6 - Ciclo de Refrigeracao e BC

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Introdução aos Sistemas Térmicos
Aula 06
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o
 G
u
im
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s
Sistemas de refrigeração e bombas de calor
Sistemas de refrigeração e bombas de calor
Cap. 10 – Sistemas de refrigeração e 
bombas de calor
10.1 – Sistemas de refrigeração a vapor Carnot
CH
C
MÁX TT
T


10.2 – Analisando sistemas de refrigeração por 
compressão de vapor
10.2.1 – Avaliando trabalho e transferência de calor
41
entra hh
m
Q


 entraQ

Capacidade frigorífica 
[kcal/h] [kW] ....
12
c hh
m
W



Potência de compressão
[kW] ....
cW

32
sai hh
m
Q


 saiQ

Calor rejeitado 
[kcal/h] [kW] ....
43 hh 
Expansão isoentálpica
(estrangulamento)
1s2
41
c
entra
hh
hh
mW
mQ





Desempenho
Exemplo 1 Refrigerante 134a
T3=26 oC psat=6,853 bar
]s/kg[08,0m 
Exemplo 1 Refrigerante 134a
Ponto 1 => vapor saturado T=0 oC => h1=247,23 [kJ/kg] / s1=0,9190 [kJ/kg.K]
Ponto 2 => vapor super-aquecido / s2s=s1=0,9190 [kJ/kg.K] =>T2s30 oC => h2s=264,7 [kJ/kg]
T3=26 oC psat=6,853 bar
Ponto 3 => líquido saturado =>T3=26 oC => h3=85,75 [kJ/kg]
Ponto 4 => mistura líquido/vapor =>T4=0 oC => h4=85,75 [kJ/kg] => x= 0,24
]s/kg[08,0m 
= 0,08(264,7 - 247,23)=0,08x17,47=1,39 [kW]=1,9 CV
 =12,91 / 1,39 = 9,24 
)hh(mW 12c  

)hh(mQ 41entra  
 = 0,08(247,23-85,75)=0,08x161,48=12,91 [kW]
MÁX = 273 / (299 – 273) = 10,5 
Exemplo 2
T3=35,53 oC psat=9 bar
Exemplo 2
Exemplo 2
Exemplo 2
Exemplo 2
Ponto 1 => vapor saturado T=-10 oC => h1=241,35 [kJ/kg] / s1=0,9253 [kJ/kg.K]
Ponto 2 => vapor super-aquecido / s2s=s1=0,9253 [kJ/kg.K] =>T2s42 oC => h2s=272,39 [kJ/kg]
Ponto 3 => líquido saturado =>T3=35,53 oC => h3=99,56 [kJ/kg]
Ponto 4 => mistura líquido/vapor =>T4= -10 oC => h4=99,56 [kJ/kg]
T3=35,53 oC psat=9 bar
= 0,08 (272,39 - 241,53)
= 0,08x30,86=2,48 [kW]=3,37 CV
 =11,34 / 2,48 = 4,57 
)hh(mW 1s2c  

)hh(mQ 41entra  

= 0,08 (241,35-99,56)
= 0,08x141,79=11,34 [kW]
MÁX = 10,5 
30oC
Exemplo 3
p=9 bar
26oC
0oC
30oC
Exemplo 3
p=9 bar
= 0,08 (280,15 - 241,53)
= 0,08x38,62=3,09 [kW]=4,2 CV
 =11,99 / 3,09 = 3,87 
)hh(mW 12c  

)hh(mQ 41entra  

= 0,08 (241,35-91,49)
= 0,08x149,86=11,99 [kW]
MÁX = = 10,5 
26oC
0oC
Ponto 1 => vapor saturado T=-10 oC => h1=241,35 [kJ/kg] / s1=0,9253 [kJ/kg.K]
Ponto 2s => vapor super-aquecido / s2s=s1=0,9253 [kJ/kg.K] =>T2s42 oC => h2s=272,39 [kJ/kg]
Ponto 3 => líquido comprimido =>T3=30 oC => h3=91,49 [kJ/kg]
Ponto 4 => mistura líquido/vapor =>T4= -10 oC => h4=91,49 [kJ/kg]
 
)hh(
)hh(
mW
mW
12
1s2
c
sc
c





]kg/kJ[15,280h
35,241h
35,24139,272
8,0 2
2




10.3 – Propriedade dos fluidos refrigerantes
1940 a 1990 - Fluidos refrigerantes --- CFCs => Afetam a camada de ozônio
Refrigerante 12 – CCl2F2 é um exemplo
Atualmente - Fluidos refrigerantes --- HFCs e HCFcs
=> Afetam menos a camada de ozônio
Refrigerante 134a – CF3CH2F é um exemplo de HFCs
Refrigerante 22 – CHClF2 é um exemplo de HCFCs
Amônia – NH3
10.4 – Sistema de compressão em cascata e multiestágios
10.4.1 – Sistema de compressão em cascata
10.4 – Sistema de compressão em cascata e multiestágios
10.4.2 – Sistema de compressão multiestágios
Câmara Frigorífica
Temperatura ambiente a 25 oC
Produtos
 0 oC
Circuito de refrigeração simples
Evaporador
Condensador
Válvula
Motor-Elétrico
Compressor
1
2
4
3
T
h
Diagrama T-h
0
25
-10
35
1 2
34
Fábricas de gelo
Gelo
 0 oC
Circuito de refrigeração de um estágio
1
2
4
3
T
h
Diagrama T-h
0
25
-10
35
1
2
3
4
Evaporadores
Condensadores
Separador
de Líquido Compressores
Túneis de congelamento
 -30 oC
Produtos
Circuito de refrigeração de dupla 
expansão
Evaporadores
Compressores
primeiro estágio Condensadores
Separador de
Líquido Compressores
segundo estágio
Separador de
Líquido
1
2
4
3
T
Diagrama T-h
-30
25
-10
35
1
2
3
4
5 6
7
-35
5
6
7
h
8
8
Túneis de congelamento
 -30 oC
Produtos
Circuito de refrigeração de dupla expansão 
com resfriador intermediário
Evaporadores
Compressores
primeiro estágio Condensadores
Resfriador 
Intermediário Compressores
segundo estágio
Separador de
Líquido
1
2
4
3
T
Diagrama T-h
-30
25
-10
35
1
2
3
4
5 6
7
-35
5
6
7
h
Coeficiente de performance:
Fábricas de gelo
Gelo
 0 oC
1
2
4
3
T
h
Diagrama T-h
0
25
-10
35
1
2
3
4
Evaporadores
Condensadores
Separador
de Líquido Compressores
m
Coeficiente de performance é a relação
entre o efeito frigorífico e a potência 
elétrica fornecida aos compressores
em regime de temperatura específico:
COP = Qevap / Welet 
Welet
Condensadores
Wc5
Wc7Wc6
RI
-10 °C
SL-3
-40 °C
SL-4
-40 °C
Coletor -40 °C
Recipientes de amônia
SL-2
-10 °C
SL-1
0 °C
Wc9
m1
Coletor -10 °C Coletor 0 °C
EV-1
EV-2
EV-3EV-4
m2
m5
m3
1
4
m4
Coletor de alta
Wc8Wc1 Wc4
98
10
6
7
5
2
3
Circuito de Refrigeração
Regime 0 oC ->
Circuito de um estágio
Regime -10 oC ->
Circuito de um estágio
Regime -40 oC -> 
Túnel Recrusul
Circuito de dupla 
expansão com RI
Regime -40 oC -> 
Túnel Madef
Circuito de dupla 
expansão sem RI
Climatização
1.810 Mcal/h
Fábrica 
de Gelo
627 Mcal/h
RecrusulMadef
1.072 Mcal/h824 Mcal/h
6 7
1 4 5 8
9
Medições realizadas: Pontos de medição de vazão
10.5 – Sistema de refrigeração por absorção
10.5 – Sistema de refrigeração por absorção
10.5 – Sistema de refrigeração por absorção
Água - Amônia
Evaporador
Condensador
Absorvedor
Válvula 
de 
expansão
Bomba
Gerador
Válvula
Solução ForteSolução Fraca
Amônia
Trocador 
de calor
Retificador
entraQ

entraQ

saiQ

saiQ

W
10.6 – Bombas de Calor
10.6 – Bombas de Calor