Sistemas_Miltipressao_EA

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Sistemas Multipressão em 
Refrigeração por Compressão 
de Vapor 
Universidade Federal do Rio Grande
Escola de Engenharia
Conceito
São sistemas de refrigeração que têm dois ou mais níveis de 
baixa pressão, portanto permite operar com duas ou mais 
temperaturas de evaporação. Os níveis de baixa pressão 
compreendem desde a saída da válvula de expansão até a 
entrada de sucção do compressor. 
Ciclo de Refrigeração a duas temperaturas de vaporização
Utilizando dois compressores em Paralelo
Aplicações: processos e armazenagem de produtos em 
refrigeração (resfriados e congelados), atendendo diferentes 
condições operacionais no lado de baixa pressão, servidos 
por uma única condição operacional no lado de alta pressão. 
• Os compressores A e B aspiram vapor saturado, impondo 
as condições de pressão de ebulição, de acordo com as 
cargas térmicas, propiciadas por seus respectivos 
evaporadores.
• A capacidade de refrigeração dos evaporadores ( PfAe PfB), 
juntamente com as temperaturas são em geral condições 
desejadas. 
Utilizando dois compressores em paralelo
Balanço de Massa:
Utilizando dois compressores em paralelo
BATOTAL mmm &&& +=
Balanço de Energia no Evaporador A:
Balanço de Energia no Evaporador B:
Balanço de Energia no Compressor A (isoentrópico):
Utilizando dois compressores em paralelo
Balanço de Energia no Compressor B (isoentrópico):
O funcionamento de um compressor real – a tendência 
que seguem as curvas de comportamento de um 
compressor ideal (isentrópico) se mantém para um 
compressor real, apesar de apresentar valores numéricos 
ligeiramente diferentes. O rendimento volumétrico real e o 
trabalho de compressão real diferem do compressor ideal. 
É possível relacionar o trabalho realizado no compressor 
real com o realizado em um compressor ideal mediante o 
RENDIMENTO ADIABÁTICO:
Utilizando dois compressores em paralelo
Os fabricantes possuem os gráficos de rendimento da 
compressão adiabática, relacionado às condições 
operacionais � especificação do compressor.
RENDIMENTO VOLUMÉTRICO:
Utilizando dois compressores em paralelo
Onde a cilindrada é capacidade física de deslocamento da 
unidade compressora. Os fabricantes possuem os gráficos de 
rendimento volumétrico real.
VAZÃO VOLUMÉTRICA NA ENTRADA DO COMPRESSOR:
(m³/s):
cilindradad
aspiradavazãoa
V
∀
∀
=η
1vma AA &=∀ '1vma BB &=∀
O condensador recebe o vapor superaquecido procedente 
dos compressores e proporciona sua contínua liquefação, 
eliminando o calor do sistema de refrigeração.
Balanço de Energia na Condensação:
Utilizando dois compressores em paralelo
Coeficiente de Eficácia do Ciclo:
( ) ( )'2'323 hhmhhmPc BA −+−= &&
∑
∑
==
Pm
Pf
COP ε
Ciclo de Refrigeração a duas temperaturas de vaporização
Utilizando um compressor e uma válvula redutora de 
pressão no evaporador
O compressor aspira vapor superaquecido, impondo as 
condições de pressão de ebulição, de acordo com as cargas 
térmicas, propiciadas por seus respectivos evaporadores. 
O evaporador de maior temperatura Te’ que opera com uma 
pressão pe’>pe, utiliza uma válvula reguladora de pressão 
na saída, para reduzir a pressão pe’ para pe, condição de 
sucção do compressor.
Utilizando um compressor e uma válvula redutora de 
pressão no evaporador
• O compressor deverá ter capacidade para remover o fluído 
dos dois evaporadores e ainda vencer a perda de carga da 
válvula redutora de pressão. 
• A expansão numa válvula redutora de pressão é
isoentalpica, segmento 1' – 1'' esboçado no diagrama p-h. 
•O ponto 3 e 3’ são coincidentes, onde a propriedade do 
fluido é a mesma.
Utilizando um compressor e uma válvula redutora de 
pressão no evaporador
Balanço de Massa: BATOTAL mmm &&& +=
Balanço de Energia no Evaporador A:
Balanço de Energia no Evaporador B:
Utilizando um compressor e uma válvula redutora de 
pressão no evaporador
Balanço de Energia no Compressor (isoentrópico):
Utilizando um compressor e uma válvula redutora de 
pressão no evaporador
VAZÃO VOLUMÉTRICA NA ENTRADA DO COMPRESSOR 
(m³/s): 
'''1vma TOTAL&=∀
Balanço de Energia na Condensação:
( )23 hhmPc TOTAL −= &
Coeficiente de Eficácia do Ciclo:
Pm
Pf
COP
∑
== ε
1) Compare percentualmente os dois sistemas de obtenção a 
duas temperaturas de evaporação, utilizando R717, para 
as temperaturas de ebulição nos evaporadores (A e B) de 
5°C e -10°C, respectivamente para as potências 
frigoríficas de 50kW e 25kW. A temperatura de 
condensação é de 30°C. Discuta os resultados e conclua.
Exercício Proposto
Ciclo de Compressão de vapor por estágios
Quando a diferença entre as temperaturas da fonte quente e 
da fonte fria do ciclo de refrigeração é muito elevada a 
relação de compressão a ser vencida atinge valores tais, que 
torna aconselhável o uso da compressão por estágios. 
Relação de Compressão:
Aumento da relação de compressão reduz o rendimento 
volumétrico do compressor e eleva a temperatura de 
descarga do mesmo � carbonização do óleo e corrosão das 
válvulas. 
sucçãodepressão
adescdepressão
ps
pd
rc
arg
==
Ciclo de Compressão de vapor por estágios
Dependendo do fluido refrigerante, onde a temperatura de 
evaporação é muito baixa (-30°C) e temperatura de 
condensação muito elevada (acima de + 30°C) � divisão da 
compressão em duas etapas, resfriando os vapores entre 
cada estágio � redução do trabalho de compressão e 
aumento do rendimento frigorífico.
Qualquer decisão de se usar sistemas de compressão por 
estágios, deve ser baseada em uma análise econômica.
Ciclo de Compressão de vapor por estágios
O resfriamento intermediário pode ocorrer através de um 
trocador de calor resfriado a água, ar ou ainda por um 
refrigerante líquido do condensador.
Ciclo de Compressão de vapor por estágios
Redução do trabalho de compressão por unidade de massa: 
Área 2-3-4-5 (diagrama p-v) ou ∆hb – ∆ha (diagrama p-h)
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Ciclo de Compressão de vapor por estágios
Por que utilizar compressão por estágios?
• Temperaturas elevadas podem causar carbonização do 
óleo, formação de goma nas válvulas de admissão, descarga 
do compressor e dificuldades de lubrificação em 
compressores alternativos.
• Uma vantagem adicional da utilização de múltiplos estágios 
de compressão é que se reduz a diferença de pressão em 
que trabalha o compressor, reduzindo-se assim o desgaste 
nas superfícies dos mancais.
Ciclo de Compressão de vapor por estágios
Comparação entre 
temperaturas de descarga 
resultantes de 
compressão isoentrópica
de Amônia e R-22 desde o 
estado de vapor saturado 
até uma pressão 
correspondente a 
temperatura de saturação 
de 30°C.
Ciclo de Compressão de vapor por estágios
Ciclo de Compressão de vapor por estágios
Por Expansão Única:
O aproveitamento do frio é feito a temperatura mais baixa do 
processo.
Ciclo de Compressão de vapor por estágios
Por Expansão Única:
Ciclo de Compressão de vapor por estágios
Por Expansão Fracionada:
O aproveitamento do frio é feito não só a temperatura mais 
baixa como a intermediária do processo.
Ciclo de Compressão de vapor por estágios
Por Expansão Fracionada:
Pressão Intermediária Ótima
Efeito da pressão 
intermediária sobre a 
potência combinada de 
compressão de um 
sistema de amônia com 
duplo estágio e RI. A 
Temperatura de 
evaporação é -30°C e a 
de condensação de 30°C 
para uma carga de 
refrigeração de 100 kW.
• Pressão de evaporação inferior a atmosférica � admissão 
de ar através de aberturas na tubulação;
• Utiliza circuitos de refrigeração independentes, com fluidos 
refrigerantes distintos;
• Interface entre sistemas: trocador de calor operando como 
condensador para circuito de baixa e evaporador para 
circuito de alta pressão � baixíssimas temperaturas de 
evaporação.
Sistemas em Cascata
Sistemas em Cascata
• Exemplo: R-12 no circuito de alta e R-13 no circuito de 
baixa pressão.
Sistemas em Cascata
Exercício Proposto
2) Uma instalação frigorífica deamônia produz 210 kW de 
refrigeração, operando entre as temperaturas de 
evaporação e condensação respectivamente iguais a -
24°C e 30°C. Calcular a potência de compressão para as 
seguintes condições:
a) Sistema opera segundo um ciclo padrão de compressão 
de vapor.
b) Sistema opera segundo um ciclo com resfriamento 
intermediário à pressão de 430 kPa.
c) Determine o efeito da compressão em estágios em termos 
de potência mecânica total.
Exercício Proposto
Exercício Proposto
3) Uma instalação frigorífica de R-22 produz 210 kW de 
refrigeração, operando entre as temperaturas de 
evaporação e condensação respectivamente iguais a -
24°C e 30°C. Calcular a potência de compressão para as 
seguintes condições:
a) Sistema opera segundo um ciclo padrão de compressão 
de vapor.
b) Sistema opera segundo um ciclo com resfriamento 
intermediário à pressão ótima.
c) Determine o efeito da compressão em estágios em 
termos de potência mecânica total.
d) Compare os resultados com os obtidos no exercício 2.
Exercício Proposto
Diagrama p – h região de VSA ���� Amônia
Propriedades Termodinâmincas���� Amônia Saturada
Referências
STOECKER,W.F., Jabardo, J.M.S. Refrigeração Industrial. 
Ed McGraw-Hill. São Paulo, 2002
COSTA, E.C. Refrigeração. Ed. Edgard Blucher. São Paulo, 
1982.
ELETROBRÁS. Eficiência Energética em Sistemas de 
Refrigeração Industrial e Comercial. Rio de Janeiro: 
Eletrobrás, 2005.