Análise Termodinâmica e Componentes de um Ar Condicionado de Janela, Trabalhos de Engenharia Mecânica

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Trabalho de Refrigeração e Ar condicionado II

Professor: J. Donatelli Alunos: Estevão Guaitollini Felipe Medeiros Filipe Sena Hélio Volpini Marcos Osvaldo Mendes Renato Moura

Introdução

• (^) Vamos apresentar nesse trabalho, os componentes de um Ar Condicionado de Janela (ACJ), bem como, seus dimensionamentos e funcionamento dentro do sistema de refrigeração.
• (^) Para isso, foi feito uma instrumentação em um ACJ de 18.000 BTUS, aonde foram levantados parâmetros que possibilita uma avaliação dos seus componentes assim como suas condições de trabalho.

Termodinâmica envolvida

• (^) Vamos agora mostrar os conceitos termodinâmicos que envolvem um ACJ.
• (^) Ciclo de compressão a vapor: É o ciclo que envolve o sistema de refrigeração estudado. Nele, o vapor é comprimido, condensado, tendo posteriormente sua pressão diminuída de modo que o fluido posa evaporar a baixa pressão.
• (^) Ciclo de Carnot: É aquele cuja sua eficiência não pode ser superada entre duas temperaturas dadas. É conhecido como motor térmico, onde recebe energia a alta temperatura, converte parte da energia em trabalho e cede o restante a um reservatório térmico a baixa temperatura.

Termodinâmica envolvida

• (^) Ciclo de compressão a vapor padrão: Nele podemos observar no gráfico Pressão x Entalpia, os seguintes processos: 1-2: Compressão adiabática reversível desde o estado de vapor saturado até a pressão de condensação; 2-3: Rejeição reversível de calor à pressão constante, diminuindo a temperatura do refrigerante inicialmente e condensando-o, depois; 3-4: Expansão reversível a entalpia constante desde o estado de líquido saturado até a pressão de evaporação; 4-1: Ganho de calor à pressão constante, produzindo a evaporação do refrigerante até o estado de vapor saturado.

• (^) Refrigerante: São líquidos para transportar energia térmica à baixa temperatura de um local para o outro. Eles podem ser: halobarbônicos, inorgânicos, hidrocarbonetos e azeotropos.

• (^) Principais refrigerantes: i) Ar : seu maior uso como refrigerante é em aviões, onde o peso reduzido de um sistema a ar compensa o seu baixo CDE; ii) Amônia: mais usada nas grandes instalações industriais de baixa temperatura; iii) Dióxido de carbono : é usado algumas vezes para congelamento de alimento por contato direto. A sua pressão de condensação alta normalmente limita sua aplicação à parte de baixa temperatura de um sistema em cascata, onde um refrigerante diferente opera na seção de alta temperatura; iv) R-11 : usado em sistemas com compressores centrífugos; v) R-12 : usado em sistemas com compressores alternativos para serviços em equipamentos domésticos de refrigeração e em condicionadores de ar automotivo; vi) R-22: sua vantagem é de operar em sistemas com compressores menores e mais baratos que os demais. É o refrigerante usado neste projeto; vii) R-502 : apresenta algumas vantagens adicionais, como melhor comportamento com óleos e temperaturas de descarga do compressor inferiores às do R/22.

i) Compressores: O compressor atua como o coração do sistema de refrigeração, criando o fluxo do refrigerante ao longo dos componentes do sistema. No processo, recebe vapor refrigerante em baixas temperatura e pressão e eleva o vapor até uma pressão e temperatura maior. Junto com o capilar (ou outro dispositivo de expansão), o resultado é que no evaporador a pressão e temperatura do refrigerante são reduzidas, permitindo assim que ele absorva calor. Já no condensador elas são aumentadas, permitindo que ele ceda calor para o meio ambiente. Existem cinco tipos de compressores, cujos nomes vêm da ação de suas partes mecânicas: Alternativo : tem um pistão que vai e vem dentro de um cilindro. É o mais comum nos aparelhos atuais mais gradativamente vai sendo substituído pelo rotativo, mais econômico e silencioso; Rotativo : tem um rotor excêntrico que gira dentro de um cilindro; Scroll : tem duas partes separadas de forma espiral. Uma permanece fixa enquanto a outra fira contra ela; Parafuso : tem dois rotores em forma de parafuso, um macho e outra fêmea. Interagem à medida que giram, assim como um parafuso girando numa rosca; Centrífugo : tem um propulsor de alta velocidade, com muitas pás, que gira num alojamento de forma especial.

ROTATIVO SCROLL ALTERNATIVO PARAFUSO CENTRÍFUGO Faixa de tamanho Menor (5 toneladas) 5 a 10 toneladas Tonelagem fracional até150 TRs 100-750 TRS Maiores (100a 10 000 + TRS. Tipos Vane deslizante e tipos êmbolo rotativo, só carcaça soldada “compliant" e não-" compliant" , só carcaça soldada Herméticos abertos, semi- herméticos e herméticos de carcaça soldada Rotor rotativo, aberto e hermético Simples e multi- estágios, aberto e hermético Deslocamento Positivo Positivo Positivo Positivo Não positivo Controle de capacidade típico Velocidade variável e liga- desliga Velocidade variável e liga- desliga Velocidade variável, liga- desliga, descarregadores de cilindro Velocidade variável e válvula deslizante de admissão Velocidade variável e vane guia de admissão Válvulas de sucção? NÃO NÃO SIM NÃO NÃO Válvulas de descarga? SIM^ NÃO^ SIM^ NÃO^ NÃO Aplicação usual Refrigeradores e outras aplicações, condicionadores de ar de sala, e pequenos sistemas centrais Pequenos sistemas centrais para refrigeração, condicionamento de ar, e ciclo reverso Refrigeração e ar condicionado, ciclo reverso, e transportes Refrigeração, ar condicionado, e ciclo reverso Refrigeração, ar condicionado, e ciclo reverso

• (^) A tabela abaixo descreve as principais características de cada tipo de compressor:

• (^) O tipo de compressor utilizado em um sistema depende da capacidade e do seu uso. Os compressores alternativos e rotativos são mais comuns em sistemas de até 30.000 BTUS. A partir daí, começa a ser usado o scroll, comum em splits acima de 24.000 BTUS.

ii) Evaporadores: são o agente de resfriamento (trocadores de calor), constituindo a interface entre o processo e o circuito frigorífico. Com exceção daqueles processos onde ocorre o resfriamento direto do produto, como nos casos dos congeladores de placas, a maioria dos evaporadores resfria o ar ou líquido como água, salmoura, etc... Que serão os agentes de resfriamento do processo. Os mais utilizados são os multitubulares em carcaça e os compactos.