TÓPICOS - Introdução - Conceitos Fundamentais - Ciclos de Refrigeração por Compressão de...
Transcript of TÓPICOS - Introdução - Conceitos Fundamentais - Ciclos de Refrigeração por Compressão de...
TÓPICOS
- Introdução
- Conceitos Fundamentais
- Ciclos de Refrigeração por Compressão de Vapor
Introdução
Dispositivo de Expansão
Evaporador
Condensador
Compressor
QC
QO
WC
Sistema de Refrigeração por Compressão de Vapor
Porta
Ar Externo
Dispositivo de Expansão
Evaporador
Condensador
Compressor
Porta
Dispositivode Expansão
Evaporador
Condensador
Compressor
WC
Bomba
ArExterno
VentiladorDispositivo
de Expansão
Evaporador
Condensador
Compressor
WC
Conceitos Fundamentais
Definições
Propriedades termodinâmicas Estado termodinâmico Processo Ciclo Substância Pura Temperatura de saturação Líquido Saturado Líquido Sub-resfriado Título (x) Vapor Saturado Vapor Superaquecido
Definições
Propriedades termodinâmicas São características macroscópicas de um sistema, como: volume, massa, temperatura, pressão etc.
Estado termodinâmico Pode ser entendido como sendo a condição em que se encontra a substância, sendo caracterizado pelas suas propriedades.
Processo É uma mudança de estado de um sistema. O processo representa qualquer mudança nas propriedades da substância.
Ciclo É um processo, ou mais especificamente uma série de processos, onde o estado inicial e o estado final do sistema (substância) coincidem.
PRECIPIENTE
Líquido
Definições
Substância Pura É qualquer substância que tenha composição química invariável e homogênea. Ela pode existir em mais de uma fase (sólida, líquida e gasosa), mas a sua composição química é a mesma em qualquer das fases
Definições
Estados de uma Substância Pura
Líquido
P
T
Líquido SubresfriadoT < TSAT
Líquido SaturadoT = TSAT
Título x = 0
P
Líquido
Vapor ÚmidoT = TSAT0 < x < 1
LíquidoVapor
P
Vapor Saturado
P
Vapor SaturadoT = TSAT
x = 1
Vapor Superaq.
P
Vapor SuperaquecidoT > TSAT
GásT >>>> TSAT
Gás
P
Líquido
P
T
Líquido SubresfriadoT < TSAT
Líquido
P
LíquidoLíquido
PPP
TT
Líquido SubresfriadoT < TSAT
Líquido SaturadoT = TSAT
Título x = 0
P
Líquido
Líquido SaturadoT = TSAT
Título x = 0
P
Líquido
PP
Líquido
Vapor ÚmidoT = TSAT0 < x < 1
LíquidoVapor
P
Vapor ÚmidoT = TSAT0 < x < 1
LíquidoVapor
P
LíquidoLíquidoVapor
P
VaporVapor
PP
Vapor Saturado
P
Vapor SaturadoT = TSAT
x = 1
Vapor Saturado
P
Vapor Saturado
P
Vapor SaturadoT = TSAT
x = 1
Vapor Superaq.
P
Vapor SuperaquecidoT > TSAT
Vapor Superaq.
P
Vapor Superaq.
P
Vapor SuperaquecidoT > TSAT
GásT >>>> TSAT
Gás
P
GásT >>>> TSAT
Gás
P
Gás
P
Gás
P
Definições
Substância Pura Temperatura de saturação Líquido Saturado Líquido Sub-resfriado Título (x) Vapor Saturado Vapor Superaquecido
Propriedades Termodinâmicas de uma Substância
Energia Interna (u)É a energia que a matéria possui devido ao movimento e/ou forças intermoleculares. Esta forma de energia pode ser decomposta em duas partes:-Energia cinética interna relacionada à velocidade das moléculas;-Energia potencial interna relacionada às forças de atração entre as moléculas.
Entalpia (h)
Entropia (s) Esta propriedade termodinâmica representa, segundo alguns autores, uma medida da desordem molecular da substância ou, segundo outros, a medida da probabilidade de ocorrência de um dado estado da substância.
Volume Específico v = V / m
vpuh
Equações de Estado
Relação matemática que correlaciona:
Pressão , Temperatura e Volume Específico(Sistema em equilíbrio termodinâmico.)
Equação dos Gases Ideais
Refrigerantes compostos de hidrocarbonetos fluorados
Pv RT
Tabelas de Propriedades Termodinâmicas dos Fluidos Frigoríficos
Tabelas de Propriedades Termodinâmicas dos Fluidos Frigoríficos
Na região de Líquido + vapor pode-se determinar as propriedades dos fluidos conhecendo-se o título (x), através das seguintes equações:
l v lu u x u u
l v lv v x v v
l v lh h x h h
l v ls s s s s
Tabelas de Propriedades Termodinâmicas dos Fluidos Frigoríficos
Diagramas de MOLLIER para Fluidos Refrigerantes
Temperatura
Pressão
En
talp
ia
Títu
lo
Ent
ropi
a
Volume específico
Sistema Fechado
Primeira Lei da Termodinâmica (Princípio da conservação de energia)
Sistema Aberto(Volume de controle)
Primeira Lei da Termodinâmica
vcent sai
EE E
t
2
cV
E m2
pE mgz h u p v
2 2
ent sai
V VQ m h g z m h g z W
2 2
Energia Cinética
Energia Potencial
Entalpia Calor Trabalho
Q W
Calor Sensível x Calor Latente
• Calor Sensível: associado à variação de temperatura
TcmQ psen
cp da água líquida 4,20 kJ/kg.ºC (1,0 kcal/kg.ºC)
• Calor Latente: associado à mudança de fase
latlat hmQ
Líquido-vapor => Calor latente de vaporização
água 2500 kJ/kg (600 kcal/kg)
Líquido-Sólido => Calor latente de solidificação
água 340 kJ/kg (80 kcal/kg)
Transferência de Calor
Meios de Transferência de Calor
Condução
Convecção
Radiação
Transferência de Calor por Condução
TQ k A
x
Q
k Condutividade térmica [W/m.K];
A Área normal ao fluxo de calor [m2];
T Diferença de temperatura [K];
x Espessura da placa [m]
Fluxo de calor [W];
Transferência de Calor por Condução em Cilindros
Q
k Condutividade térmica [W/m.K];
L Comprimento do cilindro [m];
T Diferença de temperatura [K];
r1 Raio interno do cilindro [m]
Fluxo de calor [W];
21
TQ 2 kL
rr
ln
r2 Raio externo do cilindro [m]
Transferência de Calor por Condução
Condutividade Térmica de Alguns Materiais
Transferência de Calor por Convecção
Q
Coeficiente de convecção [W/m2.K];
A Área normal ao fluxo de calor [m2];
T Diferença de temperatura [K];
Fluxo de calor [W];
Q A T
Coeficiente de convecção entre o ar e a parede em câmaras frigoríficas
Ar externo = 29,0 W/m2.K (25 kcal/h.m2.C),
Ar interno varia entre 8,15 e 17,45 W/m2.K (7 a 15 kcal/h.m2.C)
Transferência de Calor por Radiação
• A transferência de calor se dá por deslocamento de Fótons de uma superfície a outra
• Ao atingir esta superfície esses Fótons podem ser absorvidos, refletidos ou transmitidos
• Função: - Temperatura absoluta dos corpos
- Emissividade de cada corpo
- Área
- Fator de forma
Absorvida
Transmitida
Refletida
Emissividade
Transferência de Calor por Radiação
1 2Q
Constante de Stefan-Boltzman (5,669 x 10-8 W/m2.K4)
A Área superficial do corpo 1 [m2];
T1 Temperatura do corpo 1 [K];
Fluxo de calor do corpo 1 para o corpo 2 [W];
4 41 2 E A 1 2Q F F A T T
T2 Temperatura do corpo 2 [K];
FA Fator de forma que leva em conta a posição das superfícies;
FE Fator de emissividade que leva em conta as características
ópticas como emissividade, absortância, transmissividade e refletividade;
Fator de Forma – FA
• A radiação deixa a superfície em todas as direções
• Características geométricas, como:
• Forma
• Distância
• Posicionamento
determinam a parcela do total irradiado que
incide sobre a superfície considerada
Fator de Forma – FA
Analogia entre fluxo de calor e fluxo elétrico
t
TQ
R
e
Vi
R
Fluxo elétrico Fluxo de calor
Analogia entre fluxo de calor e fluxo elétrico
t
TQ
R
TQ k A
L
21
TQ 2 kL
rr
ln
Q A T
tL
Rk A
21
t
rln rR
2 kL
t1
RA
Resistência Térmica Global (RG)
GA BG A P B
G G 1 2
TT T 1 L 1Q R R R R
R R A k A A
Coeficiente Global de Transferência de Calor (UG)
A BG G
1 2
T TQ U A T
1 L 1A k A A
G
1 2
1U
1 L 1k
Diferença de Temperatura Média Logarítmica
Trocador de calor de correntes paralelas
AE BE AS BSe s
e AE BE
s AS BS
T T T TT TTml
T T Tln ln
T T T
Diferença de temperatura média logarítmica
Trocador de calor de contracorrentes
AE BS AS BEe s
e AE BS
s AS BE
T T T TT TTml
T T Tln ln
T T T
Ciclos de Refrigeração por Compressão de Vapor
Ciclo de Refrigeração por Compressão de Vapor
Ciclo Teórico de Refrigeração por Compressão de Vapor
Ciclo Real de Refrigeração por Compressão de Vapor
Balanço de Energia para o Ciclo
Aplicação da Primeira lei da Termodinâmica para cada Componente do Sistema
2 2
ent sai
V VQ m h g z m h g z W
2 2
Balanço de Energia para o Ciclo
Evaporador o f 1 4Q m (h h )
Compressorc f 2 1W m (h h )
Balanço de Energia para o Ciclo
Condensadorc f 2 3Q m (h h )
Balanço de Energia para o Ciclo
Dispositivo de Expansão 3 4h h
Balanço de Energia para o Ciclo
Evaporador...........................
Compressor..........................
Condensador........................
Dispositivo de Expansão.....
o f 1 4Q m (h h )
c f 2 1W m (h h )
c f 2 3Q m (h h )
3 4h h
RESUMO:
Balanço de Energia para o Ciclo
Coeficiente de Performance do Ciclo - COP
Evaporador...........................
Compressor..........................
Condensador........................
Dispositivo de Expansão.....
o f 1 4Q m (h h )
c f 2 1W m (h h )
c f 2 3Q m (h h )
3 4h h
o 1 4
2 1c
Q h hEnergia UtilCOP
Energia Gasta h hW
Bomba de Calor - COPB
c c o o
Bc c
Q W Q QCOP 1 1 COP
W W W
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
Influência da Temperatura de Vaporização
-30.00 -20.00 -10.00 0.00 10.00Tem peratura de Vaporização, To, em C elsius
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
Coefic
iente
de P
erf
orm
ance
, C
.O.P
.
LEG EN D A
R -717
R -134a
R -22
Tc = 40o C
Influência da Temperatura de Vaporização
Influência da Temperatura de Condensação
30.0 40.0 50.0 60.0Tem peratura de C ondensação, Tc , em C els ius
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
Coe
ficie
nte
de P
erfo
rman
ce, C
.O.P
. LEG EN D A
R -717
R -134a
R -22
To = - 10 Co
Influência da Temperatura de Condensação
Influência do Subresfriamento
Influência do Subresfriamento
0.0 4.0 8.0 12.0 16.0Sub-R esfriam ento, , em C elsius
3.0
3.2
3.4
3.6
3.8
4.0
4.2
4.4
Coe
ficie
nte
de P
erfo
rman
ce,
C.O
.PTsr
Legenda
R -717
R -134a
R -22
Tc = 45 CTo = - 10 C
o
o
Influência do Superaquecimento Útil
Influência do Superaquecimento Útil
0.0 4.0 8.0 12.0 16.0 20.0Superaquecim ento Ú til, , em Celsius
3.50
3.60
3.70
3.80
3.90
Coe
ficie
nte
de P
erfo
rman
ce,
C.O
.P.
LEG ENDA
R-717
R-134a
R-22
Tc = 45 CTo = - 10 Co
o
Tsa
Trocador de Calor Intermediário