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Prova Torre de Resfriamento, Provas de Refrigeração e Ar Condicionado

Prova de Prova Torre de Resfriamento

Tipologia: Provas

2021

Compartilhado em 24/06/2023

tj-jt
tj-jt 🇧🇷

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FATEC ITAQUERA
Aula do dia 16/11/21 -Refrigeração II
Situação Problema
O reser vatório de água da figura é utilizado para refrigerar o motor de combustao interna de um gerador de
eletricidade instalado em uma siderúrgica. A água sai do motor e entra nesse reservatório com uma temperatura
T
1
, com vazão volumétrica de 80 litros/s e deve deixar o reservatório com temperatura T
2
, com a mesma vazão,
em direção ao motor. Para refrigerar a água desse reservatório é utilizada uma serpentin a, por onde também entra
água com uma temperatura T
3
,vinda de um evaporador que pertence a um sistema de refrigeração por
compressão de vapor. A água sai da serpentina com uma temperatura T
4
, e segue de volta para o evaporador. O
fluido refrigerante utilizado no ciclo de refrigeração é o Refrigerante R134a e a temperaturas de operação do
ciclo, 5, 6, 7 e 8 são apresentadas na tabela de condições operacionais. Finalmente, o condensador do ciclo de
refrigeração é então resfriado por o utra serpentina na qual entra água com temperatura T
9
, vinda de uma torre de
resfriamento localizada fora da fábrica. A água dessa serpentina sai com uma temperatura T
10
de volta para a
torre de resfriamento. Na torre de resfriamento, o ar entra com possui TBS = 24ºC e TBU = 21ºC. O ar sai da
torre com TBS = 28ºC (saturado).
(Dados:
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∙
;
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).
Determinar:
a) A vazão mássica de água de (1) para (2).
b) A potência calorífica a ser retirada da água do reservatório (carga térmica).
c) A vazão mássica de água de (3) para (4).
d) A vazão volumétrica de água de (3) para (4).
e) A potência calorífica do evaporador, desconsiderando perdas de calor de (3) para (4).
f) A vazão mássica do refrigerante do ciclo de refrigeração por compressão de vapor.
g) O título do vapor do fluido de refrigeração na entrada do evaporador.
h) A potência do compressor.
i) A potência calorífica rejeitada pelo condensador.
j) O Coeficiente de Performance (COP) do ciclo de refrigeração.
k) A vazão mássica da água de refrigeração do condensador.
l) A vazão volumétrica da água de refrigeração do condensador.
m) O approach da torre de resfriamento
n) A eficiência da torre de resfriamento
o) A vazão mássica de ar da torre de resfriamento
p) A vazão em volume do ar da torre de resfriamento
Condições Operacionais
Ponto
T (°C)
P (kPa)
ou x
1 60 ----
2 25 ----
3 28 ----
4 40 ----
5 -15 ----
6 0 150 kPa
7 60 1200 kPa
8 30 x = 0
9 25 ----
10 28 ----
pf3
pf4
pf5
pf8
pf9
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pfd
pfe
pff
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pf15
pf16
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pf18
pf19
pf1a
pf1b

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FATEC ITAQUERA

Aula do dia 16/11/21 -Refrigeração II

Situação Problema O reservatório de água da figura é utilizado para refrigerar o motor de combustao interna de um gerador de eletricidade instalado em uma siderúrgica. A água sai do motor e entra nesse reservatório com uma temperatura T 1 , com vazão volumétrica de 80 litros/s e deve deixar o reservatório com temperatura T 2 , com a mesma vazão, em direção ao motor. Para refrigerar a água desse reservatório é utilizada uma serpentina, por onde também entra água com uma temperatura T 3 ,vinda de um evaporador que pertence a um sistema de refrigeração por compressão de vapor. A água sai da serpentina com uma temperatura T 4 , e segue de volta para o evaporador. O fluido refrigerante utilizado no ciclo de refrigeração é o Refrigerante R134a e a temperaturas de operação do ciclo, 5, 6, 7 e 8 são apresentadas na tabela de condições operacionais. Finalmente, o condensador do ciclo de refrigeração é então resfriado por outra serpentina na qual entra água com temperatura T 9 , vinda de uma torre de resfriamento localizada fora da fábrica. A água dessa serpentina sai com uma temperatura T 10 de volta para a torre de resfriamento. Na torre de resfriamento, o ar entra com possui TBS = 24ºC e TBU = 21ºC. O ar sai da torre com TBS = 28ºC (saturado).

(Dados: (^) á = , ∙ ;^ ^ á^ = ^

^ ). Determinar: a) A vazão mássica de água de (1) para (2). b) A potência calorífica a ser retirada da água do reservatório (carga térmica). c) A vazão mássica de água de (3) para (4). d) A vazão volumétrica de água de (3) para (4). e) A potência calorífica do evaporador, desconsiderando perdas de calor de (3) para (4). f) A vazão mássica do refrigerante do ciclo de refrigeração por compressão de vapor. g) O título do vapor do fluido de refrigeração na entrada do evaporador. h) A potência do compressor. i) A potência calorífica rejeitada pelo condensador. j) O Coeficiente de Performance (COP) do ciclo de refrigeração. k) A vazão mássica da água de refrigeração do condensador. l) A vazão volumétrica da água de refrigeração do condensador. m) O approach da torre de resfriamento n) A eficiência da torre de resfriamento o) A vazão mássica de ar da torre de resfriamento p) A vazão em volume do ar da torre de resfriamento

Condições Operacionais Ponto T (°C) P (kPa) ou x 1 60 ---- 2 25 ---- 3 28 ---- 4 40 ---- 5 -15 ---- 6 0 150 kPa 7 60 1200 kPa 8 30 x = 0 9 25 ---- 10 28 ----

Solução:

Item a) A vazão mássica de água de (1) para (2).

Dado:

̇ =

Dividindo-se por 1000, têm-se:

(^) á =

^

Item b) A potência calorífica a ser retirada da água do reservatório (carga térmica).

Item c) A vazão mássica de água de (3) para (4).

∙ ∙ (° − °)

∙ ∙ ( − )

Próximo passo: Determinar os Estados Termodinâmicos (Entalpias)

Estado 6 (Entrada do Compressor)

Vapor Superaquecido

Consultando-se a Tabela B.5.2 (R134a Superaquecido)

Têm-se:

Estado 7 (Saída do Compressor)

Vapor Superaquecido

Consultando-se a Tabela B.5.2 (R134a Superaquecido)

Têm-se:

Estado 8 (Saída do Condensador)

Líquido Saturado

Consultando-se a Tabela B.5.1 (R134a Saturado)

Têm-se:

No software CATT3, têm-se (Disponível em www.blucher.com.br , na página do Livro: Fundamentos da Termrodinâmica):

Voltando-se a Equação 1, é possível determinar-se a Vazão mássica de refrigerante

Item g) O título do vapor do fluido de refrigeração na entrada do evaporador

− , ^

Item h) A potência do compressor.

Aplicar a Primeira Lei da Termodinâmica para Volumes de Controle entre 6 e 7

(Compressor):

^

^

Desprezando-se As variações de Energia Cinética e Potencial, têm-se:

O Compressor é Adiabático (Não troca calor com o Ambiente), logo:

Item k) A vazão mássica da água de refrigeração do condensador (que vem da torre de

resfriamento)

∙ ∙ (° − °)

∙ ∙ ( − )

Item l) A vazão volumétrica da água de refrigeração do condensador.

Item m) O approach da torre de resfriamento

Dados: T 10 = 28°C TBU (^) ar = 21°C

= (^) í á − (^) = (^) − = ° − ° = °

Item n) A eficiência da torre de resfriamento

(^) (^) (^) (^) ^ Como está no Livro do Hélio Creder

Como vamos utilizar:

á − í á

á −

á − í á

á −

Item o) A vazão mássica de ar da torre de resfriamento

Entalpia do ar que saida torre (h sai )

Dados:

TBSar = 28°C Ar saturado  UR = 100%

Na carta Psicrométrica, têm-se:

Logo, a vazão mássica será dada por:

Item p) A vazão em volume do ar da torre de resfriamento

Densidade ou massa específica do ar

Considerar, para o ar que entra na torre de resfriamento:

á = ^

(^) á =

á = á ∙

á =

^

á =

Passo 1: Determinar-se os diâmetros das tubulações de sucção e recalque.

Dados:

Vazão Volumétrica da água  ̇á = ,

Em m³/h, têm-se:

̇á = ,

×

̇á = ,

Consultando-se a tabela 6.1 – Pág. 227 do Livro do Helio Creder – Refrigeração e Ar Condicionado

Método 1: Considerando-se a vazão dada:

Considerar: Sistema Aberto Maior valor de vazão de água na tabela: 204 m³/h Diâmetro: 150mm = 0,150m

Fazendo-se uma regra de três, têm-se

A Vazão

x 4014,

Logo, a área mínima (A) da tubulação será de 3,55 m².

O diâmetro mínimo será dado por:

= , (Esse seria o diâmetro mínimo para evitar uma velocidade muito alta).

Método 2: Considerando-se a velocidade máxima:

Vamos agora, estimar a Área, através da velocidade máxima de 3,1m/s, que é o maior valor

que aparece na tabela:

= , + , (Equação I)

Passo 4: Determinar a perda de carga na sucção (Entre 1 e 5)

4.1) Perda de carga singular na sucção (hs)

Consultando-se a tabela de singularidades para se determinar o coeficiente de perda de

carga singular (ks) – Livro: Mecânica dos Fluidos – Franco Brunetti

Singularidades:

(2) e (4) – Cotovelos 90°  ks = 0,

(3) – Válvula de gaveta  ks = 0,

^

= , (Sucção)

4.2) Perda de carga distribuída na sucção (hf)

4.2.1 - Determinando-se o fator de atrito (f) (coeficiente de perda de carga distribuída):

Para Re<=2000  =

Para Re>2000  Calcular Re e Dh/ e consultar Diagrama de Moody-Rouse (Livro Mecânica

dos Fluidos – Franco Brunetti)

Calculando-se Número Adimensional de Reynolds

= = , ∙ ^ (Logo: Re>2000)