Sistemas de refrigeração e bombas de calor

Sistemas de refrigeração e bombas de calor

10.1 – Sistemas de refrigeração a vapor

Carnot

C H C MÁX

T

T

T







10.2 – Analisando sistemas de refrigeração por

compressão de vapor

10.2.1 – Avaliando trabalho e transferência de calor

4 1 entra

_h

_h

m

Q









_

entra

Q



Capacidade frigorífica

[kcal/h] [kW] ....

1 2 c

_h

_h

m

W









Potência de compressão

[kW] ....



c

W



3 2 sai

_h

_h

m

Q









_

sai

Q



Calor rejeitado

[kcal/h] [kW] ....

4 3

h

h



Expansão isoentálpica

(estrangulamento)

1 s 2 4 1 c entra

h

h

h

h

m

W

m

Q



















Desempenho

Exemplo 10.1

Refrigerante 134a

Ponto 1 => vapor saturado T=0 o_{C => h}

1=247,23 [kJ/kg] / s1=0,9190 [kJ/kg.K] Ponto 2 => vapor super-aquecido / s_2s=s₁=0,9190 [kJ/kg.K] =>T_2s30 o_{C => h}

2s=264,7 [kJ/kg] T₃=26 o_{C p}

sat=6,853 bar

Ponto 3 => líquido saturado =>T₃=26 o_{C => h}

3=85,75 [kJ/kg] Ponto 4 => mistura líquido/vapor =>T₄=0 o_{C => h}

4=85,75 [kJ/kg] => x= 0,24 ] s / kg [ 08 , 0 m 

= 0,08(264,7 - 247,23)=0,08x17,47=1,39 [kW]=1,9 CV  =12,91 / 1,39 = 9,24

)

h

h

(

m

W



_c





₂



₁

)

h

h

(

m

Q



_entra





₁



₄ = 0,08(247,23-85,75)=0,08x161,48=12,91 [kW] _MÁX = 273 / (299 – 273) = 10,5

s

Exemplo 10.2

Ponto 1 => vapor saturado T=-10 o_{C => h}

1=241,35 [kJ/kg] / s1=0,9253 [kJ/kg.K] Ponto 2 => vapor super-aquecido / s_2s=s₁=0,9253 [kJ/kg.K] =>T_2s42 o_{C => h}

2s=272,39 [kJ/kg] Ponto 3 => líquido saturado =>T₃=35,53 o_{C => h}

3=99,56 [kJ/kg] Ponto 4 => mistura líquido/vapor =>T₄= -10 o_{C => h}

4=99,56 [kJ/kg] T₃=35,53 o_{C p} sat=9 bar = 0,08 (272,39 - 241,53) = 0,08x30,86=2,48 [kW]=3,37 CV  =11,34 / 2,48 = 4,57

)

h

h

(

m

W



_c





_2s



₁

)

h

h

(

m

Q



_entra





₁



₄ = 0,08 (241,35-99,56) = 0,08x141,79=11,34 [kW] _MÁX = 10,5

30o_C

Exemplo 10.3

p=9 bar = 0,08 (280,15 - 241,53) = 0,08x38,62=3,09 [kW]=4,2 CV  =11,99 / 3,09 = 3,87

)

h

h

(

m

W



_c





₂



₁

)

h

h

(

m

Q



_entra





₁



₄ = 0,08 (241,35-91,49) = 0,08x149,86=11,99 [kW] _MÁX = = 10,5 26o_C 0o_C

Ponto 1 => vapor saturado T=-10 o_{C => h}

1=241,35 [kJ/kg] / s1=0,9253 [kJ/kg.K] Ponto 2s => vapor super-aquecido / s_2s=s₁=0,9253 [kJ/kg.K] =>T_2s42 o_{C => h}

2s=272,39 [kJ/kg]

Ponto 3 => líquido comprimido =>T₃=30 o_{C => h}

3=91,49 [kJ/kg] Ponto 4 => mistura líquido/vapor =>T₄= -10 o_{C => h}

4=91,49 [kJ/kg]





) h h ( ) h h ( m W m W 1 2 1 s 2 c s c c _         ] kg / kJ [ 15 , 280 h 35 , 241 h 35 , 241 39 , 272 8 , 0 ₂ 2     

10.3 – Propriedade dos fluidos refrigerantes

1940 a 1990 - Fluidos refrigerantes --- CFCs => Afetam a camada de ozônio

Refrigerante 12 – CCl

₂

F

₂

é um exemplo

Atualmente - Fluidos refrigerantes --- HFCs e

HCFcs

=> Afetam menos a camada de ozônio

Refrigerante 134a – CF

₃

CH

₂

F é um exemplo de HFCs

Refrigerante 22 – CHClF

₂

é um exemplo de HCFCs

Amônia – NH

₃

10.4 – Sistema de compressão em cascata e multiestágios

Câmara Frigorífica

Temperatura ambiente a 25

o

_C

Produtos

0

o

_C

Circuito de refrigeração simples

Evaporador Condensador Válvula Motor-Elétrico Compressor

1

2

4

3

T

h

Diagrama T-h

0

25

-10

35

1

2

3

4

Fábricas de gelo

Gelo

0

o

_C

Circuito de refrigeração de um estágio

1

2

4

3

T

h

Diagrama T-h

0

25

-10

35

1

2

3

4

Evaporadores Condensadores Separador de Líquido _Compressores

Túneis de congelamento

-30

o

_C

Produtos

Circuito de refrigeração de dupla

expansão

Evaporadores

Compressores

primeiro estágio _{Condensadores}

Separador de Líquido Compressores segundo estágio Separador de Líquido

1

2

4

3

T

Diagrama T-h

-30

25

-10

35

1

2

3

4

5

6

7

-35

5

6

7

h

8

8

Túneis de congelamento

-30

o

_C

Produtos

Circuito de refrigeração de dupla expansão

com resfriador intermediário

Evaporadores

Compressores

primeiro estágio _{Condensadores}

Resfriador Intermediário Compressores segundo estágio Separador de Líquido

1

2

4

3

T

Diagrama T-h

-30

25

-10

35

1

2

3

4

5

6

7

-35

5

6

7

h

Coeficiente de performance:

Fábricas de gelo

Gelo

0

o

_C

1

2

4

3

T

h

Diagrama T-h

0

25

-10

35

1

2

3

4

Evaporadores Condensadores Separador de Líquido _Compressores

m



Coeficiente de performance é a relação

entre o efeito frigorífico e a potência

elétrica fornecida aos compressores

em regime de temperatura específico:

COP = Q

_evap

/ W

_elet

Condensadores Wc5 Wc7 Wc6 RI -10 °C SL-3 -40 °C SL-4 -40 °C Coletor -40 °C Recipientes de amônia SL-2 -10 °C SL-1 0 °C Wc9 m1 Coletor -10 °C Coletor 0 °C EV-1 EV-2 EV-3 EV-4 m2 m5 m3 1 4 m4 Coletor de alta Wc8 Wc1 Wc4 9 8 10 6 7 5 2 3

Circuito de Refrigeração

Regime 0 o_{C ->} Circuito de um estágio Regime -10 o_{C ->} Circuito de um estágio Regime -40 o_{C ->} Túnel Recrusul Circuito de dupla expansão com RI Regime -40 o_{C ->} Túnel Madef Circuito de dupla expansão sem RI Climatização 1.810 Mcal/h Fábrica de Gelo 627 Mcal/h Recrusul Madef 1.072 Mcal/h 824 Mcal/h

6

7

1

4

5

8

9

Medições:

Características termodinâmicas do Circuito

Compressores

Medições realizadas:

Vazão

m = F.



.V.A

Climatização

Resfriador Intermediário

F3 F5 F1

Medições realizadas:

Fator de vazão das válvulas

Climatização

Resfriador Intermediário

10.5 – Sistema de refrigeração por absorção

Água - Amônia Evaporador Condensador Absorvedor Válvula de expansão Bomba Gerador Válvula Solução Forte Solução Fraca Amônia Trocador de calor Retificador entra

Q

entra

Q

sai

Q

sai

Q

W

