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CICLO DE REFRIGERAÇÃO POR COMPRESSÃO DE VAPOR
CICLO DE REFRIGERAÇÃO POR
COMPRESSÃO DE VAPOR
1. INTRODUÇÃO
O ciclo de refrigeração por compressão de vapor é o mais utilizado em
equipamentos frigoríficos para conforto térmico do ambiente e para resfriamento e
congelamento de produtos.
Esse ciclo consiste num sistema termodinâmico onde um fluido refrigerante,
transformando-se sucessivamente em líquido e vapor em um circuito fechado, absorve
calor a baixa temperatura e pressão pela sua evaporação e rejeita calor condensando-
se a alta temperatura e pressão. Na prática, este ciclo é viabilizado a partir de quatro
elementos fundamentais: o compressor, o condensador, o dispositivo de expansão e o
evaporador.
Os processos do ciclo ideal de compressão de vapor se resumem em: vapor
saturado à baixa pressão entra no compressor e sofre uma compressão isentrópica e
reversível (processo 1-2; no diagrama temperatura x entropia (TxS) abaixo); no
condensador, o calor é rejeitado a pressão constante (processo 2-3); o fluido sai do
condensador conforme demonstrado nos diagramas e, então, , sofre uma expansão
isentálpica (processo 3 - 4 ) no dispositivo de expansão; por fim, o fluido é evaporado a
pressão constante, retirando calor do ambiente e completando o ciclo (processo 4-1). A
Figura 1 apresenta o diagrama TxS e PxH do ciclo de refrigeração por compressão de
vapor.
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CICLO DE REFRIGERAÇÃO POR COMPRESSÃO DE VAPOR
O ciclo ideal de compressão de vapor é essencialmente o ciclo Rankine invertido,
com a troca da bomba pelo dispositivo de expansão. O ciclo ideal de refrigeração por
compressão de vapor afasta-se do ciclo termodinâmico ideal por causa das perdas de
pressão e temperatura ao longo do ciclo e das irreversibilidades presentes em algumas
transformações, especialmente no compressor. Além disso, o compressor deve
trabalhar apenas com vapor e não com uma mistura líquido e vapor, portanto, no ciclo
de refrigeração, o fluido é superaquecido na saída do evaporador.
Em aplicações reais, a temperatura do condensador é maior que a do ambiente
e a do evaporador é menor que a do espaço refrigerado, devido às taxas finitas de
transferência de calor nesses componentes.
2. AFASTAMENTO DO CICLO DE REFRIFERAÇÃO REAL DE
COMPRESSÃO DE VAPOR EM RELAÇÃO AO CICLO IDEAL
A compressão não isentrópica no ciclo real é a diferença mais relevante em
relação ao ciclo ideal. Também existem variações do ciclo real para o ideal pelas perdas
de pressão (perdas de carga) no fluxo do fluido refrigerante e pelas trocas de calor entre
os componentes e o ambiente (processos reais não são adiabáticos). Portanto, os ciclos
reais se afastam do ideal devido às irreversibilidades dos processos e das
Figura 1 – Ciclo ideal de refrigeração.
Figura 2 – Ciclo real de refrigeração.
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prejudicial do ponto de vista energético, porque aumenta o trabalho do compressor, em
consequência do aumento do volume específico do fluido que entra neste equipamento.
3. ASPECTOS E EQUAÇÕES FUNDAMENTAIS
Para os cálculos podem ser utilizadas as seguintes hipóteses: estado
permanente; os equipamentos (exceto no condensador e no evaporador) e as
tubulações são adiabáticos; as variações de energia potencial e cinética são
desprezadas; as perdas de carga nas tubulações e nos trocadores de calor são
desprezadas; o dispositivo de expansão é isentálpico.
A medida de desempenho de um ciclo de refrigeração é dada em função do
coeficiente de desempenho (COP – 𝛽). Este coeficiente é definido pela equação (1).
𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜
𝑞 𝐿
| 𝑤 𝑐
|
𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜
ℎ
1
− ℎ
3
ℎ
2
− ℎ
1
Onde,
1
2
, e ℎ
3
são as entalpias em cada ponto do ciclo;
𝑐
é o trabalho do compressor;
𝐿
é o calor removido da fonte fria.
A equação (3) apresenta o balanço energético para o compressor.
𝑐
𝑓
2
1
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Onde,
𝑐
é o trabalho de compressão;
𝑓
é a vazão mássica de fluido refrigerante (R-134a).
A definição de eficiência isentrópica para o compressor é dada por:
𝜂
𝑐,𝑖𝑠𝑒
=
ℎ
2 ,𝑖𝑠𝑒
− ℎ
1
ℎ
2
−ℎ
1
O trocador de calor utilizado para o condensador na bancada de testes é do tipo
compacto de placas aletadas e tem resfriamento a ar. Apresenta uma área frontal de
2
e uma área de transferência de calor (𝐴
𝑡
) de 2 , 226 𝑚
2
A Equação (5) apresenta o balanço energético do condensador.
𝑎𝑟,𝑐
𝑝
𝑎𝑟
𝑎𝑟,𝑐
𝑎𝑚𝑏
𝑓
2
3
Sendo,
𝑎𝑟,𝑐
a vazão mássica do ar no condensador;
𝑎𝑟,𝑐
a temperatura do ar na saída do condensador.
A Equação (6) apresenta o balanço energético para a capacidade de refrigeração.
Sendo que a capacidade de refrigeração corresponde à potência elétrica demandada
pelo sistema.
𝑟𝑒𝑓
𝑓
1
4
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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Janeiro, 1990. Editora LTC.
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STOECKER, W., JONES, J. Refrigeração e Ar Condicionado. São Paulo, 1985. Editora
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WHITMAN, B. et al. Refrigeration and Air Conditioning Technology. 7
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Ed. Boston:
Delmar Cengage Learning, 2012.
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