Relatorio de Refrigeração, Exercícios de Refrigeração e Ar Condicionado

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CENTRO UNIVERSITÁRIO ASSIS GURGACZ

GABRIEL FELIPE P. POPIOLSKI

REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO

CASCAVEL

CENTRO UNIVERSITÁRIO ASSIS GURGACZ

GABRIEL FELIPE P. POPIOLSKI

REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO

Trabalho apresentado à disciplina de Refrigeração e Ar Condicionado do curso de Engenharia Mecânica do Centro FAG, como requisito de obtenção de nota parcial de trabalho do primeiro bimestre. Profº Orientador: Rogério L. Ludegero. CASCAVEL 2019

1 INTRODUÇÃO

Este relatório tem com objetivo descrever e analisar os resultados obtidos em um ensaio técnico realizado no laboratório, visando compreender melhor o funcionamento de um ciclo de refrigeração e aprofundar os conhecimentos vistos em sala de aula. O ensaio foi realizado pelos alunos do nono período sob supervisão do professor Engenheiro Mecânico Rogério Luiz Ludegero com o intuito de determinar os seguintes itens:

• Modelos de equipamentos;
• Coletar pressões e temperaturas;
• Encontrar as propriedades através de cálculos;
• Calcular a massa de fluído;
• Calcular a vazão de ar necessária para funcionar o sistema; Portanto aqui descreveremos a analise térmica de uma bancada de refrigeração podendo ser classificada como bancada de ciclo de refrigeração por compressão de vapor, que utiliza como fluído de trabalho o R-22.

2 REFERENCIAL TEÓRICO

2.1 CALOR

Segundo Cengel (2012), existem vários tipos de energia, tais como:

• Térmica;
• Mecânica;
• Cinética;
• Potencial;
• Elétrica;
• Nuclear;
• Química;
• Nuclear; Foi explicado por Borgnakke (2013), que o calor é a energia em movimento devido a diferença de temperatura existente. Este movimento sempre ocorre do corpo com maior temperatura para o corpo com menor temperatura até que seja atingido o equilíbrio térmico no sistema. A primeira lei da termodinâmica diz que em um processo a energia não pode ser criada, ela apenas muda de forma. Partindo do conceito de Lavoisier, onde “Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma” fica claro que um determinado sistema é dependente de uma energia que se transformou em outra. A energia térmica, também conhecida como calor, é muito importante para a humanidade sendo muito comum a sua utilização, como por exemplo na geladeira ou freezer, onde se realiza a transferência de calor através de fluídos refrigerantes. 2.2 FLUÍDOS REFRIGERANTES Os fluídos refrigerantes são fundamentais para a realização de transferência de calor em um sistema de refrigeração, nos ciclos de refrigeração por compressão de vapor é um fluído que alternadamente muda de estado conforme absorve e libera energia térmica. Segundo Borgnakke (2013), os fluídos desejáveis para se utilizar em um sistema devem ser ambientalmente corretos, ter miscibilidade com o óleo do compressor, não ser tóxico e apresentar rigidez dielétrica, e caso se utilize um fluído tóxico por exemplo, é necessário tomar medidas de precauções para eliminar os riscos de vazamentos. Existem diversos tipos destes fluídos de trabalho, tal que deve ser escolhido de acordo com o uso e a necessidade do sistema.

2. 2 .1 R- 22 Trata-se de um gás refrigerante, incolor, bastante utilizado em refrigeradores, aparelhos de ar condicionado, etc. As suas funções físicas e químicas juntamente com sua eficiência volumétrica, permitem uma excelente performance em produtos de baixa e média capacidade.

2.7 REFRIGERAÇÃO POR COMPRESSÃO DE VAPOR

Este ciclo mostrado na figura 1, é caracterizado por Borgnakke (2012) como um ciclo de Rankine invertido. O refrigerante entra no compressor que realiza trabalho sobre ele, aumentando a temperatura e a pressão, nesse caso ocorre uma compressão reversível, caracterizando o nome do processo de refrigeração através da compressão do vapor. Partindo para o condensador no estágio 2, o refrigerante se encontra no estado de vapor superaquecido, onde ele trocará calor mantendo a pressão e liberando parte de sua energia, até chegar ao ponto de liquido saturado dando início ao estágio 3. Na válvula de expansão ocorre um processo não isentrópico e este passará por um processo de expansão irreversível, saindo deste em forma de mistura de gás e liquido, partindo ao estágio 4, essa mistura entra no evaporador, onde trocará calor à pressão constante e retirando a energia do ambiente, sando no estado de vapor, reiniciando o ciclo. O sistema de compressão à vapor é o mais utilizado na prática, neste sistema, o vapor é comprimido, condensado, tendo posteriormente sua pressão diminuída de modo que o fluído possa evaporar a baixa pressão. Figura 1: Ciclo de refrigeração por compressão de vapor. Fonte: Google imagens.

3 COMPONENTES DO CICLO

Ciclo de refrigeração por compressão de vapor mostrado na figura 2, é o nome dado para descrever o funcionamento de circuitos fechados utilizado em aplicações de refrigeração. Figura 2: Ciclo de refrigeração em bancada. Fonte: do autor. 3 .1 EVAPORADOR É um trocador de calor semelhante à um radiador quando utilizado com ar ou água. Troca energia ao realizar a condução entre o refrigerante que evapora, alterando o seu estado de líquido para gasoso e o ar em volta é refrigerado. Como resultado a evaporação ocorre à uma pressão e temperatura virtualmente constante. O refrigerante que sai do evaporador é um gás superaquecido cuja temperatura é ligeiramente mais elevada que a temperatura de evaporação. 3.2 COMPRESSOR Este é um dispositivo que fornece a compressão volumétrica, por exemplo, uma redução progressiva no volume, utilizando sistemas rotativos ou recíprocos. O compressor tem a função de circular o refrigerante no interior de circuito, especificamente retirando-o como um gás evaporador e depois comprimindo-o e fornecendo-o a uma pressão mais elevada à condensação. O trabalho mecânico realizado pelo compressor implica em um aumento significativo na temperatura do gás e no consumo energético. O consumo energético do compressor depende da diferença entre as duas pressões de funcionamento. O refrigerante que entra no compressor deve estar no estado gasoso, já que os líquidos são reconhecidamente incompressíveis. O compressor começa a trabalhar quando a unidade necessita fornecer refrigeração e é normalmente ativado através dos sistemas de controles de temperatura.

4 PROCEDIMENTO

Durante a realização do ensaio técnico, foram utilizados os seguintes equipamentos;

• Bancada de refrigeração;
• Anemômetro;
• Trena;
• Carta Psicrométrica;
• Tabela de propriedade termodinâmicas;
• Sensores de medição; Ao ser iniciado o procedimento, ligando a bancada, esperou-se aproximadamente cinco minutos para o sistema se estabilizar e se pudesse retirar os dados necessários. Primeiramente, foi coletado os dados de pressão e temperatura do sistema. Os dados foram coletados através de um manômetro, portanto teremos a pressão manométrica, e para a realização dos cálculos é utilizado a pressão absoluta, que é facilmente obtida através da soma da pressão atmosférica na lida da bancada. Considerou-se como valor para a pressão atmosférica local a pressão normal. Tabela 1: Dados coletados. Estado 1 (Vapor superaquecido) Estado 2 (Liquido saturado) Estado 3 (Liquido saturado) Estado 4 (Vapor saturado) P 1 = 200 PSIG P 2 = 200 PSIG P 3 = 48 PSIG P 4 = 48 PSIG T 1 = 63,5 ºC T 2 = 33,7 ºC T 3 = - 4,23 ºC T 4 = - 4,23 ºC Fonte: do autor. Lembrando que o estado 1 é a entrada do condensador e o estado 2 é a sua saída. Já o estado 3 é a entrada do fluido no compressor e o estado 4 é a saída. Utilizando a tabela termodinâmica do fluido R-22, e algumas interpolações foram obtidos os seguintes valores de entalpia. Tabela 2: Valores de entalpia. Estado 1 Estado 2 Estado 3 Estado 4 H 1 = 438,78 KJ/Kg H 2 = 247,11 KJ/Kg H 3 = 195,05 KJ/Kg H 4 = 403,8 KJ/Kg Fonte: do autor. Para a realização do calculo da massa de refrigerante processado pelo sistema é necessário utilizar o catalogo do fabricante do condensador. O modelo do condensador é FLEX150H2C. Considerando a temperatura ambiente normal de 25,4ºC e a de evaporação de - 4,23ºC, é obtido no catalogo uma capacidade de 2782,75 Kcal/h, transformando a mesma para 3,23KW. Com este valor obtido podemos realizar o cálculo da massa através da formula:

Q = M. (H 4 – H 3 )

3,23 KW = M. (403,8 – 195,05)KJ/Kg M 1 = 0,0154 Kg/s Assim conseguimos calcular o valor real de calor do sistema, através da formula: Q = M. (H 2 – H 1 ) Q = 0,01 54. (247,11 – 438,78)KJ/Kg Q = - 2,951 KW Então, com o auxilio do sensor de medição, obtemos os valores do ar no sistema. Tabela 3: Dados coletados do ar. Estado 1 (Entrada do condensador) Estado 2 (Saída do condensador) T1 ar = 25,4 ºC T2 ar = 33,1 ºC Umidade relativa = 46,5% Umidade relativa = 30,2% Fonte: do autor. Com o auxilio da carta psicrométrica obtivemos os seguintes dados: Tabela 4 : Dados da carta. Estado 1 (Entrada do condensador) Estado 2 (Saída do condensador) H 1 = 49 KJ/Kg H 2 = 58 KJ/Kg Ve1 = 0,859 m^3 /kg Ve2 = 0,881 m^3 /kg Fonte: do autor. Calculando a vazão de ar que passa pelo sistema: Q = M. (H 1 – H 2 )

• 2,9 5 KW = M. ( 49 - 58)KJ/Kg M = 0,327 Kg/s Com este dado, podemos calcular a vazão teórica do sistema: Vz = M. Ve Vz = 0,327 kg/s. 0,881 m^3 /kg Vz = 1039,58 m^3 /h Com uma trena, foi realizado a medição do tamanho do ventilador. O tamanho da hélice do ventilador é 32 centímetros. Então, com o auxílio do anemômetro foi realizado a medição da velocidade do ar na saída do condensador e obtido o valor de 5,1 m/s. Com esses dados podemos calcular a vazão existente.

5 CONCLUSÃO

Conclui-se que é de grande aproveitamento e aprendizado para os alunos uma prática como esta, pois podemos realmente aplicar os conhecimentos vistos em sala em um “pequeno campo”, simulando um ambiente de trabalho. Após recolhermos os dados necessários, procurar as propriedades e efetuar os cálculos, chegou a conclusão de que o fluxo de ar exercido pelo exaustor na saída do condensador deve ser maior, para que assim a troca de calor entre os dois fluidos possa ser a ideal para a eficiência do sistema.

6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

BLOG A. DIAS, Fluídos refrigerantes. 2019; WYLEN, Gordon J. Van. Fundamentos da termodinâmica. 6ª Edição. São Paulo. Blucher. 2003; CAREL. Empresa de refrigeração. 2019; BORGNAKKE, Claus. SONNTAG, Richard E. Fundamentos da termodinâmica. 8ª Edição. São Paulo. Blucher. 2013; HALLIDAY, David. RESNICK, Robert. WALKER, Jearl. Fundamentos de física: mecânica. Volume 01. 10ª Edição. Rio de Janeiro. LTC, 2016; CENGEL, Yunus A. GHAJAR, Afshin J. Transferência de calor e massa. 4ª Edição. Porto Alegre. AMGH Editora LTDA. 2012;