Refrigeração e Ar Condicionado. Ciclo Real

Transcrição

1 Refrigeração e Ar Condicionado Ciclo Real

2 Posso secar roupas nas grades atrás da geladeira?! Grades à dutos à fluido tira o calor interno e dissipa no ar; Dissipação no ar à convecção; Roupas úmidas à isolantes à dificultam TRC; Resultados: Diminui à capacidade de resfriamento; Desgaste à refrigerador; Congelador à fluido com T maior que a convencional à diminuindo Ti; Termostato à T alta à Motor não irá interromper o compressor à esquentar; Diminui à vida útil do compressor àperder eficiência e comprimir menos Aumenta kwh à conta de luz!!! Não!!!

3 Título x u= ul + x uv ul v = vl + x vv vl h = hl + x hv hl s = sl + x sv sl x = mv / (ml+mv)

4 Exemplo 2 : efeito da TRC Irreversível sobre o desempenho Modifique o exemplo 10.1 de modo a permitir diferenças de temperatura entre o refrigerante e as regiões quente e fria. O vapor saturado entra no compressor a -10 C. O líquido saturado sai do condensador a uma pressão de 9 bar. Para esse ciclo de refrigeração por compressão de vapor modificado, determine a potência do compressor em kw, a capacidade frigorífica em TR e o coeficiente de desempenho. P1 à T1 = -10 C à tab A-10 à h1 = 241,35 kj/kg s1 = 0,9253 kj/kg.k P2 à 2s à P2 = 9 bar à tab A-12 à h2s = 272,39 kj/kg (entropia esp. constante) s2 = s1 P3 à P3= 9 bar à h3 = 99,56 kj/kg P4 à h4 = h3

5 Wc = m (h2s h1) = (0,08 kg/s). (272,39 241,35) kj/kg.(1 kw / 1 kj/s) = 2,48 kw Q ent = 0,08 kg/s. (60s/min). (241,35 99,56) kj/kg. ( 1 TR / 211 kj/min) = 3,23 TR β = Q ent / Wc = (241,35 99,56) / (272,39 241,35) = 4,57 Ex 1: Wc = 1,4 kw Q ent = 3,67 TR β = 10,5

6 Eficiência isentrópica do compressor

7 Ciclo Real

8 Ex 10.3 Ciclo Real Reconsidere o ciclo de refrigeração por compressão de vapor do exemplo 10.2, mas inclua na análise o fato de que o compressor tem uma eficiência isentrópica de 80%. Além disso, admita que a temperatura do líquido que deixa o compressor seja 30 C. Para esse ciclo modificado, determine a potência do compressor em kw, a capacidade frigorífica em TR e o coeficiente de desempenho. P1 à T1 = -10 C à tab A-10 à h1 = 241,35 kj/kg P2 à s1 = 0,9253 kj/kg.k h2 = h1 + (h2s h1) / ƞc h2s = 272,39 kj/kg h2 = 280,15 kj/kg

9 P2 => h2 e p2 à interpolar na tab A-12, entropia específica, s2 = 0,9497 kj/kg.k P3 => região líquida à h3 = hf = 91,49 kj/kg, s3=sf = 0,3396kJ/kg.K P4 => h3 = h4 X4 = (h4 - hf4)/(hg4 hf4) = 91,49 36,97/ 204,39 = 0,2667 S4 = sf4 + x(sg4 sf4) = 0, ,2667.( 0,9253 0,1486) = 0,3557 kj/kg.k

10 Wc = m (h2s h1) = (0,08 kg/s). (280,15 241,35) kj/kg.(1 kw / 1 kj/s) = 3,1 kw Q ent = 0,08 kg/s. (60s/min). (241,35 91,49) kj/kg. ( 1 TR / 211 kj/min) = 3,41 TR β = Q ent / Wc = (241,35 91,49) / (280,15 241,35) = 3,86

11 Exercícios 1-Considere dois ciclos de refrigeração por compressão de vapor. O refrigerante entra na válvula de expansão como liquido saturado a 30 C em um ciclo e com líquido sub-resfriado a 30 C no outro. A pressão do evaporador de ambos os ciclos é igual. Qual ciclo você acha que terá um COP mais alto?

12 Ciclo de refrigeração por compressão de vapor em cascata Trocador de calor intermediário (TCI) contracorrente. Fluxo de massa normalmente diferente. A energia rejeitada durante a condensação do refrigerante no ciclo de menor temperatura é usada para evaporar o refrigerante no ciclo de maior temperatura. O efeito desejado ocorre no evaporador de baixa e a rejeição de calor ocorre no condicionador de alta. Refrigerante A: deve ter uma relação entre a Psat e T que permita a refrigeração em uma temperatura relativamente baixa sem uma pressão excessivamente baixa no evaporador Refrigerante B: deve ter características de saturação que permitam a condensação à temperatura desejada na ausência de pressões excessivamente altas no condensador.

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14 Exemplo

15 B) Taxa de absorção de calor do evaporador. C)

16 Compressão Multiestágio com Inter Resfriamento. Compressão Multiestágio com Inter Resfriamento. Temperatura do refrigerante inferior à temperatura da vizinhança. Arranjo de 2 estados de compressão, proporciona ECONOMIA de potência e acionamento do compressor. Próprio refrigerante é utilizado para o Inter resfriamento. TCD trocador de calor de contato direto. Vapor saturado entra no TCD ( T baixa, estado 9), mistura com o refrigerante a uma temperatura mais alta, que vem da saída da compressão 1 (estado 2). Estado 3 Corrente única, saindo do TCD. Compressor 2 comprimi o gás até a pressão do condensador, Menos trabalho por unidade de massa que escoa.

17 Compressão Multiestágio com Inter Resfriamento. Temperatura em 4 será mais baixa do que a compressão obtida por um único estágio. (1-2-a) Reduzimos a irreversibilidade externa associada à transferência de calor no condensador. Em 5 o refrigerante irá expandir pela válvula de expansão e entrará na Câmara de separação (separador de líquido e vapor) Como uma mistura bifásica (Título X). Líquido e vapor se separam em duas correntes. Vapor saturado entra no TCD (estado 9) obtendo o Inter resfriamento.. Líquido saturado sai, no estado 7, e expande-se através da 2ª válvula. Fração de vapor formado na Câmara de Separação é igual ao título X no estado 6 (1-X). Assim, a fração de líquido formado é (1-X).

18 Exercício!

19 respostas

20 Compressão de vapor de múltiplos estágios. Visam atender instalações na área de refrigeração como supermercados, com várias câmaras frias que necessitam mais de um evaporador. instalações de baixas temperaturas como laticínios, te = 35 C, indústrias químicas, te = 100 C ou liquefação de gás natural, te = 161 C. Os sistemas de múltiplos estágios também podem ser usados em bombas de calor, onde o condensador opera a temperatura muito elevada, tc = 70 C.

21 Bomba de Calor Objetivo: fornecer calor para região quente! Ex.: manter aquecida uma residência acima da temperatura ambiente, e processos industriais que trabalham com temperaturas elevadas. 2 tipos: Compressão de vapor: aplicações de aquecimentos de interiores Absorção: aplicações industriais e cada vez mais residenciais.

22 Bomba de Calor

23 Bomba de Calor: Ciclo de Carnot sai = entra + líq Qentra é a energia fornecida ao fluido de trabalho pela região fria; Wlíq é a potência de acionamento fornecida ao ciclo. COPmáx: ϒmáx = ( sai/ ) / [( c/ ) ( t/ )] = área 2-a-b-3-2 / área ϒmáx = efeito de aquecimento/ potência líquida ϒmáx = Tquente / (Tquente Tfria)

24 COP Real COP Real: ϒ = ( sai/ ) / ( c/ ) = (h2 h3) / (h2 h1)

25 Exemplo: Aquecer uma casa no inverno, manter a temperatura interior em 21 C. A taxa de perde de calor da casa é de 37,5 kw, quando a temperatura externa é de -5 C. Determine a potência mínima necessária operar esta bomba de calor? = 1 / [ 1 ( )/(21+273)] = 11,3 à = 37,5 kw / 11,3 = 3,32 kw

26 Exercício

27 (b) ou

28 (c) (d)

29 Exercício

30 Fluidos Refrigerantes: Seleção Parâmetro importante para seleção de refrigerantes: T do meio refrigerado e o ambiente. Desempenho: fornecer refrigeração de maneira confiável e econômica. Segurança: evitar riscos: Inflamabilidade, toxicidade, quimicamente estável, corrosivo. Impacto Ambiental: uso de fluidos que não agridem a camada da estratosférica de ozônio

31 Acidente: botijão de cozinha com GNV

32 1850 à Sistema de compressão de vapor utilizava o éter etílico (1º refrigerante usado comercialmente) Amônia R-717 CO2 R-744 Cloreto de metil R-40 SO2 à dióxido de enxofre R à vazamentos resultaram em doenças e mortes 1928 à General Motors desenvolveu em 3 dias o R-21 ( 1º da família CFC ). Produção comercial começou em (aerossóis, isolamentos de espuma, indústria eletrônica como solventes para limpeza de chips)

33 Gás Freon à CFC (cloro flúor carbonos) e HCFC ( hidro cloro flúor carbonos) 1930 CFC R11, R12, R113 e R114 (cientista Thomas Midgely Jr) O Freon não é inflamável, não é explosivo, não é tóxico e não corrói metais. A pressão necessária para que ocorra transferência apreciável de calor, era bem inferior à requerida pelos gases refrigerantes conhecidos. àgás Ideal. Porém, o Freon destrói o ozônio da atmosfera, tão importante para barrar o excesso de radiação solar ultravioleta na superfície da Terra O excesso de radiação UV deteriora a visão dos seres, altera a fotossíntese, como da soja, do feijão, de hortaliças, como o repolho, além de intensificar o desenvolvimento de câncer de pele nos seres humanos. Freon já era usado para outros fins: R 11 (CFC-11) >> produção de espumas de poliestireno R 12 (CFC-12) >> ciclos de refrigeração R 13 (CFC-13) >> limpeza de circuito eletrônico

34 1936 HCFC à R à perceberam os efeitos do CFC : maior incidência de raios ultravioletas à ACORDO INTERNACIONAL proibiu o uso de cloro. Convenção de Viena e Protocolo de Montreal sobre Proteção da Camada de Ozônio e Substâncias que Esgotam a Camada de Ozônio 4nio.pdf

35 HFC à Hidro Fluor Carbono è R-134a Foi o principal substituto do R-12, usado em sistemas de refrigeração, ar condicionados residenciais e automotivo. Outros HFC R-410A e R-407C. Dióxido de carbono (R-744) e R-1234yf são os substitutos do R-134a em automóveis à emenda para eliminar o R-22 devido ao seu alto teor de cloro. Em 2010 o R-22 foi proibido de ser instalado em novos sistemas, substitutos: R-410A e R-407C

36 Tabelas

37 Trabalho em grupo

38 Sistema simples de refrigeração por absorção: amônia-água

39 france s Ferdinand Carre Franceŝ Ferdinand Carre

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