Sistemas de Refrigeração

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Máquinas Térmicas
PROF.ª ME. THIANNE CARVALHO
SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO
CICLO DE REFRIGERAÇÃO DE CARNOT
▪ Fluido de trabalho: Refrigerante.
▪ Opera entre duas temperaturas 𝑇𝐶 (menor) e 𝑇𝐻
(maior).
➢1 – 2: Compressão adiabática do fluido refrigerante;
➢2 – 3: Rejeição do calor à pressão constante para a
fonte externa (condensação);
➢3 – 4: Expansão adiabática do fluido refrigerante;
➢4 – 1: Absorção de calor à pressão constante;
SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO
CICLO DE REFRIGERAÇÃO DE CARNOT
𝜷𝒄𝒂𝒓𝒏𝒐𝒕 =
𝑸𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂
𝑾𝒍𝒊𝒒
=
𝑻𝑪
𝑻𝑯 − 𝑻𝑪
SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO
CICLO DE REFRIGERAÇÃO DE CARNOT: REAL X IDEAL
𝜷𝒄𝒂𝒓𝒏𝒐𝒕 =
𝑸𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂
𝑾𝒍𝒊𝒒
=
𝑻𝑪′
𝑻𝑯′ − 𝑻𝑪′
SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO
CICLO DE REFRIGERAÇÃO POR COMPRESSÃO DE VAPOR IDEAL
➢1 – 2: Compressão isentrópica;
➢2 – 3: Rejeição do calor à pressão constante para a
fonte externa (condensação);
➢3 – 4: Expansão isoentálpica;
➢4 – 1: Absorção de calor à pressão constante;
SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO
CICLO DE REFRIGERAÇÃO POR COMPRESSÃO DE VAPOR IDEAL
𝑞𝑒 = ℎ1 − ℎ4
𝑞𝑠 = ℎ3 − ℎ2
𝑤𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎 = 𝑤𝑐 = ℎ2 − ℎ1
ℎ3 = ℎ4
𝐶𝑂𝑃𝑅 =
𝑞𝑒
𝑤𝑐
SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO
CICLO DE REFRIGERAÇÃO POR COMPRESSÃO DE VAPOR IDEAL
Um refrigerador utiliza refrigerante R-134ª como fluido de trabalho e opera em um ciclo de
refrigeração por compressão de vapor entre 0,14 MPa e 0,8 MPa. Se a vazão mássica do
refrigerante for de 0,05 kg/s, determine: a taxa de rejeição de calor para o ambiente e o COP do
refrigerador.
SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO
CICLO DE REFRIGERAÇÃO POR COMPRESSÃO DE VAPOR REAL
SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO
CICLO DE REFRIGERAÇÃO POR COMPRESSÃO DE VAPOR REAL
𝒏𝒄 =
𝒘𝒔
𝒘
=
𝒉𝟐𝒔 − 𝒉𝟏
𝒉𝟐 − 𝒉𝟏
SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO
CICLO DE REFRIGERAÇÃO POR COMPRESSÃO DE VAPOR REAL
O refrigerante R-134ª entra no compressor de um refrigerador com vapor superaquecido a 0,14
Mpa e -10°C a uma taxa de 0,05 kg/s e sai a 0,8 Mpa e 50°C. O refrigerante é resfriado no
condensador até 26°C e 0,72 Mpa e é estrangulado até 0,15 Mpa. Determine taxa de remoção
de calor do espaço refrigerado e a entrada de potência no compressor, a eficiência isentrópica
do compressor e o COP.
SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO
CASCATA
▪Dois estágios de compressão;
▪Trocador de calor intermediário;
▪Aplica-se para grandes intervalos de
temperatura;
▪Requer menos trabalho que um ciclo simples
entre os patamares extremos;
▪Aumenta a potência de absorção de calor;
SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO
CASCATA
𝒎𝑨 𝒉𝟓 − 𝒉𝟒 = 𝒎𝑩(𝒉𝟐 − 𝒉𝟏)
𝑪𝑶𝑷𝒄𝒂𝒔𝒄 =
𝒎𝑩(𝒉𝟏 − 𝒉𝟒)
𝒎𝑨 𝒉𝟔 − 𝒉𝟓 +𝒎𝑩(𝒉𝟐 − 𝒉𝟏)
𝒒𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂 = 𝒎𝑩(𝒉𝟏 − 𝒉𝟒)
𝒘𝒆 = 𝒘𝒄𝟏 +𝒘𝒄𝟐
SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO
CASCATA
Considere um sistema de refrigeração em cascata de dois estágios entre os limites de pressão
0,8 MPa e 0,14 MPa. Cada estágio opera em um ciclo de refrigeração ideal por compressão de
vapor com o refrigerante R-134ª como fluido de trabalho. A rejeição de calor do ciclo inferior
para o ciclo superior ocorre em um trocador de calor contracorrente e adiabático, no qual
ambos os fluxos entram a cerca de 0,32 MPa. Se a vazão mássica do refrigerante no ciclo
superior for de 0,05 kg/s. Determine: a vazão do ciclo inferior, a taxa de remoção de calor do
espaço refrigerado e a entrada de potência no compressor e o COP.
SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO
COMPRESSÃO EM MULTIPLOS ESTÁGIOS
▪Mesmo fluido de trabalho em ambos os ciclos;
▪Separador de liquido;
SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO
COMPRESSÃO EM MULTIPLOS ESTÁGIOS
Ciclo superior: fração mássica (1)
𝑤𝑐𝑠𝑢𝑝 = (1)(ℎ4 − ℎ9)
𝑞𝑠 = 1 (ℎ4 − ℎ5)
ℎ5 = ℎ6
Ciclo inferior : fração mássica (1-x6)
ℎ7 = ℎ8
7 ∶ 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑜
5 ∶ 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑜
𝑞𝑒 = 1 − 𝑥6 ℎ8 − ℎ1 )
𝑤𝑐𝑖𝑛𝑓 = (1 − 𝑥6)(ℎ2 − ℎ1)
𝑥6ℎ3 + 1 − 𝑥6 ℎ2 = 1 ℎ9
SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO
COMPRESSÃO MULTIPLO ESTÁGIO
Considere um sistema de refrigeração por compressão em dois estágios que opera entre os limites de
pressão 0,8 e 0,14 MPa. O fluido de trabalho é o refrigerante R-134ª. O refrigerante sai do condensador
como liquido saturado e é estrangulado até um separador de liquido que opera a 0,32 Mpa. Parte do
refrigerante evapora durante esse processo de separação, e esse vapor é mistura ao refrigerante que sai
do compressor de baixa pressão. Em seguida, a misturado é comprimida até a pressão do condensado
pelo compressor de alta pressão. O líquido do separador de líquido é estrangulado até a pressão do
evaporador e resfria o espaço refrigerado à medida que é vaporizado no evaporador. Considerando que o
refrigerante sai do evaporador como vapor saturado e que ambos os compressores são isentrópicos,
determine: a fração do refrigerante que evapora no processo de expansão até o separador de líquido, a
quantidade de calor removida do espaço refrigerado e o trabalho do compressor e o COP.
	Slide 1: Máquinas Térmicas
	Slide 2: SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO CICLO DE REFRIGERAÇÃO DE CARNOT
	Slide 3: SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO CICLO DE REFRIGERAÇÃO DE CARNOT
	Slide 4: SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO CICLO DE REFRIGERAÇÃO DE CARNOT: REAL X IDEAL
	Slide 5: SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO CICLO DE REFRIGERAÇÃO POR COMPRESSÃO DE VAPOR IDEAL
	Slide 6: SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO CICLO DE REFRIGERAÇÃO POR COMPRESSÃO DE VAPOR IDEAL
	Slide 7: SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO CICLO DE REFRIGERAÇÃO POR COMPRESSÃO DE VAPOR IDEAL
	Slide 8: SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO CICLO DE REFRIGERAÇÃO POR COMPRESSÃO DE VAPOR REAL
	Slide 9: SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO CICLO DE REFRIGERAÇÃO POR COMPRESSÃO DE VAPOR REAL
	Slide 10: SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO CICLO DE REFRIGERAÇÃO POR COMPRESSÃO DE VAPOR REAL
	Slide 11: SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO CASCATA
	Slide 12: SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO CASCATA
	Slide 13: SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO CASCATA
	Slide 14: SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO COMPRESSÃO EM MULTIPLOS ESTÁGIOS
	Slide 15: SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO COMPRESSÃO EM MULTIPLOS ESTÁGIOS
	Slide 16: SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO COMPRESSÃO MULTIPLO ESTÁGIO