O Relatório de Refrigeração

ANÁLISE ENERGETICA EM CICLO DE REFRIGERAÇÃO E LEVANTAMENTO DE PROPRIEDADE DO AR

VINICIUS CONRADO KURIYAMA                                                 RA: 15.2146-7

PROFESSOR ME. VALTER LUÍS ZULIANI STROPPA

1. INTRODUÇÃO

1.  FUNDAMENTOS TERMODINÂMICOS DOS CICLOS DE REFRIGERAÇÃO POR EVAPORAÇÃO E CONDENSAÇÃO

“Uma das grandes áreas de aplicação da termodinâmica é a refrigeração, que é a transferência de calor de uma região com temperatura mais baixa para outra com temperatura mais alta. Os dispositivos que produzem refrigeração são chamados de refrigeradores. O ciclo de refrigeração mais usado é o ciclo de refrigeração por compressão de vapor, no qual o refrigerante é vaporizado e condensado alternadamente e é comprimido na fase de vapor.” (Çengel; Boles, 2011).

1. O CICLO DE CARNOT, IDEAL E REAL

“O ciclo de Carnot é considerado um ciclo de refrigeração ideal no qual se destaca aos demais, pois trata-se de um ciclo ideal (reversível) que opera entre dois níveis de temperatura e, portanto, aquele que apresenta maior eficiência.” (Çengel; Boles, 2011).

O ciclo de Carnot é constituído por condensador, turbina, compressor e evaporador. Na figura a seguir (Figura 1) é ilustrado o ciclo Carnot ideal.

[pic 1]

Figura 1 - Esquema do Ciclo Carnot ideal (Çengel; Boles, 2011).

“No ciclo real de refrigeração por compressão de vapor difere do ciclo ideal de várias maneiras, principalmente devido as irreversibilidades que ocorrem nos diversos componentes. Duas fontes comuns de irreversibilidade são o atrito do fluido (que causa quedas de pressão) e a transferência de calor de ou para vizinhança.” (Çengel; Boles, 2011). O diagrama T-s de um ciclo real de refrigeração a vapor é mostrado na figura 2.

[pic 2]

Figura 2 - Diagrama T-s de um ciclo ideal de refrigeração a vapor (Çengel; Boles, 2011).

De acordo com Çengel e Boles (2011) o coeficiente de performance do ciclo pode ser expresso por

                                [1][pic 3]

Onde h1 e h2 são as entalpias de entrada e saída respectivamente do compressor, e h4 a entalpia da entrada do evaporador.

Já o rendimento isentrópico do compressor é determinado por

                                                  [2][pic 4]

Onde h2s corresponde a entalpia na saída do compressor de um ciclo real.

1. Propriedades do ar utilizadas

As propriedades do ar utilizadas para realização do experimento, foram obtidas pela carta psicrométrica (Figura 2) em relação as temperaturas coletadas por, sendo elas de bulbo seco e bulbo úmido na entrada e saída do (evaporador e condensador). Estes valores encontrados e coletados estão descritos na Tabela 1.

1. Balanço de energia e de massa para o dispositivo apresentado

Toda energia transformada pela variação de temperatura que entra deve ser a mesma energia que sai, através também de uma variação de temperatura, isso porque o fluxo tende a se manter em equilíbrio.

1. MATERIAIS E MÉTODOS        

Este experimento apresenta a prática na obtenção de dados através de um ciclo de refrigeração, onde o mesmo é composto por: compressor, evaporador, condensador, válvula de expansão, liquido refrigerante (R-12), além de possuir computador, termopares, anemômetro, béquer graduado, manômetros, barômetro, psicrômetro, termômetro, cronometro e computador.

  A primeira etapa consiste na coleta de temperatura e pressão do liquido de trabalho, nas diversas partes do ciclo com auxílio de termopares. Os resultados das aferições puderam ser visualizadas no computador, cujo o qual transformava a corrente em valores de temperatura. Para as medidas de pressão, foi utilizado um voltímetro, na tensão de trabalho e corrente do motor elétrico, o ciclo possuía uma vazão de 6 g/s de R-12.

Na segunda etapa também com auxílio de termopares, foi possível coletar as propriedade do ar, o equipamento registrou a temperatura na entrada do evaporador e do condensador, as quais eram idênticas. Para a temperatura de bulbo úmido foi enrolado um algodão no termopar, enquanto o outro termopar sem algodão, fez aferição do bulbo seco. Estas tomadas de temperatura de bulbo seco e úmido foram repetidas na saída do evaporador e condensador, que desta vez, possuíam temperatura diferente.

Com o auxílio de anemômetro, foi possível realizar a aferição da vazão do ar na saída do evaporador e do condensador, e com um béquer graduado, foi feita a coleta de agua proveniente da condensação do evaporador, o que permitiu a determinação da respectiva vazão.

E por fim, foi mensurado a medida de pressão e temperatura atmosférica.  

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1. RESULTADOS E DISCUSSÃO        

Na Tabela 4, pode-se ver os resultados das leituras realizadas durante a pratica:

Tabela 4: Fluido de trabalho, temperaturas coletadas, pressão e vazão.

Fluido de Trabalho	R-12
T1	64,95 °C
T2	49,72 °C
T3	33,93 °C
T4	3,22 °C
T5	16,13 °C
T6	19,16 °C
Pressão P1	0,213 Mpa
Pressão P2	0,965 Mpa
Vazão na válvula	0,006 kg/s

Fonte: Elaboração própria.

Com os dados da Tabela, definiu-se as propriedade termodinâmicas do fluido de trabalho (R-12), para cada ponto do ciclo:

Tabela 5: Temperatura, entalpia e entropia para cada ponto do sistema.

Ponto	T (°C)	h (KJ/kg)	s (Kj/kgK)
1	64,95	223,014715	0,74709625
1s	77,95	232,5296583	0,77474468
2	49,72	206,361632	0,67974952
3	33,93	68,489774	0,25245456
4	3,22	68,489774	-
5	16,13	51,178924	0,19520798
6	19,16	201,755076	0,77474468

                                                    Fonte: Elaboração própria.

       Figura 1 – Ciclo Temperatura vs Entropia                         Figura 2 – Diagrama do ciclo de refrigeração

[pic 5]

[pic 6]

                              Fonte: Autoria própria.                                                           Fonte: Autoria própria.