UAAN Engenharia Mecânica - Climatização e Refrigeração

Universidade Agostinho Neto
Faculdade de Engenharia
Curso de Engenharia Mecânica
CLIMATIZAÇÃO &
REFRIGERAÇÃO
AULA 3

SUMÁRIO
CAP I I – SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO
Curso de Engenharia Mecanica 2013
AGENTE DE TRABALHO
CLASSIFICAÇÃO DA MÁQUINA FRIGORIFICA
CICLO DE CARNOT, MAQUINA FRIGORIFICA PERFEITA
CICLO DE REFRIGARAÇÃO POR COMPRESSÃO DE VAPOR
Máquina frigorifica em regime húmido, Diagrama de MOLLIER
Máquina frigorifica em regime seco. Ciclo teórico corrigido
Ciclo Real. Parametros que influenciam a eficiencia
Efeito da temperatura de Evaporação e Condensação
Efeitos do Sub arrefecimento e do Sobre aquecimento

CAPITULO II-
SISTEMAS DE
REFRIGERAÇÃO

OBJECTIVO GERAL DA AULA Nº3
DIMENSIONAR sistemas
frigoríficos por
compressão de vapor de
refrigerante .

OBJECTIVOS ESPECÍFICOS DA AULA
Nº3
Calcular os ciclos por
compressão de vapor;
Balancear a carga termica no
ciclo por compressão de
vapor;

INTRODUÇÃO
Princípios de Refrigeração:
• Abaixo de +15ºC
• Por evaporação de um líquido ( EQUAÇÃO
• Por estrangulação de um gás. (EFEITO JOULE
THOMSON)

INTRODUÇÃO
AGENTE DE TRABALHO – (REFRIGERANTE)
• Gasoso (AR) (Aviação)
• Sólido (GELO, GELO SECO)
• Líquido (ÁGUA, REFRIGERANTES)

INTRODUÇÃO
Pressão atmosferica 1 atm , 1,013 bar

CICLO DE CARNOT- Máquina de
Perfeita
1. Frio (Calor Absorvido) desde uma fonte fria (evaporador)
qo = T1 x (s1-s4)
2. Calor Cedido para uma fonte quente (condensador)
q1 = T2 x (s2-s3)
3. Trabalho fornecido para compressão do refrigerante (compressor)
Wc = q1-qo
4. Trabalho produzido durante a expansão do refrigerante (expansor)
é desprezado, devido ao seu reduzido valor.

CICLO DE CARNOT

MÁQUINA FRIGORÍFICA SIMPLES EM
REGIME HÚMIDO (MFSRH)

BALANÇO TÉRMICO da MFSRH

MODIFICAÇÕES AO CICLO da MFSRM
• Líquido no cilindro expansor
• Trabalho de expansão pequeno
• Dimensões cilindro expansor

MODIFICAÇÕES ao CICLO da MFSRH
Subarrefecimento do líquido

Vapor saturado seco no compressor

MAQUINA FRIGORIFICA SIMPLES EM
REGIME SECO (MFSRS)

BALANÇO TÉRMICO da MFSRS

BALANÇO TERMICO da MFSRS

CICLO REAL

Efeito do subarrefecimento do líquido
Deposito de liquido
Linha de liquido
Permutador de calor
Vantagens
Maior efeito frigorifico
Menor peso do refrigerante em circulação
Igual trabalho de compressão.
Onde ocorre

Efeito do Sobreaquecimento do vapor
Extremo do evaporador
Tubagem de sucção
Em ambos.
Sobreaquecimento sem arrefecimento útil.
Menor eficiência do ciclo
Maior potência do compressor
Maior calor de condensação. Sobre aquecimento com arrefecimento útil
O efeito frigorífico útil é maior
Peso do refrigerante é menor
O volume específico é maior
Calor de compressão é maior
Onde ocorre

Efeito da temperatura de evaporação
Aumentando a t de evaporação

Efeito da temperatura de condensação
Baixando a t de condensação

Instalação típica de refrigeração por
compressão de vapor
LADO DE ALTA
LADO DE BAIXA

FUNÇÃO DO PERMUTADOR
(TROCADOR) DE CALOR
• No permutador ocorre um processo de troca
de calor com ou sem mudança de estado de
qualquer dos fluidos.
Dois Fluidos Diferentes

Permutador (Trocador) de Calor
O Mesmo Fluido

PERMUTADOR DE CALOR
Refrigerante

INSTALAÇÃO DE REFRIGERAÇÃO /
DIAGRAMA DE PROCESSO

Caso Pratico
Um sistema de refrigeração por compressão de vapor opera com Freon-134a.
A vazão mássica do sistema operando em condição de regime permanente é
de 6 kg/min. O Freon entra no compressor como vapor saturado a 1,5 bar, e sai
a 7 bar. Assuma que o compressor tem rendimento isoentrópico de 70%. O
condensador é do tipo tubo alhetado, arrefecido com o ar ambiente.
Na saída do condensador o Freon está como líquido saturado. A temperatura
da câmara frigorífica é – 10C e a temperatura ambiente é 22C. Considere que
as trocas de calor no sistema ocorram somente no evaporador e no
condensador, e que evaporação e condensação ocorram sob pressão
constante. Pede-se:
1- A representação dos processos termodinâmicos do ciclo nos
diagramas P x i e T x s;
2- A eficiência de Carnot deste ciclo;
3- O COP do ciclo;
4- A capacidade de refrigeração do ciclo.

1º Trabalhos Obrigatorio(enviar)
1. No Laboratório, estudar o ciclo da máquina
frigorifica
2. Usar diagrama e se for caso tabelas do
refrigerante
3. Realizar simulação de ciclo de compressão de
vapor em regime seco escolhendo temperaturas
de evaporação e condensação tendo em conta
congelação e meios naturais respectivamente
4. Variar parâmetros em 4 ensaios distintos, com
calculo analítico.
5. Avaliar resultados e escrever relatório

Climatização e Refrigeração
aula 7
• CAP 2- SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO
• OUTRAS MÁQUINAS DE REFRIGERAÇÃO POR
COMPRESSÃO DE VAPOR
– COMPRESSÃO POR ETAPAS
– SISTEMA CASCATA
• MÁQUINAS DE REFRIGERAÇÃO POR ABSORÇÃO
DE VAPOR
– SISTEMAS NH3-H2O
– SISTEMAS H2O-LiBr

CAPÍTULO II – SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO
Máquina de compressão de vapor por Etapas- MULTICOMPRESSÃO
Problemas : Elevadas TEMPERATURA NO FINAL
Alta RELAÇÃO DE COMPRESSÃO

MÁQUINA DE COMPRESSÃO DE
VAPOR POR ETAPAS
• Casos em que a diferença de temperatura
entre a Fonte Quente e a Fonte Fria for muito
elevada
– Implica uma maior relação de compressão no
compressor,
• A elevada relação de compressão provoca
( baixo rendimento da instalação)
(baixa produção frigorífica)
(alta temperatura no final da compressão)

pressão intermédia
Sendo pi a pressão intermédia ideal

CLASSIFICAÇÃO
EXPANSÃO ÚNICA
• Aproveita o frio apenas a
temperatura mais baixa
• Faz subarrefecimento de
superfície. (permutador de
calor)
• Uma única válvula de
expansão.
EXPANSÃO FRACCIONADA
• Aproveitamento do frio à
temperaturas mais baixas
como a temperaturas
intermédias
• Subarrefecimento por
mistura
• Válvulas de expansão em
numero igual ao nº de
estágios

EXPANSÃO ÚNICA
7

EXPANSÃO FRACCIONADA

BALANÇO TERMICO
EXPANSÃO FRACCIONDA (exercitar )

BALANÇO TERMICO NO SEPARADOR
OU CAMARA DE FLASH

MÁQUINA FRIGORÍFICA A DOIS
FLUIDOSCASCATA

MÁQUINA FRIGORIFICA EM CASCATA
• EQUAÇÕES
• (Exercitar aula)

MÁQUINA FRIGORIFICA POR
ABSORÇÃO DE VAPOR

ABSORÇÃO DE VAPOR

ABSORÇÃO DE VAPOR
BALANÇO TERMICO

Exemplo

ABSORÇÃO

REFRIGERADOR A ABSORÇÃO
Electrolux

REFRIGERANTE
• DEFINIÇÃO
“TODA SUBSTANCIA QUE ACTUA COMO AGENTE
ARREFECEDOR, ABSORVENDO CALOR A BAIXA
TEMPERATURA VAPORIZANDO E CEDENDO
CALOR A ALTA TEMPERATURA
CONDENSANDO.”

REFRIGERANTE
SECUNDÁRIO
REFRIGERANTE
PRIMÁRIO

REFRIGERANTE
PRIMÁRIO
• REALIZAÇÃO DIRECTA DO
EFEITO FRIGORIFICO
• NATURAIS
• MISTURAS (BLENDS)
• FLUORADOS (PUROS)
SECUNDÁRIO
• REALIZAÇÃO INDIRECTA DO
EFEITO FRIGORIFICO
• AR
• ÁGUA
• SALMOURA

CARACTERISTICAS PRINCIPAIS
Quimicamente inerte
• Não reagir ou corroer os materiais metálicos da instalação.
Não inflamável ou explosivo
• Em caso de fuga não devido ao risco de incêndio e explosão
Não tóxico
• Baixo nível de toxidade se impõe.
Condensar a pressões não muito elevadas
• Favorece a relação de preços no compressor e dá maior
segurança à instalação
Evaporar a pressões não muito baixas
• Ajuda a evitar vácuo elevado no evaporador

CARACTERISTICAS PRINCIPAIS
Pequeno volume especifico
• Menor tamanho da instalação
Elevado calor latente de vaporização
• Para alto calor latente implicará menor vazão do refrigerante
para dada capacidade
Coeficiente de performance elevado
• Implicará menor custo de exploração
Condutibilidade térmica elevada
• Melhora as propriedades de transferência de calor do
refrigerante.
Não contaminar os alimentos caso fuga
Não atacar a camada de ozono caso fuga

PROPRIEDADES FÍSICAS DE ALGUNS
REFRIGERANTE

OUTRAS PROPRIEDADES

GRAU DE TOXIDADE

Condições operacionais
Temperaturas
• Condensação
• Sucção (evaporação)
• Descarga compressor
Pressão
• Pressão de equilíbrio
• Pressão descarga
• Pressão de estabilização

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