
qout = qc (efeito aquecimento) 
qin = qe 
wc 
3 
1 
Máquina Frigorífica de Compressão Simples e Bomba de Calor - 
válvula de quatro vias (Inverno) 
válvula de 
quatro vias 
condensador 
compressor 
3 
1 evaporador 
qin = qe (efeito frigorífico) 
qout = qc 
wc 
4 
2 
válvula de expansão termostática 
Máquina Frigorífica de Compressão Simples com válvula de 
expansão termostática 
termostato 
15-04-2013 
8 
1 
2s 
4 
3 
Efeito frigorífico qe 
DT0 = 10 C 
Ciclo Frigorífico de Compressão Simples com válvula de expansão 
termostática 
Temperatura de condensação 
Temperatura de evaporação 
Sobreaquecimento 
248,3 391,3 437,4 wC 
pe = 1,07 bar 
pc = 8,87 bar 
DADOS – Ciclo frigorífico de compressão simples com válvula de expansão termostática 
Potência frigorífica 10 kW 
Temperatura de evaporação -25 C 
Temperatura de condensação 35 C 
Sobreaquecimento à saída do evaporador, DT0 = 10 C 
 
RESOLUÇÃO 
pc = 8,87 bar 
pe = 1,07 bar 
 
qe = h1 – h4 = 391,3 – 248,3 = 143,0 kJ/kg 
 
wc = h2s - h1 = 437,4 – 391,3 = 46,1 kJ/kg 
 
qc = qe + wc = h2s – h3 = 437,4 – 248,3 = 189,1 kJ/kg 
 
COP = qe / wc = 143,0 / 46,1 = 3,10 
 
mR134a = Pfrig / qe = = 10 / 143,0 = 0,070 kg/s 
 
Wc = mR134a wc = 0,070 x 46,1 = 3,23 kW 
 
 
. 
. . 
http://fluidproperties.blogspot.com/2012_02_01_archive.html
15-04-2013 
9 
condensador 
compressor 
4 
1 
evaporador 
qin = qe (efeito frigorífico) 
qout = qc 
wc 
6 
3 
Máquina Frigorífica de Compressão Simples com permutador líquido 
gás. 
2 
permutador líquido gás 
5 
2 
3s 
6 
5 
Efeito frigorífico qe 
1 
4 
Dh = 17,4 
Ciclo Frigorífico de Compressão Simples com permutador líquido 
gás. 
Subarrefecimento 
Sobreaquecimento 
248,3 
381,7 
447,8 
Dh = 17,4 
230,9 
399,1 
wC 
pe = 1,07 bar 
pc = 8,87 bar 
DT = 20 C 
http://fluidproperties.blogspot.com/2012_02_01_archive.html
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10 
DADOS – Ciclo frigorífico de compressão simples com permutador líquido gás 
Potência frigorífica 10 kW 
Temperatura de evaporação -25 C 
Temperatura de condensação 35 C 
Sobreaquecimento do vapor no permutador, DT = 20 C 
 
RESOLUÇÃO 
pc = 8,87 bar 
pe = 1,06 bar 
 
no permutador líquido gás m (h2 – h1) = m (h4 – h5) => (h2 – h1) = (h4 – h5) = 17,4 kJ/kg 
 
 
qe = h1 – h6 = 381,7 – 230,9 = 150,8 kJ/kg 
 
wc = h3s – h2 = 447,8 – 399,1 = 48,7 kJ/kg 
 
qc = h3s – h4 = 447,8 – 248,3 = 199,5 kJ/kg 
 
COP = qe / wc = 150,8 / 48,7 = 3,10 
 
mR134a = Pfrig / qe = 10 / 150,8 = 0,066 kg/s 
 
Wc = mR134a wc = 0,066 x 48,7 = 3,21 kW 
 
 
 
 
. 
. . 
. . 
compressor de baixa 
1 
evaporador 
6 
Máquina Frigorífica de Dupla Compressão com arrefecimento 
intermédio por injecção parcial do líquido no gás. 
condensador 5 4 
válvula termostática 
2 
3 
5 
válvula termostática 
compressor de alta 
5 7 
cm
im
em
15-04-2013 
11 
2 3 
6 
5 
Efeito frigorífico qe 
1 
4 
7 
417,6 
432,4 
271,4 450,5 
pe = 2,70 bar 
pc = 24,56 bar 
pi = 8,09 bar 
464,8 
DT0 = 10 C 
DT0 = 10 C 
cm
im
em
DADOS – Ciclo frigorífico de dupla compressão com arrefecimento intermédio por injecção 
parcial do líquido no gás. 
Potência frigorífica 25 kW. Temperatura de evaporação -30 C. Temperatura de condensação 40 C. 
Sobreaquecimento do vapor à saída do evaporador e à saída da injecção do líquido no gás, DT0 = 
10 C. 
 
RESOLUÇÃO 
pe = 2,70 bar 
pc = 24,56 bar 
 
Pressão intermédia pi = (pe x pc)
1/2 = (2,70 x 24,56)1/2 = 8,09 bar 
 
Caudal no evaporador me = Pfrig / qe = 25 / (h1 –h6) = 25 / (417,6 -271,4) = 0,171 kg/s 
 
Balanço de massa e de energia no permutador 
 
 mc = me + mi 
 mi h7 + me h2 = mc h3 
 
 271,4 mi + 0,171 x 450,5 = 0,171 x 432,4 + 432,4 mi 
 mi = 0,019 kg/s 
 mc = 0,190 kg/s 
 
WcB = me (h2 – h1) = 0,171 (450,5 – 417,6) = 5,54 kW 
WcA = mc (h4 – h3) = 0,181 (464,8 – 432,4) = 6,16 kW 
 Wc = WcB + WcA = 5,54 + 6,16 = 11,70 kW 
 
COP = qe / wc = 25 / 11,7 = 2,1 
 
. 
. 
. 
. 
. . . 
. . . 
. 
. . 
. 
. 
. . . 
15-04-2013 
12 
compressor de baixa 
1 
evaporador 
7 
Máquina Frigorífica de Dupla Compressão com refrigerador 
intermédio do tipo fechado - Injecção parcial com serpentina de 
arrefecimento. 
condensador 5 4 
válvula termostática 
2 
3 
8 
6 
válvula termostática 
compressor de alta 
5 
5 cm
im
em
permutador 
2 3 8 
Efeito frigorífico qe 
1 
4 5 
7 
10C 
 6 
DT0 = 10 C 
DT0 = 10 C 
417,6 
432,4 
271,4 450,5 
pe = 2,70 bar 
pc = 24,56 bar 
pi = 8,09 bar 
464,8 
216,2 
200,0cm
im
em
15-04-2013 
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DADOS – Ciclo frigorífico de dupla compressão com refrigerador intermédio do tipo fechado - 
Injecção parcial com serpentina de arrefecimento. 
Potência frigorífica 25 kW. Temperatura de evaporação -30 C. Temperatura de condensação 40 C. 
Sobreaquecimento do vapor à saída do evaporador, DT0 = 10 C. O arrefecimento intermédio, que 
não atinge a linha de vapor saturado, T3 - Ti = 10 C, e o arrefecimento do líquido, T6 - Ti = 10 C, 
são efetuados no permutador P. 
 
RESOLUÇÃO 
pe = 2,70 bar 
pc = 24,56 bar 
 
Pressão intermédia pi = (pe x pc)
1/2 = (2,70 x 24,56)1/2 = 8,09 bar 
 
Caudal no evaporador me = Pfrig / qe = 25 / (h1 –h7) = 25 / (417,6 -216,2) = 0,124 kg/s 
 
Balanço de massa e de energia no permutador 
 
 mc = me + mi 
 me (h5 – h6) = mc h3 - mi h8 - me h2 
 
 0,124 (271,4 - 216,2) = 0,124 x 432,4 + 432,4 mi - 271,4 mi - 0,124 x 450,5 
 mi = 0,057 kg/s 
 mc = 0,181 kg/s 
 
WcB = me (h2 – h1) = 0,124 (450,5 – 417,6) = 4,08 kW 
WcA = mc (h4 – h3) = 0,181 (464,8 – 432,4) = 8,85 kW 
 Wc = WcB + WcA = 4,08 + 8,85 = 9,94 kW 
 
COP = qe / wc = 25 / 9,94 = 2,5 
. 
. . . 
. . . . 
. . 
. . 
. . . 
. 
. 
compressor de baixa 
1 
evaporador 
8 
Máquina Frigorífica de Dupla Compressão com refrigerador 
intermédio do tipo aberto - Injecção total. 
condensador 5 4 
válvula termostática 
2 
3 
6 
7 
válvula termostática 
compressor de alta 
cm
em
permutador 
15-04-2013 
14 
2 3 6 
Efeito frigorífico qe 
1 
4 5 
8 
DT0 = 10 C 
DT0 = 10 C 
417,6 
432,4 
271,4 450,5 
pe = 2,70 bar 
pc = 24,56 bar 
pi = 8,09 bar 
464,8 200,0 
cm
em
7 
DADOS – Ciclo frigorífico de dupla compressão com refrigerador intermédio do tipo aberto - 
Injecção total. 
Potência frigorífica 25 kW. Temperatura de evaporação -30 C. Temperatura de condensação 40 C. 
Sobreaquecimento do vapor à saída do evaporador e do permutador intermédio, DT0 = 10 C. 
 
RESOLUÇÃO 
pe = 2,70 bar 
pc = 24,56 bar 
 
Pressão intermédia pi = (pe x pc)
1/2 = (2,70 x 24,56)1/2 = 8,09 bar 
 
Caudal no evaporador me = Pfrig / qe = 25 / (h1 –h8) = 25 / (417,6 - 200,0) = 0,115 kg/s 
 
Balanço de massa e de energia no permutador 
 mc + me = mc + me 
 mi (h2 – h7) = mc (h3 –h6) 
 
 0,115 x (450,5 – 200,0) = mc x (432,4 - 271,4) 
 mc = 0,179 kg/s 
 
WcB = me (h2 – h1) = 0,115 (450,5 – 417,6) = 3,78 kW 
WcA = mc (h4 – h3) = 0,179 (464,8 – 432,4) = 5,79 kW 
 Wc = WcB + WcA = 3,78 + 5,79 = 9,57 kW 
 
COP = qe / wc = 25 / 9,57 = 2,6 
 
. 
. 
. 
. 
. 
. . 
. 
. 
. . . 
. 
. 
. 
. 
15-04-2013 
15 
http://fluidproperties.blogspot.com/2012_02_01_archive.html