TM-182 REFRIGERAÇÃ ÇÃO O E CLIMATIZAÇÃ ÇÃO. Prof. Dr. Rudmar Serafim Matos

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1 Universidade Federal do Paraná Setor de Tecnologia Departamento de Engenharia Mecânica TM-82 REFRIGERAÇÃ ÇÃO O E CLIMATIZAÇÃ ÇÃO Prof. Dr. Rudmar Serafim Matos

2 2.5 EXEMPLOS ILUSTRATIVOS Procedimentos para solução dos problemas de refrigeração. Ler o problema cuidadosamente e listar os dados de entrada; 2. Desenhar o esboço do sistema e representá-lo no diagrama P-h ou T-s; 3. Obter as propriedades termodinâmicas de todos os pontos característicos do sistema através dos diagramas ou tabelas de propriedades; 4. Obter os parâmetros de saída exigidos pela aplicação das equações de balanço de massa e energia para todos os componentes ou para o sistema; 5. Verificar a coerência dos resultados (unidades).

3 2.5 EXEMPLOS ILUSTRATIVOS EXEMPLO 2.5.2: Uma instalação frigorífica utiliza o refrigerante R22, operando a uma temperatura de evaporação de 0 o C e uma temperatura de condensação de 35 o C. Para estas condições desenvolve 50 kw de refrigeração. Considerar o ciclo padrão de compressão a vapor e um processo de compressão com uma eficiência isoentrópica de 0,7. Determine: a) As propriedades termodinâmicas dos pontos; b) O efeito de refrigeração, em kj/kg; c) A vazão mássica de refrigerante, em kg/s; d) O deslocamento volumétrico do compressor, em m3/s; e) O trabalho de compressão ideal e real em kw; f) O calor rejeitado pelo condensador em kw; g) O COP da máquina frigorífica e da bomba de calor; h) A perda de efeito de refrigeração, em kj/kg; i) O título do refrigerante na saída da válvula de expansão; j) O volume específico do refrigerante na saída da válvula de expansão.

4 EXEMPLO DADOS: Refrigerante R22 Q e 50 kw t e 0 o C t c 35 o C η c 0,7 Ciclo padrão de compressão a vapor

5 EXEMPLO ESBOÇO DO SISTEMA 3 Q c o 2 t c 35 C W cp ESQUEMA DO CICLO NO DIAGRAMA P-h VE 4 t e -0 o C CP p (kpa) o t c 35 C t 2 Q e 50kW p c o t e -0 C 3 Q c 2 2' CÂMARA FRIA p e 0 4 Q 50kW e W cp h 0 h 3 h 4 h h 2 h (kj/kg)

6 EXEMPLO a) As propriedades termodinâmicas dos pontos; ESTADO (t e -0 o C): ESTADO 3 (t c 35 o C): DA TABELA DE SATURAÇÃO PARA O R22: t e p e ν l ν 0 ν v ν h l h 0 h v h s l s 0 s v s t c

7 EXEMPLO a) As propriedades termodinâmicas dos pontos: ESTADO 2 (t c 35 o C, p c 355, kpa, s s 2,7644 kj/kg K): DA TABELA DE VAPORSUPERAQUECIDO PARA O R22: t 2 t c 35 o C Primeira interpolação linear para t 2 60 o C P (kpa) T ( o C) 23,4 39,08 h (kj/kg) 442,07 434,83 s (kj/kg K),830,7576 h 442,07 + (434,83 442,07) h 436,72kJ/kg s,830+ (,7576,830) (35-23,4) (39,08-23,4) s,7720 kj/kg K s s 2 (35-23,4) (39,08-23,4)

8 EXEMPLO a) As propriedades termodinâmicas dos pontos: ESTADO 2 (t c 35 o C, p c 355, kpa, s s 2,7644 kj/kg K): DA TABELA DE VAPORSUPERAQUECIDO PARA O R22: t 2 t c 35 o C Segunda interpolação linear para t 2 55 o C P (kpa) T ( o C) 23,4 39,08 h (kj/kg) 438,08 430,35 s (kj/kg K),8009,744 h 438,08+ (430,35 438,08) h 432,36 kj/kg s,8009+ (,744,8009) (35-23,4) (39,08-23,4) s,7589 kj/kg K s s 2 (35-23,4) (39,08-23,4)

9 EXEMPLO a) As propriedades termodinâmicas dos pontos: ESTADO 2 (t c 35 o C, p c 355, kpa, s s 2,7644 kj/kg K): DA TABELA DE VAPORSUPERAQUECIDO PARA O R22: t 2 t c 35 o C Terceira interpolação linear entre t 2 55 o C e 60 o C T ( o C) h (kj/kg) 432, ,75 s (kj/kg K),75889,7720 (,7644 -,759) t (60 55) (,7720 -,759) t2 o 57,08 C h 2 434,725 kj/kg h 432, (436,75 432,3627) 2 (,7644 -,759) (,7720 -,759)

10 EXEMPLO a) As propriedades termodinâmicas dos pontos: PROPRIEDADES TERMODINÂMICAS DOS PONTOS ESTADO T P h s ν Título PONTO ( o C) (kpa) (kj/kg) (kj/kg K) m 3 /kg -0 o C 354,74 400,83,7644 0,06528,0 2 57, o C 354,74 434,73, VSA 3 35 o C 355,0 242,82,449 0, ,0 4-0 o C 354,74 242,82-0, , o C 354,74 88,55 0,9577 0, ,0

11 EXEMPLO CÁLCULOS b) O efeito de refrigeração: ER h 4 - h 400,83 242,82 58,0 kj/kg (específico) ER (h -h ν 4 ) (400,83-242,82) 0, , kj/m (volúmico) c) A vazão mássica de refrigerante: m& Q& (h -h 4 ) 50 (400,83-242,82) e 0,364 kg/s

12 EXEMPLO CÁLCULOS d) O deslocamento volumétrico do compressor, em m3/s; V & m& ν 3 0,364 0, ,0206 m /s e) O trabalho de compressão ideal e real em kw; ( -h ) 0,364( 434, ,83) 0,55 kj/s W& cp mh & 2 W& cp, real W& η cp isen 0,55 0,7 5,07 kw Onde h 2 é dado por: ( ) ( h2 h) ( 434, ,83) h h 2' η isen h 2' 0, ,83 448,462 kj/kg

13 EXEMPLO CÁLCULOS f) O calor rejeitado para o ambiente externo pelo condensador em kw; Q 3 ( 434, ,82) 60,54 kj/s & c m& ( h2 -h ) 0,364 g) O COP da máquina frigorífica e trabalhando como uma bomba de calor; Q& C 60,54 Q& COP BC 5, e 0,55 COP MF 4,74 W & cp W & 0,55 cp h) A perda de efeito de refrigeração, em kj/kg; COP 5,85 carnot E 0 R perda h4 h 242,82 88,55 54,27 kj/kg

14 EXEMPLO CÁLCULOS i) O título do refrigerante na saída da válvula de expansão; h h 3 0 ( 242,82 88,55) x 0,26 Onde h 4 h 3 4 h h ( 400,83 88,55) 0 j) O volume específico do refrigerante na saída da válvula de expansão; ( x ) ν0 x ν ν ( 0 ) ν, , , , ,0726 m 3 /kg

15 RESULTADOS DOS EXEMPLOS e CONCLUSÃO : te-> operar a mais baixa possível. tc-> operar a mais baixa possível h (kj/kg) Tabela 400,83 404,59 400,83 h2 (kj/kg) Tabela 434,7 429,5 440,80 h3h4 (kj/kg) Tabela 242,82 242,82 256,3 h0 (kj/kg) Tabela 88,55 200,00 88,55 ss2 (kj/kg K) Tabela,7644,7490,7644 Qe (kw) Carga Termica te (oc) f(produto) tc (oc) f(meio) pe (MPa) Tabela 0, , ,35474 pc (MPa) Tabela,355,355,7297 v0 (m3/kg) Tabela 0, , , v (m3/kg) Tabela 0, , ,06528 t2 (oc) Gráfico 57,08 5,37 69, ER (kj/kg) h-h4 58,0 6,77 44,70 m (kg/s) Qev/(h-h4) 0,364 0,309 0,3455 V (m3/h) m.v 0,0206 0,045 0,0225 Wcp (kw) m(h2-h) 0,55 7,59 3,8 Qc (kw) m(h2-h3) 60,55 57,59 63,8 COP Qev/Pcp 4,74 6,59 3,62 COPBC Qcd/Pcp 5,74 7,59 4,62 x4 (h3-h0)/(h-h0) 0, , ,3835 ERperda (kj/kg) h4-h0 54,27 42,82 67,58 v4 (m3/kg) (-x4)v0+x4.v 0,0722 0,0045 0,0225

16 RESULTADOS DOS EXEMPLOS 2.5.5, e p c p e p c p e t e t e t s t l SR t c t c SA 2 6-SA-C/ RU 6-SA-S/ RU 7-SR 8-SA/RU+SR Tabela 400,83 400,83 400,83 400,83 400,83 Tabela 407,94 407,94 407,94 Tabela 434,7 434,7 434,7 434,7 434,7 Tabela 443,37 443,37 443,37 Tabela 242,82 242,82 242,82 242,82 242,82 Tabela 230,05 230,05 Tabela 88,55 88,55 88,55 88,55 88,55 Tabela,7644,7644,7644,7644,7644 Tabela,792,792,792 Carga Termica f(produto) f(meio) Tabela 0, , , , ,35474 Tabela,355,355,355,355,355 Tabela 0, , , , ,00076 Tabela 0, , , , ,06528 Tabela 0, , , Gráfico 57,08 57,08 57,08 57,08 57,08 Gráfico 67,64 67,64 67,64 h-h4 ou 4' 58,0 65,2 58,0 70,78 77,89 Qev/(h-h4ou4') 0,364 0,3028 0,364 0,2928 0,28 m.v 0,0206 0,020 0,0220 0,09 0,095 m(h2ou2'-hou') 0,55 0,73,2 9,76 9,96 m(h2ou2'-h3ou3') 60,55 60,73 63,46 59,76 59,96 Qev/Pcp 4,74 4,66 4,46 5,2 5,02 Qcd/Pcp 5,74 5,66 5,66 6,2 6,

17 2.5 EXEMPLOS ILUSTRATIVOS EXEMPLO 2.5.9: Na instalação frigorífica da (fig. 26) foram coletados os seguintes Dados: - leitura no manômetro de baixa, 0,440 MPa - leitura no manômetro de alta,,2883 MPa - temperatura do fluido frigorífico na entrada da VE, 30 o C Sabendo-se que o referido sistema utiliza R-22 como fluido frigorífico, determinar: a) as temperaturas de condensação e evaporação; b) a temperatura do fluido frigorífico na entrada e na saída do compressor; c) desenhe o ciclo frigorífico correspondente no diagrama p-h; d) sabendo que o evaporador deve retirar 0 kw do interior da câmara frigorífica, calcular a W cp e o COP;

18 EXEMPLO ESBOÇO DO SISTEMA 3 CD 2 CP ' TC 3' VE 4 EV CÂMARA FRIA pc pe p (kpa) 389,6 245,3-20 o C 0 CICLO FRIGORÍFICO 36 o 77,67 o C C 30 o C 3' 4' 3 2' t3' t 4' -8,38 o C ' h3'h4' h (kj/kg)

19 EXEMPLO VISTA EM CORTE DA INSTALAÇÃO FRIGORÍFICA

20 EXEMPLO CÁLCULOS a) A temperatura de condensação e evaporação: p c pman + patm 288,3+ 0, ,60 kpa onde da TAB de VSS t c 36 o C p p + p e p e man atm 44 +0,325 p (kpa) 389,6-20 o C 36 o C 30 o C 3' 3 2' p e 245,3 kpa 245,3 0 4' ' onde da TAB de VSS t e - 20 o C h3'h4' h (kj/kg)

21 EXEMPLO CÁLCULOS b) A temperatura do refrigerante na entrada e saída do compressor: q 33' q ' ( h h ) ( h ) 3 3' ' h h ' ( 244,3 36,38) 396,79+ 2 LÍQUIDO SATURADO A 36 o C 3 ' TC VAPOR SUPERAQUECIDO h ' 404,54 kj/kg LÍQUIDO o SUBRESFRIADO A 30 C 3' VAPOR SATURADO SECO A -20 o C onde da TAB de VSA para o R22, obtém-se o estado, conhecendose (t e -20 o C, p e 245,3 kpa, h 404,54 kj/kg): t - 8,38 o C e s,84 kj/kg K também da TAB de VSA para o R22, obtém-se o estado 2 conhecendo-se (t c 36 o C, p c 389,6 kpa, s s 2,84 kj/kg K): t 2 77,67 o C e h 2 450,9 kj/kg

22 EXEMPLO CÁLCULOS c) desenhe o ciclo frigorífico correspondente no diagrama p-h; p (kpa) 389,6-20 o C 36 o 77,67 o C C 30 o C 3' 3 2' t3' t 4' -8,38 o C 245,3 0 4' ' h3'h4' h (kj/kg)

23 EXEMPLO CÁLCULOS d) A potência de compressão e o COP: m& Q& e (h -h 4 ) 0 (396,79-236,38) 0,06234 kg/s ( -h ) 0,06234( 450,9-404,54) 2,89 kj/s W& cp mh & 2 COP MF Q& W & e cp 0 2,89 3,46

24 2.5 EXEMPLOS ILUSTRATIVOS EXEMPLO 2.5.0: Calcular o sub-resfriamento e o superaquecimento de uma máquina de ar condicionado, que opera com R-22, visando o balanceamento frigorífico do equipamento mostrado na (fig. 24), conhecendo-se as leituras abaixo: - leitura no manômetro de alta: 754,3 kpa - leitura da temperatura da linha de líquido: 45 o C - leitura no manômetro de baixa: 482,7 kpa - leitura da temperatura da linha de sucção: 5 o C.

25 EXEMPLO MÁQUINA DE AR CONDICIONADO 3' 3 CD LD 2 pc LL CP pe 3 VE LS pc 4 EV ' pe

26 EXEMPLO ESBOÇO DO SISTEMA LL 3' 3 CD LD 2 CP pc pe CICLO FRIGORÍFICO VE LS p (kpa) 855,6 45 o C 3' 48 o C SR3 o C 3 2' 4 EV ' 5 C o 5 C o ' ' h3'h4' SA0 C o h (kj/kg)

27 EXEMPLO CÁLCULOS a) Cálculo do Subresfriamento (8 a o C): CARGA DE GÁS p c pman + patm 754,3+ 0, ,6 kpa onde da TAB de VSS t c 48 o C SR tc tl o C p (kpa) 855,6 48 o C 45 o C 3' 3 2' onde t c t 3 e t l t 3 Adicionar R22 para aumentar o SR ' ' h3'h4' h (kj/kg)

28 EXEMPLO CÁLCULOS b) Cálculo do Superaquecimento (4 a 6 o C): REGULAGEM DA VET p e pman + patm 482,7 + 0, kpa onde da TAB de VSS t e 5 o C p (kpa) 855,6 3' 3 2' SA ts te o C 5 o C 5 o C onde t e t e t s t ' ' Abrir a VET para reduzir o SA h3'h4' h (kj/kg)