RAC Aula 03 - Sistema de compressão a vapor_CENI

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REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO
Prof. MSc. Raphael Ceni
Engenharias Mecânica e Mecatrônica
Aula 3:
Sistemas de compressão a vapor
Ciclo saturado simples de compressão a vapor
Processos do ciclo de refrigeração
Compressão (CP) 1-2
Condensação (CD) 2-3
Expansão (VE) 3-4
Evaporação (EV) 4-1
Ciclo saturado simples de compressão a vapor
Cálculos no ciclo saturado simples:
Efeito de refrigeração:
Capacidade de refrigeração:
Perda no efeito de refrigeração:
Ciclo saturado simples de compressão a vapor
Cálculos no ciclo saturado simples:
Vazão volumétrica:
Vazão mássica:
Ciclo saturado simples de compressão a vapor
Cálculos no ciclo saturado simples:
Trabalho real:
Trabalho no compressor:
Ciclo saturado simples de compressão a vapor
Cálculos no ciclo saturado simples:
Calor perdido no condensador:
COP:
Rejeição de calor
Ciclo saturado simples de compressão a vapor
Cálculos no ciclo saturado simples:
Temp. evaporador:
Temp. condensador:
Ciclo saturado simples de compressão a vapor
Superaquecimento do Vapor de Sucção:
Superaquecimento:
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.
Ciclo saturado simples de compressão a vapor
 Subresfriamento do Líquido Refrigerante:
Subresfriamento:
Garante refrigerante no estado líquido chegando à VE.
Aumenta o ER.
Ciclo saturado simples de compressão a vapor
 Exemplo:
Ciclo saturado simples de compressão a vapor
 Exemplo:
Calor adicional é absorvido pelo refrigerante nas secções finais do evaporador. (C ao C¹ -> Superaquecimento)
Mais calor é adicionado na compressão. (C¹ ao D)
A temp. que chega no condensador é mais alta que a de saturação. Logo, antes da condensação o gás super-aquecido é resfriado a TS no tubo de descarga e no primeiro circuito do condensador. (D ao E)
Condensação do gás (E ao A)
Na saída do condensador, a temp. é reduzida abaixo da TC para garantir a entrada de líquido sub-resfriado, evitando perdas pela evaporação instantânea do líquido ou “flash gás” (A ao A¹)
Ciclo saturado simples de compressão a vapor
 Exemplo:
É desejável um sub-resfriamento de 3 à 5K.
O refrigerante sofre uma brusca queda de pressão, pequena parte do líquido evapora abaixando a temperatura do restante que entrará no evaporador. (A¹ ao B)
 O refrigerante absorve calor do ambiente, passando de líquido para vapor saturado. (B ao C)
Superaquecimento Total
Mínimo: evitar retorno de líquido, quebra mecânica
Máximo: evitar baixo rendimento, altas temp. de descarga, carbonização do óleo e desgaste prematuro.
Ciclo saturado simples de compressão a vapor
Ciclo Real apresenta algumas ineficiências com relação ao ciclo padrão
Perda de carga
Evaporador
Condensador
Sub-resfriamento
Superaquecimento
Ciclo Real de Compressão a Vapor
13
Ciclo saturado simples de compressão a vapor
 Perdas de Pressão:
Ciclo saturado simples de compressão a vapor
Cálculo do Subresfriamento e do Superaquecimento em um equipamento de ar condicionado:
Equipamentos necessários para medição: 
manifold; 
termômetro de bulbo ou eletrônico com termopar; 
fita ou espuma isolante; 
tabela de propriedades para o R-22. 
Ciclo saturado simples de compressão a vapor
Para leitura da temperatura da linha de líquido, colocar o bulbo ou sensor do termômetro em contato com a linha de líquido próximo do filtro secador e para a leitura da temperatura da linha de sucção colocar o bulbo ou sensor do termômetro em contato com a linha de sucção, o mais próximo possível do bulbo da válvula de expansão. Cuidar para que as superfícies estejam limpas. Recobrir o bulbo ou sensor com a espuma, de modo a isolá-lo da temperatura ambiente; 
Para a leitura das pressões, instalar o manifold na válvula de serviço da linha de descarga (manômetro de alta) e na válvula de serviço da linha de sucção (manômetro de baixa); 
Ciclo saturado simples de compressão a vapor
Para o R-22, se o sub-resfriamento estiver entre 8 e 11°C a carga está correta. Se estiver abaixo, adicione refrigerante; se acima, remova refrigerante.
Se o superaquecimento estiver entre 4°C e 6°C, a regulagem da válvula de expansão está correta. Se estiver abaixo, muito refrigerante está sendo injetado no evaporador e é necessário fechar a válvula (girar parafuso de regulagem para a direita, sentido horário).Se o superaquecimento estiver alto, pouco refrigerante está sendo injetado no evaporador e é necessário abrir a válvula (girar parafuso de regulagem para a esquerda, sentido anti-horário).
EXEMPLO
Em uma instalação frigorífica utilizando R-22, foram coletados os seguintes dados:
leitura no manômetro de baixa, 0,1440 MPa
leitura no manômetro de alta, 1,2883 MPa
Temp. do fluido frigorífico na entrada da VE, 30°C
Determine:
Temperaturas de condensação e evaporação;
Temperatura do fluído frigorífico na entrada e 
saída do compressor;
Desenhe o ciclo frigorífico apropriado no 
diagrama p-h;
Sabendo que o evaporador retira 10 kW 
do interior da câmara frigorífica, calcule a Wcp e o COP.
Exercício 1
Calcule o sub-resfriamento e o super-aquecimento de uma máquina de ar condicionado, operando com R-22, tendo em vista o balanceamento frigorífico do equipamento, a partir das seguintes leituras: 
leitura no manômetro de alta: 1,7543 Mpa 
leitura da temperatura da linha 
de líquido: 45°C
leitura no manômetro 
de baixa: 0,4827 MPa 
leitura da temperatura 
da linha de sucção: 15°C.
Plotar o diagrama ph.
Exercício 2
Certa instalação frigorífica usa o refrigerante R22, operando a a temperaturas de evaporação de –10°C e de condensação de 35°C. Nestas condições desenvolve 50 kW de refrigeração. Considere o ciclo padrão de compressão a vapor e um processo de compressão com eficiência isoentrópica de 0,7. Determine:
As propriedades termodinâmicas dos pontos;
O efeito de refrigeração, em kJ/kg;
A vazão mássica do refrigerante, em kg/s;
O deslocamento volumétrico do compressor, em m3/s;
O trabalho de compressão ideal e real em kW;
O calor rejeitado pelo condensador em kW;
O COP da máquina frigorífica e da bomba de calor;
A perda de efeito de refrigeração, em kJ/kg;
O título do refrigerante na saída da válvula de expansão;
O volume específico do refrigerante na saída da válvula de expansão.
Exercício 3
Visando a análise do efeito da temperatura de evaporação sobre o ciclo refazer os cálculos do (ex. 2.5.2), considerando a temperatura de evaporação igual a 0oC e manter a temperatura do R22 entrando no dispositivo medidor em 35°C.
Visando a análise do efeito da temperatura de condensação sobre o ciclo, refazer os cálculos do (ex. 2.5.2), mantendo a temperatura de evaporação igual a -10oC e considerando a temperatura do R-22 entrando no dispositivo medidor em 40°C.
Visando a análise do efeito do superaquecimento sobre o ciclo, refazer os cálculos do (ex. 2.5.2), considerando o superaquecimento de 10oC (com e sem resfriamento útil).
Visando a análise do efeito do sub-resfriamento sobre o ciclo, refazer os cálculos (ex. 2.5.2), considerando o sub-resfriamento de 10°C.
Visando a análise dos efeitos do superaquecimento e do sub-resfriamento simultaneamente, sobre o ciclo, refazer os cálculos do (ex. 2.5.2), considerando o superaquecimento (com resfriamento útil) e o sub-resfriamento de 10°C.
Exercício 4
Uma instalação frigorífica opera segundo um ciclo como o l ' - 2' -3 – 4 da Fig. abaixo. O refrigerante é R-502 e as temperaturas de evaporação e condensação são respectivamente iguais a -10°C e 30°C. A vazão de refrigerante é de 1,4 kg/s. Esse ciclo substitui, assim, a compressão úmida pela seca. Determine:
as entalpias de todos os estados 
indicados no ciclo;
a taxa de resfriamento;
a potência de compressão;
a potência do motor térmico;
a taxa de rejeição de calor no 
condensador;
o COP.
Resolução
Refrigeração Industrial, Stoecker
Pag 47, 48
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