02 Aula HVAC

Prévia do material em texto

Prof. Eduardo Caballero, M.Sc. (eduardo.bernardo@kroton.com.br)
Belo Horizonte, 13 de Agosto de 2018 1
Refrigeração, Ar 
Condicionado e Ventilação
Aula 2: Ciclo de refrigeração e bomba de 
calor de Carnot, ciclo padrão e real de 
compressão a vapor.
Calendário Acadêmico 2018.2 - Barreiro
2
Horário de Início das Aplicações das 
Avaliações
Avaliação Horário de início Tolerância* 
Oficial I 20:15h 20:45h
Oficial II 20:15h 20:45h
Avaliações presenciais das 
Disciplinas Interativas e 
Blended´s**
20:30h 21:00h
Avaliação Proeficiência 19:00h 19:30h
2ª chamada e Exame 19:30h 20:00h
3
Equipamentos Eletrônicos
4
Data #Aula Conteúdo Valor Tipo de aula
06/ago 1 Aula Inaugural / Duvidas + Apresentação geral da disciplina Expositiva
13/ago 2 Sistemas Frigoríficos: ciclo de refrigeração e bomba de calor de Carnot/ ciclo padrão e 
real de compressão a vapor Expositiva
20/ago 3 Sistemas Frigoríficos: COP/ desempenho do ciclo padrão/ processo de expansão Expositiva
27/ago 4 Refrigerantes: escolha/ comparação física, química e termodinâmica Expositiva
03/set 5 Refrigerantes:hidrocarbonetos/ refrigerantes primários e secundários Expositiva
10/set 6 AVALIAÇÃO PARCIAL 1 10(30%) avaliação
17/set 7 Correção Parcial + Psicrometria Expositiva
24/set 8 Psicrometria Expositiva
01/out 9 Sistema de Absorção Expositiva
08/out 10 AVALIAÇÃO OFICIAL 1 10(70%) avaliação
15/out 11 * FERIADO * (REPOSTA SÁBADO 20/OUT) Virtual
22/out 12 Sistema de Absorção Expositiva
29/out 13 Camaras Frias Expositiva
05/nov 14 AVALIAÇÃO PARCIAL 2 10(30%) avaliação
12/nov 15 Camaras Frias Expositiva
19/nov 16 Carga Térmica Expositiva
26/nov 17 AVALIAÇÃO OFICIAL 2 10(70%) avaliação
03/dez 18 Duvidas/Livre Expositiva
10/dez 19 2ª CHAMADA (11 A 13 DE DEZEMBRO) 0-10 avaliação
17/dez 20 EXAME FINAL (19 E 20 DE DEZEMBRO) 0-10 avaliação
PLANEJAMENTO DE AULAS - Refrigeração, Ar Condicionado e Ventilação - 2018.2
1
º
 
B
i
m
e
s
t
r
e
2
º
 
B
i
m
e
s
t
r
e
Planejamento
5
Bibliografia
6
� STOECKER, Wilbert F.; JABARDO, J. M. Saiz. Refrigeração industrial. 2. ed. São 
Paulo: Edgard Blücher, 2002. xii, 371 p. ISBN 9788521203056.
Refrigeração, Ar Condicionado e Ventilação
7
Refrigeração, Ar Condicionado e Ventilação
8
Refrigeração, Ar Condicionado e Ventilação
9
� Origem... 
Refrigeração, Ar Condicionado e Ventilação
10
� Origem... 
Refrigeração, Ar Condicionado e Ventilação
11
Refrigeração, Ar Condicionado e Ventilação
12
Anos depois.....
Refrigeração, Ar Condicionado e Ventilação
13
Relembrando Termodinâmica....
14
� Lei Zero da Termodinâmica : Dois corpos a diferentes temperaturas, 
quando em contato entram em equilíbrio térmico.
� 1ªLei da Termodinâmica: Lei da Conservação de Energia Num ciclo 
termodinâmico a variação da energia interna é dada pela diferença entre 
a quantidade de calor trocada com o meio e o trabalho realizado no 
processo (∆U = Q - W).
� 2ªLei da Termodinâmica: A energia tem qualidade e quantidade, e os 
processos reais ocorrem na direção da qualidade decrescente da energia.
� Calor (Q) : energia que flui pela fronteira devido a variação de 
temperatura (Q = m*c* ∆T).
� Trabalho (W): é função da trajetória, medida da energia transferida pela 
aplicação de uma força ao longo de um deslocamento (W = P * V).
� Entalpia (h): combinação de variáveis (h = u + P*v)
- http://www.fem.unicamp.br/~em313/paginas/textos/apostila2.htm
Relembrando Termodinâmica....
15
� Entropia (s): é a medida de quanto um sistema se desorganiza. Para processos reversíveis 
ela permanece constante enquanto que nos irreversíveis ela aumenta. Nas transformações 
irreversíveis a ENTROPIA é a medida da parte da energia que não é convertida em 
trabalho (∆ s = Q / T).
� Titulo (x): percentagem de massa/energia/entalpia/entropia de vapor numa mistura 
líquido-vapor. 
� Interpolação: capacidade de deduzir um valor entre dois valores explicitamente 
anunciados em uma tabela ou gráfico linear - veja material em anexo AVA.
� Qual unidade usamos?
• Resp. BTU (British Thermal Unit): unidade Térmica Britânica. BTU é uma unidade de 
energia, que mede a quantidade de energia necessária para elevar a temperatura. 
BTU é uma unidade que não tem medida, porém equivale a algumas outras unidades, 
como 252,2 calorias e 1055,06 joules. (EXE. Para derreter uma massa de gelo, são 
necessários 143 BTUs.)
)()( 0
01
01
01 xx
xx
yyyxP −
−
−
+=
x = mvap / (mvap + mlíq)
Ciclo de refrigeração 
de Carnot
16
Refrigeração, Ar Condicionado e Ventilação
17
� Nicolas Léonard Sadi Carnot (Paris,
�1796-�1832) foi um físico,
matemático e engenheiro francês
que deu o primeiro modelo teórico
de sucesso sobre as máquinas
térmicas, o ciclo de Carnot, e
apresentou os fundamentos da
segunda lei da termodinâmica.
� O ciclo de refrigeração de
Carnot, é o ciclo de refrigeração
em que a máquina frigorífica é o
mais eficiente possível entre
dois níveis de temperatura.
Ciclo de Carnot
18
4 – 1: Evaporação (isotérmico)
1 – 2: Compressão (adiabático / isoentrópico)
2 – 3: Condensação (isotérmico)
3 – 4: Expansão (adiabático / isoentrópico)
Ciclo de Carnot
19
� É um ciclo ideal (reversível), constituído por 4 etapas reversíveis:
� 2x processos isotérmicos:
1. Evaporação (refrigerante absorve calor de um meio a 
baixa temperatura)
2. Condensação (refrigerante perde calor para um meio a 
temperatura mais alta)
� 2x processos adiabáticos:
1. Compressão (refrigerante tem sua pressão aumentada)
2. Expansão (refrigerante tem sua pressão diminuída)
Ciclo de Carnot
20
Compressão 
adiabática
Expansão 
adiabática
Compressão 
isotermica
Expansão 
isotérmica
Diagrama T-s (H2O)
21
Diagrama P-V
22
Ar condicionado Automotivo
23
1
2
3
4
1 – 2: Compressão 
2 – 3: Condensação
3 – 4: Expansão
4 – 1: Evaporação
Ar condicionado residencial
24
Ciclo de Carnot
25
� Aplicando a 1ª Lei da Termodinâmica para sistemas abertos:
WzgVhmzgVhmQ sssseeee &&&& +



++Σ=



++Σ+ 22
2
1
2
1
absorvidoQQ && = mmm se &&& == 0=W&
evaporadorhmhmQ ssee →=+ &&&
( )12 hhmQabsorvido −= &&



=
=
2
1
hh
hh
s
e
(1) Calor absorvido (taxa de transferência) no evaporador
⁞ [J/s] = [Kg/s] * [J/kg]
Ciclo de Carnot
26
(2) Calor rejeitado no condensador
( )esssee hhmQhmhmQ −=→=+ &&&&&
34 hhhhQQ esrej === &&
( )34 hhmQrej −= &&
( )adiabáticoprocessoQ 0=&
Whmhm ssee &&& += 32 hhhh se ==
( )23 hhmWcompressor −= &&
(3) Potência requerida no compressor
Ciclo de Carnot
27
(4) Potência produzida no motor (turbina)
( )adiabáticoprocessoQ 0=&
Whmhm ssee &&& += 14 hhhh se ==
( )41 hhmWmotor −= &&
Ciclo Padrão de Refrigeração por Compressão de Vapor
28
� Serão realizadas duas modificações no ciclo de 
refrigeração de Carnot para aproximá-lo de um 
processo real:
1. no processo de compressão
2. no processo de expansão
1) No processo de compressão:
� No ciclo de Carnot, o refrigerante no ponto 2 é 
(L+V) saturado e o ponto 3 é vapor saturado.
� No ciclo padrão, o refrigerante no ponto 2 é vapor 
saturado e o ponto 3 é vapor superaquecido.
Ciclo Padrão de Refrigeração por Compressão de Vapor
29
2. No processo de expansão:
Usa-se um dispositivo de expansão mais simples, 
como uma válvula de expansão ou tubo capilar, no 
lugar do motor térmico.
Aplicando a 1ª Lei para este novo dispositivo:
� No Ciclo de Carnot a expansão é isoentrópica (s4=s1).
� No Ciclo Padrão a expansão é isoentálpica (h4=h1)
WzgVhmzgVhmQsssseeee &&&& +



++Σ=



++Σ+ 22
2
1
2
1
ssee hmhm && =
14 hh =
14 hhhh se ==
Ciclo Padrão de Refrigeração por Compressão de Vapor
30
Ciclo de Carnot Ciclo Padrão
1
2
3
4
1 2
34
Ciclo de Carnot
31
1) (livro stoecker)Uma instalação frigorífica abaixo opera segundo um ciclo de
Carnot com R-502. A vazão mássica do refrigerante é 1,4 kg/s. As
temperaturas de condensação e de evaporação são iguais a,
respectivamente, 30°C e -10°C. Calcule:
a) h1, h2, h3, h4
b) A taxa de resfriamento
c) A potência de compressão
d) A potencia do motor térmico
e) A taxa de calor rejeitado no condensador
Refrigerante R502 Saturado
32
Refrigeração, Ar Condicionado e Ventilação
�20/Ago - Próxima aula: COP/ desempenho do ciclo
padrão/ processo de expansão
33
34
BACK-UP
Videos
35
1) https://www.youtube.com/watch?v=VHrfwDax3GA
2) https://www.youtube.com/watch?v=ktpBpgPOPcg 
3) https://www.youtube.com/watch?v=XGBils7S_pI 
Ar condicionado Automotivo
36
37