APS Termodinâmica Grupo 2

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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