Roteiro 4 - Sistema de refrigeração

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<p>R O T E I R O D E</p><p>A P R E N D I Z A D O A T I V O</p><p>M Á Q U I N A S T É R M I C A S</p><p>Curso: Engenharia</p><p>Mecânica</p><p>Sistemas de Refrigeração Semana 04</p><p>Olá caro(a) aluno (a)</p><p>Os sistemas de refrigeração proporcionam um enorme conforto à nossa</p><p>vida, desde os dispositivos mais essenciais, utilizados para conservação de</p><p>alimentos como geladeiras e congeladores até os equipamentos para conforto</p><p>térmico como o ar condicionado.</p><p>O ciclo de refrigeração mais comum acontece a partir da compressão de</p><p>vapor e tem quatro componentes principais: compressor, condensador, válvula</p><p>de expansão e evaporador. O processo funciona da seguinte maneira: O fluido</p><p>refrigerante entra no compressor na forma de vapor e é comprimido até a</p><p>pressão do condensador. Esse vapor deixa o compressor a uma temperatura</p><p>relativamente alta e, à medida que escoa pelo condensador, resfria e condensa,</p><p>dissipando calor para o ambiente. Na sequência, o fluido pelo dispositivo de</p><p>expansão e sofre uma queda de</p><p>pressão e temperatura. Após a</p><p>etapa, o fluido abaixa temperatura,</p><p>entra no evaporador e evapora, ao</p><p>retirar o calor do compartimento</p><p>refrigerado, o ciclo é finalizado</p><p>quando o refrigerante deixa o</p><p>evaporador e entra novamente no</p><p>compressor - Figura 1.</p><p>Figura 1 - Esquema do ciclo de refrigeração</p><p>por compressão de vapor.</p><p>Em um sistema de refrigeração, o objetivo é retirar a maior quantidade de calor</p><p>possível utilizando a menor quantidade de trabalho. Esse parâmetro de eficiência pode</p><p>ser medido através do coeficiente de performance (COP).</p><p>𝐶𝑂𝑃𝑅 =</p><p>𝑄𝐿</p><p>𝑊𝑙í𝑞</p><p>Onde:</p><p>COPR é o coeficiente de performance do refrigerador;</p><p>QL é o calor retirado do ambiente (pelo evaporador);</p><p>Wlíq é o trabalho realizado pelo compressor.</p><p>As bombas de calor são equipamentos que tem como objetivo o aumento da</p><p>temperatura de um ambiente, esses equipamentos funcionam assim como no ciclo dos</p><p>refrigeradores, no entanto o objetivo não é retirar calor do ambiente (no evaporador)</p><p>como fazemos nos refrigeradores, mas sim fornecer calor a um ambiente, e o</p><p>equipamento que irá fornecer esse calor ao ambiente é o condensador. Para o cálculo</p><p>do COP de uma bomba de calor, temos então que analisar qual é a relação entre o</p><p>calor fornecido pelo condensador e o trabalho gasto pelo compressor.</p><p>𝐶𝑂𝑃𝐵𝑄 =</p><p>𝑄𝐻</p><p>𝑊𝑙í𝑞</p><p>Agora que já relembramos esses conceitos que nos auxiliarão no decorrer</p><p>deste módulo, vamos praticar?</p><p>VÍDEO-POCKET LEARNING</p><p>https://youtu.be/VvzQzfEuWFQ</p><p>https://youtu.be/VvzQzfEuWFQ</p><p>MÃO NA MASSA</p><p>Atividade 1. Preencha os trechos a seguir:</p><p>• A transferência de calor ocorre naturalmente no sentido ___________ de</p><p>temperatura, isto é, do corpo ou do local de _______temperatura para o corpo</p><p>ou local de _______ temperatura. O processo inverso não ocorre de maneira</p><p>espontânea e é necessário o uso de dispositivos chamados de _______.</p><p>• Os refrigeradores, enquanto máquinas térmicas, operam em ciclos em que o</p><p>fluido de trabalho é chamado de _______. O ciclo de refrigeração mais comum</p><p>acontece a partir da compressão de vapor e tem quatro componentes</p><p>principais: _______, _______, _______e _______.</p><p>Atividade 2 – Analise o esquema do ciclo de refrigeração por compressão de</p><p>vapor utilizado em refrigeradores domésticos e preencha o nome dos principais</p><p>componentes de forma correta:</p><p>Atividade 3 – Preenchas os trechos a seguir:</p><p>• O fluido refrigerante entra no ________na forma de vapor e é comprimido</p><p>até a pressão do ________. Esse vapor deixa o compressor a uma</p><p>temperatura relativamente ________.</p><p>• Á medida que escoa pelo ________, resfria e ________, dissipando calor</p><p>para o ambiente.</p><p>• Na sequência, o fluido entra em um ________ e pelo efeito de</p><p>estrangulamento, sofre uma ________ de pressão e temperatura.</p><p>• Após a etapa, o fluido ________ temperatura, entra no ________ e evapora,</p><p>ao retirar o calor do compartimento refrigerado.</p><p>• O ciclo é finalizado quando o refrigerante deixa o ________ e entra</p><p>novamente no ________.</p><p>Atividade 4.</p><p>Um ciclo de refrigeração trabalha com o gás R134a e opera entre as</p><p>pressões de 2 bar e 10 bar, se a vazão mássica do refrigerante é de 0,2kg/s,</p><p>qual será a capacidade de refrigeração? A potência do compressor? A taxa de</p><p>calor rejeitada ao ambiente? E o COP do ciclo?</p><p>Atividade 1. Resposta.</p><p>• A transferência de calor ocorre naturalmente no sentido decrescente de</p><p>temperatura, isto é, do corpo ou do local de maior temperatura para o corpo</p><p>ou local de menor temperatura. O processo inverso não ocorre de maneira</p><p>espontânea e é necessário o uso de dispositivos chamados de</p><p>refrigeradores.</p><p>• Os refrigeradores, enquanto máquinas térmicas, operam em ciclos em que</p><p>o fluido de trabalho é chamado de refrigerante. O ciclo de refrigeração mais</p><p>comum acontece a partir da compressão de vapor e tem quatro</p><p>componentes principais: compressor, condensador, válvula de expansão</p><p>e evaporador.</p><p>RESOLUÇÃO PASSO-A-</p><p>PASSO E GABARITO</p><p>Atividade 2 – Resposta.</p><p>Atividade 3 – Preenchas os trechos a seguir:</p><p>• O fluido refrigerante entra no compressor na forma de vapor e é comprimido</p><p>até a pressão do condensador. Esse vapor deixa o compressor a uma</p><p>temperatura relativamente alta.</p><p>• Á medida que escoa pelo condensador, resfria e condensa, dissipando calor</p><p>para o ambiente.</p><p>• Na sequência, o fluido entra em um tubo capilar e pelo efeito de</p><p>estrangulamento, sofre uma queda de pressão e temperatura.</p><p>• Após a etapa, o fluido abaixa temperatura, entra no evaporador e evapora,</p><p>ao retirar o calor do compartimento refrigerado.</p><p>• O ciclo é finalizado quando o refrigerante deixa o evaporador e entra</p><p>novamente no compressor.</p><p>Atividade 4.</p><p>Estado 1: P1=2bar e vap. Saturado, então h1=241,30kJ/kg e s1=0,9253kJ/kgK</p><p>Estado 2: P2=8bar e s2=s1=0,9253kJ/kgK,</p><p>Como não temos o valor de entalpia para a entropia=0,9253kJ/kgK, temos</p><p>que fazer uma interpolação.</p><p>0,9374 − 0,9066</p><p>0,9374 − 0,9253</p><p>=</p><p>273,66 − 264,15</p><p>273,66 − ℎ2</p><p>Assim, h2= 269,92</p><p>Estado 3: P3=8 bar e líq saturado, então h3=93,42kJ/kg</p><p>Estado 4: h4=h3=93,42kJ/kg</p><p>Capacidade de refrigeração</p><p>�̇�𝐿 = �̇�(ℎ1 − ℎ4)</p><p>�̇�𝐿 = 0,2</p><p>𝑘𝑔</p><p>𝑠</p><p>(241,30 − 93,42)</p><p>𝑘𝐽</p><p>𝑘𝑔</p><p>= 29,58𝑘𝑊</p><p>Potência de compressão</p><p>�̇�𝑖𝑛 = �̇�(ℎ2 − ℎ1)</p><p>�̇�𝑖𝑛 = 0,2</p><p>𝑘𝑔</p><p>𝑠</p><p>(269,92 − 241,30)</p><p>𝑘𝐽</p><p>𝑘𝑔</p><p>= 6,82𝑘𝑊</p><p>Calor Rejeitado</p><p>�̇�𝐻 = �̇�(ℎ3 − ℎ2)</p><p>�̇�𝐻 = 0,2</p><p>𝑘𝑔</p><p>𝑠</p><p>(93,42 − 269,92)</p><p>𝑘𝐽</p><p>𝑘𝑔</p><p>= −35,3𝑘𝑊</p><p>COP do ciclo</p><p>𝐶𝑂𝑃 =</p><p>�̇�𝐿</p><p>�̇�𝑖𝑛</p><p>=</p><p>29,58</p><p>6,82</p><p>= 4,34</p><p>REFERÊNCIA</p><p>RODRIGUEZ, J. M. F. Máquinas Térmicas, Centro Universitário Unicesumar.</p><p>Maringá, 2021, 340 p.</p><p>INCROPERA, F.P., BERGMAN, T.L., DEWITT, D.P. (2008), Fundamentos de</p><p>transferência de calor e de massa, 6ª ed., Editora LTC, Rio de Janeiro-RJ, 643p</p><p>OLENDER, A. Tabelas Termodinâmicas. Escola Politécnica da Universidade de São</p><p>Paulo, 31 p.</p><p>MORAN M. J., SHAPIRO H. N., BOETTNER D. D. E BAILEY M. B. (2014). Princípios</p><p>de Termodinâmica para Engenharia, LTC Editora: 7ª edição, 2018, Rio de Janeiro.</p><p>MATERIAIS</p><p>LIVRO DIDÁTICO, PAPEL, LÁPIS,</p><p>COMPUTADOR</p><p>EQUIPE PEDAGÓGICA HÍBRIDOS</p><p>ENGENHARIAS</p>