Aula 6 Trocadores de Calor e TXV (1)

(1)

(2)

• Evaporador

• Função • Tipos • Dreno • Sensor de Temperatura •

Condensador

• Função • Tipos •

Transferência de Calor

•

Dispositivos de Expansão

• Tubo de orifício

• Válvula termostática de expansão

(3)

3

(Linha de sucção)

(Linha de descarga)

(Linha de líquido)

• Localização

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4

• Função

•

Superfície de transmissão de calor na qual o líquido volátil é

vaporizado com o objetivo de transferir calor de um espaço ou

produto refrigerado (Dossat, 2004)

•

É um componente de refrigeração no qual refrigerante é evaporado

para produzir o efeito de resfriamento em um fluido (ASHRAE,

2004)

(5)

• Sistema de Ar condicionado automotivo

(6)

• Diagrama P-h do R-134a

(7)

Vantagens do trocador brazado

• Maior eficiência comparado ao trocador de calor convencional (com idênticas superfícies frontais)

• Uma menor profundidade do trocador em alumínio brazado proporciona 50% de queda de pressão do ar.

• Diminuição significativa da quantidade de refrigerante.

Largura: 65mm 18mm (para resultados equivalentes)

• Tipos

•

Brazado

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(9)

9

(10)

(11)

a)Fluxo de refrigerante pelo evaporador. b) Secção do evaporador (Denso, 2012)

(12)

12

• Processo de Resfriamento do Ar

•

Ar ambiente: mistura de ar seco e vapor d’água

•

Processo de resfriamento: Condensação/congelamento da

umidade do ar

• Condensação:

• Deve ser levada em conta no cálculo da carga térmica

• Dreno

• Congelamento:

• Degrada transferência de Calor (reduz vazão e atua como isolante térmico)

• Pode danificar o trocador

(13)

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• Processo de Resfriamento do Ar

•

Sistema de Dreno

•

Sensor para evitar congelamento

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• Parâmetros de projeto de afetam desempenho do

evaporador

•

Área de face

•

Número de fileiras

•

Espaçamento das aletas

•

Vazão e velocidade do ar

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15

• Função

•

Rejeitar calor para o meio externo

•

O calor é rejeitado pela mudança de fase (condensação) do fluido

refrigerante

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• Localização

•

Integrado ao conjunto CRFM (Condensador, radiador e ventilador)

(Linha de descarga)

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(18)

• Diagrama P-h do R-134a

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• Tipos

•

Tubos aletados (mecânico)

• Tubos redondos de cobre ou Alumínio aletados externamentes

•

Microcanais (brazado)

• Tubos chatos com microcanais em Alumínio, brazados nos cabeçotes, e com aletas planas dobradas entre os tubos

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• Comparação entre os tipos

•

Tubos aletados (mecânico)

• Mais barato, mais leve (mesmo tamanho)

•

Microcanais (brazado)

• Mais compacto

• Menor carga de refrigerante

• Menor perda de carga do lado do ar

• Com microcanais, a espessura da parede do tubo pode ser mais menor

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• Processo de rejeição de calor

•

Resfriamento de vapor superaquecido

•

Condensação

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(23)

(24)

(25)

(26)

(27)

• Transferência de calor do lado do ar e do refrigerante

• Se não houver mudança de fase

• Através do coeficiente do trocador

) ' ( h m Q      ml p T c m Q      ml T A U Q    

(28)

• Exemplo

• Calcular o calor transferido em um evaporador

trabalhando com R-134a, título de 0,5 na entrada, com

pressão de evaporação 300kPa (absoluta), 10C de

(29)

• Calcular o calor transferido em um evaporador trabalhando com R-134a, com pressão de evaporação 300kPa (absoluta), título de 0,5 na entrada, 10C de superaquecimento e vazão de 0,05kg/s

(30)

• Calcular o calor transferido em um evaporador trabalhando com R-134a, com pressão de evaporação 300kPa (absoluta), título de 0,5 na entrada, 10C de superaquecimento e vazão de 0,05kg/s

Variação de entalpia = 405-300 = 105kJ/kg Calor Transferido = 0,05 . 105 = 5,25 kW

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• LMTD (Média Logaritica das Diferenças de Temperatura)

             1 2 1 2 ln T T T T T_ml

(32)

• Coeficiente Global de Transferencia de Calor: U

• Considerando que a lei de Ohm pode ser escrita por:

R

V

(33)

• Coeficiente Global de Transferencia de Calor: U

As equações correspondentes aos mecanismos de transferência de calor são:

Transferência de calor do ar para a superfície exterior do tubo (convecção forçada):

e e e a A h T T q . 1  

Transferência de calor por condução da superfície exterior do tubo para a superfície interior: média i e A k e T T q .  

Transferência de calor da superfície interior do tubo para o refrigerante (convecção forçada): i i r i A h T T q . 1   e a e e T T A h q _        . 1 . i e média T T A k e q _       . . r i i i T T A h q _        . 1 .

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• Coeficiente Global de Transferencia de Calor: U

Pela adição membro a membro dessas equações, as temperaturas T_e e T_i podem ser eliminadas, resultando:

O Coeficiente Global de Transferência de Calor, U, pode ser definido como:

Assim: r a i i média e e T T A h A k e A h q _          . 1 . . 1 . ) .( .U T_a T_r A q   . 1 2 . . . . 1                       i i e i e e i h A A k A e A h A U

(35)

• Exemplo

• Calcular o calor transferido em um condensador de

1,2m2 e U=500W/m²K onde o ar entra a 30C, sai a

50C, a temperatura de condensação é de 60C

             1 2 1 2 ln T T T T T_ml ml T A U Q    

(36)

• Exemplo

• Calcular o calor transferido em um condensador de

1,2m2 e U=500W/m²K onde o ar entra a 30C, sai a

50C, a temperatura de condensação é de 60C

Refrigerante 60°C 50°C Ar 30°C 60°C 2

T



1

T



(37)

Refrigerante 60°C 50°C Ar 30°C 60°C 2 1 2 T T T     20 2 10 30   

T Menos precisa, considera a

variação como se fosse linear

(38)

Refrigerante 60°C 50°C Ar 30°C 60°C

Mais precisa, considera a variação de temperatura como uma curva logarítmica

C T_ml 18,2 10 30 ln 10 30 _                       1 2 1 2 ln T T T T T_ml

(39)

• Exemplo

• Calcular o calor transferido em um condensador de

1,2m2 e U=500W/m²K onde o ar entra a 30C, sai a

50C, a temperatura de condensação é de 60C

C T_ml 18,2 10 30 ln 10 30           kW Q 5001,218,210,9 

(40)

•

Função

• Manter um diferencial de pressão

• Controlar a vazão de fluido refrigerante (geometria variável)

•

Processo Físico

• Líquido a alta pressão e alta temperatura é expelido de um orifício

• A expansão rápida leva o fluido para uma condição de névoa a baixa temperatura e pressão

(41)

41 •

Localização

• Montada na caixa de ar. Localizada na placa corta-fogo para montagem da tubulação do compartimento do motor

(42)

(43)

•

Tipos

• OT - (Orifice Tube) Tubo de Orifício

• TXV - (Thermal Expansion Valve) Válvula de Expansão Termostática

• Tubo Capilar

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(44)

•

Função

• Manter um diferencial de pressão

• Controlar a vazão de fluido refrigerante (geometria variável)

•

Processo Físico

• Líquido a alta pressão e alta temperatura é expelido de um orifício

• A expansão rápida leva o fluido para uma condição de névoa a baixa temperatura e pressão

(45)

(46)

46 •

Tubo de orifício

(47)

47 •

Tubo de orifício

(48)

•

Válvula de Expansão

• Funcionamento

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50 •

Válvula de Expansão

(51)

Saída do evaporador gás refrigerante alta temperatura, válvula expansão aumenta fluxo de gás entrada do evaporador para baixar temperatura

Saída do evaporador gás refrigerante baixa temperatura, válvula expansão diminui fluxo de gás entrada do

evaporador para aumentar temperatura

(52)

• Exemplo: Considerando um evaporador trabalhando com R-134a, com pressão de

evaporação 300kPa (absoluta), título de 0,5 na entrada, 10C de superaquecimento, vazão de 0,05kg/s e pressão de condensação 2000kPa

(53)

•

Válvula de Expansão

• Exemplo

(54)

•

Válvula de Expansão

• Exemplo

P=2000kPa T=67C

(55)

•

Válvula de Expansão

• Exemplo P=2000kPa T=67C P=300kPa T=0C

(56)

•

Válvula de Expansão

• Exemplo P=2000kPa T=67C P=300kPa T=0C

(57)

•

Válvula de Expansão

• Exemplo P=2000kPa T=67C P=300kPa T=0C P=300kPa T=10C

(58)

•

Válvula de Expansão

• Exemplo P=2000kPa T=67C P=300kPa T=0C P=300kPa T=10C

(59)

•

Válvula de Expansão

• Exemplo P=2000kPa T=67C P=300kPa T=0C P=300kPa T=10C P=400kPa T=10C

(60)

•

Válvula de Expansão

• Exemplo P=2000kPa T=67C P=300kPa T=0C P=300kPa T=10C P=400kPa T=10C P=100kPa

(61)

•

Válvula de Expansão

• System Charge e Cross charge

•

Hunting

• É chamado de hunting quando a TXV oscila e não consegue entrar em equilibrio.

Normalmente acontece quando o orifício da TXV é muito grande ou quando o diferencial de pressão é maior que o considerado no projeto.

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•

Válvula de Expansão

(63)

Saída do evaporador gás refrigerante alta temperatura, válvula expansão aumenta fluxo de gás entrada do evaporador para baixar temperatura

Saída do evaporador gás refrigerante baixa temperatura, válvula expansão diminui fluxo de gás entrada do

evaporador para aumentar temperatura

•

Válvula de Expansão

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•

Válvula TXV

•

Tubo de Orifício

Vantagens:

• Regula automaticamente o fluxo de fluido refrigerante;

• Mais robusta devido a construção;

Desvantagens:

• Manutenção complexa;

• Menor custo;

• Fácil manutenção;

•Vazão não se ajusta a demanda automaticamente;

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(66)

•

Acumulador

• O Acumulador é usado em sistema que usam o tubo de orifício.

• O Acumulador é montado na saída do evaporador e “acumula” o excesso de

líquido, garantindo assim que somente vapor retornará ao compressor.

Acumulador

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(68)

68 •

Acumulador

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•

Filtro secador

O filtro secador é usado nos sistema que trabalham com TXV e localizado na linha de alta pressão, após o condensador. Como a TXV necessita de “líquido”, o filtro secador garante isso, através de um reservatório que separa o líquido do vapor. Dentro do filtro secador, existe um componente químico que retira a umidade (sílica) e o filtro que retém as impurezas do sistema.

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70 •

Localização do Filtro secador

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Filtro Secador

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