MAPA - REFRIGERACAO E CONDICIONAMENTO DE AR

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<p>Mapa – Refrigeração e Condicionamento de Ar</p><p>a) Abaixo, na Figura 1 tem-se Ciclo de Refrigeração de Carnot ou reverso e na Figura 2, tem-se o Ciclo Ideal de Refrigeração por Compressão à Vapor. O ciclo de Refrigeração de Carnot é composto pelos seguintes processos termodinâmicos:</p><p>· Processo 12: expansão reversível e adiabático.</p><p>· Processo 23: absorção de calor a temperatura constante ();</p><p>· Processo 34: compressão reversível e adiabática;</p><p>· Processo 41: remoção de calor a temperatura constante ().</p><p>Figura 1 – Ciclo de Refrigeração de Carnot</p><p>Fonte: Çengel e Boles (2006)</p><p>O Ciclo Ideal de Refrigeração por Compressão à Vapor é composto pelos seguintes processos termodinâmicos:</p><p>· Processo 12: compressão reversível e adiabático.</p><p>· Processo 23: remoção de calor a pressão constante;</p><p>· Processo 34: expansão isoentálpica.</p><p>· Processo 41: absorção de calor a pressão constante.</p><p>Figura 2 – Ciclo de Refrigeração de Carnot</p><p>Fonte: Çengel e Boles (2006)</p><p>Os estados termodinâmicos de acordo com o ciclo apresentado na Figura 2 é: (1) vapor saturado; (2) vapor superaquecido; (3) líquido saturado e (4) saturação.</p><p>b) No ciclo de refrigeração de Carnot, assim como no ciclo ideal de refrigeração de compressão a vapor, a compressão se dá de maneira reversível e adiabática, ou seja, isentrópica. Após a compressão, tem-se uma remoção de calor, que ocorre a temperatura constante no caso do ciclo de Carnot e a pressão constante no ciclo ideal de refrigeração de compressão a vapor.</p><p>Após a remoção de calor, no ciclo de Carnot, a expansão se dá de maneira reversível e adiabática, ou seja, isentrópica, enquanto que no ciclo ideal, o processo é isoentálpico. Depois da expansão, tem-se uma absorção de calor, que ocorre a temperatura constante no caso do ciclo de Carnot e a pressão constante no ciclo ideal de refrigeração de compressão a vapor.</p><p>Basicamente a diferença entre os ciclos se dão nos processos de transferência de calor, que são isotérmicos no caso do ciclo de Carnot e isobárico no caso do ciclo ideal. Além disso, a expansão no caso do ciclo de Carnot é reversível e adiabática, ou seja, isentrópica, enquanto que no ciclo ideal, a expansão é isoentálpica.</p><p>c) Nas análises da primeira lei da termodinâmica para todos os componentes, adota-se o funcionamento em regime permanente, o desprezo das variações de energia cinética potencial e cinética.</p><p>Ciclo de Carnot de Refrigeração:</p><p>Compressor: adiabático e reversível</p><p>Condensador: isotérmico</p><p>Dispositivo de Expansão: adiabático e reversível</p><p>Evaporador: isotérmico</p><p>Ciclo Ideal de Refrigeração de Compressão à Vapor:</p><p>Compressor: adiabático e reversível</p><p>Condensador: isobárico</p><p>Dispositivo de Expansão: isoentálpico (adiabático)</p><p>Evaporador: isotérmico</p><p>d) Para o ciclo de Carnot, o COP é determinado por:</p><p>Para o Ciclo Ideal de Refrigeração de Compressão à Vapor:</p><p>O Ciclo de Carnot de Refrigeração é o ciclo de refrigeração no qual a eficiência é a máxima possível, pois despreza as perdas nos processos de compressão e expansão por meio da transferência de calor, atrito e etc, e, também, devido às transferência de calor ocorrerem à temperatura constante, resultando em processos reversíveis, ou seja, sem perdas. Com isso, o máximo COP que pode ser obtido por um sistema de refrigeração operando entre as temperaturas de fonte quente () e sumidouro () é o do ciclo de refrigeração de Carnot.</p><p>Portanto, espera-se sempre que o COP do ciclo de refrigeração real ou ideal seja sempre menor que o COP de Carnot para as mesmas temperaturas de fonte quente () e sumidouro (). Quanto mais próximo do COP de Carnot, mais eficiente e menos perdas possuem o ciclo de refrigeração, logo, este é o limite máximo do COP a ser atingido. Além disso, pode-se afirmar que quanto maior o COP, melhor é o sistema de refrigeração, uma vez que quando maior o COP, maior será o calor a ser retirado do ambiente a ser refrigerado em relação ao consumo de energia do sistema de refrigeração.</p><p>e) Entre os compressores utilizados em sistemas de refrigeração de compressão a vapor, pode-se citar:</p><p>· Compressores alternativos: utilizados principalmente em refrigeradores e condicionadores de ar domésticos de potência da ordem de 30 kW (40 hp);</p><p>· Compressores rotativos do tipo scroll;</p><p>· Compressores rotativos do tipo parafuso.</p><p>1) Compressor alternativo semi-herméticos (Bitzer, s.d.):</p><p>· Fabricante: Bitzer;</p><p>· Modelo do compressor: compressor semi-hermético BITZER ECOLINE, Modelo 6GE-40;</p><p>· Parâmetros Operacionais (considerando o refrigerante o R134a): temperatura máxima de condensação 85, temperatura de evaporação mínima -20ºC; capacidade frigorífica máxima de 194100 W; Potência consumida máxima 41,4 kW; vazão de 153 m³/h;</p><p>· Vantagens: vazão única de operação; eficiência térmica alta; press]ao de escape tem uma ampla faixa de operação; tem grande capacidade de adaptabilidade. Desvantagens: estrutura complexa e volumosa; vibração durante a operação a máquina; fluxo de ar tem pulsação; maior manutenção;</p><p>· Aplicação: utilizados principalmente em refrigeradores e condicionadores de ar domésticos</p><p>2) Compressor rotativos do tipo scroll (Schulz, s.d.):</p><p>· Fabricante: Schulz;</p><p>· Modelo do compressor: compressor scroll Schulz SCR4030;</p><p>· Parâmetros Operacionais (considerando o refrigerante o R134a): Potência consumida máxima 4 kW; vazão de 118 a 150 m³/h; pressão de 6 a 10 bar;</p><p>· Vantagens: isentos de óleo; compactos e relativamente silenciosos; alta eficiência e tecnologia de regulação de velocidade. Desvantagens: requer alta precisão; baixo desempenho sob condições diferentes de trabalho.</p><p>· Aplicação: utilizados principalmente em refrigeradores e condicionadores de ar que requerem um controle preciso da temperatura.</p><p>3) Compressor rotativos do tipo parafuso (Kaeser Compressores, s.d.):</p><p>· Fabricante: KAESER;</p><p>· Modelo do compressor: compressor de parafuso série SX-HSD; HSD 650;</p><p>· Parâmetros Operacionais (considerando o refrigerante o R134a): Potência consumida máxima 500 kW; vazão de 58,27 a 84,40 m³/h; pressão de 7,5 a 15 bar;</p><p>· Vantagens: consome menos energia; maior vazão efetiva que o alternativo; possui maior rendimento que o alternativo, ou seja, consome menos potência; menos custos de manutenção no dia-a-dia. Desvantagens: alto ruído de execução; consumo de energia alto quando funciona em alta velocidade; maior custo de reparo e necessita substituição com mais frequência.</p><p>· Aplicação: utilizados principalmente em sistemas de refrigeração que requerem altas capacidade de funcionamento, como frigoríficos e etc.</p><p>f) Para uma eficiência energética adequada é necessário listar que parâmetros influenciam na carga térmica do ambiente. Estes serão separados em três classificações:</p><p>I. Carga térmica de infiltração e ventilação: é decorrente pela infiltração, desejada ou não, de ar externo. É influenciada pelo nº de portas e janelas, suas vedações e a densidade populacional e área do escritório. Para garantir a eficiência energética neste quesito seria importante utilizar portas e janelas bem vedadas, além de garantir uma quantidade pequena de pessoas trabalhando no escritório por m², pois isso garantia uma necessidade menor de inserção de ar exterior no ambiente, assegurando uma qualidade do ar aceitável.</p><p>II. Carga térmica de transmissão: é decorrente do fluxo de calor das paredes e tetos para o ambiente. É influenciada pela localização geográfica do escritório, materiais das paredes e tetos, umidade e temperatura interna e externa e cor das paredes. Neste caso, a eficiência energética pode ser garantida utilizando matérias nas paredes e tetos que aumentem a resistência térmica e, consequentemente, dificultam o fluxo de calor para o ambiente interno. Além disso, evitar utilizar vidros ou utilizar persianas para dificultar a penetração da radiação solar podem auxiliar numa diminuição da carga térmica.</p><p>III. Carga térmica interna: é decorrente das pessoas, iluminação e equipamentos do escritório. É influenciada pelo número de pessoas, número, potência e fator de utilização de lâmpadas, quantidade de equipamentos e o fator de utilização destes equipamentos.</p><p>Para garantir a eficiência energética, é interessante a utilização de lâmpadas de LED e ter o uso racional de equipamentos, lâmpadas e acessórios que possam dissipar calor no ambiente.</p><p>g) Conforme é possível visualizar na Figura 3, existe uma relação entre pressão e temperatura de saturação para diversos refrigerantes. Nota-se claramente que para atingir temperatura mais baixas de evaporação, é necessário o sistema estar operando a pressão mais baixas.</p><p>Figura 3 – Diagramas de Pressão x Temperatura de Saturação para Refrigerantes</p><p>Fonte: The Engineering ToolBox (2010).</p><p>Logo, por exemplo, é inviável utilizar o fluido R12 para sistemas de refrigeração de frigoríficos de carne, uma vez que a pressão deveria bem próxima do 0 absoluto. Para atingir esta pressão, deveria haver um sistema caríssimo para diminuir a pressão do fluido refrigerante, além de se ter uma preocupação muito grande com vazamento e inserção de ar externa na tubulação do refrigerante.</p><p>Além disso, se lembrarmos a definição do COP:</p><p>nota-se que quanto maior a diferente de temperatura entre a temperatura de evaporação e condensação, maior será o COP do sistema, ou seja, maior será o consumo de energia necessária para realizar a compressão do fluido refrigerante no compressor.</p><p>Desta forma, selecionar refrigerantes no qual seja necessário uma menor compressão para que estes atinjam as temperaturas de evaporação e condensação desejadas é um fator importante que garante um COP maior, ou seja, um consumo menor de energia e uma melhor eficiências energética.</p><p>Referências Bibliográficas:</p><p>[1] BITZER. Catálogo de Compressores Alternativos Semi-Herméticos.</p><p>[2] ÇENGEL, Y. A., BOLES, M. A., Termodinâmica. 5a Edição, São Paulo: McGraw Hill, 2006.</p><p>[3] KAESER COMPRESSORES. Catálogo Compressores de Parafuso: Séries SX-HSD. São Paulo.</p><p>[4] SCHULZ. Catálogo Compressor Scroll SCR4000 Isento de Óleo. Joinville.</p><p>[5] THE ENGINEERING TOOLBOX. Refrigerants - Pressure vs. Temperature Charts. [online]. 2010 Disponível em:<https://www.engineeringtoolbox.com/refrigerant-temperature-pressure-chart-d_1683.html>. Acessado em 30 de julho de 2024.</p><p>image1.png</p><p>image2.png</p><p>image3.png</p>