RAC Aula 04 - Sistema de compressão a vapor de múltiplos estágios_CENI

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REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO
Prof. MSc. Raphael Ceni
Engenharias Mecânica e Mecatrônica
Aula 4:
Sistema de compressão a vapor de múltiplos estágios.
Sistema de compressão a vapor de múltiplos estágios
Câmaras frigorificas:
Os sistemas de múltiplos estágios visam atender instalações de baixas temperaturas como laticínios, te = –35°C, indústrias químicas, te = –100°C ou liquefação de gás natural, te = –161°C.
Sistema de compressão a vapor de múltiplos estágios
Câmaras frigoríficas com temperaturas próximas
A melhor solução seria uma instalação completa e independente para cada câmara, porém a mais cara.
Os produtos de uma câmara avariada podem ser remanejados para outra câmara.
As diferenças de temperatura são obtidas mediante o cálculo da área de cada evaporador.
Sistema de compressão a vapor de múltiplos estágios
Câmaras frigoríficas com temperaturas bastante diferentes
Utiliza um compressor para todo o sistema e uma válvula reguladora de pressão, VRP para a câmara de maior temperatura, que funciona segundo uma transformação irreversível, introduzindo perdas inevitáveis ao sistema.
Sistema de compressão a vapor de múltiplos estágios
Câmaras frigoríficas com compressores em paralelo
Sistema de compressão a vapor de múltiplos estágios
Câmaras frigoríficas com compressores em série
Sistema de compressão a vapor de múltiplos estágios
Remoção do gás flash
Vantagens:
Redução da potência
Redução da potência no compressor principal (Menores dimensões da tubulação)
Desvantagens: Custo inicial
Sistema de compressão a vapor de múltiplos estágios
Ciclo de expansão fracionada:
Quando a diferença entre as temperaturas da fonte quente e da fonte fria do ciclo de refrigeração é muito elevada, a relação de compressão, R=pc/pe a ser vencida pelo compressor atinge valores altos
Queda de rendimento
Aumento na temperatura
Carbonização do oleo
Perigo de explosão e corrosão das válvulas
A compressão por estágios permite, ainda, por meio da refrigeração intermediária, a redução do trabalho de compressão e, portanto, o aumento de rendimento frigorífico da instalação.
Sistema de compressão a vapor de múltiplos estágios
Ciclo de expansão fracionada:
Assim, quando R > 9, a compressão deve ser feita em estágios
Os números de estágios recomendados são:
O líquido expande-se até uma pressão intermediária, do separador de líquido, a seguir o líquido continua a expandir-se até à pressão mais baixa para o vapor ser comprimido em estágios.
Utilizando o separador de líquido, é possível economizar potência em um sistema de refrigeração se o vapor que é gerado no processo de expansão entre o condensador e o evaporador é removido e recomprimido antes de completar a sua expansão.
Sistema de compressão a vapor de múltiplos estágios
Ciclo de expansão fracionada:
3
Sistema de compressão a vapor de múltiplos estágios
Resfriamento intermediário em compressão de duplo estágio
Vantagens:
Reduz a temperatura de descarga e aumentando a vida útil do compressor.
Desvantagens:
Não há redução no consumo de potência.
Existe uma pressão ótima na qual o resfriamento intermediário deve ocorrer
Sistema de compressão a vapor de múltiplos estágios
Ciclo em cascata
São ciclos básicos independentes tendo em comum a troca térmica entre o evaporador do ciclo de alta e o condensador do ciclo de baixa
Pode-se utilizar fluídos diferentes ou iguais.
Empregado quando a diferença das temperaturas limites atinge valores acima de 100°C.
Sistema de compressão a vapor de múltiplos estágios
Ciclo em cascata
Exemplo:
Um sistema que operasse com R-12 ou R-22 no circuito de alta pressão e R-13 no de baixa pressão. Por algumas propriedades termodinâmicas do R-12 e do R-13, pode se concluir que, em um sistema que operasse a uma temperatura de evaporação de –70°C, a utilização do R-12 implicaria em uma pressão de evaporação inferior à atmosférica. Por outro lado, com R-13 no circuito de baixa pressão, pode-se operar à pressão de evaporação superior à atmosférica.
Por outro lado, sob uma condição de parada, quando o sistema atingisse uma temperatura próxima à do ambiente (25°C), a pressão no circuito de R-13 atingiria valores da ordem de 3.500 a 4.000 kPa, elevados para as espessuras de paredes de tubos e vasos geralmente adotados, daí a necessidade do sistema de baixa temperatura ser dotado de um tanque de expansão.
Sistema de compressão a vapor de múltiplos estágios
Ciclo em cascata
Exemplo 1
Considerando a instalação frigorífica: Utilizando os sistemas com 2 compressores em paralelo, 2 compressores em série e 1 compressor e 1 VRP.
Pede-se:
a) Montar o sistema de refrigeração;
b) Representar no diagrama p-h.
c) Calcular o COP do sistema.
Dados:
ΔT = a 6°C;
temperatura de condensação = 35°C;
fluido utilizado: R-22;
que não há superaquecimento;
Exemplo 1 (2 cp em paralelo)
a)
Exemplo 1 (2 cp em paralelo)
Exemplo 1 (2 cp em série)
a)
Exemplo 1 (2 cp em série)
Exemplo 1 (1 cp + 1 VRP)
a)
Exemplo 1 (1 cp + 1 VRP)
Exercício 1
Uma instalação frigorífica de R-22 (pág. 10) opera entre temperaturas de evaporação e condensação iguais a respectivamente, a –30°C e 35°C. A pressão intermediária corresponde a uma temperatura de saturação de 0°C. Se a capacidade frigorífica da instalação é de 150 kW. Admitindo que tanto o refrigerante líquido que deixa o condensador quanto o vapor que deixa o evaporador estejam ambos saturados e que os processos de compressão sejam isoentrópicos, determine:
A potência de compressão;
A vazão volumétrica na aspiração do compressor;
O COP
Exercício 2
Repetir o exercício do exemplo 1 modificando os seguintes dados:
Dados:
ΔT = a 8°C;
temperatura de condensação = 35°C;
fluido utilizado: R-134a;