MÁQUINAS TÉRMICAS. Prof. Edimilson Alves Pinto

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1 MÁQUINAS TÉRMICAS Prof. Edimilson Alves Pinto 2012

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3 Introdução 15 Capítulo 1 - Máquinas térmicas Objetivos Máquinas térmicas Ciclos teóricos e reais Ciclo de Carnot Ciclos termodinâmicos reais Ciclo Otto Ciclo Diesel Ciclo Brayton Ciclo Rankine Turbo-expansores Sistemas auxiliares de um motor a combustão interna do ciclo Otto Sistema de combustível Sistema de ignição Sistema de arrefecimento Sistema de lubrificação Exercícios Glossário Bibliografia Gabarito 47 Capítulo 2 - Refrigeração Objetivos Refrigeração Máquinas de refrigeração Ciclos por compressão e absorção Ciclo por compressão Ciclo por absorção Frio industrial Aplicações do frio industrial Fluidos refrigerantes Gases refrigerantes Condensadores Evaporadores Normas Outras normas Exercícios Glossário Bibliografia Gabarito 72

4 Introdução Originária do grego mechane, a palavra máquina significa qualquer dispositivo engenhoso ou invenção que possua várias partes, cada uma com uma função. Cerca de 130 a.c., o inventor Heron de Alexandria catalogou os primeiros instrumentos nomeados de máquinas simples: a alavanca, a roda e eixo, a roldana, a cunha e a rosca. Essas máquinas simples possuíam uma turbina de reação que era responsável por converter a energia em movimento. Esse processo é conhecido hoje pela Terceira Lei de Newton: a lei de ação e reação. As máquinas térmicas atuam nesse mesmo processo, convertendo energia interna de um combustível em energia mecânica, de forma que essa energia gere movimento necessário para transportar, acionar outras máquinas, gerar energia elétrica, dentre outros. 15 Elas têm participação importante na indústria do petróleo, figurando como componentes vitais nos processos produtivos. As turbinas a vapor e a gás e os motores a diesel, a gasolina e a vapor são máquinas térmicas utilizadas na indústria. Há máquinas térmicas de combustão interna e externa. Nas primeiras, a transformação do combustível em energia e a sua conversão em trabalho ocorrem no mesmo espaço físico, como é o caso dos motores a gasolina e a diesel e das turbinas a gás. Nas de combustão externa, os processos ocorrem em espaços físicos diferentes, como é o caso das turbinas a vapor e dos turbo-expansores, nos quais a geração de energia térmica ocorre em caldeiras ou num outro processo químico.

5 As máquinas térmicas operam em um ciclo repetido de aquecimento e pressurização de um fluido operante, da transformação de parte da energia contida no fluido em trabalho mecânico e do descarte da energia não aproveitada. Várias substâncias podem ser usadas como fluido operante, entretanto as mais usadas nos equipamentos industriais são a água, o ar e os hidrocarbonetos. Esses fluidos são os responsáveis por receber calor e liberar trabalho. As máquinas térmicas, portanto, utilizam energia na forma de calor (gás ou vapor em expansão térmica) para provocar a realização de um trabalho mecânico, gerado a partir da expansão do fluido contendo temperatura e pressão. 16

6 Capítulo 1 Máquinas térmicas

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8 Capítulo 1. Máquinas térmicas 1. Máquinas térmicas As máquinas térmicas são dispositivos criados pelo homem para transformar o calor, produzido a partir de uma fonte quente, em energia mecânica utilizável, ou seja, geram trabalho (W). Essas máquinas utilizam a energia do vapor d água ou da mistura gasosa produzida pela combustão de certos materiais combustíveis ou a energia térmica de outras fontes, gerando um regime contínuo de trabalho (W) mecânico. Apesar dos diferentes tipos de máquinas térmicas, elas obedecem às seguintes características: Recebem calor de uma fonte quente; Conservam apenas parte desse trabalho (W); 19 Rejeitam o calor que não foi usado para um reservatório chamado fonte fria; Funcionam por ciclos. Ciclos termodinâmicos representam as transformações das condições termodinâmicas de uma substância. Assim, nas máquinas térmicas o trabalho é gerado por meio da aplicação dos ciclos adequados Ciclos teóricos e reais A Termodinâmica estuda as relações entre calor, temperatura, energia e trabalho (W) mecânico. Esses processos de conversão de energia são governados por leis que definem as grandezas termodinâmicas: Lei zero: determina a temperatura e o equilíbrio térmico entre os corpos; Primeira lei : estabelece o princípio de conservação da energia de um sistema;

9 Segunda lei: define os limites de eficiência e a direção do fluxo da energia. O ciclo teórico, considerado como ideal, serve-nos como modelo de estudo embora não seja alcançável na realidade, ou seja, este ciclo não existe na prática. Nesse ciclo, podemos notar as seguintes características: Ausência de atrito; Perdas para o meio externo e; Equilíbrio em todos os processos. 20 Por esses motivos é considerado ideal, servindo apenas de base para a ciência explicar grande número de fenômenos ou operações. O ciclo real é aquele que ocorre na realidade. Ao contrário do ciclo teórico, não é imaginário. Nesse ciclo, podemos notar que existem perdas de energia para o meio externo, causadas por atrito. Além disso, não há tempo suficiente para o equilíbrio nos processos. As máquinas térmicas funcionam de acordo com ciclos. A energia adicionada em forma de calor em uma parte do ciclo é utilizada como trabalho (W) útil em outra. Assim, a variação interna de energia do sistema é a diferença entre o calor adicionado e o trabalho (W) realizado. Essa é a descrição da primeira lei da termodinâmica, que é expressa pela relação: U = Q - W Onde: ΔU = Variação da energia interna; Q = Calor recebido (adicionado) pelo sistema; W = Trabalho realizado.

10 Capítulo 1. Máquinas térmicas Ciclo de Carnot A máquina que funciona segundo o ciclo de Carnot é uma máquina ideal em que a perda de calor para o exterior é mínima e, portanto, apresenta o máximo rendimento entre os ciclos, muito embora na prática nunca tenha sido possível construí-la. Portanto, nenhuma máquina real pode superar a eficiência da máquina de Carnot operando entre as mesmas temperaturas. O ciclo de Carnot pode ser representado no diagrama PV a seguir, onde: p A Q 1 T 1 B 21 T 2 Q 2 C v AB = Expansão isotérmica do trabalho (W) realizado pelo gás; BC = Expansão adiabática da liberação de calor para a fonte fria; CD = Compressão isotérmica trabalho (W) adicionado ao gás; DA = Compressão adiabática da adição de calor ao gás. O trabalho (W) total realizado pelo gás é a área interna de ABCD. Nesse caso, por termos um ciclo reversível, no qual o gás sempre retorna a sua condição inicial, a eficiência pode ser dada por:

11 Onde: Tc = Temperatura da fonte fria (em graus Kelvin); Th = Temperatura da fonte quente (em graus Kelvin). Essa relação representa o máximo rendimento térmico que uma máquina térmica, operando entre as temperaturas Tc e Th, pode alcançar. 22? VOCÊ SABIA? Sadi Carnot ( ) foi um engenheiro militar francês que pesquisou sobre as características básicas das máquinas térmicas, estudando o problema de seu rendimento. Ele foi o primeiro a demonstrar as características realmente significativas do funcionamento das máquinas térmicas: primeiramente, a máquina recebe de uma fonte qualquer certa quantidade de calor a uma temperatura elevada; depois, executa um trabalho (W) externo; e, por fim, rejeita o calor à temperatura mais baixa do que a correspondente ao calor recebido Ciclos termodinâmicos reais Os diversos tipos de máquinas térmicas reais têm o seu princípio de funcionamento baseado em ciclos termodinâmicos reais, sendo os principais exemplos os ciclos de, Otto, Diesel, Brayton e Rankine Ciclo Otto O ciclo Otto representa o funcionamento dos motores de combustão interna cuja principal aplicação é a propulsão dos automóveis. A máquina Otto é composta basicamente por um pistão trabalhando em um cilindro fechado e acoplado a um eixo girante por uma biela

12 Capítulo 1. Máquinas térmicas que permite a transformação do movimento alternativo em rotativo. O cilindro possui também uma válvula de admissão da mistura combustível + ar e uma de escape, bem com uma vela de ignição. No esquema a seguir é apresentado o princípio de funcionamento de um motor de ciclo Otto de quatro tempos, que são: Aspiração; Compressão; Combustão ou expansão; Descarga. ar comb Princípio de funcionamento de um motor Otto de quatro tempos Na posição 0-1, o pistão se desloca para baixo admitindo a mistura combustível ar para o cilindro; esse é o tempo aspiração. Na seqüência 1-2, as válvulas fecham e o pistão sobe, comprimindo a mistura ar + combustível. Esse é o tempo compressão.

13 Na seqüência 2-3, com o pistão na sua posição superior (ponto morto superior), a mistura está comprimida e uma vela de ignição produz uma centelha elétrica que inicia a combustão. O calor gerado pela combustão eleva a pressão no cilindro forçando o pistão para baixo como em 3-4. Esse é o temp de combutão/ expansão. Ao atingir a sua posição mais baixa (ponto morto inferior) a válvula de descarga se abre como em 4-1. A nova subida do pistão em 1-0 permite a expulsão do gás queimado e já sem pressão. É o tempo de descarga. 24 Quando o pistão atinge novamente o seu ponto morto superior, o ciclo se reinicia. Esse é o ciclo dos motores a gasolina, a álcool e a Gás Natural Veicular (GNV).? VOCÊ SABIA? Em 1862, um engenheiro francês, Alphonse Beau de Rochas idealizou o ciclo de quatro tempos que, posteriormente (1876), foi implementado pelo engenheiro alemão Nikolaus Otto, aplicando-o a um motor térmico. Por isso, a designação de Ciclo Otto Ciclo Diesel O ciclo Diesel representa o funcionamento dos motores de combustão interna de mesmo nome. Embora construtivamente tenham muitos pontos em comum com os motores Otto, os motores movidos a diesel possuem algumas diferenças típicas, que estão relacionadas, principalmente, com as características do combustível utilizado.

14 Capítulo 1. Máquinas térmicas Nos motores Otto há necessidade de uma fonte de ignição para que a combustão seja iniciada, já nos motores diesel, quando as condições de temperatura e pressão geradas pela compressão do ar no cilindro são suficientes para gerar a auto-ignição, apenas a injeção controlada do combustível na câmara de combustão pode dar início à combustão. O esquema a seguir descreve o seu funcionamento. ar comb Princípio de funcionamento de um motor Diesel Na posição 0-1, o pistão se desloca para baixo admitindo somente ar para o cilindro. Na seqüência 1-2, as válvulas fecham e o pistão sobe, comprimindo o ar. Na seqüência 2-3, com o pistão na sua posição superior (ponto morto superior), o ar está comprimido e o combustível é injetado de forma controlada por um bico injetor. A condição interna na câmara propicia o início da combustão sem a necessidade de centelha elétrica.

15 O calor gerado pela combustão eleva a pressão no cilindro, forçando o pistão para baixo como em 3-4. Ao atingir a sua posição mais baixa (ponto morto inferior) a válvula de descarga se abre como em 4-1. A nova subida do pistão em 1-0 permite a expulsão do gás queimado e já sem pressão. Quando o pistão atinge novamente o seu ponto morto superior, o ciclo se reinicia. 26? VOCÊ SABIA? Em 1893, o engenheiro alemão Rudolf Diesel ( ) criou o primeiro modelo do motor a diesel. Há algumas diferenças com relação a outros motores de combustão interna, como por exemplo, enquanto os cilindros dos motores Otto aspiram uma mistura combustível ar, os dos motores Diesel aspiram somente ar. Em função dos princípios de funcionamento dos dois tipos de motores -enquanto para a gasolina, quanto mais resistente a auto-ignição, melhor; para o diesel, quanto menos resistente, melhor. Engenheiros que continuaram o trabalho de Rudolf Diesel o substituíram por um motor de ciclo misto, em que o funcionamento relaciona-se ao mesmo tempo com o ciclo Diesel e com o ciclo Otto. Devido às suas características funcionais, os motores diesel trabalham em regimes de mais baixa rotação, bem como possuem pior relação peso-potência do que os de ciclo Otto de mesma cilindrada. Isso explica a sua maior aplicação onde o torque é fator mais importante, como veículos para transporte (ônibus, caminhões e embarcações) e larga aplicação industrial. Outra justificativa para essas aplicações é o fato do combustível queimado nos motores diesel ser mais seguro (características de inflamabilidade na temperatura ambiente).

16 Capítulo 1. Máquinas térmicas Ciclo Brayton O ciclo Brayton utiliza um gás contendo energia térmica que se expande em uma turbina gerando trabalho (W). Este é um exemplo de ciclo Brayton aberto, cujo conjunto é denominado turbina a gás, muito utilizadas em aviões, na geração elétrica, no acionamento de compressores de processo e na propulsão de navios. Nesse ciclo, o ar é admitido e ganha pressão em um compressor e, em seguida, recebe energia pela queima de um combustível em uma câmara de combustão, expandindo-se em uma turbina que, além de acionar o compressor, disponibiliza trabalho (W) externo. O gás que sai da turbina é descarregado na atmosfera. Observe a seguir o exemplo completo desse esquema. Combustível Compressor Câmara de combustão Eixo Turbina W 1 4 Entrada de ar Saída de gases Esquema do ciclo Brayton Como mais de 2/3 da energia fornecida pela queima do combustível é consumida internamente no acionamento do compressor que alimenta a câmara de combustão, a turbina a gás possui um rendimento térmico em torno dos 30%. Na ilustração a seguir estão mostrados os componentes principais de uma turbina a gás industrial. exaustor Admissão de ar Rotor do compressor combustor Estator do compressor Combustível Turbina Componentes de uma turbina a gás industrial

17 As turbinas a gás têm como suas maiores qualidades a compacticidade (relação peso x potência) e a possibilidade de utilizar vários tipos de combustíveis, como diesel, querosene de aviação (QAV), gás natural e óleo combustível. O fator peso-potência é o que determina sua larga aplicação na aviação. Também essa característica, associada à flexibilidade no uso de combustíveis, determina o seu uso intensivo em plataformas de produção de petróleo. Como o gás da exaustão de uma turbina ainda contém uma considerável quantidade de energia térmica (em torno de 400 ºC), freqüentemente ele é utilizado para aquecimento ou geração de vapor Ciclo Rankine 28 O ciclo Rankine é basicamente uma adaptação do ciclo de Carnot. É o mais usado em usinas termelétricas e nucleares. Tem como fluido operante a água, que passa à fase de vapor quando aquecida em uma caldeira, gerando, dessa forma, trabalho (W). Outros líquidos podem ser usados, mas a água é o mais comum. Se a expansão ocorrer em uma turbina, por exemplo, esta pode ser usada para acionar equipamentos rotativos, como geradores elétricos e compressores. Nesse caso, o vapor que deixa a turbina condensase e a água é bombeada de volta à caldeira. Outro exemplo prático do ciclo é a locomotiva a vapor, em que a turbina é substituída por pistões a vapor. A seguir é mostrada a visão esquemática do ciclo. 3 Caldeira Turbina Q 23 4 W 34 2 W 12 1 Bomba Condensador Esquema do ciclo Rankine Q 41

18 Capítulo 1. Máquinas térmicas As turbinas a vapor têm vasta aplicação na indústria da energia, principalmente na área de refinarias e petroquímicas. Em alguns FPSOs (Floating Production Storage Offloading) elas são usadas para geração de energia elétrica e acionamento de bombas e compressores Turbo-expansores Os turbo-expansores são turbinas que utilizam gases provenientes de processos químicos que ainda contenham quantidade de energia térmica suficiente para gerar trabalho (W) mecânico quando expandidos nestas. São largamente utilizados em refinarias, petroquímicas e unidades de produção de gasolina natural Sistemas auxiliares de um motor a combustão interna do ciclo Otto Os sistemas de um motor a combustão interna do ciclo Otto (gasolina ou álcool) necessitam para o seu funcionamento de sistemas auxiliares que desempenham funções diversas, como por exemplo: 29 Sistema de combustível; Sistema de ignição; Sistema de arrefecimento; Sistema de lubrificação Sistema de combustível É o sistema responsável por introduzir o combustível no motor, misturando-o com ar. Em um motor movido à gasolina, a alimentação é feita através de um carburador ou através de injetores de gasolina colocados diretamente no coletor de admissão do motor. a) Carburação Entendemos por carburação o processo no qual a mistura ar/ combustível é produzida com o objetivo de gerar uma combustão otimizada. Cabe também à carburação suprir o motor com a vazão

19 adequada de combustível para cada regime de funcionamento do mesmo. Para a gasolina, a relação ideal está na faixa de 15 partes de ar para uma de combustível e para o álcool 9. Valores mais baixos que estes indicam uma mistura rica, que provoca maior consumo e mais poluição. Misturas pobres - muito ar - geram perda de potência. b) Sistema de combustível a carburador A ilustração a seguir mostra os principais componentes de um carburador típico. Alimentador Afogador Entrada de gasolina Emulsionador (compensador) Cuba Vent 30 Agulha de entrada Bóia Difusor (venturi) secundário Difusor (venturi) principal Bomba de aceleração Gigle principal Mistura atomazida Circuito de baixa (marcha lenta) Agulha de ajuste (marcha lenta) Borboleta de aceleração Componentes de um carburador típico O combustível é recebido na cuba fornecido por uma bomba que o movimenta a partir de um reservatório. Um sistema de bóia e agulha mantém o nível da cuba constante. O acionamento do acelerador atua na abertura da válvula-borboleta de controle do fluxo, permitindo um aumento da vazão de ar que passa pelo venturi. Uma depressão é formada no centro, arrastando o combustível e formando uma mistura atomizada que é direcionada para a admissão do motor. Na condição de marcha lenta, onde a válvula-borboleta de aceleração está fechada, a alimentação se faz por um circuito alternativo. Em condições de aceleração, um fluxo adicional de combustível é requerido, sendo este fornecido por um dispositivo que força uma injeção por um circuito independente. O afogador permite o enriquecimento da mistura, requerido quando o motor está frio, facilitando a sua partida

20 Capítulo 1. Máquinas térmicas c) Sistema de combustível a injeção A evolução dos sistemas de alimentação fez com que o carburador fosse sendo substituído por um sistema de injeção direta, controlado eletronicamente. Esse sistema garante que o motor receba somente o volume de combustível de que necessita para um melhor desempenho no regime em que está sendo solicitado. Nos sistemas de injeção eletrônica, todos os componentes são controlados por um módulo eletrônico central, que recebe várias informações do funcionamento do motor via sensores elétricos, tais como: rotação, fluxo de ar, ângulo de posição do eixo, posição da válvula-borboleta, temperaturas e pressões, entre outros. O esquema a seguir descreve o funcionamento desse sistema. Bico injetor Ar 31 P B Controle de Vazão Tanque de combustível Sensores Módulo eletrônico de controle Mistura Sistema de injeção eletrônica Velas

21 Uma bomba elétrica de combustível mantém uma pressão constante na entrada dos bicos injetores, que são acionados para abrir e dosar a quantidade de combustível determinada pela central, que também controla o sistema de ignição. Um sistema de injeção tem como principais componentes: Bico injetor: controla o volume de combustível, atuando através de comandos enviados pela unidade comando eletrônico ; Regulador de pressão: atua como limitador de pressão de combustível de 1 a 2 bar, permitindo o retorno de combustível em excesso para o reservatório; 32 Bomba de combustível: possui acionamento elétrico. Sua operação independe da rotação do motor, mantendo assim o sistema sem flutuações de pressão; Atuador de marcha lenta: tem a função de controlar a vazão de ar em regime de marcha lenta, permitindo, assim, controle da rotação em qualquer instante de funcionamento do motor; Unidade de comando eletrônico : é o centro de operação de todos os componentes do sistema de alimentação de combustível. Tem a função de monitorar e analisar os dados enviados pelos sensores, sinalizando ao injetor, e em alguns casos ao sistema de ignição, as condições de trabalho (W) solicitadas pelo motor.

22 Capítulo 1. Máquinas térmicas? VOCÊ SABIA? Uma forma de se aproveitar parte da energia rejeitada por um motor de combustão interna é acoplar turbinas acionadas pelos gases de escape. Esse processo é chamado de turboalimentação. Os gases que saem da câmara de explosão possuem temperatura elevada e certa pressão e a turbina converte parte dessa energia mecânica. A função é aumentar a capacidade de admissão de ar no motor, uma vez que este sendo admitido a uma pressão maior que a atmosférica permite que uma maior massa de ar seja admitida, gerando maior potência. A seguir, é apresentado um esquema de funcionamento do dispositivo. O recurso da turboalimentação pode ser utilizado tanto em motores do ciclo Otto como nos de ciclo Diesel. 33 Coletor de escape Coletor de admissão Intercooler Regulador Atuador Válvula de alívio Rotor de compressor Rotor de escape Turbo Filtro de ar Sistema de ignição O sistema de ignição é um sistema elétrico que tem a função de gerar uma centelha no interior da câmara de combustão, que dá início a queima da mistura combustível - ar.

23 A centelha é gerada no interior da câmara de combustão, dando início a queima da mistura combustível - ar. Essa centelha é formada na vela - um eletrodo que abre um arco voltaico quando submetido à alta tensão, obtida por um circuito elétrico composto por uma bateria, uma bobina que eleva a tensão e um distribuidor para as velas no momento requerido. No esquema a seguir são mostrados os componentes principais do sistema: R V Sistema de ignição 1- bateria, 2- comutador de ignição, 3- bobina de ignição, 4- distribuidor de ignição, 5- condensador de ignição, 6- platinado, 7- velas de ignição, Rv- pré-resistor. O momento em que o sistema de ignição dispara a centelha na vela é de suma importância para o funcionamento de um motor a gasolina. É o chamado ponto de ignição. Como a queima não é instantânea, o sistema promove uma antecipação da centelha em relação ao ponto morto superior do cilindro, ou seja, quando a pressão interna deveria atingir o seu valor máximo requerido, otimizando o trabalho (W) gerado. Assim, essa antecipação tem um momento ótimo e o desvio em relação a esse valor produz efeitos indesejáveis ao funcionamento/integridade do motor. Quando a antecipação medida em graus em relação ao Ponto Morto Superior (PMS) é excessiva, dizemos que o ponto está adiantado, podendo provocar o fenômeno da auto-ignição ou detonação, a comumente chamada batida de pino. A auto-ignição é uma queima descontrolada que pode gerar sérios danos ao motor, como erosão nos pistões. Por outro lado, motores atrasados com pouca antecipação da ignição perdem potência e aquecem acima do normal.

24 Capítulo 1. Máquinas térmicas a) Octanagem O rendimento de um motor do ciclo Otto é diretamente proporcional à sua taxa de compressão. Isso quer dizer que os motores devem ser construídos com a maior taxa possível. Na prática, temos uma limitação a isso, que é a possibilidade de ocorrer a auto-ignição da mistura combustível - ar, quando as condições de temperatura - pressão na câmara são elevadas. Como dito anteriormente, essa é uma condição indesejável aos motores. Assim, o limite da taxa de compressão está vinculado à resistência que o combustível tem em iniciar uma auto-ignição. Esta propriedade de um combustível pode ser medida e foi padronizada, chamada de Octanagem ou Índice de Octana, pois é medida em comparação com uma mistura de isoctano com n-heptano. Assim, o valor da octanagem de uma gasolina é dado pelo percentual de isoctano da mistura equivalente, e quanto maior o valor, maior a resistência e, portanto, melhor a gasolina. No Brasil, temos como exemplos a gasolina comum, com 87 octanas, e a Premium Podium Petrobras, com 95 octanas. Os motores são projetados para atender à octanagem média da gasolina fornecida no país. 35 Tanto a gasolina comum quanto a aditivada tem octanagem 86. Este índice é indicado para a maioria da frota de veículos que circulam no Brasil. Já a gasolina Premium possui octanagem 91, podendo ser utilizada em qualquer veículo. Embora a octanagem da gasolina Premium seja superior a da comum e a da aditivada, não traz nenhum benefício se o motor não exigir esse tipo de combustível (alta taxa de compressão, com monitoramento eletrônico, injeção multiponto e projetados para gasolinas de alta octanagem).

25 ? VOCÊ SABIA? O teor de álcool na gasolina é objeto de Lei Federal e de responsabilidade da Agência Nacional de Petróleo ANP. No Brasil, com exceção do Rio Grande do Sul, é utilizada uma mistura de 76% de gasolina e 24% de álcool etílico (etanol). É uma gasolina única no mundo. No Brasil, também se mistura etanol à gasolina, na forma de 24% de etanol anidro, a 99,6 ºGay-Lussac (GL) e 0,4% de água, formando uma mistura gasohol com o objetivo de aumentar a octanagem da gasolina Sistema de arrefecimento Menos de uma quarta parte da energia calorífica desenvolvida em um motor do ciclo Otto é convertida em trabalho (W) útil. O calor restante deve ser dissipado para que nenhum dos componentes do motor aqueça a ponto de ser danificado. Quando se pisa fundo no acelerador, cerca de 36% do calor são descartados pelo escapamento, 7% são consumidos em atritos internos que são absorvidos pelo óleo de lubrificação e 33% dissipam-se no sistema de arrefecimento, antes chamado de sistema de refrigeração. O circuito fechado de arrefecimento é composto por uma bomba, uma válvula termostática que controla a temperatura, mangueiras e camisas no bloco do motor para condução do líquido de arrefecimento, e um radiador que troca calor com o ar externo.

26 Capítulo 1. Máquinas térmicas Os tipos de sistemas de arrefecimento são: Sistema de refrigeração a ar Sistema de arrefecimento a água Sistema de arrefecimento natural Termossifão Sistema de circulação forçada por bomba Nesse sistema, os cilindros do motor (às vezes, também, o cárter) possuem aletas que aumentam a superfície de contato com o ar, permitindo uma melhor troca de calor com o meio. Nesse sistema, a água é utilizada como condutora de calor entre o motor e o ar atmosférico. A refrigeração é obtida pelo forte calor da água em contato com o exterior dos cilindros e do cabeçote. Com isso, a temperatura do motor fica estabilizada e o seu funcionamento mais regular. Nesse sistema, não há uma bomba, a circulação de água é feita naturalmente pela diferença de densidade entre a água fria (menos densa) do motor e a água quente (mais densa) do radiador. Esse tipo de circulação é chamado de Termossifão. Nesse sistema, há uma bomba que agiliza a circulação, resultando em uma menor diferença de temperatura nas extremidades do radiador e menos riscos de congelamento no inverno. Entretanto, quando o motor é acionado, a água fria entra imediatamente em circulação e o aquecimento do motor é mais lento Sistema de lubrificação A função do óleo no motor não consiste apenas em reduzir o atrito e o desgaste dos componentes móveis, mas também exerce função de selagem (atua nos anéis do pistão selando os gases da câmara de combustão), de dissipar o calor, de diminuir a corrosão e absorver alguns dos resíduos nocivos da combustão. O óleo encontra-se no cárter, na parte inferior do motor, e é enviado por uma bomba para os apoios principais através de um filtro. O bloco do motor dispõe de uma série de ranhuras que conduzem o óleo para os mancais, cilindros, conjunto de válvulas de admissão e descarga, entre outros. O resfriamento do óleo é normalmente feito no cárter por troca com ambiente externo, sendo que em motores de alta performance é utilizado um radiador específico.

27 a) Lubrificantes Os óleos lubrificantes para motores possuem, entre outras, as seguintes propriedades: Viscosidade: caracteriza as particularidades de escoamento do óleo. Ela é modificada com a temperatura; nesse sentido, quanto mais quente está o óleo, menor a viscosidade. A viscosidade ainda deve ser suficiente para assegurar um atrito líquido a temperaturas de funcionamento das peças do motor entre 353 K e 423 K (80 a 150 C). 38 Ponto de combustão: a temperatura na qual o óleo emite vapores suscetíveis de serem inflamados. O ponto de combustão deve ser o mais elevado possível, evitando fugas por vaporização quando em contato com as partes inferiores do pistão do motor quente. A temperatura de combustão é geralmente superior a 493 K (220 C) para os óleos finos, e para os óleos espessos, ela ultrapassa 253 K (250 C). Ponto de congelamento: o óleo, a uma determinada temperatura, não escorre mais de uma proveta quando esta é inclinada. O ponto de congelamento deve ser o mais baixo possível, facilitando, assim, que o motor entre em movimento após um tempo prolongado sob temperaturas muito baixas. Os lubrificantes devem possuir também características detergentes, que contribuem para manter a limpeza interna do motor, anticorrosivos e contra formação de borras e depósitos nas partes internas nos motores.

28 Capítulo 1. Máquinas térmicas Os tipos de sistemas de lubrificação são: Lubrificação por salpico Lubrificação por pressão Lubrificação por projeção Lubrificação por mistura Lubrificação por cárter seco Nesse sistema, as cubas colocadas perto da passagem de cada biela são alimentadas por uma bomba de óleo. As bielas possuem uma colher (pescador) que apanha o óleo que passa pela cuba; por inércia, o óleo penetra em seguida na biela e lubrifica o moente. Nesse sistema, o óleo chega aos mancais sob pressão, sendo canalizado até aos moentes para lubrificar as bielas. Tanto os mancais quanto as bielas não possuem ranhuras de lubrificação, com exceção de algumas câmaras de óleo curtas que não desembocam no exterior. Nesse sistema, a lubrificação ocorre sob pressão de todos os mancais e a lubrificação das bielas por um jato de óleo, que intensifica a penetração do mesmo no interior da biela. Nesse sentido, o óleo é misturado com o combustível penetrando no motor, proporcionalmente ao consumo do mesmo. Nesse sistema, o óleo fica em um reservatório independente, sendo introduzido sob pressão nos elementos a lubrificar. O óleo que tende a se acumular no fundo do cárter é aspirado por uma segunda bomba, chamada bomba de retorno, que o remete ao reservatório. 39

29 1.4. Exercícios 1) Qual é a função de um sistema de ignição? 2) Qual a diferença entre ciclo teórico e ciclo real? 3) Complete: 40 a) O ciclo caracteriza um motor térmico ideal em que a perda de calor para o exterior é mínima e, portanto, apresenta o máximo rendimento entre os ciclos. b) O ciclo representa o funcionamento dos motores de combustão interna cuja principal aplicação é a propulsão dos automóveis. c) O ciclo aplica-se aos motores lentos estudados para a propulsão dos barcos. d) O ciclo usa a água, que passa à fase vapor quando aquecida em uma caldeira e se expande para gerar trabalho. e) O ciclo utiliza um gás contendo energia térmica que se expande em uma turbina, gerando trabalho.

30 Capítulo 1. Máquinas térmicas 4) Qual a diferença entre sistema de carburação e injeção? 5) Relacione as características apresentadas na primeira coluna com os tipos de sistemas de arrefecimento e lubrificação listados na segunda coluna: ( 1 ) O óleo fica em um reservatório independente, sendo introduzido sob pressão nos elementos a lubrificar. ( ) Sistema de lubrificação por projeção. ( 2 ) O óleo é misturado com o combustível, penetrando no motor proporcionalmente ao consumo do mesmo. ( 3 ) O óleo chega aos mancais sob pressão, sendo canalizado até aos moentes para lubrificar as bielas. ( 4 ) A lubrificação ocorre sob pressão de todos os mancais e a lubrificação das bielas por um jato de óleo. ( 5 ) As cubas colocadas perto da passagem de cada biela são alimentadas por uma bomba de óleo. ( ) Sistema de lubrificação por salpico. ( ) Sistema de lubrificação por mistura. ( ) Sistema de lubrificação por cárter seco. ( ) Sistema de lubrificação por pressão. 41

31 6) Marque a alternativa correta. a) Neste sistema, a água é utilizada como condutor de calor entre o motor e o ar atmosférico. ( ) Sistema de refrigeração a ar. ( ) Sistema de arrefecimento a água. ( ) Sistema de circulação forçada por bomba. b) Neste sistema, os cilindros do motor (às vezes, também, o cárter) possuem aletas que aumentam a superfície de contato com o ar. ( ) Sistema de refrigeração a ar. ( ) Sistema de arrefecimento a água. ( ) Sistema de circulação forçada por bomba. 42 c) Neste sistema, há uma bomba que agiliza a circulação, resultando em uma menor diferença de temperatura nas extremidades do radiador e menos riscos de congelamento no inverno. ( ) Sistema de arrefecimento natural Termossifão. ( ) Sistema de arrefecimento a água. ( ) Sistema de circulação forçada por bomba. d) Neste sistema, não há uma bomba, a circulação de água é feita naturalmente pela diferença de densidade entre a água fria do motor e a água quente do radiador. ( ) Sistema de refrigeração a ar. ( ) Sistema de arrefecimento natural Termossifão. ( ) Sistema de circulação forçada por bomba.

32 Capítulo 1. Máquinas térmicas 7) Correlacione as colunas, identificando os principais sistemas de um motor ciclo Otto. A) Sistema de combustível B) Sistema de ignição C) Sistema de arrefecimento ( ) A função do óleo no motor não consiste apenas em reduzir o atrito e o desgaste dos componentes móveis, mas também exerce função de selagem (atua nos anéis do pistão, selando os gases da câmara de combustão), de dissipar o calor, de diminuir a corrosão e absorver alguns dos resíduos nocivos da combustão. ( ) É um sistema que tem a função de dissipar o calor restante resultante do processo de conversão de energia para que nenhum dos componentes do motor aqueça ao ponto de ser danificado. ( ) É um sistema elétrico que tem a função de gerar uma centelha no interior da câmara de combustão, que dá início à queima da mistura combustível - ar. 43 D) Sistema de lubrificação ( ) É o sistema responsável por introduzir o combustível no motor, misturando-o com ar. Em um motor movido a gasolina, a alimentação é feita através de um carburador ou através de injetores de gasolina colocados.

33 1.5. Glossário Afogador - dispositivo no painel do veículo, o qual enriquece a mistura de ar + combustível. Aleta - chapa paralela, presa às carcaças dos motores com o objetivo de aumentar a área de contato com o ar para o resfriamento. ANP - Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis. Biela - peça responsável pela transferência do movimento alternativo em rotativo. Cárter - o cárter de um motor é em ferro fundido ou em alumínio fundido. Forma a parte principal do bloco do motor e contém o virabrequim, o eixo de cames (motor de válvulas laterais) e a bomba de óleo. As extremidades do cárter têm freqüentemente garras destinadas à fixação do motor. As paredes extremas e as divisórias internas suportam os mancais do virabrequim. 44 Cilindrada - medida do volume deslocado de um motor de combustão interna a pistão. É obtido pelo produto do diâmetro pelo curso dos pistões, multiplicado pelo número de cilindros do motor. Combustão - reação química entre uma substância (o combustível) e um gás (o comburente), geralmente o oxigênio, para liberar. Fluido operante - em uma máquina térmica, tem o papel de receber o calor e liberar o trabalho. Várias substâncias podem ser usadas como fluido operante, mas os mais usados nos equipamentos industriais são a água, o ar e os hidrocarbonetos. FPSO - Floating Production Storage Offloading. Sistema Flutuante de Produção, Armazenamento e Transferência. GL - Gay-Lussac. Mancal - suporte do rolamento nos eixos dos motores. Moente - pino do eixo manivela. Pistão - peça móvel do motor responsável por movimentar o eixo manivela. PMS - Ponto Morto Superior. Proveta - recipiente cilíndrico de vidro encontrado em laboratórios. QAV - querosene de aviação. Ranhura - pequenos canais onde corre o óleo lubrificante. Trabalho (W) - para fins da termodinâmica, trabalho é a energia que passa de um corpo para outro devido à ação de uma força.

34 Capítulo 1. Máquinas térmicas Válvula-borboleta - válvula responsável por dosar a quantidade de ar na entrada da câmara de combustão. Venturi - estreitamento do tubo no qual é criada uma depressão onde o ar suga o combustível. Viscosidade - propriedade dos fluidos correspondente ao transporte microscópico de quantidade de movimento por difusão molecular. 45

35 1.6. Bibliografia ALMEIDA, Silvio Carlos Anibal de. Motores de Combustão Interna. Apostila. Rio de Janeiro: UFRJ. Disponível em: < b2evolution/media/silvio/apmotoresmci05_01.pdf>. Acesso em: 29 set CARBONE, Luis. Máquinas Térmicas. Rio de Janeiro: CEFET/RJ, RIBEIRO, Almir Francisco. Refrigeração e Ar condicionado. Apostila. Petrobras. Rio de Janeiro: VAN WYLEN, Gordon & SONNTAG, Richard E. Fundamentos da Termodinâmica. São Paulo: Editora Edgard Blücher Ltda.,

36 Capítulo 1. Máquinas térmicas 1.7. Gabarito 1) Qual é a função de um sistema de ignição? Esse sistema elétrico tem a função de gerar uma centelha no interior da câmara de combustão, que dá início a queima da mistura combustível - ar. 2) Qual a diferença entre ciclo teórico e ciclo real? No ciclo teórico temos ausência de fricção, equilíbrio em todos os processos e não há perda de energia para o meio externo. Já no ciclo real há fricção, tempo insuficiente para equilíbrio e perdas de energia. 3) Complete: O ciclo de Carnot caracteriza um motor térmico ideal em que a perda de calor para o exterior é mínima e, portanto, apresenta o máximo rendimento entre os ciclos. O ciclo Otto representa o funcionamento dos motores de combustão interna cuja principal aplicação é a propulsão dos automóveis. O ciclo Diesel aplica-se aos motores lentos estudados para a propulsão dos barcos. O ciclo Rankine usa a água, que passa à fase vapor quando aquecida em uma caldeira e se expande para gerar trabalho. 47 O ciclo Brayton utiliza um gás contendo energia térmica que se expande em uma turbina, gerando trabalho. 4) Qual a diferença entre sistema de carburação e injeção? No sistema de carburação, a mistura ar/combustível começa no carburador e termina no interior da câmara de combustão do motor. Já no sistema por injeção, todos os componentes são controlados por um módulo eletrônico central, que recebe várias informações do funcionamento do motor via sensores elétricos, permitindo que o motor receba somente o volume necessário de combustível.

37 5) Relacione as características apresentadas na primeira coluna com os tipos de sistemas de arrefecimento e lubrificação listados na segunda coluna: ( 1 ) O óleo fica em um reservatório independente, sendo introduzido sob pressão nos elementos a lubrificar. ( 2 ) O óleo é misturado com o combustível, penetrando no motor proporcionalmente ao consumo do mesmo. ( 3 ) O óleo chega aos mancais sob pressão, sendo canalizado até aos moentes para lubrificar as bielas. ( 4 ) A lubrificação ocorre sob pressão de todos os mancais e a lubrificação das bielas por um jato de óleo. ( 5 ) As cubas colocadas perto da passagem de cada biela são alimentadas por uma bomba de óleo. ( 5 ) Sistema de lubrificação por projeção. ( 4 ) Sistema de lubrificação por salpico. ( 2 ) Sistema de lubrificação por mistura. ( 1 ) Sistema de lubrificação por cárter seco. ( 3 ) Sistema de lubrificação por pressão. 6) Marque a alternativa correta. 48 a) Neste sistema, a água é utilizada como condutor de calor entre o motor e o ar atmosférico. ( ) Sistema de refrigeração a ar. ( X ) Sistema de arrefecimento a água. ( ) Sistema de circulação forçada por bomba. b) Neste sistema, os cilindros do motor (às vezes, também, o cárter) possuem aletas que aumentam a superfície de contato com o ar. ( X ) Sistema de refrigeração a ar. ( ) Sistema de arrefecimento a água. ( ) Sistema de circulação forçada por bomba. c) Neste sistema, há uma bomba que agiliza a circulação, resultando em uma menor diferença de temperatura nas extremidades do radiador e menos riscos de congelamento no inverno. ( ) Sistema de arrefecimento natural Termossifão. ( ) Sistema de arrefecimento a água. ( X ) Sistema de circulação forçada por bomba. d) Neste sistema, não há uma bomba, a circulação de água é feita naturalmente pela diferença de densidade entre a água fria do motor e a água quente do radiador. ( ) Sistema de refrigeração a ar. ( X ) Sistema de arrefecimento natural Termossifão. ( ) Sistema de circulação forçada por bomba.

38 Capítulo 1. Máquinas térmicas 7) Correlacione as colunas, identificando os principais sistemas de um motor ciclo Otto. A) Sistema de combustível B) Sistema de ignição C) Sistema de arrefecimento D) Sistema de lubrificação ( D ) A função do óleo no motor não consiste apenas em reduzir o atrito e o desgaste dos componentes móveis, mas também exerce função de selagem (atua nos anéis do pistão, selando os gases da câmara de combustão), de dissipar o calor, de diminuir a corrosão e absorver alguns dos resíduos nocivos da combustão. ( C ) É um sistema que tem a função de dissipar o calor restante resultante do processo de conversão de energia para que nenhum dos componentes do motor aqueça ao ponto de ser danificado. ( B ) É um sistema elétrico que tem a função de gerar uma centelha no interior da câmara de combustão, que dá início à queima da mistura combustível - ar. ( A ) É o sistema responsável por introduzir o combustível no motor, misturando-o com ar. Em um motor movido a gasolina, a alimentação é feita através de um carburador ou através de injetores de gasolina colocados. 49

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40 Refrigeração Capítulo 2

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42 Capítulo 2. Refrigeração 2. Refrigeração Refrigeração não é um processo de adição de frio, como normalmente se pensa, mas sim, a remoção natural ou artificial do calor de um corpo. Esta aplicação é utilizada na preservação de alimentos desde muito tempo. Foi importante no desenvolvimento do comércio, pois conservava os produtos sujeitos à deterioração Máquinas de refrigeração Equipamentos construídos no intuito de refrigerar ou condicionar o ar, permitindo a troca de calor entre substâncias e ambientes de temperaturas diferentes, são chamados de máquinas de refrigeração. Nas plataformas de produção de petróleo offshore da Petrobras, situadas na Bacia de Campos, os tipos de sistemas de climatização mais utilizados são o de expansão indireta (chiller) e o de expansão direta (self-contained) Ciclos por compressão e absorção O processo de remover calor de um corpo é realizado por meio de um ciclo termodinâmico. A partir desse ciclo, o calor é extraído do ambiente a ser refrigerado e em seguida é enviado para o ambiente externo. Dentre os ciclos de refrigeração, os ciclos por compressão e por absorção são os mais utilizados Ciclo por compressão O ciclo de Carnot é um ciclo ideal e, portanto, pode funcionar de forma invertida. Assim, se ao invés de retirarmos trabalho (W) de uma fonte quente, adicionarmos trabalho (W) ao ciclo, o calor será movido da fonte fria para a fonte quente e teremos o princípio usado nos sistemas de refrigeração. Um ciclo de refrigeração é operado por meio de condensador, válvula de expansão e evaporador. Esses componentes são mostrados no esquema a seguir:

43 Calor Válvula de expansão Evaporador Condensador Compressor Trabalho Esquema de um ciclo de refrigeração 54 No ciclo por compressão, a elevação da pressão do refrigerante é conseguida por meio de um compressor que requer trabalho (W), ou seja, ao introduzir o trabalho (W) externo, por intermédio do compressor, a pressão do fluido refrigerante é elevada à forma de gás, que se torna liquido quando resfriado no condensador. Convém mencionar que o fluido operante no ciclo por compressão possui propriedades específicas que permitem maximizar o rendimento do ciclo. Chamado de fluido ou gás de refrigeração, o mais comumente utilizado é o Freon, nome comercial para os gases com base nos clorofluorcarbonos, ou CFCs. A transformação de expansão ocorre em uma válvula que, reduzindo a pressão, faz com que o refrigerante retorne para o seu estado gasoso removendo calor da fonte fria por intermédio do evaporador. Entende-se por fonte fria o meio que se deseja resfriar. Tanto o condensador quanto o evaporador são trocadores de calor que podem ser do tipo colméia ou do tipo casco e tubos. Em sistemas domésticos, como geladeiras e aparelhos de ar condicionado, as trocas de calor ocorrem entre o gás refrigerante e o ar externo no condensador e entre o gás refrigerante e o ar do meio refrigerado no evaporador, normalmente do tipo colméia - radiadores.

44 Capítulo 2. Refrigeração Nos sistemas industriais, como em plataformas, é comum o uso da troca gás - refrigerante - água em condensadores e evaporadores casco tubo, em sistemas de ar condicionado que utilizam a água gelada como fluido secundário, os chamados chillers. Assim, a água gelada é conduzida por tubulações isoladas aos ambientes, onde alimenta um conjunto radiador - ventilador (fan-coil) que resfria o ar. Observe nas ilustrações a seguir alguns componentes dos sistemas de refrigeração. 55 Chiller Condensador com válvula termostática

45 Escapamento ajustável Ventoinha Tambique Ventilador Compressor Painel de controle Grade frontal Sensor do termostato Filtro Mola do evaporador Mola do condensador Condicionador de ar doméstico 56 Fan coil Ciclo por absorção O ciclo de refrigeração por absorção é similar ao ciclo de refrigeração a vapor, sendo que a etapa de compressão é substituída por um processo químico. Esse ciclo é operado a calor, isto é, a maior parte da operação está associada com o fornecimento de calor que libera o vapor do líquido de alta pressão.

46 Capítulo 2. Refrigeração No sistema de absorção, podemos citar os seguintes componentes: Absorvedor: onde o fluido (gás) é misturado a uma solução líquida (ex.: água + amônia); Bomba: para manter o fluxo e aumentar a pressão da mistura líquida; Gerador: onde o fluido (gás) é separado da mistura a alta pressão. A energia externa vem em forma de calor. Este é adicionado ao gerador para liberação do fluido. A remoção do calor acontece no absorvedor durante a mistura. Uma válvula redutora mantém a diferença de pressão entre o gerador e o absorvedor. Assim, é possível a geração de frio a partir do fornecimento de calor. 57 Q ge Ambiente Quente T q Gerador C Q q W bs B Absorvedor A D T f Q f Q ab Ambiente Frio Esquema de sistema de absorção 2.3. Frio industrial Frio industrial é a utilização de equipamentos para reduzir a temperatura ambiente a valores requeridos pelo processo onde é aplicado.

47 Aplicações do frio industrial Atualmente, são inúmeras as aplicações do frio, que é aproveitado praticamente em todos os ramos da atividade humana. Assim, podemos citar: 58 Setores Indústria de alimentos Fabricação de gelo Indústria de construção Metalurgia Indústria química Condicionamento do ar Medicina Aplicações Manufatura, tratamento térmico, armazenagem e transporte de alimentos. Gelo em blocos, seco, pista de patinação. Estruturas de concreto (barragens, fundações etc.), congelamento do solo para abertura de poços e túneis, e consolidação de fundações abaladas. Tratamento térmico de aços rápidos, redução do endurecimento de certas ligas (alumínio), refrigeração de ferramentas durante o corte, ligação de peças mecânicas por contração etc. Remoção de calor em reações químicas exotérmicas, separação de misturas de líquidos e gases, e solidificação de materiais etc. Refrigeração de residências, escritórios, fábricas, transportes, recreação, hospitais etc., para refrigeração de minas profundas etc. Congelamento de peças anatômicas, conservação de cadáveres (morgues), elaboração do plasma sanguíneo, cultura de fungos (antibióticos), na fabricação da insulina etc Fluidos refrigerantes As substâncias químicas responsáveis pelo transporte de energia num ciclo de refrigeração são chamadas de fluidos refrigerantes. Essas substâncias, utilizadas em todos os equipamentos de refrigeração por compressão têm como função absorver energia térmica do meio.

48 Capítulo 2. Refrigeração 2.5. Gases refrigerantes As substâncias que absorvem grande quantidade de calor ao passarem do estado líquido para o gasoso são chamadas de gases refrigerantes. Para que haja essa absorção, é necessária a presença de uma fonte extra que efetue a troca de calor (água ou ar). A absorção ocorre justamente com a mudança de fase do fluido. Observe, na tabela a seguir, alguns exemplos de gases refrigerantes e sua aplicação. Refrigerante Família Química ODP GWP Lubrificante Aplicação R-11 CFC 1,0 1,0 - R-141b HCFC 0,11 0,13 - R-12 CFC 1,0 3,06 OM R-134a HFC 0 0,30 POE R-401A (MP 39) R-409A (FX 56) Limpeza (solvente) Limpeza (solvente) Frigorífico / Ar condicionado Novos equipamentos / Retrofit HCFC - - AB, POE Retrofit HCFC 0,05 0,31 OM, AB, POE Retrofit R-22 HCFC 0,055 0,37 OM Ar condicionado / Frigorífico R-407C HFC 0 - POE Ar condicionado R-413A HFC 0 - OM, AB, POE Retrofit R-417A HFC 0 - OM, AB, POE Retrofit 59 Exemplos de gases refrigerantes e sua aplicação 2.6. Condensadores Tanto o condensador quanto o evaporador são trocadores de calor que podem ser tanto do tipo colméia quanto casco tubo. Em sistemas domésticos, como geladeiras e aparelhos de ar condicionado, as trocas

49 de calor são entre o gás refrigerante e o ar externo no condensador e entre o gás refrigerante e o ar do meio refrigerado no evaporador, normalmente do tipo colméia - radiadores. Nos sistemas industriais, como em plataformas, é comum o uso da troca gás refrigerante - água em condensadores e evaporadores tipo casco tubos, em sistemas de ar condicionado que utilizam a água gelada como fluido secundário, os chamados chillers. Assim, a água gelada é conduzida por tubulações isoladas aos ambientes, onde alimenta um conjunto radiador - ventilador (fan-coil) que resfria o ar. 60 Condensador O condensador tem por finalidade esfriar e condensar o vapor superaquecido, proveniente da compressão, nas unidades de refrigeração mecânica. Esta operação é feita transferindo-se o calor do fluido aquecido para o meio (fonte quente), usando-se, para isto, água, ar ou mesmo ar e água em contato. A transmissão de calor num condensador verifica-se em três fases distintas: o dessuperaquecimento, a condensação e o sub-resfriamento. O refrigerante sob pressão e superaquecido entra no condensador onde, trocando calor com a água, ar ou água salgada, muda do estado de vapor superaquecido para líquido saturado ou sub-resfriado. No caso de condensadores a água doce ou salgada, eles são do tipo casco tubo. O vapor superaquecido circula através do casco, enquanto a água, através dos tubos.