LISTA REFRIGERAÇÃO - Operações Unitárias B

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LISTA 2 - REFRIGERAÇÃO - Operações Unitárias B - Fernanda Lini Seixas 
 
1- Você possui um refrigerador em sua garagem. O desempenho do aparelho no 
verão é diferente do desempenho no inverno? Explique. 
O aumento da temperatura ambiente aumenta a diferença de temperatura entre o gabinete 
e o ambiente, então haverá um aumento de transferência de calor convectiva e radiativa 
durante a abertura de porta e condutiva através das paredes. Para manter a temperatura 
desejada, a duração do tempo de atividade do compressor aumenta. 
Assim, a temperatura ambiente tem a maior influência no consumo energético de um 
refrigerador. 
 
2- Por que a umidade interna de um sistema de ar condicionado central tem uma 
mangueira como dreno? 
Quando em operação, o ar condicionado retira a umidade do ambiente em que está 
instalado, realizando o processo de condensação, que é quando a água passa do vapor 
para o líquido. 
Todo ar condicionado tem um sistema de drenagem. Normalmente é um cano que sai pelo 
canto inferior do aparelho. Essa saída pode ser conectada a uma mangueira para remover a 
água produzida pelo aparelho e direcionar o fluxo. 
 
3- Explique o funcionamento de um refrigerador doméstico. 
 
O ciclo ideal de refrigeração é composto por: 
Compressor: responsável por criar diferença de pressão 
no circuito, e assim, circular o fluido refrigerante pelo 
sistema; 
Condensador: responsável por retirar o calor do interior 
do refrigerador para o ambiente externo; 
Tubo Capilar (ou válvula de expansão): mantém a 
diferença de pressão junto com o compressor; 
Evaporador: absorve o calor interno do refrigerador; 
Filtro secador: retém partículas de impurezas ou 
umidade; 
 
Quando o refrigerador é ligado pela primeira vez, o fluido refrigerante dentro da tubulação 
do sistema é succionado e comprimido pelo compressor. Quando o fluido refrigerante sai 
deste componente, está no estado de vapor com a pressão e a Tª aumentadas. Neste 
instante, observa-se um aumento da pressão de descarga e diminuição da pressão de 
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sucção. O fluido refrigerante em forma de vapor, passa pelo tubo de descarga para o 
condensador, onde inicia a transferência de calor do fluido refrigerante para o ar do 
ambiente exterior. Assim, o gás superaquecido que está no condensador esfria até atingir a 
Tª de condensação, passando do estado gasoso para uma mistura de líquido e vapor, até 
atingir o estado de saturação, em que se torna totalmente líquido. 
Em seguida, o fluido refrigerante já em estado de líquido subresfriado, passa pelo filtro 
secador, que retém umidade residual. Na sequência, este líquido passa através do 
dispositivo de expansão, que pode ser um tubo capilar ou uma válvula de expansão. A 
função desse dispositivo é criar uma resistência à passagem do liquido em alta pressão. 
Durante esse processo, conhecido como expansão, a Tª do líquido é baixada de forma 
abrupta. O líquido em baixa pressão e Tª, entram no evaporador para absorver o calor 
proveniente do espaço refrigerado no interior do refrigerador. Durante este processo de 
absorção de calor, o fluido refrigerante líquido evapora. Posteriormente, ele é succionado 
pelo compressor, reiniciando o ciclo. 
 
4- Ao selecionar um refrigerante para determinada aplicação, quais qualidades o 
mesmo deve possuir? 
A seleção geralmente se baseia em: desempenho (capacidade de aquecimento de 
maneira suficiente, econômica e confiável), segurança (evitando riscos como toxidade e 
inflamabilidade) e impacto ambiental (uso de fluidos que não agridam a camada 
estratosférica de ozônio). 
. Outro fator a ser considerado é a adequabilidade da relação do fluido entre pressão 
e temperatura no intervalo de uma certa aplicação. Por exemplo, o volume específico 
necessário do fluido pode depender do tipo de compressor a ser utilizado no sistema, 
dependendo da pressão do evaporador. 
Outras características desejáveis, além de não causar dano ambiental, são a 
miscibilidade com o óleo do compressor, a rigidez dielétrica, a estabilidade química e o 
custo. Para dadas temperaturas de evaporação e condensação, os refrigerantes não 
proporcionam o mesmo coeficiente de desempenho para o ciclo ideal. 
5- Esquematize um processo de refrigeração por compressão de vapor. 
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7- Esquematize um processo de refrigeração por absorção de amônia-água. 
 
 
 
8- Quais são as principais diferenças entre um ciclo de compressão de vapor e 
um ciclo de refrigeração por absorção? 
Os refrigeradores por absorção são: 
 Mais caros que os ciclos por compressão a vapor 
 Mais complexos 
 Ocupam mais espaço 
 Menos eficientes 
 Manutenção mais difícil 
O ciclo de refrigeração por absorção é mais antigo que o ciclo por compressão. Ele utiliza o 
calor (energia à uma determinada temperatura) como fonte de energia, ao contrário do ciclo 
por compressão, que utiliza a energia elétrica. Esse ciclo não tem compressor. 
Uma resistência elétrica também pode ser utilizada nesse ciclo (muitos refrigeradores de 
pequeno porte usam o sistema de absorção com resistência elétrica). 
No ciclo por absorção há necessidade de dois fluidos: o fluido refrigerante, que efetivamente 
remove calor do meio desejado por evaporação e o fluido absorvente, que deve absorver 
vapor do refrigerante em baixas temperaturas e ser menos volátil do que este, de forma a 
liberar vapor de refrigerante por aquecimento. Esses fluidos misturam-se, mas não se 
combinam de modo a poderem ser separados com a elevação da temperatura. 
No evaporador há vapor de refrigerante de baixa pressão. Este é absorvido por uma solução 
no absorvedor. Caso, a temperatura desta solução se eleve a absorção de vapor poderia 
cessar. Para evitar isto, o absorvedor é resfriado por água ou ar. 
A solução no absorvedor é concentrada, pois contém grande quantidade de refrigerante. No 
aquecedor, ocorre a adição de calor (fonte que forneça temperaturas elevadas), fazendo com 
que o refrigerante volte ao estado de vapor. Este vapor está em elevadas temperaturas e 
pressão e se move em direção ao condensador. 
A solução líquida, que agora tem baixa concentração de refrigerante, retorna ao absorvedor 
por válvula redutora de pressão. O objetivo desta válvula é manter a diferença de pressão 
entre o absorvedor e o aquecedor. No condensador há passagem de ar, que resfria o vapor 
e condensa o refrigerante. O refrigerante vai para o evaporador através de uma válvula de 
expansão e recebe calor. 
 
9- Você observa uma propaganda sobre um sistema de refrigeração por absorção 
acionado por gás natural. Como a queima do gás natural pode ter um papel 
para a obtenção de resfriamento? 
 
O gás natural será usado como fonte de calor. É possível usar a queima do gás natural 
para acionar o sistema ao invés de usar eletricidade. (é um combustível que vem 
aumentando sua importância na matriz energética nacional.) 
Pois como a refrigeração tem de ser fornecida de maneira ininterrupta, torna-se 
necessário estabelecer uma fonte de energia suplementar, tal como um queimador a 
gás, que é apresentando como uma boa alternativa, já que para a energia térmica são 
necessárias fontes bem menos nobres do que para a energia elétrica, sendo esta a 
principal vantagem do sistema. 
 
10- Qual é o princípio de funcionamento de uma bomba de calor por compressão 
de vapor? Qual são os objetivos deste tipo de operação? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Bomba de calor são refrigeradores utilizados com o propósito de aquecer um espaço 
fazendo uso do calor de um reservatório mais frio. 
São dispositivos capazes de forçar o fluxo de calor na direção contrária a natural, usando 
uma quantidade de energia para isso, que pode ser elétrica ou reaproveitada de algum 
processo que rejeita fluido a alta temperatura. 
 
Bombas de calor podem transferir calor de fontes de calor naturais, que seencontram no 
meio ambiente ou mesmo aplicações industriais. Para realizar este transporte de energia a 
partir de uma fonte fria para a fonte quente é necessária energia externa para acionar a 
bomba de calor, através do compressor. 
(Teoricamente, o calor total fornecido pela bomba de calor é igual ao calor extraído da fonte 
de calor, mais a quantidade de energia fornecida.) 
Como as bombas de calor consomem menos energia motriz do que os sistemas de 
aquecimento convencionais, eles são uma tecnologia importante para a redução das 
emissões de gases que prejudicam o meio ambiente, tais como o dióxido de carbono (CO2), 
dióxido de enxofre (SO2) e óxidos de nitrogênio (NOx). 
 
 
11- Qual é a função de uma válvula de expansão em um sistema de refrigeração? 
Descreva os principais tipos de válvula e seu princípio de funcionamento. 
 
 Regula a passagem de fluido refrigerante até o evaporador 
 Gera uma perda de pressão (e Tª) do refrigerante para que possa ser 
evaporado 
 Controla o superaquecimento do sistema 
Podem ser do tipo equalização externa (utilizadas quando, ao fluir através do evaporador, o 
fluido sofrer uma queda de pressão elevada devido ao atrito - assim, sua temperatura de 
saturação é sempre mais baixa na saída do que na entrada) e equalização interna. 
 
Principais tipos de válvulas de expansão: 
a) Válvula de expansão eletrônica 
A VEE promove um controle mais preciso e eficiente do fluxo de fluido refrigerante, e 
operam com menores pressões de condensação, tendo como principal vantagem à 
economia de energia. 
Uma VEE é acionada por motor de passo opera por meio de engrenagens que promovem 
movimentos lineares. Os movimentos lineares ocorrem devido à rotação de uma válvula de 
agulha magnética, que se move quando são aplicados sinais elétricos a bobina. Utilizando-
se uma combinação apropriada de sinais (pulsos), a bobina induz o rotor da válvula a se 
mover gradualmente. 
A aplicação de vários pulsos de sinais faz com que o mecanismo da válvula se movimente 
através de uma série de etapas na direção escolhida, adaptando a válvula à posição 
desejada. 
 
b) Válvula de expansão termostática *prova passada 
 
Oferece uma solução eficiente para a regulagem do fluxo de refrigerante para os 
evaporadores de expansão seca. Regula o fluxo de refrigerante de forma a manter, na saída 
do evaporador, um superaquecimento aproximadamente constante. 
Quando o superaquecimento na saída do evaporador aumenta, devido ao aumento da 
carga térmica, a VET aumenta o fluxo de refrigerante até que o nível de superaquecimento 
retorne ao valor de set point da válvula. O inverso também acontece quando a carga térmica 
diminui. 
Dessa forma, permite que o evaporador permaneça quase completamente ativo em quase 
todas as condições operacionais. 
 
c) Válvula de expansão automática (ou de P constante) 
Assim como o tubo capilar, a válvula de expansão automática é adequada para aplicações 
com cargas no evaporador moderadamente constantes. 
A VEA regula o fluxo de refrigerante mantendo uma pressão constante no evaporador ou na 
saída da válvula. Quando a carga térmica no evaporador aumenta, a VEA diminui o fluxo de 
refrigerante para manter a pressão no evaporador de acordo com o set point da válvula. 
Inversamente, a VEA aumenta o fluxo de refrigerante quando a carga térmica no 
evaporador diminui. Como resultado, a VEA sub-alimenta o evaporador em cargas altas e 
super-alimenta em condições de carga baixa. 
 
12- Qual é a função de um compressor em um sistema de refrigeração? Descreva 
os principais tipos de compressores e seu princípio de funcionamento. 
O compressor é responsável por criar diferença de pressão no circuito, e assim, circular o 
fluido refrigerante pelo sistema. Operam com fluidos específicos e em condições de sucção 
e descarga. 
Principais tipos de compressores: 
 Compressores alternativos: utiliza um sistema bielamanivela para converter o 
movimento rotativo de um eixo no movimento translacional de um pistão ou êmbolo. 
 
 Compressores rotativos de palhetas: possui um rotor ou tambor central que gira 
excentricamente em relação à carcaça. 
 
 Compressores rotativos de parafusos: contém dois rotores em forma de parafusos 
que giram em sentido contrário, mantendo entre si uma condição de engrenamento. 
 
 Compressores centrífugos (contínuo): o gás é aspirado continuamente pela abertura 
central do impelidor e descarregado pela periferia do mesmo, num movimento 
provocado pela força centrífuga que surge devido à rotação. 
 
 Compressores axiais (contínuo): são dotados de um tambor rotativo em cuja periferia 
são dispostas séries de palhetas em arranjos circulares igualmente espaçados. 
 
 
13- Qual é a função do evaporador em um sistema de refrigeração? Descreva os 
principais tipos de evaporadores e seu princípio de funcionamento. 
O evaporador absorve o calor interno do refrigerador. 
Como a pressão no evaporador é baixa, o fluido refrigerante se evapora com uma 
temperatura baixa. 
Principais tipos: 
 Evaporador com circulação de ar: caso de escoamento interno, no interior dos tubos, 
onde o processo de transferência de calor se dá pela ebulição convectiva. 
 
 Evaporador por contato (produto sólido ou pastoso): o evaporador é o responsável 
pelo resfriamento direto do produto, sem um agente intermediário. 
 
 Evaporador inundado com recirculação de líquido (por bomba): é projetado para 
conter um nível constante de refrigerante líquido dentro do seu interior. A alimentação 
se dá desde um tanque separador onde o nível do líquido é mantido constante. 
Muito usado em frigoríficos/ elevado custo inicial. 
 
 
 
14- Qual é a função do condensador em um sistema de refrigeração? Descreva os 
principais tipos de condensadores e seu princípio de funcionamento. 
O condensador é responsável por retirar o calor do interior do refrigerador para o ambiente 
externo. 
Principais tipos: 
 Evaporativo: utiliza um sistema de tubos expostos a um fluxo constante de água para 
arrefecer e condensar o gás quente, onde refrigerante é condensado diretamente 
pois as serpentinas estão colocadas diretamente no condensador. 
 Cascos e tubos: mecanismo complexo e os regimes de escoamento variam 
continuamente à medida que o refrigerante circula pelos tubos. A condensação do 
refrigerante inicia imediatamente na entrada, num regime tipo “spray”. 
 
 
15- (10.21 Moran e Shapiro) Em um ciclo de compressão de vapor, a amônia sai do 
evaporador como vapor saturado a -22 ℃. O refrigerante entra no condensador 
a 16 bar e 160 ℃, e sai como líquido saturado a 16 bar. Não há uma 
transferência significativa entre o compressor e sua vizinhança, e o refrigerante 
atravessa o evaporador com uma variação de pressão desprezível. Se a 
capacidade frigorífica é de 150 kW, determine: 
 
a) a vazão mássica do refrigerante, em kg s-1. 
b) a potência de acionamento do compressor, em kW. 
c) o coeficiente de desempenho. 
d) A eficiência isentrópica do compressor.