Ciclo de Refrigeração por Compressão a Vapor

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Ciclo de Refrigeração por Compressão a Vapor 
 
1. OBJETIVO 
 
Este laboratório virtual apresenta os conceitos relacionados ao processo de refrigeração 
por compressão de vapor. Através de práticas experimentais, o laboratório é capaz de 
proporcionar demonstrações dos conhecimentos transmitidos em sala de aula acerca do ciclo 
de refrigeração, facilitando, assim, a compreensão em relação aos processos e seus 
equipamentos. Ao final deste experimento, você deverá ser capaz de: 
• compreender o funcionamento dos equipamentos de um sistema de refrigeração por 
compressão; 
• ter uma percepção sensorial das sucessivas mudanças de estado do fluido de trabalho 
durante o ciclo; 
• identificar e compreender as discrepâncias do sistema ideal com o sistema real. 
 
2. ONDE UTILIZAR ESSES CONCEITOS? 
 
Os sistemas de refrigeração são amplamente utilizados com o objetivo de reduzir de 
forma controlada a temperatura de um determinado ambiente. Eles fazem parte do nosso 
cotidiano, sendo aplicado em equipamentos frigoríficos, para conforto térmico do ambiente e 
para resfriamento e congelamento de produtos. 
 
3. O EXPERIMENTO 
 
Neste laboratório virtual você seguirá as instruções contidas no roteiro, que fornecerá 
as orientações necessárias para realizar os procedimentos de abastecimento do sistema de 
refrigeração com o gás refrigerante e realizar as medidas para o entendimento do ciclo de 
refrigeração por compressão e a comparação entre os ciclos ideal e real. 
 
4. SEGURANÇA 
 
O experimento foi pensando para não trazer riscos físicos, então você irá utilizar objetos 
pouco nocivos e leves. Mesmo com essas precauções, o uso de equipamentos de proteção 
individual (EPI’s) é de extrema importância para a segurança durante a realização de 
experimentos. Neste experimento, recomenda-se o uso do jaleco. 
 
5. CENÁRIO 
 
Você irá encontrar uma bancada com diversos equipamentos de medida, como: 
wattímetro, indicadores de temperatura, manômetro, rotâmetro e termoanemômetro. Além 
desses medidores, o equipamento também contempla os principais acessórios de um sistema de 
refrigeração, como filtro secador, separador de óleo, pressostato e válvula de bloqueio. Os 
componentes essenciais são: 
• Compressor: tem como principal função elevar a pressão de um gás para o processo 
em que está submetido. 
• Condensador: tem como principal função transformar o gás quente, descarregado do 
compressor a alta pressão, em líquido. 
• Evaporador: provoca a mudança do fluido refrigerante que se encontra na fase líquida 
após a passagem pela válvula de expansão ou tubo capilar, para a fase gasosa. 
• Válvula de expansão: responsável por expandir o fluido refrigerante, reduzindo sua 
pressão. 
• Tubo capilar: é um tubo com diâmetro interno pequeno, utilizado para expandir o 
fluido refrigerante, reduzindo sua pressão. 
 
 
 
 
Pré-Teste 
 
1) O ciclo de refrigeração por compressão de vapor consiste num sistema termodinâmico 
que transforma um fluido refrigerante sucessivamente em líquido e vapor em um ciclo 
fechado. Quais os elementos fundamentais que viabilizam esse ciclo? 
a) Condensador, evaporador, filtro secador e dispositivo de expansão; 
b) compressor, condensador, dispositivo de expansão e evaporador; 
RESPOSTA CORRETA 
Esses dispositivos atuam nas principais transformações do ciclo termodinâmico de refrigeração 
por compressão de vapor. 
c) condensador, dispositivo de expansão, pressostato e evaporador. 
 
2) Considere as afirmações abaixo e marque aquelas que são consideradas hipóteses utilizadas 
para o cálculo do ciclo ideal de refrigeração por compressão de vapor. 
I – o trabalho é realizado em condições de regime permanente; 
II – as variações de energia potencial e cinética não devem ser desprezadas; 
III – as perdas de carga nas tubulações e nos trocadores de calor devem ser desprezadas; 
IV – o dispositivo de expansão é isentálpico. 
a) I, II e IV; 
b) I, III e IV; 
RESPOSTA CORRETA 
Essas considerações devem ser feitas para simplificar o cálculo do ciclo. 
c) II, III e IV. 
 
3) No ciclo de refrigeração por compressão de vapor, o líquido refrigerante tem seu calor 
rejeitado no: 
a) Evaporador; 
b) compressor; 
c) condensador. 
RESPOSTA CORRETA 
O condensador tem como principal função transformar o gás quente, descarregado do 
compressor a alta pressão, em líquido. 
 
4) O ciclo de refrigeração real de compressão de vapor e o ciclo ideal tem como diferença 
fundamental o seu coeficiente de desempenho (COP). Quais as características do ciclo real que 
fazem com que tenha essa perda no COP? 
a) Vazamentos no condensador e conexões dos tubos; 
b) perdas de pressão (perdas de carga) no fluxo do fluido refrigerante, trocas de calor entre 
os componentes e aumento de entropia no compressor; 
RESPOSTA CORRETA 
Essas são características que fazem com que o ciclo real tenha uma diminuição do COP em 
relação ao ciclo ideal. 
c) transformações isoentrópicas por conta de equipamentos adiabáticos e dispositivos de 
expansão isentálpico. 
 
5) O ciclo de refrigeração por compressão de vapor define grande parte do funcionamento de 
máquinas frigoríficas e bombas de calor. Sobre esse ciclo de refrigeração podemos afirmar que: 
a) A válvula de expansão tem a função de aumentar a pressão do líquido refrigerante que 
entra no evaporador; 
b) o condensador tem como função transferir calor do fluido refrigerante para um ambiente 
externo; 
RESPOSTA CORRETA 
O condensador transforma o gás quente, descarregado do compressor a alta pressão, em líquido. 
c) no ciclo de compressão, o vapor de baixa pressão é comprimido pela ação de um 
compressor e entregue ao evaporador. 
 
Pós-Teste 
 
1) As figuras abaixo representam o ciclo de refrigeração por compressão de vapor. 
 
Nesse ciclo, para calcular o coeficiente de desempenho usamos o valor das entalpias dos pontos: 
 
a) 1, 2 e 4; 
RESPOSTA CORRETA 
Para calcular o coeficiente de desempenho utilizamos a entalpia antes e depois do evaporador, 
e antes e depois do compressor. 
b) 2, 3 e 4; 
c) 1, 3 e 4. 
 
2) Determine o coeficiente de desempenho de um ciclo de refrigeração que conhecemos os 
seguintes valores: qL = 130 kJ/kg, qH = 200 kJ/kg e wc = 40 kJ/kg. 
a) 5; 
b) 1,54; 
c) 3,25. 
RESPOSTA CORRETA 
Este é o valor obtido para o coeficiente de desempenho. 
 
3) A figura abaixo representa os principais componentes do ciclo de refrigeração por 
compressão de vapor. O ponto 2 apresenta: 
 
a) Vapor superaquecido a alta pressão; 
RESPOSTA CORRETA 
A temperatura, pressão e entropia do fluido refrigerante aumentam após a passagem pelo 
compressor. Como o refrigerante já entra no compressor como vapor saturado ou 
superaquecido, o estado representado pelo ponto 2 não pode ser outro senão vapor 
superaquecido. 
b) líquido saturado a alta pressão; 
c) vapor saturado a baixa pressão. 
 
4) Um aumento do __________ após o condensador implica em um(a) __________ na entalpia 
do fluido refrigerante ao entrar no evaporador. Caso o __________ seja mantido constante, não 
haverá, portanto, alteração significativa no trabalho mecânico do compressor. Diante do 
exposto, pode-se afirmar que o __________ é __________ ao ciclo do ponto de vista 
energético, pois haverá um(a) __________ do coeficiente de performance. Qual das alternativas 
a seguir preenche adequadamente as lacunas do trecho acima? 
a) Subresfriamento, redução, superaquecimento, subresfriamento, benéfico, aumento; 
RESPOSTA CORRETA 
O aumento do COP se justifica porque há um aumento da capacidade de refrigeração enquanto 
o trabalho do compressor permanece constante. 
b) superaquecimento, redução, subresfriamento, superaquecimento, benéfico, aumento; 
c) subresfriamento, aumento, superaquecimento, subresfriamento, maléfico, redução. 
 
5) O ciclo de refrigeração real de compressão de vapor e o ciclo ideal tem como diferença 
fundamental o seu coeficiente de desempenho(COP). Quais as características do ciclo real que 
fazem com que tenha essa perda no COP? 
a) Vazamentos no condensador e conexões dos tubos; 
b) perdas de pressão (perdas de carga) no fluxo do fluido refrigerante, trocas de calor entre 
os componentes e aumento de entropia no compressor; 
RESPOSTA CORRETA 
Essas são características que fazem com que o ciclo real tenha uma diminuição do COP em 
relação ao ciclo ideal. 
c) transformações isoentrópicas por conta de equipamentos adiabáticos e dispositivos de 
expansão isentálpico.