CONDICIONAMENTO DE AR & REFRIGERAÇÃO

CONDICIONAMENTO DE AR
&
REFRIGERAÇÃO

CONDICIONAMENTO DE AR E REFRIGERAÇÃO

CONDICIONAMENTO DE AR E REFRIGERAÇÃO
AULA 6

CONDICIONAMENTO DE AR E REFRIGERAÇÃO
UNIDADE II
CICLO DE REFRIGARAÇÃO
POR
COMPRESSÃO DE VAPOR

CONDICIONAMENTO DE AR E REFRIGERAÇÃO
CICLO DE REFRIGERAÇÃO POR COMPRESSÃO DE VAPOR
Consiste de uma série de processos executados por
um fluido de trabalho, denominado de refrigerante.

CONDICIONAMENTO DE AR E REFRIGERAÇÃO
CICLO FRIGORÍFICO DE COMPRESSÃO DE VAPOR

CONDICIONAMENTO DE AR E REFRIGERAÇÃO
AR CONDICIONADO
Um ar condicionado usa a evaporação de um
fluido refrigerante para fornecer refrigeração.

CONDICIONAMENTO DE AR E REFRIGERAÇÃO
Um aparelho de ar
condicionado de janela
constitui um sistema completo
de condicionamento de ar
para locais pequenos.
AR CONDICIONADO DE JANELA

CONDICIONAMENTO DE AR E REFRIGERAÇÃO
AR CONDICIONADO
APARELHO DE JANELA
O compartimento de um ar
condicionado de janela contém:
um compressor
uma válvula de expansão
um condensador (do lado de fora)
um evaporador (do lado de dentro)
dois ventiladores
uma unidade de controle

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AR CONDICIONADO
APARELHO DE JANELA
Os ventiladores sopram
ar sobre os trocadores de calor
para melhorar a sua capacidade
de dissipar calor (para o ar
exterior) e frio (para o
ambiente ser resfriado

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AR CONDICIONADO
O compressor
comprime o gás frio,
fazendo com que ele se
torne gás quente de alta
pressão (em vermelho no
diagrama acima).

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AR CONDICIONADO
O compressor
comprime o gás frio,
fazendo com que ele se
torne gás quente de alta
pressão (em vermelho no
diagrama acima).

CONDICIONAMENTO DE AR E REFRIGERAÇÃO
AR CONDICIONADO
O compressor
comprime o gás frio,
fazendo com que ele se
torne gás quente de alta
pressão (em vermelho no
diagrama acima).

CONDICIONAMENTO DE AR E REFRIGERAÇÃO
AR CONDICIONADO
Este gás quente
corre através de um
trocador de calor para
dissipar o calor e se
condensa para o estado
líquido.

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AR CONDICIONADO
Este gás quente
corre através de um
trocador de calor para
dissipar o calor e se
condensa para o estado
líquido.

CONDICIONAMENTO DE AR E REFRIGERAÇÃO
AR CONDICIONADO
Este gás quente
corre através de um
trocador de calor para
dissipar o calor e se
condensa para o estado
líquido.

CONDICIONAMENTO DE AR E REFRIGERAÇÃO
AR CONDICIONADO
O líquido escoa através
de uma válvula de
expansão e no processo
ele vaporiza para se tornar
gás frio de baixa pressão
(em azul claro no diagrama
acima).

CONDICIONAMENTO DE AR E REFRIGERAÇÃO
AR CONDICIONADO
O líquido escoa através
de uma válvula de
expansão e no processo
ele vaporiza para se tornar
gás frio de baixa pressão
(em azul claro no diagrama
acima).

CONDICIONAMENTO DE AR E REFRIGERAÇÃO
AR CONDICIONADO
O líquido escoa através
de uma válvula de
expansão e no processo
ele vaporiza para se tornar
gás frio de baixa pressão
(em azul claro no diagrama
acima).

CONDICIONAMENTO DE AR E REFRIGERAÇÃO
AR CONDICIONADO
Este gás frio corre
através do
evaporador que
permite que o gás
absorva calor e esfrie
o ar de dentro do
prédio.

CONDICIONAMENTO DE AR E REFRIGERAÇÃO
AR CONDICIONADO
Este gás frio corre
através do
evaporador que
permite que o gás
absorva calor e esfrie
o ar de dentro do
prédio.

CONDICIONAMENTO DE AR E REFRIGERAÇÃO
AR CONDICIONADO
Este gás frio corre
através do
evaporador que
permite que o gás
absorva calor e esfrie
o ar de dentro do
prédio.

CONDICIONAMENTO DE AR E REFRIGERAÇÃO
AR CONDICIONADO
BTU
A maioria dos condicionadores de ar têm a sua capacidade
classificada em Unidade de Calor Britânica (BTU).
De forma geral, uma BTU é a quantidade de calor necessária
para aumentar a temperatura de 0,45 kg de água em 0,56 o C.
Especificamente, 1 BTU é igual a 1,055 Joules.
Em termos de aquecimento e refrigeração, uma tonelada de
refrigeração (TR) equivale a 12 mil BTU.

CONDICIONAMENTO DE AR E REFRIGERAÇÃO
CICLO FRIGORÍFICO DE COMPRESSÃO DE VAPOR

CONDICIONAMENTO DE AR E REFRIGERAÇÃO
CICLO FRIGORÍFICO DE COMPRESSÃO DE VAPOR
O ciclo é constituído dos seguintes processos:
1. Compressão de vapor, isto é, um compressor realiza trabalho
sobre o vapor, transfere potência a ele;
2. Condensação do vapor, que ocorre no condensador (o trocador
de calor à direita, na figura acima);
3. Expansão do líquido após o condensador, que ocorre na válvula
termostática ou em um tubo capilar;
4. Evaporação do líquido no evaporador.

CONDICIONAMENTO DE AR E REFRIGERAÇÃO
CICLO FRIGORÍFICO DE COMPRESSÃO DE VAPOR
1. Compressão de vapor, isto é, um compressor realiza
trabalho sobre o vapor, transfere potência a ele;

CONDICIONAMENTO DE AR E REFRIGERAÇÃO
CICLO FRIGORÍFICO DE COMPRESSÃO DE VAPOR
2. Condensação do vapor, que ocorre no condensador (o
trocador de calor à direita, na figura acima);

CONDICIONAMENTO DE AR E REFRIGERAÇÃO
CICLO FRIGORÍFICO DE COMPRESSÃO DE VAPOR
3. Expansão do líquido após o condensador, que ocorre na
válvula termostática ou em um tubo capilar;

CONDICIONAMENTO DE AR E REFRIGERAÇÃO
CICLO FRIGORÍFICO DE COMPRESSÃO DE VAPOR
4. Evaporação do líquido no evaporador.

CONDICIONAMENTO DE AR E REFRIGERAÇÃO
CICLO FRIGORÍFICO DE COMPRESSÃO DE VAPOR
Considerações:
1. Sistema em regime permanente
2. Escoamento unidimensional
3. m s = m e = m.
4. A variação das energias cinética e potencial são
desprezíveis.
CICLO IDEAL

CONDICIONAMENTO DE AR E REFRIGERAÇÃO
COMPRESSÃO ( MODELO IDEAL DO COMPRESSOR)
1. Regime permanente;
2. Processo adiabático;
3. Só existe um fluxo de entrada e um fluxo de saída, m e = m s = m;
4. Variação de energia potencial é desprezível
5. Variação de energia cinética é desprezível.

CONDICIONAMENTO DE AR E REFRIGERAÇÃO
COMPRESSÃO ( MODELO IDEAL DO COMPRESSOR)

CONDICIONAMENTO DE AR E REFRIGERAÇÃO
CONDENSADOR E EVAPORADOR (MODELO IDEAL)
1. Regime permanente;
2. Processo adiabático;
3. Só existe um fluxo de entrada e um fluxo de saída, m e = m s = m;
4. A variação de energia potencial e cinética é desprezível

CONDICIONAMENTO DE AR E REFRIGERAÇÃO
Condensador ideal:
Evaporador ideal:
CONDENSADOR E EVAPORADOR (MODELO IDEAL)

CONDICIONAMENTO DE AR E REFRIGERAÇÃO
VÁLVULA DE EXPANSÃO (MODELO IDEAL)
1. Regime permanente;
2. Processo adiabático e não realiza trabalho;
3. Só existe um fluxo de entrada e um fluxo de saída, m e = m s = m;
4. Variação de energia cinética e potencial é desprezível
5. Variação de energia cinética é desprezível.

CONDICIONAMENTO DE AR E REFRIGERAÇÃO
VÁLVULA DE EXPANSÃO (MODELO IDEAL)
Expansão ideal:

CONDICIONAMENTO DE AR E REFRIGERAÇÃO
EXERCÍCIO 1
1) Um refrigerador com R-12 como fluido de trabalho tem uma temperatura mínima
de -10 °C e uma pressão máxima de 1 MPa. Suponha que o refrigerador opere em
um ciclo de refrigeração ideal conforme figura abaixo. Encontre:
a) A transferência de calor que ocorre no evaporador
b) A transferência de calor que ocorre no condensador
c) O coeficiente de desempenho

CONDICIONAMENTO DE AR E REFRIGERAÇÃO
EVAPORADOR q L = h 1 - h 4 e h 4= h 3
SOLUÇÃO 1
Na saída do evaporador o estado do fluido é vapor saturado a −10 C
Então da Tabela B.3. h 1 = 183.19 e s 1 = 0.7019 kJ/kgK

CONDICIONAMENTO DE AR E REFRIGERAÇÃO
CONDENSADOR q H = h 2 - h 3
SOLUÇÃO 1
Na saída do condensador o estado do fluido é líquido saturado a 1 MPa
Interpolando os valores da Tabela B.3.1 h 3 = 76.22 kJ/kg

CONDICIONAMENTO DE AR E REFRIGERAÇÃO
COMPRESSOR s 2 = s 1 = 0.7019 kJ/kgK
SOLUÇÃO 1
O estado do fluido é vapor superaquecido a 1 MPa. Da Tabela B.3.2 h 2 ≈ 210.1 kJ/kg

CONDICIONAMENTO DE AR E REFRIGERAÇÃO
EVAPORADOR q L = h 1 - h 4 e h 4= h 3
q L = h 1 - h 4 h 4= h 3 q L = h 1 - h 3 q L = 183.19 - 76.22 q L = 107 kJ/kg
CONDENSADOR q H = h 2 - h 3
q H = h 2 - h 3 = 210.1 - 76.22 = 133.9 kJ/kg
COP (β) β = q L/w c
SOLUÇÃO 1
β = q L/w c w c = q H - q L β = q L/(q H - q L) β = 3.98

CONDICIONAMENTO DE AR E REFRIGERAÇÃO
Um refrigerador com R-134a como fluido de trabalho tem uma
temperatura mínima de -20 ° C e uma pressão máxima de 1 Mpa (10 bar).
Suponha que o refrigerador opere em um ciclo de refrigeração ideal conforme
figura abaixo. Encontre:
a) A transferência de calor que ocorre no evaporador
b) A transferência de calor que ocorre no condensador
c) O coeficiente de desempenho.
EXERCÍCIO 2

CONDICIONAMENTO DE AR E REFRIGERAÇÃO
EXERCÍCIO 3
Considere um ciclo de refrigeração ideal que tem uma temperatura de
condensador de 45 ° C e uma temperatura de evaporação de -15 ° C. Determine o
coeficiente de desempenho deste frigorífico para o fluido de trabalho R-22.

CONDICIONAMENTO DE AR E REFRIGERAÇÃO
FIM