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APS Termodinâmica Bruno Thomann de Medeiros Silva 21317963 Guilherme Cotinguiba De França 21318188 João Guilherme Lino Mello da Silva 21330824 João Pedro Forin 20842808 Michael dos Santos Silva 20714934 Introdução Nessa APS analisamos e estudamos o ciclo de refrigeração por compressão a vapor na “prática” (laboratório virtual). Seu funcionamento, dimensionamento e regime de trabalho, sua parte analítica e técnica e como é aplicado em nosso cotidiano gerando conhecimento prático para projetos futuros. Utilizando os conhecimentos proporcionados pela termodinâmica e seus desafios e requerimentos tais como: Dimensionamento de projeto, Análise, Implementação em diversos tipos de sistemas térmicos. 1. O que ocorre no processo de condensação? Resposta: Durante o Ciclo de Refrigeração por Compressão de Vapor uma de suas etapas é conhecida como Condensação. Ocorre após uma quantidade considerável de energia ser absorvida por este líquido refrigerante e para que o ciclo seja completo, deve-se resfriar novamente este vapor em líquido, fazendo então o processo de condensação. Para isso, utiliza-se um compressor para o líquido, fazendo com que sua pressão seja superior a pressão do evaporador ( de 8 a 10 vezes maior), para que a temperatura deste líquido refrigerante seja compatível com a fonte com menos energia ( o ar). Ocorre em uma temperatura entre 35°- 55° C, dentro de um trocador de calor onde os fluídos, ar e líquido refrigerante, se equilibram termicamente, causando a condensação do segundo componente. 2. O que ocorre no processo de evaporação? Resposta: O processo de Evaporação de um líquido refrigerante em um circuito fechado é explorado através do uso de um elemento do Ciclo de Refrigeração por Compressão de Vapor chamado Evaporador. Assemelha-se com um radiador quando se utiliza ar e um aparato mais compacto quando utilizado com água ( trocador de conjunto de placas e tubos) . Neste processo ocorre a condução entre o líquido refrigerante que evapora, e irá passar do estado líquido para gasoso e o ar em sua volta é refrigerado. Ocorre a uma pressão e também a uma temperatura idealmente constante, considerando que exista uma pequena alteração em sua pressão ( Uma pequena queda). Esse refrigerante sai como um gás superaquecido , onde a temperatura é ligeiramente mais elevada de que sua temperatura de evaporação. 3. Estabeleça o digrama T-s e P-h para o ciclo de refrigeração por compressão de vapor que melhor representa a condição do experimento (utilize os Anexos A e B). Resposta: Temperaturas Utilizadas: Tevaporador= -12°C; Entrada do Condensador= 40°C; Saída Condensador= 30°C; Saída do Evaporador= 22°C. Visto que nos pontos 1 e 2 a Entropia é a mesma; 2 e 3 Mesma pressão; 3 e 4 mesma Entalpia; 1 e 4 mesma pressão. 4. Calcule o COP do ciclo de refrigeração. Resposta: COP = Q*E / W*C = m( h1 – h3) / m(h2-h1) COP= 391,7 – 241,8 / 419,8 – 391,7 COP≅ 5,33 5. Calcule o balanço energético para o compressor (Wc). Resposta: Wc= m(h2-h1) Wc= 4,5( 419,8- 391,7) Wc= 126,45 W 6. Calcule a taxa de transferência de calor (Qh) no condensador e no evaporador (QL). Resposta: Pontos 01 02 03 04 Temperatura (K) 295,15 313,5 503,15 261,15 Pressão (bar) 6,08 10,1701 10,1761 1,852 Βciclo 5,33 Wc 126,45 Qh 534,8J / 0,89W QL -1,270 KJ / -2,11W 7. Compare a potência do compressor (valor medido no wattímetro) como balanço energético do compressor. Resposta: A potência fornecida é muito maior do que a gasta pelo compressor, sendo a fornecida 500W e a utilizada pelo compressor 126,45W. 8. Trace uma linha vertical a partir do ponto 1 no gráfico de T-s até atingir a curva do diagrama que melhor representa este ciclo. Compare a diferença entre o ponto 2 e o ponto marcado. Resposta: Se analisarmos os gráficos da esquerda para a direita, temos o primeiro como sendo o gráfico do Ciclo de Refrigeração por Compressão de um Vapor Ideal, ou seja, tem-se pontos onde o que ocorre não correspondem com a realidade. Por exemplo: Os pontos 1 e 2 são isentrópicos, ou seja, não há mudança em suas entropias, portanto existe uma reversibilidade no processo de compressão, e desconsidera-se uma perda efetiva de temperatura do refrigerante. Considerando os pontos 3 e 4 (Ainda neste gráfico ideal), esses apresentam a característica isentálpica, onde não há variação de suas entalpias, visto que o ponto 4 tem a entropia maior que a do ponto 3. Outra consideração (e esta serve para ambos os gráficos), podemos observar as linhas isobáricas, onde 1 e 4 apresentam a mesma pressão (descrita em Bar, kPa ou MPa) e 2 e 3 também apresentam essa condição. Já no segundo gráfico, onde o ciclo é o real, os pontos 1 e 2 não são isentrópicos, visto que o processo de compressão agora apresenta irreversibilidades, e existe a transferência de calor para/ou da vizinhança. Sendo assim, as suas entropias podem aumentar ou diminuir considerando o sentido do fluxo do fluído refrigerante. Agora nos pontos 3 e 4, existe uma perda de entalpia, pois o ponto 3 apresenta uma temperatura ligeiramente menor do que a de saturação, e por isso, essa transferência térmica faz com que a temperatura entre no Evaporador (Ponto 4) com menor entalpia. Para um sistema frigorífico isso é mais vantajoso, pois não há um desgaste desnecessário do mesmo. 9. Discorra sobre a perda entálpica entre os pontos 3 e 4 do ciclo de refrigeração. Resposta: Em uma situação ideal os pontos 3 e 4 podem ser considerados isentálpicos, onde não há um ΔH, durante o processo. No entanto, em um ciclo real, a temperatura que sai do ponto 3(saída do condensador) é inferior aquela de saturação apresentada no ciclo ideal, podendo diminuir mais ainda na tubulação entra o condensador e a válvula de expansão. Portanto, os pontos 3 e 4 não são isentálpicos na realidade, já que há uma diferença de temperaturas e pressão( considerando que a relação PxH seja a mais importante nas considerações aqui feitas). 10. 11. Debata as principais diferenças entre o ciclo real e ideal. Reposta: Pontos Temperatura ( K) Pressão(Bar) V.Específico (m³/kg) Entalpia (kJ/kg) Área de passagem do Ar(m²) Ar Quente 313,15 10,174 0,0200 419,8 2,226 Ar Frio 261,8 1,8 0,1074 391,4 126,45 Pontos Velocidade (m/s) Vazão volume( m³/s) Vazão mássica( kg/s) Taxa de Transferênci a de calor( J) 126,45 Watts Ar Quente 7,5 4,5 538,4 0,891 Ar Frio 1,3 0,12 -1,270kJ -2,11