Slide - Ciclo de Refrigeração - Termodinâmica - 2023-2

Ciclo de refrigeração ZEA0466 – Termodinâmica - FZEA/USP Profa Izabel C. F. Moraes Leitura prévia: cap11 (tópicos 11.1-11.7) Cengel & Boles. Termodinâmica. Ed McGraw Hill. 7ª ed. Objetivos: ✓ Analisar o ciclo refrigeração por compressão de vapor (ideal vs real) ✓ Discutir a operação dos sistemas de refrigeração e bomba de calor ✓ Avaliar o desempenho dos sistemas de refrigeração com compressão de vapor Ciclo de refrigeração Fonte: Çengel & Boles. 7ª ed. ✓ O fluido de trabalho são os refrigerantes. ✓ Coeficiente de performance (COP) ( ou ciclo frigorífico) Ciclo de refrigeração Fonte: Çengel & Boles. 7ª ed. ( ou ciclo frigorífico) Capacidade de resfriamento = taxa de remoção de calor do espaço refrigerado, expressa em termos de toneladas de refrigeração 1 ton = 200 lbm de água líquida a 0 °C e transformá-la em gelo a 0 °C em 24 h. 1 ton = 211 kJ/min ou 200 Btu/min CICLO DE REFRIGERAÇÃO / BOMBA DE CALOR Ciclo de Refrigeração por compressão: Carnot COPR = COPBC = Dificuldades de implementação: • Etapa 3-4: mistura L+V de baixo título → pouco trabalho (substituição da turbina por um dispositivo de expansão) • Etapa 1-2: mistura L+V → dificuldades de compressão (conveniente lidar apenas c/ fase vapor → superaquecimento) Ciclo de refrigeração por compressão ✓ 1-2: compressão isentrópica ✓ 2-3: rejeição de calor a pressão constante ✓ 3-4: estrangulamento em um dispositivo de expansão ✓ 4-1: absorção de calor a P constante Fonte: Çengel & Boles. 7ª ed. Ciclo de refrigeração por compressão Fonte: Ferreira, M.S., Poli/USP. Diagrama T-S de um ciclo por compressão de vapor real Válvulas não são dispositivos Isentrópicos!! Dispositivo de expansão Diagramas T-s: isentálpicas (água) http://commons.wikimedia.org/wiki/File:T-s_diagram.svg Diagramas P-h: Mollier DuPont Fluorochemicals Suva 410A (R-410A) Pressure-Enthalpy Diagram (SI Units) http://commons.wikimedia.org/wiki/File:T-s_diagram.svg Exemplo 1) Um refrigerador utiliza refrigerante R-134a como um fluido de trabalho e opera em um ciclo de refrigeração de 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) a taxa de remoção de calor do espaço refrigerado e a potência fornecida ao compressor, (b) a taxa de rejeição de calor para o ambiente e (c) o COP do refrigerador. 2) O refrigerante R-134a entra no compressor de um refrigerador como vapor superaquecido a 0,14 MPa e -10 ºC 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. Desprezando as transferências de calor e as quedas de pressão das linhas de conexão entre os componentes, determine (a) a taxa de remoção de calor do espaço refrigerado e a entrada de potência no compressor, (b) a eficiência isentrópica do compressor e (c) o coeficiente de performance do refrigerador. Sistema de refrigeração em cascata Fonte: Çengel & Boles. 7ª ed. Fonte: Çengel & Boles. 7ª ed. Sistema de refrigeração com multi-compressão Exemplos 3) Considere um sistema de refrigeração em cascata de dois estágios entre os limites de pressão de 0,8 e 0,14 MPa . Cada estágio opera em ciclo de refrigeração por compressão de vapor com o refrigerante R- 134a como fluido de trabalho. A rejeição 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 . (Na prática, o fluido de trabalho do ciclo inferior está a uma pressão e temperatura mais altas no trocador de calor para que a transferência de calor seja efetiva). Se a vazão mássica mássica do refrigerante no ciclo superior for de 0,05 kg/s, determinar (a) a vazão mássica do refrigerante no ciclo inferior, (b) a taxa de remoção de calor do espaço refrigerado e a entrada de potência no compressor e (c) o coeficiente de performance desse refrigerador em cascata. OBRIGADA CUIDEM-SE!!!!