Coolpack para vapor

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SIMULAÇÃO DO CICLO DE COMPRESSÃO DE VAPOR COM AUXÍLIO DO SOFTWARE COOLPACK
 
Eugyanndro Costa da Silva, gyanndro@gmail.com
Ivan , ivan_raphael@hotmail.com
Ivson Roberto Damasceno Silva de Sousa, ivsondamasceno@gmail.com
1UFRN – Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Campus universitário Lagoa Nova, CEP 59078-
Resumo: O presente trabalho trata-se de um experimento para simular o ciclo de refrigeração por compressão de vapor de uma Câmara Resfriadora utilizando o software CoolPack 1.5. Foram medidas as temperaturas em diversos pontos do ciclo e em tempos diferentes, a fim de lançar os dados no software e poder comparar os resultados obtidos. 
Palavras-chave: refrigeração, CoolPack
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INTRODUÇÃO 
O ciclo de compressão de vapor é o mais utilizado em equipamentos frigoríficos para produção de ar resfriado: tanto para conforto térmico, como para refrigeração de produtos. Os ciclos de refrigeração são adequadamente representados em um diagrama de pressão por entalpia:
Figura 1: Diagrama P x h
Basicamente, um o sistema de refrigeração é composto por um fluido refrigerante, um compressor, um condensador, um tubo capilar (válvula de expansão), um evaporador e um filtro secador.
Os processos termodinâmicos que constituem o ciclo teórico em seus respectivos equipamentos são:
	Processo 1-2: Ocorre no compressor. É um processo adiabático reversível e, portanto, isentrópico. O refrigerante entra no compressor à pressão do evaporador e com título igual a 1. O refrigerante é então comprimido até atingir a pressão de condensação e, ao sair do compressor está superaquecido e a uma temperatura maior que a de condensação.
	Processo 2-3: Ocorre no condensador. É um processo de rejeição de calor à pressão constante. Neste processo o fluido é resfriado até a temperatura de condensação e, a seguir, condensado até tornar-se líquido saturado.
	Processo 3-4:Ocorre no dispositivo de expansão. É uma expansão irreversível a entalpia constante. A entropia do refrigerante na saída do dispositivo de expansão será maior que a entropia do refrigerante na sua entrada.
	Processo 4-1: Ocorre no evaporador. É um processo de transferência de calor a pressão constante e temperatura constante, desde vapor úmido até atingir o estado de vapor saturado seco. Observe que o calor transferido ao refrigerante não modifica a temperatura do refrigerante, mas somente muda sua qualidade.
Quando o refrigerador apresenta problemas no seu circuito podem haver problemas como o superaquecimento e sub-resfriamento fora dos limites recomendados. O superaquecimento se refere ao número de graus que o vapor está acima da temperatura de saturação em uma determinada pressão. É a variação da temperatura, após a evaporação de todo o fluido refrigerante no evaporador. A quantidade de superaquecimento é definida pela diferença de temperatura de saturação e a temperatura real do vapor de refrigerante. Já o sub-resfriamento é a condição em que o líquido refrigerante está mais frio que a temperatura mínima necessária para evitar que entre em ebuliçõa, portanto, a mudança do liquido para a fase gasosa. A quantidade sub-resfriamento é dada pela diferença entre a temperatura de saturação e a temperatura real do refrigerante.
METODOLOGIA
Foi feita a avaliação da performance de uma câmara frigorífica didática usando como refrigerante o R-22 e utilizando um coeficiente isentrópico do compressor 1 para o caso ideal e 0,65 para o caso real. Foram instalados 9 termopares no sistema localizados em:
Entrada do Compressor
Descarga do Compressor
Entrada do Condensador
Condensador
Saída do Condensador
Evaporador
Saída do Evaporador
Câmara Frigorífica
Ambiente externo
As temperaturas foram medidas nos tempos 0,3,6,9,12 e 15 minutos após a estabilização da máquina.
A partir dos dados registrados, foi-se inserido no software CoolPack 1.5 os valores de temperatura de evaporação e de condensação para se obter o ciclo ideal, e as temperaturas de superaquecimento, sub-resfriamento, evaporação e condensação para se obter o ciclo real.
Figura 2: Sistema de Refrigeração
DISCUSSÕES E RESULTADOS 
No compressor há um fluxo de entrada e um fluxo de saída: me = ms = m, adimitindo que o processo de compressão é adiabático e reversível, isto é, isentrópico. Assim, se o processo ocorre em regime permanente e se W é o trabalho realizazado sobre o volume de controle (VC), temos que:
			 (Equação 1)
Em um ciclo de refrigeração, o objetivo é a remoção de calor do ambiente a ser refrigerado. Assim, seu coeficiente de performance (COP) é definido como sendo a razão entre o calor retirado e o trabalho realizado:
 
				(Equação 2)
Assim,
				(Equação 3)
O COP depende da temperatura de evaporação, da temperatra de condensação, das propriedades do refrigerante na sucção do evaporador e de todos os componentes do sistema: compressor, condensador, evaporador, válvula de expansão, entre outros.
As equações para os valores de transferência de calor frio do meio a ser resfriado para o evaporador e transferência de calor quente do condensador para o meio externo são:
	Para o condensador ideal:
				(Equação 3)
	Para o evaporador ideal:
				(Equação 4)
	Eficiência Isentrópica do Compressor:
					(Equação 5)
Ao lançar os resultados no programa, obtivemos os seguintes resultados (O ciclo ideal está em preto e o ciclo real em amarelo):
Para T = 0
Foram obtidos os seguintes resultados, primeiramente para o ciclo ideal e depois para o ciclo real:
Para T = 3:
Foram obtidos os seguintes resultados, primeiramente para o ciclo ideal e depois para o ciclo real:
:
Para T = 6:
Foram obtidos os seguintes resultados, primeiramente para o ciclo ideal e depois para o ciclo real:
Para T = 9:
Foram obtidos os seguintes resultados, primeiramente para o ciclo ideal e depois para o ciclo real:
Para T = 12:
Foram obtidos os seguintes resultados, primeiramente para o ciclo ideal e depois para o ciclo real:
Para T = 15:
Foram obtidos os seguintes resultados, primeiramente para o ciclo ideal e depois para o ciclo real:
CONCLUSÕES
A partir do experimento realizado no laboratório, foi observado as variações das temperaturas dos componentes do sistema de refrigeração(câmara frigorífica), onde as mesmas foram inseridas no programa COOLPACK, e a partir dos dados coletados, observamos no ciclo real o sub-resfriamento na saída do condensador, onde tínhamos liquido comprimido, e o superaquecimento na sucção, onde tínhamos vapor super-aquecido. Já no ciclo ideal, verificou-se que era líquido saturado na saída do condensador e vapor saturado na entrada do compressor, e, em relação ao processo de compressão, no ciclo ideal o processo é isentrópico e no ciclo real, é melhor representado por um processo politrópico.
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Michael A. Boles, Yunus A. Cengel, 2013, “Termodinâmica”, Editora MCGRAW-HILL INTERAMERICANA - 7ªEd. 
COSTA, E. C. , 1982, “Refrigeração”, Editora Edgard Blucher Ltda, São Paulo.
YAMANE, E. e SAITO, H., 1986, “Tecnologia do Condicionamento de Ar”, Editora Edgard Blucher Ltda.
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