Relátorio Refrigeração Psicometria

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UNIVERSIDADE METODISTA DE PIRACICABA
FACULDADE DE ENGENHARIA, ARQUITETURA E URBANISMO
CURSO DE ENGENHARIA INDUSTRIAL MECÂNICA
Wesley Camargo Fernandes Ferreira
Hugo Leonardo Rosa Cunha
Rafael Henrique Neves da Silva
Eduardo Zucolo Denadai
Thiago Roveroni
Geziel Fernando Gomes 
CICLO DE REFRIGERAÇÃO - PSICROMETRIA
SANTA BARBARA D’OESTE - SP
ABRIL - 2013�
Wesley Camargo Fernandes Ferreira
Hugo Leonardo Rosa Cunha
Rafael Henrique Neves da Silva
Eduardo Zucolo Denadai
Thiago Roveroni
Geziel Fernando Gomes 
 
CICLO DE REFRIGERAÇÃO - PSICROMETRIA
Relatório técnico apresentado para avaliação da Disciplina de Laboratório de Máquinas Térmicas do 7º semestre, do curso de Engenharia Industrial Mecânica, da Universidade Metodista de Piracicaba sob orientação dos Professores André Damiani Rocha e Adeilton Fernandes.
SANTA BARBARA D’OESTE - SP
ABRIL - 2013
SUMÁRIO
	1. OBJETIVO...................................................................................................................
	3
	2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS..................................................................................
	4
	2.1 PSICROMETRIA.................................................................................................
	4
	2.1.1 Carta Psicrométrica.........................................................................................
	4
	2.1.2 Umidade Relativa...........................................................................................
	5
	2.1.3 Umidade Absoluta..........................................................................................
	5
	2.1.4 Entalpia...........................................................................................................
	5
	2.1.5 Volume Especifico..........................................................................................
	5
	2.1.6 Temperatura de Bulbo Úmido........................................................................
	5
	2.2 EVAPORADOR....................................................................................................
	6
	2.2.1 Evaporador de expansão direta........................................................................
	6
	2.2.2 Evaporador de expansão indireta.....................................................................
	7
	2.3 CONDENSADOR................................................................................................. 
	8
	2.3.1 Condensador resfriado a ar..............................................................................
	8
	2.3.2Condensador resfriado a água..........................................................................
	9
	3. EQUIPAMENTOS UTILIZADOS E MONTAGEM EXPERIMENTAL.............
	10
	3.1 EQUIPAMENTOS E MATERIAIS...................................................................
	10
	3.2 MONTAGEM EXPERIMENTAL.....................................................................
	11
	4. METODOLOGIA........................................................................................................
	15
	5. ANÁLISE DOS DADOS, RESULTADOS E DISCUSSÕES...................................
	17
	6. COMENTÁRIOS E OBSERVAÇÕES FINAIS.......................................................
	18
	7. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA...........................................................................
	19
	ANEXO – CARTAS PSICROMETRICAS EVAPORADOR /CONDENSADOR
	
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OBJETIVO
Analisar os processos psicrométricos que envolvam o evaporador e condensador de um sistema de refrigeração de compressão de vapores, apresentando formas de abordagem e resolução para este processo.
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FUNDAMENTOS TEÓRICOS
2.1 PSICROMETRIA 
Psicrométria é o estudo das misturas de ar e vapor de água , ou seja, é o estudo do ar úmido.
Os princípios de psicrométria se aplica em assuntos relacionados a carga térmica , sistemas de ar condicionado e torres de resfriamento. 
2.1.1 Carta Psicrométrica.
È um diagrama utilizado na simplificação dos estudos das propriedades do ar, que através deste diagrama encontramos a umidade relativa, temperatura de ponto de orvalho e a entalpia do sistema estudado. Como demonstra a figura 2.1 abaixo:
Figura 2.1 – Modelo de Carta Psicrometrica 
Fonte: Wilbert F. Stoecker e Jerold W. Jones. Refrigeração e Ar Condicionado (1985).
2.1.2 Umidade Relativa.
É definida como sendo a razão entre a fração molar do vapor de água no ar úmido e a fração do vapor de água no ar saturado á mesma temperatura e pressão.
 2.1.3 Umidade Absoluta.
É a massa contida em 1kg de ar .
2.1.4 Entalpia.
A entalpia é quantidade de energia interna em relação a um ponto de referencia. A entalpia do vapor de água, foi determinada na condição de vapor saturado, embora o vapor esteja superaquecido.
2.1.5 Volume Especifico.
É definido como volume em m³ de mistura por kg de ar seco, podendo também ser definido como volume em m³ do ar seco por kg de ar úmido.
2.1.6 Temperatura de Bulbo Úmido
É a temperatura do ar medida com um termômetro comum, cujo bulbo é coberto por uma mecha úmida. A redução da temperatura de bulbo úmido depende do teor de umidade do ar, quanto menor esta a umidade do ar, maior a queda da temperatura. A diferença da temperatura de bulbo seco e a temperatura de bulbo úmido fornece a umidade relativa, através da carta psicrométrica. A Figura 2.2 abaixo ilustra um termômetro de bulbo úmido em conjunto á um termômetro de bulbo seco.
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Figura 2.2 – Termômetro Bulbo Seco x Termômetro Bulbo Úmido.
2.2 EVAPORADOR
 Um evaporador é uma superfície de transferência de calor na qual o fluido refrigerante tem o objetivo de remover calor de um espaço ou produto refrigerado. Por causa das muitas e diversas aplicações da refrigeração e climatização, os evaporadores são fabricados em uma grande variedade de tipos, formas, tamanhos e projetos, e podem ser classificados de diferentes modos, tais como tipo de construção, método de alimentação dos líquidos, condição de operação, método de circulação do ar (ou líquido), tipo de controle de refrigerante, e aplicação.
2.2.1 Evaporador de expansão direta
São evaporadores que realizam a troca de calor por fora dos tubos que são envolvidos por aletas que aumentam a condutância de calor, o conjunto aletado cria certa resistência ao fluido (ar) que gera uma maior troca de calor.
Figura 2.3 – Exemplo de evaporadores de expansão direta.
Fonte: SENAI. Amônia em Sistemas de Refrigeração (2003).
2.2.2 Evaporador de expansão indireta
Na refrigeração industrial se utiliza o evaporador de expansão indireta, ou seja, ao invés do evaporador realizar a troca de calor por ar, ele realiza a troca de calor com outro tipo de fluido (água), onde o fluido é bombeado e realizara o resfriamento de algum processo pela passagem da água gelada.
Figura 2.4 – Evaporador Shell & Tube (utilizado em Chiller´s, unidades de água gelada). 
Fonte: SENAI. Amônia em Sistemas de Refrigeração (2003).
Figura 2.5 – Trocador de calor de placas.
Fonte: SENAI. Amônia em Sistemas de Refrigeração (2003).
2.3 CONDENSADOR 
Condensadores são empregados em circuitos de refrigeração e ar condicionado e tem como objetivo condensar o fluido refrigerante proveniente da descarga do compressor, assim desse modo rejeitando o calor adquirido no sistema.
2.3.1 Condensador resfriado a ar
Transferem o calor diretamente para o ar externo utilizando forçadores de ar, esse tipo de condensador é semelhante ao evaporador.
Figura 2.6 – Trocador de calor de placas.
Fonte: SENAI. Amônia em Sistemas de Refrigeração (2003).
2.3.2 Condensador resfriado a água
Condensadores resfriados a água exigem três estágios para a transferência de calor:
Primeiro o calor é transferido do refrigerante,no condensador para a água que circula no mesmo.
Depois a água é transferida de dentro do condensador para fora, através de uma tubulação e uma bomba, que leva a uma torre de resfriamento.
A torre de resfriamento rejeita o calor para o ar externo. 
Figura 2.7 – Exemplo de um condensador resfriado a água.
Fonte: SENAI. Amônia em Sistemas de Refrigeração (2003).
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EQUIPAMENTOS UTILIZADOS E MONTAGEM EXPERIMENTAL
3.1 EQUIPAMENTOS E MATERIAIS
Compressor;
Condensador;
Ventiladores;
Tubos de cobre;
Filtro de impurezas;
Tanque de líquido;
Válvulas;
Evaporador;
Válvula de expansão;
Motor Elétrico 220V;
Fluído refrigerante (R– 12);
Termopares com bulbo seco e bulbo úmido;
Anemômetro;
3.2 MONTAGEM EXPERIMENTAL
	Para realização do experimento utilizou-se uma instalação semelhante à de uma geladeira, tendo o compressor, reservatório do refrigerante (utilizado apenas em uso didático), evaporador, condensador e uma válvula de expansão para avaliar o ciclo.Conforme a figura 3.1.
Figura 3.1 – Foto da montagem experimental; (a) unidade compressora, (b) evaporador, (c) condensador, (d) filtro, (e) válvula de expansão e (f) reservatório de líquido.
	Foram instalação dois sensores na entrada e saída do condensador e evaporador sendo um sensor de bulbo úmido e outro de bulbo seco, para que possamos avaliar a psicrométrica do sistema. Conforme a figura 3.2.
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Figura 3.2 – Sensores Termopares de bulbo seco e bulbo úmido na entrada evaporador e condensador
	O gás utilizado no experimento é o R-12 (CFC), o mesmo não é mais utilizado comercialmente devido á agressão a camada de ozônio. 
	Com o equipamento em estado de equilíbrio e funcionando em regime permanente iniciamos a coleta dos dados em tempo real da temperatura de entrada no evaporador e condensador.
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Figura 3.3 – Dados Coletas em LabView Temperatura de Entrada
Em seguida coletados os dados das saídas do evaporador e condensador. Conforme as figuras 3.4.
Figura 3.4 – Dados Coletados no software LabView Temperatura de Saída
	
Após a coleta das temperaturas de bulbo úmido e bulbo seco na entrada e saída do condensador e evaporador, iremos coletar com auxilio de um anemômetro as velocidades média na entrada e saída do condensador e evaporador.Figura 3.5
Figura 3.5 – Anemômetro Digital 
	
Com um auxilio de termopares, foi utilizado o software LabVIEW para obter as temperaturas nos pontos de entrada e saída, para se poder calcular o fluxo de calor recebido pelo ar no condensador e cedido pelo ar no evaporador. 
METODOLOGIA
Considerando a operação em regime permanente do sistema de compressão de vapor, medimos as temperaturas do bulbo seco e do bulbo úmido na entrada e saída do evaporador e do condensador, para posterior análise com carta psicrométrica.
Em seguida, com auxílio de um anemômetro, medimos as velocidades máximas do ar na entrada e saída do condensador e do evaporador.
E com os dados da área transversal de saída e entrada de cada elemento, calculamos a área para entrada e saída do evaporador e do condensador. Finalizando assim os dados iniciais do experimento.
	
	Evaporador
	Condensador
	
	Entrada
	Saída
	Entrada
	Saída
	Área [m²]
	0,0425
	0,064
	0,025
	0,026
	Velocidade [m/s²]
	3,3
	4
	1,3
	2,5
	Temp. Bulbo úmido [C]
	22,7
	20,51
	22,67
	24,68
	Temp. Bulbo seco [C]
	30,04
	18,42
	30,13
	37,59
Tabela 4.1 – Dados obtidos no experimento.
Com os dados de temperatura de bulbo seco e bulbo úmido, conseguimos determinar o estado psicrométrico em cada ponto com o auxílio da carta psicrométrica ( vide anexo ).
	
	Evaporador
	Condensador
	
	Entrada
	Saída
	Entrada
	Saída
	Umidade relativa [ Ø ]
	57%
	100%
	53%
	36%
	Umidade absoluta [ ω ]
	0,15
	0,015
	0,014
	0,013
	Entalpia específica [ ma + mhv ]
	68
	57
	66
	72
	Volume especifico [ Ѵ ar ]
	0,88
	0,85
	0,88
	0,9
Tabela 4.2 – Estado psicométrico.
Para determinarmos o fluxo de calor recebido pelo ar no condensador, e o fluxo de calor cedido pelo ar no condensador, primeiramente tivemos que calcular a vazão volumétrica ( Ѵ ) na entrada tanto para o condensador quanto para o evaporador.
Ṽ = V x A [Eq. 4.1]
Com o resultado da vazão volumétrica pudemos calcular a vazão mássica (Ṁ) para ambos por:
Ṁ = Ṽ / Ѵ ar [Eq. 4.2 ]
Calculada a vazão mássica (Ṁ) do evaporador e do condensador, conseguimos finalmente determinar o fluxo de calor recebido pelo ar no condensador e cedido pelo ar no evaporador.
Q.VC = Ṁ x [( ha + mhv)2 – ( ha + mhv)1] [ Eq 4.3 ]
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 5 - ANÁLISE DOS DADOS, RESULTADOS E DISCUSSÕES.
A partir da carta psicrométrica e das equações relacionadas no capítulo anterior foi possível encontrar o fluxo de calor para o condensador e para o evaporador.
	 
	Evaporador
	Condensador
	Fluxo de calor [Kg / cal. ]
	-1,76
	69,56
Tabela 5.1 – Fluxo de Calor no Condensador e Evaporador
Percebemos que o valor de fluxo de calor para o condensador foi positivo, já para o evaporador foi negativo. Isto ocorre devido ao fato de o condensador recebe calor pelo ar, enquanto o evaporador cede calor pelo ar.
- COMENTÁRIOS E OBSERVAÇÕES FINAIS
Pelo posteriormente visto, concluímos que o ciclo de refrigeração pode ser analisado por meio da psicrometria. Sendo que o condensador devido a rejeitar calor pelo ar úmido tem um fluxo de calor positivo, ao contrario do evaporador que, devido a ceder calor tem um fluxo de calor negativo.
Com a Psicrometria podemos analisar o fluxo de calor cedido e rejeitado no sistema de refrigeração, encontrar a temperatura de orvalho do sistema.
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7- REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
[1] STOECKER, W. F.; JONES, J. W. Refrigeração e Ar Condicionado, Rio de Janeiro, McGRAW-HILL, 1985
[2] MORAN, Michael J.; SHAPIRO, Howard N. Princípios de Termodinâmica para Engenharia. 4. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2002.
Amônia em Sistemas de Refrigeração, Escola SENAI Oscar Rodrigues Alves, 2003.