EME902 REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO. Professor: Osvaldo J. Venturini Refrigeração Industrial (34 horas) Ar Condicionado (30 horas)

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1 Prof. Osvaldo UNIFEI J. Venturini - IEM/UNIFEI IEM EME902 REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Professor: Osvaldo J. Venturini Refrigeração Industrial (34 horas) Ar Condicionado (30 horas) Horários - Salas (quinta-feira - 10:10 às 12:00 horas - Sala I ) (sexta-feira - 10:10 às 12:00 horas - Sala I ) senha: $AVAC17

2 EME902 Refrigeração e Ar Condicionado AVALIAÇÃO NOTA I Projeto I Instalação Frigorífica (30%) data: 25/09/17 Prova sem consulta (70%) data: 29/09/17 NOTA II Projeto II Sist. de Climatização (30%) data: 20/11/17 Prova sem consulta (70 %) data: 24/11/17 Para aprovação: Média igual ou superior a 60 e 75% de presenças PROVA SUBSTITUTIVA Prova sem consulta (100%) data: 07/12/17 Todo o conteúdo do curso (ver Art. 60 2º) EME902 Refrigeração e Ar Condicionado

3 EME902 Refrigeração e Ar Condicionado EME902 Refrigeração e Ar Condicionado

4 EME902 Refrigeração e Ar Condicionado NA DISCIPLINAS EME902 NÃO ESTÁ AUTORIZADO O USO DE APARELHOS CELULARES OU QUALQUER OUTRO EQUIPAMENTO ELETRÔNICO EME902 Refrigeração e Ar Condicionado

5 EME902 Refrigeração e Ar Condicionado EME902 Refrigeração e Ar Condicionado

6 EME902 Refrigeração e Ar Condicionado 1. Sistemas de Refrigeração Por Compressão de Vapor. 2. Câmaras Frigoríficas (construção, carga térmica e isolantes) 3. Equipamentos Frigoríficos Fundamentais (compressores, condensadores, dispositivos de expansão e evaporadores) 4. Equipamentos Auxiliares (solenóides, válvulas de Serviço, bypass de gás quente, separadores de óleo,...) 5. Sistemas e Ciclos de Degelo. 6. Fluidos Refrigerantes (características, seleção, substituição/retrofit). 7. Equilíbrio Térmico e Seleção dos Componentes do Sistema. 8. Sistemas de Refrigeração por Compressão de Vapor do Tipo Multipressão; 9. Refrigeração por Absorção de Vapor EME902 Refrigeração e Ar Condicionado 10. Psicrometria 11. Conforto Térmico 12. Cálculo da Carga Térmica para Conforto e em Sistemas Industriais 13. Dimensionamento de Dutos 14. Seleção de Bocas de Insuflamento e Retorno 15. Sistemas de Condicionamento de Ar 16. Unidades Condicionadoras de Ar

7 Refrigeração Venturini, O. J., Pirani, M., 2004, Eficiência Energética em Sistemas de Refrigeração Industrial e Comercial, Eletrobrás - Efficientia, Rio de Janeiro. Stoecker, W. F., Jabardo, J., M., 2002, Refrigeração Industrial, Edgard Blücher Ltda. Costa, E. C., 1982, Refrigeração, Edgard Blücher Ltda. Dossat, R. J., 1980, Manual de Refrigeração, Hemus. Ar Condicionado Stoecker, W. F., Jones, J., W., 1985, Refrigeração e Ar Condicionado, McGraw-Hill Carrier Company, 1983, Manual de Aire Acondicionado, Marcombo, Barcelona Apostila prof Osvaldo e Ricardo Auxiliar EME902 Refrigeração e Ar Condicionado McQuiston, F. C., Parker, J. D., 1994, Heating, Ventilating and Air Conditioning Analysis and Design, 4th Ed., John Wiley & Sons Pizzetti, C., 1971, Acondicionamiento del Aire y Refrigeración - Teoría y Calculo de las Instalaciones, Interciência, Madrid. ASHRAE Handbooks: Fundamentals, Refrigeration, HVAC Sys. and Applic., etc... Threlkeld, J. L., Ramsey, J. W., Kuehn, T. H., 1998, Thermal Environmental Engineering, 3ª Ed., EME902 Refrigeração e Ar Condicionado Refrigeração: aplicações com temperaturas de 15 ºC a -70 ºC Armazenamento de alimentos: conservação e transporte 1880: transporte de carne da Austrália para a Inglaterra 1912: expedição à Península do Labrador => peixe mantido abaixo de 0 ºC 1000 Hortifruticultura: Tempo de armazenamento [dias] Carne Peixe Banana Maçã - CO2 Frango Maçã Fonte: W. F. Stoecker Temperatura de armazenamento [ o C] 10% de perda de umidade descarte Perdas por falta de armazenamento adequado variam de 30% a 35% da produção nacional. Brasil é um dos dez países que mais desperdiçam alimentos. Em 2010, 10 milhões de toneladas de comida, foram desperdiçadas (EMBRAPA / FAO) Somente 25% dos barracões das unid. agrícolas tem instalações frigoríficas

8 EME902 Refrigeração e Ar Condicionado Refrigeração: produção de alimentos Aves: 11,1 milhões de toneladas ano (plantel de 1,30 bilhões de cabeças em 2014) Bovinos: 10,3 milhões de toneladas anos (estim. 17,5 milhões de ton. em 2020) (plantel de 212,3 milhões de cabeças em 2014) Suínos: 3,2 milhões de toneladas (plantel de 37,9 milhões de cabeças em 2014) Faturamento dos Frigoríficos: Superior U$42,0 bilhões/ano 48 milhões de bovinos abatidos por ano Fonte: IBGE (2013, 2015) DINISCOR (2011) Refrigeração: EME902 Refrigeração e Ar Condicionado Armazenamento de alimentos: conservação e transporte

9 Refrigeração: EME902 Refrigeração e Ar Condicionado Armazenamento de alimentos: conservação e transporte EME902 Refrigeração e Ar Condicionado Refrigeração: Processamento de alimentos Queijos: a cura deve ser efetuada a temperaturas entre 10 e 20 ºC; Cerveja: a fermentação deve ser efetuada a temperaturas entre 7 e 13 ºC; Vinhos: precipitação do ditartarato de potássio (10 dias a -4 ºC); Dessalinização de água Resfriamento de moldes de injetoras; Resfriamento de fluido de corte; Secagem de ar comprimido; Separação de gases

10 EME902 Refrigeração e Ar Condicionado Refrigeração: Construção civil Resfriamento de concreto Congelamento de solo para escavação; Tucuruí Água gelada e gelo em escamas 12 máquinas de 7,5 ton.gelo/hora EME902 Refrigeração e Ar Condicionado Refrigeração: Congelamento de solo

11 Condicionamento de Ar Conforto EME902 Refrigeração e Ar Condicionado Condicionamento de Ar EME902 Refrigeração e Ar Condicionado Laboratórios: controle das condições ambiente ex: metrologia: 20±0,5 o C e 50±5% Têxtil: manutenção da flexibilidade e resistência evitar a eletricidade estática Gráficas: secagem e aderência da tinta evitar a eletricidade estática Eletrônicos Hospitais qualidade do ar, umidade, temperatura, etc. conforto e controle da distribuição do ar Salas limpas

12 CONCEITOS FUNDAMENTAIS DEFINIÇÕES: Estados de uma Substância Pura P P P Líquido T Líquido Vapor Líquido Líquido Subresfriado T < T SAT P Líquido Saturado T = T SAT Título x = 0 P Vapor Úmido T = T SAT 0 < x < 1 P Vapor Saturado Vapor Superaq. Gás Vapor Saturado T = T SAT x = 1 Vapor Superaquecido T > T SAT Gás T >>>> T SAT

13 Diagramas de MOLLIER para Fluidos Refrigerante Entalpia Temperatura Pressão REFRIGERAÇÃO POR COMPRESSÃO DE VAPOR

14 REFRIGERAÇÃO POR COMPRESSÃO DE VAPOR ALTA PRESSÃO Condensador Q C Dispositivo de Expansão Compressor W C Q O Evaporador BAIXA PRESSÃO Ciclo Teórico de Refrigeração por Compressão de Vapor

15 Balanço de Energia para Cada Componente do Ciclo Aplicação da Primeira Lei da Termodinâmica Determinação das capacidades (potências) ent 2 2 V V Q m h g z m h g z W 2 2 sai Os efeitos da variação de energia cinética e potencial podem ser desprezados, frente às variações de energia térmica (entalpia) Q ent m h sai m h W Balanço de Energia para Cada Componente do Ciclo Q m (h h ) Evaporador o f 1 4

16 Balanço de Energia para Cada Componente do Ciclo Compressor W m (h h ) c f 2 1 Compressão Úmida: gotículas de líquido misturadas ao vapor Não recomendada para compressores alternativos: Líquido no cabeçote do cilindro Líquido poder diluir o óleo lubrificante ( lava o cilindro) Balanço de Energia para Cada Componente do Ciclo Condensador Q m (h h ) c f 2 3 Para a plena capacidade é necessário confirmar que todo o refrigerante antes do dispositivo de expansão esteja como líquido

17 Balanço de Energia para Cada Componente do Ciclo Dispositivo de Expansão 3 4 h h A redução da pressão leva a vaporização de parte do refrigerante provocando a redução da sua temperatura. Balanço de Energia para Cada Componente do Ciclo RESUMO: Evaporador... Compressor... Condensador... Dispositivo de Expansão... Q m (h h ) o f 1 4 W m (h h ) c f 2 1 Q m (h h ) h c f 2 3 h 3 4

18 Coeficiente de Performance do Ciclo - COP Evaporador... Compressor... Condensador... Dispositivo de Expansão... Q m (h h ) o f 1 4 W m (h h ) c f 2 1 Q m (h h ) h c f 2 3 h 3 4 Energia Util Q h h COP Energia Gasta W h h o 1 4 c 2 1 Outra forma de expressar a eficiência é através da relação: kw TR W Q c o Ou ainda usando-se o Energy Efficiency Ratio (equiptos. autônomos): EER Q o W cons. W Btu / h kw TR 3,52 COP EER COP3,412 COP = 3,52 => kw/tr 1,0 kw/tr => EER 12,0 Btu/W.h

19 COP para chillers parafuso e centrífugos (resfriados a água) 9,6 Ciclo Real de Refrigeração por Compressão de Vapor A perda de carga total não deve exceder o equivalente a: Linha de Sucção: 2,2 C para fluidos halogenados e 1,1 C para a amônia. Linhas de líquido: 1,1 C Linhas de descarga: 1,1 C

20 Bomba de Calor - COP B COPB Q c W W c Q o W c 1 Q o W c 1 COP? Parâmetros que Influenciam no COP do Ciclo de Refrigeração Influência da Temperatura de Vaporização Influência da Temperatura de Condensação Influência do Subresfriamento Influência do Superaquecimento Útil

21 Influência da Temperatura de Vaporização Influência da Temperatura de Vaporização 7.00 LEGENDA Coeficiente de Performance, C.O.P R-717 R-134a R-22 T c = 40 o C Temperatura de Vaporização, To, em Celsius Obs: 1 ºC de aumento na temperatura de evaporação reduz consumo de energia de 2 a 4%

22 Influência da Temperatura de Condensação

23 Influência da Temperatura de Condensação 6.0 LEGENDA Coeficiente de Performance, C.O.P To = - 10 o C R-717 R-134a R Temperatura de Condensação, Tc, em Celsius Obs: 1 ºC de redução na temperatura de condensação reduz consumo de energia de 2 a 3%

24 Influência do Subresfriamento Influência do Subresfriamento Coeficiente de Performance, C.O.P Legenda R-717 R-134a R-22 o Tc = 45 C o To = - 10 C Sub-Resfriamento, Tsr, em Celsius

25 Influência do Superaquecimento Útil Influência do Superaquecimento Útil Coeficiente de Performance, C.O.P o Tc = 45 C To = - 10 o C LEGENDA R-717 R-134a R Superaquecimento Útil, Tsa, em Celsius Deve-se analisar o efeito do superaquecimento sobre o comportamento do compressor e do evaporador

26 Trocador de Calor Intermediário Tc = 50,0 ºC To = -5,0 ºC