Ciclos de Refrigeração

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SEM0360
Fundamentos Termodinâmicos
Arthur V. S. Oliveira
(avs.oliveira@usp.br)
AULA 13: Ciclos de refrigeração e bomba de calor
Aula de hoje
• Moran e Shapiro (8ª ed): Capítulo 10
• Çengel e Boles (7ª ed): Capítulo 11
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• Refrigeração: retirar calor do meio refrigerado
• Bomba de calor: fornecer calor para o meio aquecido
• Ambientes: HVAC (heating, ventilating and air-conditioning) ou AVAC
Diferença entre refrigeração e bomba de calor
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QL QH
W
Refrigerador Bomba de calor
QL QH
W
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Aplicações
• Refrigeração
• Geladeiras
• Freezers
• Ar-condicionado
• Armazenamento de material 
biológico
• Controle de temperatura de 
data centers
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• Bomba de calor
• Aquecimento de ambientes
• Aquecimento de água (mais 
econômico do que elétrico)
• Aquecimentos em processos 
industriais
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Refrigeração por compressão de vapor ou gás
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Vapor
Fonte: Çengel
Gás
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Refrigeração a vapor: refrigerantes
• Protocolo de Montreal (1987)
• Acordo entre 198 partes para a redução da produção e uso de 
substâncias nocivas à camada de ozônio
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Fonte: McLinden and Huber, JCED, 2020
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Ciclo ideal de refrigeração por compressão de vapor
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Fonte: Çengel
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Ciclo ideal de refrigeração por compressão de vapor
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Fonte: Shapiro
8
Ciclo ideal de refrigeração por compressão de vapor
• Processos:
• 1-2: compressão isentrópica de vapor 
(entrada saturado ou superaquecido)
• 2-3: rejeição de calor isobárica até 
líquido (saturado ou comprimido)
• 3-4: expansão isentálpica (adiabática 
irreversível) de líquido para L+V 
saturados
• 4-1: adição de calor isobárica até 
vapor (saturado ou superaquecido)
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Fonte: Shapiro
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Ciclo de refrigeração real
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Fonte: ShapiroFonte: Çengel
Mais completo, menos comum
Mais simples, mais comum
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Exemplo 10.3 (Shapiro)
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ሶ𝑚 = 0,08 𝑘𝑔/𝑠
𝑇𝑒𝑣𝑎𝑝 − 𝑇𝐶 = −10℃
𝑝𝑐𝑜𝑛𝑑 = 9 𝑏𝑎𝑟
ሶ𝑾𝒄 = ?
𝑪𝑶𝑷 = ?
𝑪𝑶𝑷𝑪𝒂𝒓𝒏𝒐𝒕 = ?
𝜂𝑐 = 80%
𝑇3 = 30℃
Refrigerante 134a
Estado 1: vapor saturado
𝑪𝑶𝑷𝑪𝒂𝒓𝒏𝒐𝒕 = ?
𝒔𝒆 𝑻𝑪 𝒆 𝑻𝑯 𝒅𝒆𝒔𝒄𝒐𝒉.
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𝑪𝒂𝒑. 𝑭𝒓𝒊𝒈𝒐𝒓í𝒇𝒊𝒄𝒂?
Outras configurações de ciclos de refrigeração
• Armazenamento de gelo
• Consumo de energia em 
horários fora do pico
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Fonte: Shapiro
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Outras configurações de ciclos de refrigeração
• Ciclo de refrigeração em 
cascata
• Resfriamento para 
temperaturas 
excessivamente baixas
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Fonte: Shapiro
Fonte: Nissin Refrigeration
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