Aula 2 - Sistemas de Compressao a Vapor Simples estagio

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TMTM--182 REFRIGERA182 REFRIGERAÇÃÇÃO E CLIMATIZAO E CLIMATIZAÇÃÇÃOO
Prof. Dr. Rudmar Serafim Matos
Universidade Federal do Paraná
Setor de Tecnologia
Departamento de Engenharia Mecânica
2. SISTEMAS DE COMPRESSÃO A VAPOR DE ÚNICO ESTÁGIO
Os sistemas de refrigeração por compressão a vapor são os 
mais usados dentre todos os sistemas de refrigeração.
A refrigeração é obtida com o refrigerante evaporando a baixas 
temperaturas.
O sistema opera a trabalho sob a forma de energia mecânica 
necessária para movimentar o compressor (sistemas mecânicos 
de refrigeração).
Disponível para atender quase todas as aplicações de refrigeração 
com capacidades desde poucos watts até alguns megawatts.
• todos os processos são ideais:
• não existe atrito;
• não existe troca de calor, somente as indicadas no ciclo;
• modelo perfeito de refrigeração; 
• usado como referência para comparação com o ciclo real.
2.1 CICLO DE REFRIGERAÇÃO DE CARNOT
Em 1824 Sadi Carnot, publicou um tratado denominado: 
““ReflectionsReflections of of thethe Motive Motive PowerPower of of HeatHeat”.”.
2. SISTEMAS DE COMPRESSÃO A VAPOR DE ÚNICO ESTÁGIO
2.1 CICLO DE REFRIGERAÇÃO DE CARNOT
• compressão adiabática, 1-2;
• liberação isotérmica de calor, 2-3;
• expansão adiabática, 3-4; 
• admissão isotérmica de calor, 4-1.
2. SISTEMAS DE COMPRESSÃO A VAPOR DE ÚNICO ESTÁGIO
2.1 CICLO DE REFRIGERAÇÃO DE CARNOT
qc T - T = ∆ cT
ef T - T = ∆ eT
↓∆↑↑= T UAQ 
) - /( ece TTTCOP =
Dificuldades práticas:
• compressão úmida;
• extração de trabalho por expansão 
de líquido saturado na turbina, não é 
viável economicamente;
2. SISTEMAS DE COMPRESSÃO A VAPOR DE ÚNICO ESTÁGIO
2.2 CICLO ELEMENTAR DE REFRIGERAÇÃO
O refrigerante R-22 a pressão 
atmosférica (101,325 kPa) absorve 
calor e evapora a –40,8oC .
2. SISTEMAS DE COMPRESSÃO A VAPOR DE ÚNICO ESTÁGIO
2.3 CICLO SATURADO SIMPLES DE COMPRESSÃO A VAPOR
2.3.1 Componentes do ciclo de refrigeração
2. SISTEMAS DE COMPRESSÃO A VAPOR DE ÚNICO ESTÁGIO
2.3 CICLO SATURADO SIMPLES DE COMPRESSÃO A VAPOR
2.3.2 Diagrama Pressão-Entalpia, P-h
Sistema Internacional:
h1=200 kJ/kg e 
s1=1,0 kJ/kg K, T=0oC.
2.3.3 Dados termodinâmicos: Tabelas e Cartas
VAPOR ÚMIDO
Ponto crítico
LÍQUIDO
VAPOR
SUPER AQUECIDO
LÍ
QU
ID
O 
SA
TU
RA
DO
V
A
PO
R 
SA
TU
RA
D
O
 S
EC
O
s =
 co
ns
t
ν = const
t = const
2. SISTEMAS DE COMPRESSÃO A VAPOR DE ÚNICO ESTÁGIO
2.3 CICLO SATURADO SIMPLES DE COMPRESSÃO A VAPOR
2.3.4 Processos do ciclo de refrigeração
•EXPANSÃO (3-4)
•EVAPORAÇÃO (4-1)
•COMPRESSÃO (1-2)
•CONDENSAÇÃO (2-3)
CD
EV
VE CP
CP
CD
EV
Qe
cQ
cpW
LADO DE ALTA PRESSÃO
LADO DE BAIXA PRESSÃO
VE
CÂMARA FRIA
2. SISTEMAS DE COMPRESSÃO A VAPOR DE ÚNICO ESTÁGIO
2.3 CICLO SATURADO SIMPLES DE COMPRESSÃO A VAPOR
2.3.5 Cálculos no Ciclo Saturado Simples:
• 1a. Lei da Termodinâmica:
•para todo o ciclo: •para cada componente:






++





++=+ 1
2
1
112
2
2
22 gz
Vh m-gzVhm W Q
22
&&&&
tubcpccpe Q Q Q W Q &&&&& ±+=+
• ∆Ec e ∆Ep
(desprezadas)
0=tubQ&
0=cpQ&
PLANO DE REFERÊNCIA
V1
V2
m1
m2
z1
2z
W
Q
E
1
2
2. SISTEMAS DE COMPRESSÃO A VAPOR DE ÚNICO ESTÁGIO
2.3 CICLO SATURADO SIMPLES DE COMPRESSÃO A VAPOR
2.3.5 Cálculos no Ciclo Saturado Simples:
)h(hER 41 −= )h-(hm)h-h m Q 3141e &&& == (
)h-(h
Qm
41
e
&
& =
1m V ν&& =
)h(hER 04perda −=
EX
PA
N
SÃ
O
EVAPORAÇÃO
CONDENSAÇÃO
CO
M
PR
ES
SÃ
O
CALOR TOTAL REJEITADO
L S
EFEITO DE
REFRIGERAÇÃO
FLASH
GAS
CALOR DE
COMPR.
t c
t e
pc
pe
2. SISTEMAS DE COMPRESSÃO A VAPOR DE ÚNICO ESTÁGIO
2.3 CICLO SATURADO SIMPLES DE COMPRESSÃO A VAPOR
2.3.5 Cálculos no Ciclo Saturado Simples:
)h-h m W 12cp (&& =
isen
cp
real cp,
W
 W
η
=
&
&
)h-h m Q 32c (&& =
)h(h
)h(h
 W
 QCOP
12'
41
cp
e
−
−
== &
&
EX
PA
N
SÃ
O
EVAPORAÇÃO
CONDENSAÇÃO
CO
M
PR
ES
SÃ
O
CALOR TOTAL REJEITADO
L S
EFEITO DE
REFRIGERAÇÃO
FLASH
GAS
CALOR DE
COMPR.
t c
t e
pc
pe
2. SISTEMAS DE COMPRESSÃO A VAPOR DE ÚNICO ESTÁGIO
2.3 CICLO SATURADO SIMPLES DE COMPRESSÃO A VAPOR
2.3.5 Cálculos no Ciclo Saturado Simples:
)h(h
)h(h
 W
 QCOP
12'
32'
cp
c
BC −
−
== &
&
Ttiet ∆−= )t(f iet =
)ar( C 10 externo ar bsc tt +=
)água( C 5 águac tt +=
)t(f eep = )t(f ccp =
EX
PA
N
SÃ
O
EVAPORAÇÃO
CONDENSAÇÃO
CO
M
PR
ES
SÃ
O
CALOR TOTAL REJEITADO
L S
EFEITO DE
REFRIGERAÇÃO
FLASH
GAS
CALOR DE
COMPR.
t c
t e
pc
pe
2.4 CICLO REAL DE COMPRESSÃO A VAPOR
2.4.1 Superaquecimento do Vapor de Sucção:
es ttS −=A
O Que O Que éé??
Onde ocorre?Onde ocorre?
••Na LS fora da cNa LS fora da cââmaramara
•• Em um TC fora da cEm um TC fora da cââmaramara
C/ RUC/ RU S/ RUS/ RU
c
e
ep
t
p
ct
t s
SA
•• No final do evaporadorNo final do evaporador
•• Na LS dentro da cNa LS dentro da cââmaramara
2. SISTEMAS DE COMPRESSÃO A VAPOR DE ÚNICO ESTÁGIO
2. SISTEMAS DE COMPRESSÃO A VAPOR DE ÚNICO ESTÁGIO
2.4 CICLO REAL DE COMPRESSÃO A VAPOR
2.4.1 Superaquecimento do Vapor de Sucção:
c
e
ep
t
p
ct
t s
SA
• Evita chegar refrigerante 
no estado líquido no 
compressor.
• Porém o SA não deve ser 
elevado pois o vapor tem a 
função de resfriar o 
compressor.
Qual a importQual a importâância do SA?ncia do SA?
2. SISTEMAS DE COMPRESSÃO A VAPOR DE ÚNICO ESTÁGIO
2.4 CICLO REAL DE COMPRESSÃO A VAPOR
2.4.2 Subresfriamento do Líquido Refrigerante:
O Que O Que éé??
cl ttS −=R
• No final do condensador
• Na Linha de líquido
• No Tanque de líquido
• Em um TC
Onde ocorre?Onde ocorre?c
pe
t e
p
SR
lt t c
2. SISTEMAS DE COMPRESSÃO A VAPOR DE ÚNICO ESTÁGIO
2.4 CICLO REAL DE COMPRESSÃO A VAPOR
2.4.2 Subresfriamento do Líquido Refrigerante:
c
pe
t e
p
SR
lt t c
Qual a importQual a importâância do SR?ncia do SR?
• Garante refrigerante no estado líquido chegando à VE.
• Aumenta o ER.
2. SISTEMAS DE COMPRESSÃO A VAPOR DE ÚNICO ESTÁGIO
2.4 CICLO REAL DE COMPRESSÃO A VAPOR
CICLO REAL DE UM EQUIPAMENTO DE AR CONDICIONADO
CP
35 Co
o48 C 14 Co
o24 C
p = 2100 kPac
p = 2100 kPac
t = 88 Co
ot = 46,4 C
t = 54,4 C
p = 2100 kPa
o
c
t = 8 C
p = 400 kPac
o
o
c
t = 0 C
p = 400 kPa
p = 400 kPa
t = 0 C
c
o
t = 46,4 C
t = 88 C
p = 2100 kPa
p = 2100 kPa
o35 C
c
p = 2100 kPac
o CD
48 Co c
o
p = 400 kPa
t = 0 C
c
o
24 Co
VE
o
EV
o
cp = 400 kPa
t = 8 C
t = 0 C
p = 400 kPa
o
c
14 Co
Ar externo Ar interno
Refrigerante
2. SISTEMAS DE COMPRESSÃO A VAPOR DE ÚNICO ESTÁGIO
2.4 CICLO REAL DE COMPRESSÃO A VAPOR
2.4.4 Perdas de Pressão
p D''
D' p
p D 
B
C' p
p
p
C''' p
p C'' 
A' p
B'p
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	2. SISTEMAS DE COMPRESSÃO A VAPOR DE ÚNICO ESTÁGIO
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