Refrigeration Cycles

1. A transferência de calor de compartimentos de baixa temperatura para outros a temperaturas maiores é chamada de refrigeração; 
2. ✴Equipamentos que produzem refrigeração são chamados de refrigeradores, que operam segundo um ciclo frigorífico; ✴O fluido de trabalho dos refrigeradores são os refrigerantes; 
3. ✴Os refrigeradores utilizados com o propósito de aquecer um espaço fazendo uso do calor de um reservatório mais frio, são denominados bombas de calor.
4. 3. Escola Politécnica da Universidade de São PauloRefrigerador e bomba de calor 3 TL TH Ref. QH QL Refrigerador: Wliq TL TH B.C. QH QL Bomba de calor: Wliq
5. 4. Escola Politécnica da Universidade de São PauloCoeficientes de desempenho 4 Ciclo de refrigeração: Bomba de calor: Ciclo de refrigeração (Carnot): Bomba de calor (Carnot):
6. 5. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Ciclo de refrigeração por compressão: Carnot 5 Turbina Condensador Evaporador Calor Calor Compressor Wc WT
7. 6. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Ciclo de refrigeração por compressão Fluido de trabalho: fluido refrigerante Evaporador Compressor Condensador Trabalho Calor Calor Válvula de expansão 6
8. 7. Escola Politécnica da Universidade de São PauloFluidos refrigerantes 7 CFC: clorofluorcarbonos, R11 e R12 (diclorodifluormetano CCl2F2). HCFC: hidroclorofluorcarbonos, R22. Vida média HFC: Hidrofluorcarbonos (efeito estufa), R134a. Blends de HCFCs e HFCs: R401a. Alguns fluidos: R410A, R290(propano), R610a(isobutano), R744(CO2), R117(amônia) e R729(ar). Blends de HFCs: R404A e R410A.
9. 8. Escola Politécnica da Universidade de São PauloFluidos refrigerantes 
10. O Protocolo de Montreal sobre substâncias que empobrecem a camada de ozônio é um tratado internacional em que os países signatários comprometem-se a substituir as substâncias que demonstrarem estar reagindo com o ozônio  na parte superior da estratosfera. 
11. O tratado esteve aberto para adesões a partir de 16 de Setembro de 1987 e entrou em vigor em 1 de Janeiro de 1989. Ele teve adesão de 150 países e foi revisado em 1990, 1992, 1995, 1997 e 1999. Devido à essa grande adesão mundial, Kofi Annan disse sobre ele: "Talvez seja o mais bem sucedido acordo internacional de todos os tempos…" Em comemoração, a ONU declarou a data de 16 de Setembro como o Dia Internacional para a Preservação da Camada de Ozônio. Protocolo de Montreal http://pt.wikipedia.org/wiki/Protocolo_de_Montreal
12. 9. Escola Politécnica da Universidade de São PauloFluidos refrigerantes 9 http://www.equipecas.com.br/ s_produto.asp?id=11 ODP = Ozone Depletion Potential GWP = Global Warming Potential * padrão para GWP Fluido ODP GWP R-12 Dichlorodifluoromethane 1.0 2400 R-22 Chlorodifluoromethane 0.05 1700 R-134a Tetrafluoroethane 0 1300 R-404A (44% R-125, 52% R-143a,  R-134a) 0 3300 R-717 Ammonia - NH3 0 0 R-744 Carbon Dioxide - CO2   1* `
13. 10. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Ciclo de refrigeração por compressão Processo 1-2: compressão isentrópica do fluido refrigerante. Processo 2-3: transferência de calor a pressão constante para o reservatório H. Processo 3-4: expansão isentálpica. Processo 4-1: transferência de calor a pressão constante do reservatório L. 10
14. 11. Escola Politécnica da Universidade de São PauloDiagrama T-s: isentálpicas (H2O) 11http://commons.wikimedia.org/wiki/File:T-s_diagram.svg
15. 12. Escola Politécnica da Universidade de São PauloDiagrama P-h: Mollier 12 http://commons.wikimedia.org/wiki/File:T-s_diagram.svg 1 2 3 4
16. 13. Escola Politécnica da Universidade de São PauloAnálise do ciclo 13 Compressor: Condensador: Válvula de expansão: Trocador de calor: 1a Lei Processo s constante P constante Δs > 0 P constante Wc !Wc = !m h2 − h1( ) !QH = !m h2 − h3( )
17. 14. Escola Politécnica da Universidade de São PauloBomba de calor 14 Aquecimento válvula compressor ventilador ventilador externo interno válvula Resfriamento ventilador ventilador válvula compressor interno externo válvula líquido a alta pressão líq.+vapor a baixa pressão vapor a baixa pressão vapor a alta pressão
18. 15. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Sistemas de refrigeração em cascata 15 Menores temperaturas, maiores coeficientes de desempenho. quente compressor compressor quente válvula válvula evaporador condensador evaporador condensador trocador calor
19. 16. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Sistema de refrigeração com multi-compressão 16
20. 17. Escola Politécnica da Universidade de São PauloExercícios 17 1) Considere um ciclo de refrigeração operando entre os limites de pressão de 0,8 e 0,14MPa. 
21. Cada estágio opera segundo um ciclo de refrigeração por compressão ideal com R134a como fluido de trabalho. A rejeição de calor do ciclo inferior ocorre em um trocador de calor contracorrente em que ambas as correntes entram a 0,32MPa (na prática o fluido do ciclo inferior entra no trocador de calor a uma pressão e temperatura maiores para uma efetiva transferência de calor). Se a vazão mássica no ciclo superior é de 0,05kg/s, determine (a) a vazão mássica no ciclo inferior, (b) a taxa de transferência de calor do espaço refrigerado e a potência fornecida aos compressores e (c) o coeficiente de desempenho do ciclo em cascata.
22. 18. Escola Politécnica da Universidade de São PauloExercícios 18 Solução Hipóteses: 
23. 1.Regime permanente; 
24. 2.Variações de energia cinética e potencial desprezíveis; 
25. 3.Compressores adiabáticos reversíveis; 
26. 4.Trocador de calor adiabático (ambiente); 
27. 5.Válvulas de expansão isentálpica; 5.Perdas de carga desprezíveis (menos nas válvulas).
28. 19. Escola Politécnica da Universidade de São PauloExercícios 19 Estado h / (kJ/kg) s / (kJ/kgK) x 1 239,16 2 255,93 3 55,16 4 55,16 5 251,88 6 270,92 7 95,47 8 95,47 Preencha os demais campos a título de exercício!
29. 20. Escola Politécnica da Universidade de São PauloExercícios 20 (a) 1a Lei para o trocador de calor: mAh8 + mBh2 = mAh5 + mBh3 mB = 0,039kg/s quente compressor compressor quente válvula válvula evaporador condensador evaporador condensador trocador calor
30. 21. Escola Politécnica da Universidade de São PauloExercícios 21 (b) 1a Lei para o evaporador B e para os compressores: QL = mB(h1 – h4) QL = 7,18kW Wc = Wc,A + Wc,B = mA(h5 – h6) + mB(h1 – h2) Wc = –1,61kW quente compressor compressor quente válvula válvula evaporador condensador evaporador condensador trocador calor
31. 22. Escola Politécnica da Universidade de São PauloExercícios 22 (c) Coeficiente de desempenho β = Wc QL = 4,47 Considerando um único ciclo (sem a cascata) o coeficiente de desempenho seria de 3,97!
32. 23. Escola Politécnica da Universidade de São PauloExercícios 23 2) Considere um ciclo de refrigeração operando entre os limites de pressão de 0,8 e 0,14MPa. O fluido refrigerante R134a deixa o condensador como líquido saturado, passa pela válvula e entra na câmara a 0,32MPa. Parte evapora durante o processo e esse vapor é misturado com o refrigerante que deixa o compressor de baixa pressão. 
33. A mistura é comprimida no compressor de alta. 
34. O líquido da câmara passa por uma válvula e entra no evaporador. deixando-o como vapor saturado Determine (a) a fração de refrigerante que evapora na câmara (b) o calor removido do espaço refrigerado e o trabalho fornecido aos compressores por unidade de massa e (c) o coeficiente de desempenho do ciclo.
35. 24. Escola Politécnica da Universidade de São PauloExercícios 24 Solução Hipóteses: 
36. 1.Regime permanente; 
37. 2.Variações de energia cinética e potencial desprezíveis; 
38. 3.Compressores adiabáticos reversíveis; 4.Câmara adiabática; 5.Válvulas de expansão isentálpica; 5.Perdas de carga desprezíveis (menos nas válvulas).
39. 25. Escola Politécnica da Universidade de São PauloExercícios 25 Estado h / (kJ/kg) s / (kJ/kgK) x 1 239,16 2 255,93 3 255,88 4 274,48 5 95,47 6 95,47 7 55,16 8 55,16 9 255,1 Preencha os demais campos a título de exercício!
40. 26. Escola Politécnica da Universidade de São PauloExercícios 26 (a) A fração é igual ao título na câmara, determinado a partir de h6 x6 = 0,2049
41. 27. Escola Politécnica da Universidade de São PauloExercícios 27 (b) Determinados pela aplicação da 1a Lei qL = (1 – x6) (h1 – h8) qL = 146,3kJ/kg wc = (1 – x6) (h1 – h2) + (h9 – h4) c/ h9 = (1 – x6)h2 + x6 h3 wc = –32,7kJ/kg
42. 28. Escola Politécnica da Universidade de São PauloExercícios 28 (c) Coeficiente de desempenho β = Wc QL = 4,46 Compare com o valor do ciclo anterior 4,46!