Apostila Refrigerao e Ar Condicionado

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Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO Faculdade de Engenharia e Arquitetura Iefrigerao e Ar Condicionado Prof. Eng. MILTON SERPA MENEZES Passo Fundo - RS, agosto/2005. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 2 PLANO DE ENSINO (Inserir aqui o Plano de Ensino do seu Curso, que se encontra na mesma pasta) Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 3 Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 4 Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 5 Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 6 SUMRIO PLANO DE ENSINO........................................................................................................................... 2 SUMRIO ........................................................................................................................................... 6 1.APLICAES DE REFRIGERAO: ...................................................................................... 9 1.1Atuao do engenheiro......................................................................................................... 9 1.2Aplicaes da Refrigerao e Ar Condicionado .................................................................. 9 1.3Noes Bsicas..................................................................................................................... 9 2PSICROMETRIA : .................................................................................................................... 12 2.1CARTA PSICROMETRICA: ............................................................................................ 12 2.2LINHA DE SATURAO:............................................................................................... 12 2.3UMIDADE RELATIVA: ................................................................................................... 13 2.4UMIDADE ABSOLUTA OU ESPECFICA: ................................................................... 13 2.5ENTALPIA: ....................................................................................................................... 14 2.6VOLUME ESPECFICO: .................................................................................................. 14 2.7TEMPERATURA DO BULBO MIDO : ........................................................................ 14 2.8FATOR DE CALOR SENSVEL: ..................................................................................... 15 2.9PROCESSOS: .................................................................................................................... 15 3CARGA TRMICA:.................................................................................................................. 20 3.1Carga Trmica deRefrigerao: (Sistemas de Refrigerao - Cmaras Frigorficas ) ..... 20 3.2Condicionamento de Ar ..................................................................................................... 20 3.3Carga trmica de Aquecimentos: ....................................................................................... 20 3.4PARCELA DE CARGA TRMICA DE CONDUO: .................................................. 20 3.5CARGA DE INSOLAO: .............................................................................................. 20 3.6CARGA DEVIDO AO AR EXTERIOR: .......................................................................... 21 3.7CARGA TRMICA DEVIDO AO PRODUTO:............................................................... 21 3.8CARGA TRMICA DEVIDO PESSOAS: ................................................................... 22 3.9CALOR DEVIDO A ILUMINAO E EQUIPAMENTOS:........................................... 22 4REFRIGERAO: .................................................................................................................... 23 4.1Refrigerante:....................................................................................................................... 23 4.2Funcionamento : ................................................................................................................. 23 4.3Propriedades dos Refrigerantes:......................................................................................... 24 4.4Ciclo Bsico e Diagrama Pressox Entalpia: ................................................................... 25 4.5Parmetros Mais Importantes:............................................................................................ 25 4.6Cclosfrigorficos com trocadores de calor: ..................................................................... 27 4.7Ciclo Real de Compresso a Vapor: .................................................................................. 28 5COMPRESSORES:.................................................................................................................... 30 5.1Tipos de compressores: ...................................................................................................... 30 5.2Compressores Alternativos: ............................................................................................... 30 5.3Compressores de Palheta:................................................................................................... 34 5.4Compressores de Parafuso: ................................................................................................ 35 5.5Compressores Centrfugos: ................................................................................................ 35 5.6Compressores Scroll:.......................................................................................................... 37 6CONDENSADORES: ................................................................................................................ 41 6.1Capacidade dos Condensadores: ........................................................................................ 41 6.2Tipos de Condensadores: ................................................................................................... 41 6.3Coeficiente Mdio de Transferncia de Calor: .................................................................. 43 6.4Coeficiente Global de Transferncia de Calor: .................................................................. 44 Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 7 6.5Diferena Mdia Logartmica de temperatura: .................................................................. 44 6.6Dimensionamento de Condensadores: ............................................................................... 44 7EVAPORADORES:................................................................................................................... 46 7.1Evaporadores de Expanso Direta: .................................................................................... 46 7.2Evaporadores de Expanso Indireta: .................................................................................. 47 7.3Dimensionamento de um Evaporador: ............................................................................... 48 7.4Lavadores de Ar: ................................................................................................................ 48 8DISPOSITIVOS DE EXPANO :.......................................................................................... 49 8.1Tubos Capilares:................................................................................................................. 49 8.2Vlvula de Expanso Termosttica.................................................................................... 50 8.3Vlvula Manual .................................................................................................................. 52 8.4Vlvulade Expanso Constante ou Automtica: .............................................................. 52 8.5Vlvulas de Bia: ............................................................................................................... 52 8.6Vlvulas de Expanso Eltrica:.......................................................................................... 53 9REFRIGERANTES:................................................................................................................... 54 9.1Compostos Halocarbnicos:............................................................................................... 54 9.2Compostos Inorgnicos ...................................................................................................... 54 9.3Hidrocarbonetos: ................................................................................................................ 54 9.4Azeotropos: ........................................................................................................................ 54 9.5Caractersticas Termodinmicas: ....................................................................................... 55 9.6Propriedades Fsicas e Qumicas:....................................................................................... 55 9.7Escolha de Refrigerantes:................................................................................................... 55 9.8Fludos Alternativos: .......................................................................................................... 56 9.9Refrigerantes Secundrios :................................................................................................ 56 10SISTEMAS MULTI PRESSO: ........................................................................................... 58 10.1Separador de Lquidos:....................................................................................................... 58 10.2Resfriamento Intermedirio: .............................................................................................. 58 10.3Sistema com Um Evaporador e Um Compressor: ............................................................. 59 10.4Sistema com Dois Evaporadores e Um Compressor:......................................................... 59 10.5Sistema com Dois Compressores e Um Evaporador:......................................................... 60 10.6Sistema de Dois Compressores e Dois Evaporadores:....................................................... 60 10.7Ciclo Binrio ou em Cascata:............................................................................................. 61 11TUBULAES DE REFRIGERANTE: ............................................................................... 63 11.1Movimento do leo: .......................................................................................................... 63 11.2Sistema com Compressores com Modulao de Capacidade: ........................................... 64 11.3Linha de descarga:.............................................................................................................. 64 11.4Linha de lquido: ................................................................................................................ 64 11.5Linha de suco:................................................................................................................. 65 12TORRES DE ARREFECIMENTO E CONDENSADORES EVAPORATIVOS:................ 66 12.1Torres de Arrefecimento: ................................................................................................... 66 12.2CondensadoresEvaporativos: ........................................................................................... 68 13OUTROS ELEMENTOS DE REFRIGERAO: ................................................................ 70 14AR CONDICIONADO: ......................................................................................................... 73 14.1Conforto Trmico:.............................................................................................................. 73 14.2Metabolismo Humano: ....................................................................................................... 73 14.3Trocas Trmicas do Corpo: ................................................................................................ 73 14.4Escalas de Conforto............................................................................................................ 74 14.5Condies de Projeto:......................................................................................................... 77 Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 8 14.6Tratamento do Ar: .............................................................................................................. 77 14.7Sistema de Condicionamento de Ar: .................................................................................. 77 14.8Projeto de instalao de ar condicionado: .......................................................................... 79 14.9Dados prticos .................................................................................................................... 82 15VENTILAO: ..................................................................................................................... 85 15.1Composio do Ar:............................................................................................................. 85 15.2Quantidade de Ar Necessrio a Ventilao:....................................................................... 85 15.3Tipos de Ventilao:........................................................................................................... 86 15.4 Distribuio do ar em recinto: ........................................................................................... 88 15.5Perda de carga em dutos:.................................................................................................... 88 15.66.6.Dimensionamento dos Dutos: .................................................................................... 91 15.7BOCAS DE INSUFLAMENTO: ....................................................................................... 94 15.8Filtros: .............................................................................................................................. 100 15.9Ventiladores. .................................................................................................................... 103 16ISOLAMENTO TRMICO:................................................................................................ 104 16.1Propriedades ..................................................................................................................... 104 16.2Isolantes Comerciais ........................................................................................................ 104 16.3Clculo da Espessura do Isolamento................................................................................ 105 16.4Isolamento de Equipamentos e Canalizaes: ................................................................. 106 16.5Espessura Econmica de Isolamento ............................................................................... 106 17OUTROS SISTEMAS DE REFRIGERAO: .................................................................. 107 17.1Refrigerao por Absoro: ............................................................................................. 107 17.2Refrigerao Termoeltrica:............................................................................................. 112 17.3Refrigerao por Adsoro: ............................................................................................. 113 18SISTEMA DE CALEFAO : ........................................................................................... 114 18.1Calefao Local:............................................................................................................... 114 18.2Calefao Central por Meio de gua Quente: ................................................................. 115 18.3Elementos de uma instalao de calefao central por meio de gua quente: ................. 117 18.4Circulao da gua : ........................................................................................................ 118 18.5Calefao Centralpor Meio de Ar Quente:..................................................................... 118 18.6gua Quente para Consumo: ........................................................................................... 118 18.7Aquecimento Solar de gua: ........................................................................................... 119 19OPERAO DE SISTEMAS FRIGORFICOS: ................................................................ 120 Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 1.APLICAES DE REFRIGERAO: 1.1Atuao do engenheiro 1.2Aplicaes da Refrigerao e Ar Condicionado 1.3Noes Bsicas Energia- Capacidade de produzir trabalho-Formas de Energia (Kgm, J, Kcal, BTU) Trabalho - o produto da fora pela (distncia) deslocamento produzido por esta fora. Potncia - Quantidade de energia utilizada ou um trabalho realizado em um perodo de tempo. (W, Cv, HP) Temperatura - Medida do estado de agitao molecular de um corpo. (intensidade de calor) EscalasRelativas:Celcius -Fahrehneit Converso deUnidades:T T T c f k53292735== Escalas Absolutas: No zero absoluto cessa o movimento vibratrio molecular e as partculas esto mais prximas. Calor: uma forma de energiakcalBTUFrio: uma relativa ausncia de calor Transmisso de calor: O calor sempre flui do corpo mais quente p/ o mais frio. oConduo: Transmisso de partcula em partcula. oConveco: Transferncia atravs de um fluido (conveco forada ou natural) oRadiao:Transferncia em forma de ondas. Calor Especfico: a energia necessria para elevarem 1 oK(ou oC) a temperatura de 1g de uma substncia. Entalpia: umapropriedade das substncias que indica sua quantidade de calor. Entropia: a medida das trocas de energia de um sistemacom o meio. a medida do grauem que energia de um sistema imprestvel. Calor Sensvel: Calor que varia a temperatura. Calor Latente: Calor que varia o estado. Mudana de Estado: Medida de calor Sensvele Latente: Ex.: Clculo das quantidades de calor necessriopara o aquecimento de 1 Kg de guaa 20 oC at vapor a 150 oC. gua 20 a 80 oC Q=m . c (T -T ) s 2 1 m = 1kg Qs = 1.1.60 = 60 Kcal/hc = 1 Kcal / Kg oC T1 = 20 OCT2 = 80 OC SolidificaSlidoGasosoLquido FusoEvaporao Liquefao Sublimao Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 10gua de 80 a 100 oCQs = 1.1.20 = 20 Kcal/h.50 % da gua a 100 oCtornando-se Vapor a 100 oCQ =m(h -h )L4 3 m= 1Kg h3 = 101.8 Kcal/KgQl =1.(370-101,8) h4=Supondoqueametade evaporou-se Ql = 268,3 Kcalh5 = 638,4 Kcal/Kg hh hK c a lK g43 523 7 0 1 =+= , +50 % da gua a 100 oCtornando-se Vapor a 100 oC Ql=1.(638,4-370,1) m = 1 kg Ql = 268,3 Kcalh5 = 638,4 h4 = 370,1 Vapor a 100 oCat vapor a 150 oC Qs= 1.0,5.50 m = 1 kg Qs=25 Kcal c(vapor)=0,5kcal/ Kg c T6 = 150 c T5 = 100 c Curva De Saturao Ttulo: a frao de vapor na mistura lquida + vapor. Vazo: Vazo mssica: a vazo em massa na unidade de tempo. Ex.: Kg/s Vazo volumtrica: a vazo em volume na unidade de tempo. Ex.: m3/s ArrefecimentoDiminuio da temperatura at a temperatura ambiente. MisturaLquido +Vapor Lquido Ponto Vapor 1o Bolhaltima Gota P1 Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 11Resfriamento Diminuiodatemperaturaatantesdatemperaturade congelamento. Congelamento Diminuiodatemperaturaatabaixodatemperaturade congelamento. ToneladadeRefrigerao(TR)Quantidadedecalornecessrioparatransformaruma tonelada de gelo a 0 C em gua a 0 C. DensidadeeVolumeEspecfico:AdensidadedeumFluidoamassaqueocupauma unidade de volume. O volume especfico o volume ocupado pela unidade de massa. Lei dos Gases Perfeitos:pv=RT Mistura de Gases: oEmumamisturadegases,desdequenohajaafinidadequmicaentreos componentes,cadagssegueaprpriaequaodeestadofsico,independenteda presena dos demais. oA presso total de uma mistura de gases igual a soma das presses parciais de seus componentes. oEmumamisturadegases,asomatantodospesoscomodosvolumesdeseus componentes igual, respectivamente, ao peso e ao volume da mistura. 1 TR = 3.024 Kcal 1TR = 12.000 BTU 1TR = 3.516 kW P = presso absoluta (Pa) v = Volume especfico (m3/Kg) R = constante do gs = 287 J/Kg.Kpara o ar e 462 J/Kg.K para a guaT = Temperatura Absoluta Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 122PSICROMETRIA :Psicrometriaoestudodasmisturasdearevapordegua.Oarambienteumamistura mecnicadegasesevapordegua,resultandodaaimportnciadapsicrometria.Emalguns processos a gua deve ser removida do ar, e em outros adicionada. 2.1CARTA PSICROMETRICA:AcartaPsicromtricainter-relacionainmerasgrandezasdamisturadearedevaporde guadegrandeaplicaoemclculoderefrigeraoearcondicionado.Ousodestesdiagramas permite a anlise grfica de dados e processos psicromtricos facilitando assim a soluo de muitos problemasprticosreferentesaoAr,quedeoutromodorequeremsoluesmatemticasmais difceis. 2.2 LINHA DE SATURAO:As Cartas Psicromtricas apresentam como coordenadas a temperatura t, no eixo das abcissas e a presso de saturao do vapor da gua Ps (provisoriamente) no eixo das ordenadas. A presena de Ar no vapor de guano altera o comportamento deste. A regio de importncia da carta ser aquela limitada pelo eixos de coordenadas e a linha de saturao. Se o estado da mistura se d sobre a linha de saturao o ar diz-se saturado, significando que uma reduoadicionaldatemperaturacausaruma condensao do vapor da gua do Ar. direita da linha desaturaooArnosaturado.SeopontoA representaoestadodoAr,atemperaturadamistura deverserreduzidaatatemperaturaBparaquea condensao tenha incio. Diz-se que o Ar no estado A tem umatemperatura de orvalho B. A B Linha de saturao Vapor Temperatura, 0c P r e s s o d e v a p o r d e g u a K P a Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 132.3UMIDADE RELATIVA: Aumidaderelativa,definida como sendo a razo entre a frao molardo vapor de gua no Ar mido e a frao do vapordeguanoArsaturadoamesma temperatura ou ainda pela frmula ra temperatu mesma a pura agua de saturacao de Pressaoagua de vapordo parcial Pressao= 2.4UMIDADE ABSOLUTA OU ESPECFICA: A umidade absoluta, a massa de gua contida em um Kg de ar. A determinao da umidade absoluta pode ser feita com a equao dos gases perfeitos: R.TV . P= m s tsa s ts sa as sa as sP PPR P PR PWR PR PT R V PT R V PW==========+ = = = =461,5287W: teremos Valores os do Introduzin(K) Absoluta Temperatua TJ/Kg.K) (461,5 Vapordo Gs de Constante RJ/Kg.K) (287 Seco ardo Gs de Constante R(Pa) Vapordo Parcial Presso P(Pa) Seco Ardo Parcial Presso P(Pa) a Atmosfric Presso P) (m Mistura da Volume V) /Kg (Kg Absoluta Umidade W: Onde/ ) (/P - P = P P P P Como////mmsasat3Ar de vapor des t as a tseco ar agua de vapor Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 142.5 ENTALPIA: AentalpiadeumamisturadearsecoevapordeguaasomadasEntalpiasdos componentes. h c T Whp g= + . (kJ / kg) c Calor especifico a pressao constante do ar seco =1,0 kJ / kg. KT=Temperatura da misturahEntalpia do vapor saturado `a temperatura da mistura kJ / kgpg== 2.6VOLUME ESPECFICO: Aequaodosgasesperfeitospodeserutilizadaparaaobtenodevolumeespecficoe definido como o volume em m3 de mistura por Kg de Ar, ou ainda, como sendo o volume em m3deArsecoporKgdeArseco,umavez queosvolumesocupadospelassubstncias individualmente so: vR TPR TP Pkgaaat s= =. ./ ) (m3 2.7TEMPERATURA DO BULBO MIDO : A temperatura do Bulbo mido depende da temperatura do bulbo seco e da umidade relativa do Ar, pois a medida da relao entre as temperaturas de bulbo secoe a temperatura do orvalho do Ar. QuandooArno saturadoentraemcontato comagua,estaevaporarno Ar a uma taxa proporcional diferena de presso entre a presso de vapor da gua, e a presso Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 15do vapor do vapor de guano Ar. Por isso, quando um termmetro de bulbo mido movimentado noAr,aguaevaporardofeltrorefrigerandoassimaguaremanescentenomesmoeobulbodo termmetro, a alguma temperatura abaixo da temperatura do bulbo seco do Ar. 2.8FATOR DE CALOR SENSVEL:OFatordeCalorSensvelarelaoentreocalorsensveleocalortotaldoprocesso. Obtm-se a linha do fator sensvel traando uma linha paralela a linha FCS. 2.9 PROCESSOS:Osprocessoscomarmidopodemserrepresentadosgraficamenteemumacarta Psicromtrica, onde podem ser facilmente interpretadas. Da mesma forma a carta pode ser utilizada nadeterminaodavariaodepropriedadestaiscomotemperatura,umidadeabsolutaeentalpia que ocorre em processos, os processos mais comuns so: AO Umidificao sem Aquecimento: Se obtm atravs da injeo de vapor saturado. OB - Umidificao com Aquecimento: Se obtm com a injeo de vapor superaquecido. OC-AquecimentoSensvel:Podeserobtidocomapassagemdoaratravsdeumaserpentina quente, resistncias eltricas aletadas, serpentina de ar condicionado funcionando em ciclo reverso, estufas, etc.OD-DesumidificaoQumica:Ovapordeguaabsorvidoouabsorvidoporumasubstncia higroscpica. OE - Desumidificao: obtido com a combinao de dois processos OF eOC OF-ResfriamentocomDesumidificao:Podeserobtidaatravsdapassagemdoaremuma superfcie (serpentina) com temperatura inferior ao ponto de orvalho. W T A B C D E F G H O H Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 16OG-ResfriamentoSensvel:Seobtmcomdapassagemdoaremumaserpentinacom temperatura superior ao ponto de orvalho (antes do incio da condensao). OH-UmidificaoAdiabtica:obtidocomainjeodegotculasdeguaemumsistema isolado, com a temperatura da gua a temperatura de saturao Adiabtica - Cmara de Asperso. OI - Umidificao com Aquecimento: obtido com a injeo de gotculas de gua. Mistura de Duas Correntes de Ar: UmdosprocessosPsicromtricosmaisfreqentementeencontrado,amisturadeduasou maiscorrentesdeArcomcondiesiniciaisdiferentes,emtaiscasos,acondiodamistura resultante prontamente determinada atravs do uso de uma simples comparao massa energia. Porexemplonafiguraabaixomostradaamisturadem1Kg/sdeArnoestado1comm2 Kg/s de Ar no estado 2. Amisturaresultanteencontra-senoestado3,mostradonacartaPsicromrtricaabaixo. Aplicando-se as equaes de conservao de energia e de massa m1h1 + m2h2 = (m1 + m2 ) h3 mostra queaentalpiaamdiaponderadadasentalpiasquesemisturam.Paraasdemaispropriedades segue a mesma regra da conservao de massa do qual se obtm: m1w1 + m2w2 = (m1 + m2 )w3 m1T1 + m2T2 = (m1 + m2 )T3 W T m1 +m2 Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 17 Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 18EXERCCIOS 1)Determine a umidade absoluta de ar com 60% de umidade relativa e uma temperatura de 300C, para uma presso baromtrica padro de 101,3 kpa. 2)Determine o ponto sobre a linha isoentlpica de 95 kJ/kg correspondente a uma temperatura de 500C. 3)Qualovolumeespecficodeumamisturaar-vapordeguacujatemperaturade24 oCea umidade relativa de 20%, presso baromtrica padro? 4)Umaamostradearapresentaumatemperaturadebulbosecode300Ceumatemperaturade bulbomidode250C.Apressobaromtricade101kpa.Usandoastabelasdevaporeas Equaes determine: (a) a umidade absoluta se o ar saturado adiabaticamente, (b) a entalpia do arseesteadiabaticamentesaturado;(c)aumidadeabsolutadaamostrapelaEquao(d)a presso parcial do vapor na amostra, e (e) a umidade relativa. Resp.: (a) 0,0201 kg/kg, (b) 76,2 kJ/kg, (c) 0,0180 kglkg; (d) 2840 Pa, (e) 67%. 5)Emumsistemadearcondicionadoumacorrentedearexternomisturadaaoutradearde retorno presso atmosfrica de 101 kPa. A vazo de ar externo de 2kg/s e suas temperaturas de bulbo seco e de bulbo mido so iguais a 35oC e 25 oC. O ar de retorno, a 24 0C e 50% de umidaderelativa,apresentaumavazode3kg/s.Determine(a)aentalpiadamistura,(b)a umidadeabsolutadamistura,(c)atemperaturadebulbosecodamisturaapartirdas propriedadesdeterminadasnaspartes(a)e(b),e(d)atemperaturadamisturapelamdia ponderadadastemperaturasdascorrentesdeentrada.Resp.(a)59,lkJ/kg;(b)0,01198kg/kg;(~ 28,60C; (d) 28,40C. 6)Um ar temperatura TBS = 2 oC e umidade relativa de 60% aquecido atravs da passagem em umabobinaparaTBS=350C(Acrscimodecalorsensvel).Achar:paraTBS=350C,a temperatura TBU e a umidade relativa, bem como a quantidade de calor adicionada ao ar por kg de ar fluente.7)Um ar temperatura TBS = 280C e UR = 50% resfriado at a temperaturaTBS= 12oC e TBU= 11 oC. Achar: (a) o calor total removido; (b) a umidade total removida; (c) a razo de calor sensvel no processo 8)NumambienteCondicionado,oardevepermanecera26 o CeaUmidaderelativaa45%. Determinar a temperatura que o ar deixa o evaporador, supondo-se que seja saturado. 9)Em uma instalao de ar condicionado temos a seguintes condies:Internas: TBS= 25,5 oC e umidade relativa = 50 % Externas TBS= 34 oC e TBU= 27,2 oC A percentagem do ar exterior 20% do total. Quais as temperatura TBS e TBU da mistura? 10) Ascondiesdoarexteriorso:TBS340Ceumidaderelativa65%..Ascondiesaserem mantidasnorecintosoTBS=260Ceumidade.relativa45%.Seavazodearde125m3, queremossaberaumidadequeprecisasereliminadadosequipamentosderefrigeraoea Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 19capacidade deste equipamento. 11) Umasalatemumganhodecalorsensvelde3,6Kweumganhodecalorlatentede1,2Kw. Ache o fator de calor sensvel. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 203CARGA TRMICA: Carga trmica a quantidade de calor que deve ser retirada ou fornecida a um local ou sistema, na unidade de tempo, objetivando a manuteno de determinadascondies trmicas. 3.1Carga Trmica deRefrigerao: (Sistemas de Refrigerao - Cmaras Frigorficas ) Conduo ou penetrao Infiltrao de ar Produto IluminaoMotores e equipamentos Pessoas 3.2Condicionamento de ArInsolao Conduo Pessoas Infiltrao de Ar Renovao de ar IluminaoEquipamento 3.3Carga trmica de Aquecimentos: Conduo Infiltrao de Ar Parcela a Diminuir 3.4PARCELA DE CARGA TRMICA DE CONDUO:Estaumaparceladecalorsensveltransmitidoatravsdassuperfciesquelimitamo ambiente. K coeficiente global de transmissode calor (Kcal/m2h 0k)ver (Tab I e J da Springer) A rea em m2 tDiferenaentreatemperaturadoambienteexterno(te)eatemperaturadesejadanoambiente (ti) = (te - ti )3.5CARGA DE INSOLAO:Esta uma parcela de calor sensvel devido a energiade radiao solar. P esso asIl umi na ca oE q ui pa me nt os Q K A Ta = ( . . ) (Kcal / h)(Que Ajudam no Aquecimento) Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 21 Onde: t a diferena de temperatura hipottica, dita de insolao, que varia com: coordenadas geogrficas do local (latitude) hora do dia orientao da superfcie cor da superfciet Ver tabelas F e G da Springer 3.6CARGA DEVIDO AO AR EXTERIOR: a parcela de calor trocado devido ao ar exterior quese introduz no ambienteatravs das frestas; portas ou para renovao do ar no ambiente, sendo uma partecalor sensvel e outra latente. Vvolume de ar que se introduz no ambiente em m3 /h.Para cmaras frigorficasV = Vc. n onde Vc = volume da cmaran=Tab.2(ColeoTcnica)emfunodo tamanho da Cmara Para ar condicionado a Portaria no 3523/98 do Ministrio da Sade fixa renovao de ar exterior em27m3/pessoa.ATAB.4paraadeterminaodarenovaodear.ATAB.8daNBR-6401 determina infiltrao atravs de frestas; Peso especfico do ar 1,2 kg /m3 hadiferenadeentalpiadoarexterioreoarinteriordoambiente(atravsdacarta psicromtrica) Outra forma de calcular atravs das equaes a seguir: (Kcal/h) ) t (x hV 72 , 0 ) r(W V Q(Kcal/h)) t (t hV 288 , 0 ) t c(t V Qi e3i e cli e3i e cs = =/ m W/ m r - calor de vaporizao We- unidade de ar em kg/kg ar seco do ar exterior c - calor especfico do ar Wi - unidade do ar em kg/kg ar seco do ar desejado no ambiente. 3.7CARGA TRMICA DEVIDO AO PRODUTO:A carga trmica do produto aquela formada pelo calor que deve ser retirado do produto a ser refrigerado e pode ser constituda pelas seguintes parcelas: Calor sensvel de refrigerao antes do congelamento. Calor latente de congelamento.Calor sensvel de refrigerao aps o congelamento.Calor vital (para os vegetais). Os trs (03) primeiros podem ser englobados na expresso: Qd1 = G[c(ti - to ) + r + c(to - tf) ] Q K A Tb = ( . . ' ) h . . = V Qc Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 22G - Peso do produto em trnsito p/ unidade de tempo (Kg/h) ti - Tempo inicial do produto to - Temperatura de congelamento do produto (Tab. 4. - Coleo Tcnica) tf - Temperatura final do produto r - Calor Latente de congelamento do produto (Tab. 4 - Coleo Tcnica) c - Calor especfico do produto antes do congelamentoc- Calor especfico do produto aps o congelamento Qd2 - O calor vital que resulta do metabolismo dos vegetais, onde consomem O2 e produzem CO2e vapor de gua encontrado em tabelas (Tab. 4 - Coleo Tcnica). 3.8CARGA TRMICA DEVIDO PESSOAS:Todooserhumanoliberacalorsensvelecalorlatentequevariamcomatemperaturaea atividade do indivduo (ver tab. 12 - NBR-6401). Qe =n.qn no de pessoas (A NBR-6401 traz valores p/ ocupao). q calor liberado por pessoa e p/ hora (tab. 12 - NBR-6401). 3.9CALOR DEVIDO A ILUMINAO E EQUIPAMENTOS:Calor dissipado pelas luminrias e equipamentos. Q Pf10 86=, . PPotnciainstaladaemwatts(paraar condicionado)Tab-10daNBR-6401fornece potncia dasluminrias em funo da rea. QNf2636= N Potncia em CV n rendimento do motor ATAB-11daNBR-6401trazvaloresdecalor dissipado por diversos equipamentos. CARGA TRMICA TOTAL QT = Qa + Qb + Qc + Qd + Qe + Qf Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 234REFRIGERAO: Definio:atransfernciadecalordeumlugarondenodesejadoparaumlugarondeno sofre objees.Refrigerao mecnica por meio de vapores: Consiste na alimentao contnua de lquido frigorgeno, o qual por vaporizao retira calor do meio a refrigerar. 4.1Refrigerante:Na prtica um refrigerante um fluido que absorve calor evaporando-se a baixa temperatura e presso e cede calor condensando-se a uma alta temperatura e presso. Acinciadarefrigeraobaseia-senofatodequeumlquidopodevaporizaraqualquer temperatura que se deseje, alternando-se a presso que sobre ele se exerce.A gua ferve a presso atmosfrica:101,325 KPa 1000C 7,3874Kpa 400C 0,872Kpa 50C 200 Kpa 1200C Os lquidos que fervem a temperaturas baixas constituem o meio mais conveniente para remover calor. Quando lquidos so evaporados, so absorvidas grandes quantidades de calor. Muitoslquidosutilizadoscomorefrigerantesfervematemperaturasinferiores-20 0Cas condies de presso atmosfrica. Ex.: Cloreto de Metla:- 23,8 0C Refrigerante 12:- 29,8 0C Amnia:- 33,3 0C Refrigerante 22:- 40,8 0C Cantil-osistemaderefrigeraomaiselementar que existe. Similarmentetemosumsistemaderefrigerao, quandopermitimosqueumlquidorefrigerante(sob presso) saia de um recipientee se vaporiza dentro de umaserpentina. EsteseriaumSistemaIneficienteeimpraticvel, apenastemoobjetivodemostrardemaneirasimplesde refrigerao. 4.2Funcionamento : O refrigerante deve ser fornecido a um evaporador ou serpentina no estado lquido porque s a evaporao pode absorver grande quantidade de calor. O refrigerante na forma de vapor dever ser reduzido a lquido antes de ser utilizado de novo. Assimdeve-secondensarovaporderefrigerante,transferindo-separaqualqueroutromeio (guaouar)ocalorLatentefornecidopelovaporduranteacondensao.Nocasoaguaouar devemestaratemperaturainferiortemperaturadecondensaodorefrigerante.Comoas temperaturasdecondensaoevaporizaosoasmesmasegeralmentebaixas,deve-seento aumentar a sua presso de modo tal que sua temperatura de condensao seja superior a temperatura da gua ou ar disponvel. Para este fim h a necessidade de um compressorVlvula Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 24 4.3Propriedades dos Refrigerantes:Aspropriedadesdosdiferentesrefrigerantespodemserrelacionadosemtabelasou diagramas. Desta forma com duas variveis termodinmicas podero ser encontrados todas as outras propriedades. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 254.4Ciclo Bsico e Diagrama Pressox Entalpia:Estediagramamuitotilnoestudodeciclosderefrigerao,ondesoindicados graficamente valores dediversas tabelas, sendo assim fcil de visualizaras variaes que ocorrem quando o refrigerante passa de uma parte do ciclo para outra. Soapresentadosnestediagramalinhasdevaporelquidosaturado,linhasisotrmicas, isoentrpicas de volume especfico constante. Processos Termodinmicos: 1-2Compresso isoentrpica2-3De 2 a X: resfriamento isobrico, de X a 3: condensao isobrica e isotrmica 3-4 Expanso adiabtica ou isoentalpica4-1Evaporao isobrica e isotrmica. 4.5Parmetros Mais Importantes: Trabalho de compresso: a variao de entalpia no processo 1-2. Taxa de rejeio do calor: o calor transferido do refrigerante no processo 2-3. W = h1 - h2 x Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 26 Efeitoderefrigerao:aquantidadequecadaKgderefrigeranteabsorveaopassarpelo evaporador ou seja no processo 4-1. Coeficiente de eficcia: a razo entre o efeito de refrigerao e o trabalho de compresso. C. E =1 42 1h hh h Potncia de refrigerao: o inverso do coeficiente de eficcia. [ ]P. R. =2 11 4h hh hKwKw Vazo de refrigerante: Vazo Volumtrica: o produto entre a vazo mssica e o volume especfico. Potnciadocompressor:oprodutodotrabalhodecompressop/vazoderefrigerante(em KW) RC = h3 - h2 E= h1 - h4 P = W . m (Kg/s)EC) ( ao refrigerac de efeitoao refrigerac de capacidade4 1 hm ==h) / (m .3m s v V= Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 274.6Cclosfrigorficos com trocadores de calor: Alguns sistemas utilizam trocadores de calor que resfriam o lquido sado do condensador com vapor que se dirige para o compressor, vindo do evaporador. Efeito de refrigerao = h6-h5 = h1-h3 Estesistemautilizadoemsituaesondeovaporaspiradopelocompressordeveser superaquecidopara garantir que o lquido no entre no compressor. Outra vantagem do sistema o Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 28sub-resfriamento do lquido vindo do condensador com a finalidade de evitar a formao de bolhas de vapor no refrigerante que poder trazerproblemas na passagem pelo dispositivo de expanso. 4.7Ciclo Real de Compresso a Vapor: NaverdadeoCicloRealapresentaalgumasineficinciascomrelaoaociclopadro.As principaisdiferenasencontradasnestecicloestonasperdasdecarganoevaporadore condensador,nosub-resfriamentodolquidoquedeixaocondensadorenosuperaquecimentodo vapor na aspirao do compressor. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 29Exerccios: 1)Umciclopadrodecompressoavapor,utilizandorefrigerante22,desenvolve50Kwde refrigerao, operando a uma temperatura de condensao de 350C e uma temperatura de evaporao de100C. Determine (a) o efeito de refrigerao, em KJ/Kg, (b) a vazo de refrigerante, em kg/s, (c) a potncia do compressor, em KW, (d) o coeficiente de eficcia, (e) a vazo em volume medida na sucodocompressor,(f)apotnciaporKWderefrigeraoe(g)atemperaturadedescargano compressor. Resp:(f) 0,212 kW/kW 2) Faa um diagrama esquemtico de um ciclo padro de compresso a vapor operando com refrigerante 22,paraumatemperaturadeevaporaode-50Ceurnacondensaode300C,ecalcule(a)o trabalho de compressor, (b) o efeito de refrigerao, (e) o calor rejeitado no condensador, todos em kJ/kg e (d) o coeficiente de eficcia. 3)Umsistemafrigorfico,operandocomrefrigerante22,deveapresentarumacapacidadede refrigerao de 80 kW. O ciclo o padro de compresso a vapor, com temperatura de evaporao de -80C e de condensao de 420C. (a) Determine a vazo em volume de refrigerante em metros cbicos por segundo referida aspirao do compressor. (b) Calcule a potncia do compressor necessria. (c) Qual a frao de vapor na mistura na entrada do evaporador, expressa na razo em massa e em volume? Resp.: (c) 0,292; 0,971. 4) Um sistema de compresso a vapor, usando refrigerante 22, utiliza um trocador de calor entre o gs de aspiraoeolquido,oqualaqueceovaporsaturadodoevaporadorde-10a50Ccomlquidodo condensador a 300C. A compresso isoentrpica para os casos a seguir. (a)Calcule o coeficiente de eficcia do sistema sem trocador de calor, com temperatura de condensao de 300C e temperatura de evaporao de -100C. Resp.: 5,46. (b)Calcule o coeficiente de eficcia do sistema com trocador de calor. Resp.: 5,37. (c) Qualacapacidadederefrigeraodosistemasemtrocadordecalorseocompressorbombeia 12,0 L/s, referidos ao estado do vapor na aspirao do compressor? Resp.:30,3kW. (d) Qual a capacidade de refrigerao do sistema com trocador de calor para um compressor com a mesma capacidade do caso (c)? Resp.: 29,9 kW 5)UmaInstalaodecondicionamentodearcomcapacidadede352kWderefrigerao,usa Refrigerante 12 e tem temperaturas de evaporao e condensao de 0 oC e 35 oC respectivamente.Que massa deve ser circulada por segundo? Qual a vazo volumtrica na suco? Qual o trabalho de compresso isoentrpico? Determine a quantidade total de calor dissipado no condensador? Calcule o Coeficiente de Eficcia Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 305COMPRESSORES: Funo: O Compressor toma o vapor do refrigerante a uma baixa presso e temperatura, eleva-oa uma alta presso e temperatura. Assim pode-se afirmar que ele1)Reduzapressoea temperatura do refrigerante no evaporador, permitindo absorver calor das redondezas; 2) Aumenta a presso e a temperatura do refrigerante no condensador o suficiente p/ permitir que dissipe calor p/ o arouguaatemperaturaexistente;3)Movimentaofluidorefrigeranteatravsdatubulaoe componentes do sistema. 5.1Tipos de compressores: Compressores Alternativos Compressores de Palhetas Compressores Centrfugos Compressores de Parafuso Compressores Scroll 5.2Compressores Alternativos: Semdvidaoscompressoresalternativossoosmaisutilizados,abrangendoamaioriadas aplicaes de refrigerao e ar condicionado. Compressor Alternativo HermticoCompressor Alternativo AbertoCompressor Alternativo Semi-hermticoCompressorScroll Sistema com Compressor de ParafusoCompressor de PalhetaCompressorCentrfugo Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 31Soespecialmenterecomendadosparasistemascomrefrigerantesquerequerempequenavazoe com condensao e presso relativamente altas. Os compressores Alternativos podem mono ou multicilindros. Durante a descida do mbolo o refrigerante aspirado p/ vlvula de aspirao, e durante a subida o pisto comprime o refrigerante e posteriormente o empurra p/ fora atravs da vlvula de descarga.Ciclo de compresso: P x volume: VolumeDeslocadoS Z n= D2. . .4 Ddimetro do cilindro Scurso do pisto nrotao do compressor Zquantidade de pistesH perdas Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 32 .100(teorico) deslocado VolumeReal Vazaoca volumetri Eficiencia = Eficincia Volumtrica de espao Nocivo: vnsomando se = v vv vv v3 23 11 1100 . vnv v v vv vv vv v= + = +3 1 1 23 11 23 1100 100 100 . .ou P Efetiva PPs 1 4 32 V1V2V3 Vol. Cilindro Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes vnfvv= |\|.| 100121 onde fvv v=13 1100 . vnfVaspVdesc= |\|.| 1001 Taxa de compresso::i =pressao de descargapressao de succao Essa taxa de compresso no deve ser superior a dez para um estgio de compresso. Potncia do compressor: ondem = volume deslocado.vn / 100Vasp Eficincia do compressor: c =trabalho de compressao iso entropicoTrabalho real de compressao Trabalho de compressoIsoentrpico = h2 - h1 Trabalho real de compresso = Temperatura de evaporao x capacidade do compressor: A potncia exigida pelo compressor, de uma maneira geral aumenta com a temperatura de evaporao. Controle de capacidade: Parasatisfazeracargareduzidasemumareduoexcessivanatemperaturade evaporaoacapacidadedocompressorpodeserreduzida,existevriasmaneirasderealizar isto. 1-ControleON-OFF(ligadesliga)utilizadoparapequenossistema,eondeno ocorram flutuaes rpidas na carga. Potencia do compressorVazao de refrigeranteV1= Vol. de espao nocivo (PMS) V2= Vol. ocupado pelo gs retido aps a expanso.V3= Volume mximo do cilindro (PMI) Frao de espao OndeVasp= Vol. especfico do valor admitido no compressor. Vdesc= Vol. especfico do vapor aps a compresso esoentrpica. P Potencia em Kwm Vazao em hi = Trab.compressao isoentropica Kj / Kg==Kg/s P m hi = Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 34 2 - Vlvula reguladora de presso antes do compressor ineficiente. 3 - By-Pass de gs da descarga do compressor para a linha de aspirao. 4 - Tirar de uso cilindros com compressores multicilindros. 5 - Compressores de vrias velocidades. 6 - By-Pass para a entrada do evaporador. Tipos de compressores Alternativos: Compressores Abertos: motor externo a carcaaCompressores Hermticos: o motor opera em contato com o refrigerante CompressoresSemi-Hermticos:semelhantesaosHermticos,apenascomcabeotes removvel. 5.3Compressores de Palheta: Existemdoistiposbsicosdecompressoresdepalhetas:odepalhetassimpleseode mltiplas palhetas. No compressor de palheta simples. A linha de centro do eixo de acionamento coincide com a do cilindro mas excntrica com relaoao rotor. De modo que este compressor apresenta um diviso atuado por mola, dividindo as cmaras de aspirao e descarga. No compressor de mltiplas palhetas o rotor gira em torno do seu prprio eixo, que no coincide com o do cilindro.Orotorprovidodepalhetasquesemantmpermanentementeemcontatocomasuperfciedocilindro pela fora centrfuga.Nestes compressores no h necessidade de vlvulas de aspirao. So utilizados principalmente em geladeiras, congeladores, condicionadores de ar, competindo com os comp.ressores Alternativos. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 35 5.4Compressores de Parafuso: Nocompressordeparafusoacompressoobtidapeloengrenamentode2rotores conjugados,dispostosemumcilindroapropriado,equipadocomorifciodeentradaesada.O rotor macho normalmente o rotor de acionamento e consiste de uma srie de ressaltos ao longo do comprimento do rotorque seengrenam com os sulcos helicoidais correspondentes, formado demodosemelhantenorotorfmea,comprimindoorefrigerante.Naregiodeaspiraodo compressor produzido vcuo, induzindo a entrada do vapor de refrigerante. Autilizaodestetipodecompressorsednafaixade300500KWderefrigerao, normalmente pararesfriamento da gua. O centro de capacidade realizado pelo uso de uma vlvula corredia que localizada na carcaadocompressor.Quandoavlvulaestaberta,ocorreumretardamentodoinciode compresso. A capacidade pode ser modulada at 10% da capacidade mxima. 5.5Compressores Centrfugos: Nocompressorcentrfugoofluidopenetrapelaaberturacentraldorotorepelaaoda fora centrfuga desloca-se para a periferia. Assim, os ps imprimem uma grande velocidade ao gseelevamsuapresso.Ogssedirigeparaoinvlucrodapouvolutaqueconvertea presso dinmica do vapor que sai do rotor empresso esttica. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 36 Oscompressorescentrfugospodemserdeumoumltiplosestgiosousejacomumou vrios rotores. Aeficinciadecompressoadiabticadoscompressoresfrigorficoscomcapacidadede refrigerao acima de 500 KW. Relaoentreavelocidadeperifricaeapresso:Omomentotorsorqueomotorexerce sobre o gs : T= m(v2.r2 - v1.r1) T momento torsor, N.M m vazo, Kg/s v2 velocidade tangencial do refrigerante na m/s r2 raio externo do rotor, m. v1 velocidade tangencial do refrigerante na entrada do rotor (m/s) r1 raio mdia da seo de entrada do rotor, m. Como o refrigerante entra no rotor na direo radial. V1=0 T= m.v2.r2 A potncia no eixo o produto do momento torsor pela rotao. P= T.w= m.v2.r2.w P potncia em w w rotao em, rad/s Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 37 embaixasrotaesevelocidadeperifricadorotoreavelocidadetangencialdo refrigerante na sada do rotor so praticamente iguais, ento: r2.w= v2 P= m.v22 Apotnciaidealtambmpodeserdadopeloprodutodavazopelotrabalhode compresso. ( ) P m hi= 1000 comparando as duas equaes de potncia temos 5.6Compressores Scroll: Oconceitobsicodocompressorscroll(espiral)existedesde 1886,quandoumapatenteitalianafoirequerida.Devidoaproblemasde estanqueidade,aaplicaodomesmofoiretardada.Hoje,anova tecnologiademquinasoperadoraseprocessosdemanufaturatornou possvelasoluodesteproblema.Apartirdaltimadcada.o compressorscrollpassouaparticipardaslinhasdeproduoseriada. sendo instalado em condicionadores de ar e resfriadores de lquido (fig.1)Ocompressorscrolloferecemuitosbenefciosaosusuriosdesistemasdear condicionado: -em mdia 5% a 10% mais eficiente que um compressor recproco de igual capacidade; no possui vlvulas. sendo extremamente resistente a golpes de liquido; possui 64% menos partes mveis que um compressor recproco de igual ca-pacidade; Operao extremamente suave e silenciosa, comparvel de um compressor centrfugo; Baixa variao de torque, o que propicia um aumento na vida til do motor, reduzindo a sua vibrao; O resfriamento do motor feito pelo refrigerante na forma gasosa resulta em baixa temperatura dos enrolamentos do motor, o que aumenta a sua eficincia e confiabilidade. O compressor scroll utiliza duas peas emforma de espiral para realizar o trabalho da compresso do gs (fig.2)Asespiraisestoacasaladasface aface.Aespiralsuperioraespiralfixa onde est a abertura de descarga do gs. A espiralinferioraespiralacionadapelo motor (fig. 3).Asucodorefrigerantena formagasosaacontecenaorlaexternado conjuntodaespiraleadescargaacontece atravsdaaberturaexistentenocentroda v22 =1000 hi Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 38 espiral estacionria. Note que a borda superior das espirais ajustada com selos que correm sobre a superfcie da espiral oposta. Eles atuam de forma semelhante aos anis do pisto de um compressor alternativo, lacrando o refrigerante na forma gasosa. entre as superfcies em contato. Ocentrodomancaldoeixodaespiraleocentrodoeixodomotordoconjuntodeacionamentotmum recuo. Este recuo permite um movimento excntrico ou orbitante para a espiral conduzida (fig. 4). Vamos mostrar que a rotao do eixo do motor causa na espiral um movimento orbital - no circular - ao redor do centro do eixo (fig. 5). O movimento orbital faz com que o par de scrolls forme bolsas de refrigerante na forma gasosa. Como este movimento contnuo, o movimento relativo entre a espiral orbitante e a espiral fixa faz com que as bolsas se desloquem para a abertura de descarga situada no centro do conjunto, com um decrscimo constante de volume (fig. 6). Porexemplo,duranteaprimeiravoltadoeixo,oufasedesuco,apartedasuperfcielateraldaespiral permite a entrada do refrigerante na forma gasosa, succionando o mesmo (fig. 7). Ao completar uma volta, as superfcies das espirais novamente se encontram formando bolsas (fig. 8). Duranteasegundavoltadoeixo,oufasedecompresso,ovolumedasbolsascomrefrigerantenaforma gasosa progressivamente reduzido (fig. 9). Completando a segunda volta chega-se mxima compresso (fig. 10). Durante a terceira volta, ou fase de descarga, a parte final da espiral libera o refrigerante na forma gasosa, comprimido-o atravs da abertura de descarga (fig. 11) Finalmente,aocompletaravolta,ovolumedabolsareduzidoazero,comprimindoorefrigerantena forma gasosa remanescente na espiral (fig. 12). Veja o final do ciclo e observe as trs fases:sendoqueacompressoedescargaacontecem simultaneamenteemumaseqnciacontinua(fig. 13). Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 39 Vamosanalisarcomofuncionaoconjuntoorbitante,uniooscilante,queprotegeocompressorcontra golpes de lquido (fig. 14).A unio oscilante gira no pino da manivela. O total do deslocamento limitado por um pino de ajuste que est situado em uma ranhura no lado oposto do mesmo (fig. 15). Auniooscilantefuncionaparaproporcionarurnamelhorforadecontatobalanceada entre as superfcies laterais dasespiraisfixa eorbitante. Alm disso, elapermitea separaodos espiraisnocasodealgumaquantidadedeleoourefrigeranteliquidoentrarnoconjuntode espirais. Por exemplo, assumimos que uma pequena quantidade de leo liquido entrou no conjunto de espirais. Como o lquido no compressvel, acontece uma excessiva presso entre as mesmas. A componente lateral desta presso atua para separar as duas espirais (fig. 16). Esta fora faz com que a unio oscilante gire sobre o pino da manivela, que por sua vez muda a posio da espiral orbitante (fig. 17). Amudanadeposiofazcomqueasespiraisseseparemmomentaneamente.A separaotambmpermitequeorefrigerantepressurizadonaformagasosasejaliberadoparaa suco, limpando as espirais do leo lquido LUBRIFICAO Oleosemovimentaemsentidoascendenteatravsdeumapassagemexistenteno interior doeixo domotor Isto permite a passagem doleopara lubrificar osmancais superiore inferior do eixo atravs de orifcios existentes emsuaparede.Finalmente,oleosaipelapartesuperiordapassagemparalubrificaromancalda extremidade da espiral orbitante. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 40 Exerccios sobre Compressores: 1)Dadosdecatlogoparaumcompressordeseiscilindros,operandocomrefrigerante22e29 rps,indicamumacapacidadederefrigeraode96,4KWpotnciade28,9KWparauma temperaturadeevaporaode5oCeumatemperaturadecondensaode50 oC.O desempenho baseado em 3 oC de sub-resfriamento do lquido e 8 oC de superaquecimento do gs de aspirao no compressor. O dimetro do cilindro de 67 mm e o percurso de 57 mm. Calcule(a)aeficinciavolumtricadeespaonocivoseafraodesteespao4,8,(b)a eficincia volumtricaefetiva e (c) a eficincia de compresso. 2)Um compressor de amnia com 5% de frao de espao nocivo e uma taxa de deslocamento de80L/s,operaaumatemperaturadecondensaode40 oC.Admitindoaeficincia volumtricadeespaonocivo,determineavazoderefrigeranteparaastemperaturasde evaporao de - 10 oC e 10 oC. 3)Umcatlogomostraumacapacidadederefrigeraode115KWparaumcompressor hermticodequatrocilindros,rotaode29rpseoperandocomrefrigerante22s temperaturasdeevaporaoecondensaode-4oCe40oC.Nessepontodeoperao,o motor,cujaeficinciade90%,exige34,5KW.Odimetrodocilindrode87mmeo deslocamentodombolode70mmentrepontosmortos.Osdadosdedesempenhoso baseadosem8 oCdesub-resfriamentodolquidoquedeixaocondensador.Determine(a)a eficincia volumtrica efetiva e (b) a eficincia de compresso. 4)Estimequaldeveserapotnciadecompressoentreastemperaturasdeevaporaoede condensao,respectivamentede-24 oC(11,2F)e15oC(59.0F)desenvolvidaporum compressor de amnia cuja capacidade de refrigerao de 163 KW (46,3 TR). 5)Qualdeveseramximadiferenaentreastemperaturasdesaturaonadescargaena aspirao de um compressor deR-22, para o quala diferena de pressodeve ser limitadaa 1.500 KPa ( 218 Psi)? As seguintes temperaturas de evaporao devem ser adotadas:a) - 10 oC b)20 oC 4)Ocatlogodeumfabricanteespecificaqueodesempenhodeumcompressordeamniafoi levantado para condies de lquido saturado na sada do condensador e de vapor saturado na aspirao do compressor. Para temperaturas de evaporao e de condensao de -10 oC (14 F) e30oC(86F),respectivamente,qualdeverseravariaopercentualdacapacidadede refrigerao e da potncia em relao aos valores de catlogo se:a) o refrigerante deixa o condensador 5 oC (9 F) sub-resfriado. o vapor que deixa o evaporador e entra no compressor apresenta 10 oC (18 F) de superaquecimento. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 41 6CONDENSADORES: Os condensadores so trocadores de calor onde ocorre a condensao do refrigerante. Todos osganhosdecalordeumsistemaderefrigeraodevemserrejeitadosnocondensador.Sendo portanto sua funo bsica liquefazer o fluido refrigerante. 6.1Capacidade dos Condensadores: Ocalortotalaserrejeitadopelo condensadorconsistenocalorganhono processoderefrigeraomaisocalor adicionadoaorefrigerantepelaoperaodo equipamentofrigorfico.Ocalorgeradoem cumprirogsrefrigerante,ocalordefrico docompressorenocasodecompressor hermticoesemi-hermticoocalorgerado pelos enrolamentos do motor. Aseleoconsisteemescolherum condensadorcom capacidade de rejeio de calor total dosistema.Desdequearejeiovariaconformeo compressorrecomenda-sequeascurvasde capacidadesdofabricantesejamutilizadosquando possvelpara adeterminaodarelaode rejeio de calor. Na falta destes dados utilize o grfico a baixo, o qual apresenta os valores tpicos da relao de rejeio deCalor no condensador em funo das temperaturas de condensao e evaporao.O grfico vlido para refrigerantes R-12 e R-22. Da mesma forma poderoser utilizadas frmulas prticas para se determinar o calor total a ser rejeitado KW)BHP.P (kcal/h) + Q) .P (kcal/h) + Qtrtr((860 compressor do capacidade641 compressor do capacidade== 6.2Tipos de Condensadores: Os trs tipos de condensadores em uso na refrigerao industrial e no condicionamento de ar so:-Resfriados a gua -Resfriados a ar -Evaporativo o refrigera de CapacidadeCompresso de Potncia o refrigera de CapacidadeCalor de Rejeio de Relao+= Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 42 A gua utilizada nos condensadores deve ser limpa e no corrosiva. Para garantir essas condies e evitar estragos no equipamento, recomenda-se filtrar e tratar quimicamente a gua. Os tipos principais de condensadores a gua so: -Duplo tubo -"Shell and tube" -"Shell and Coil" Condensadoresresfriadosaguade Duplo Tubo: Oduplotubousadoparasistemas at7,5TR(toneladasderefrigerao).Os condensadores desse tipo so fabricados com tubos de cobre ou ao. O duplo tubo consiste numtubodentrodooutro.Normalmentea guacorrenotubodemenordimetro.No outro corre orefrigerante. Condensadores resfriados guade Carcaa e Tubo (Shell and Tube): Estetipodecondensadorusadosomenteparagrandesinstalaesfrigorficas.Consistenumrecipiente cilndrico, no qual circula gua atravs de uma tubulao em forma de serpentina. A gua, ao circular, retira o calor do fluido, condensando-o. Condensadores resfriados guade Carcaa e Serpentina (Shell and Coil) Umcondensadordecarcaaeserpentinanomais doqueumaserpentinadecobremontadadentrodeuma carcaadeao.Aguapassaatravsdaserpentinaeogs refrigerantevindodocompressordescarregadodentroda carcaaparasecondensarnoexteriordostubosfrios.Em muitosprojetos,acarcaaservetambmcomoreceptorde lquido. Quantidade de gua em Circulao:TQmT , Q=m.=19 , 419 4 : agua a resfriado rcondensado Num mQ== massa de agua kg / h calor transferido da refrigerante para aguaT = diferenca da temperatura da agua na entrada e saida do condensador Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 43 Condensadores a ar Oscondensadoresaarpodemserdedoistipos:comousemcirculaoforadaaar.Consisteem tubosdecobreoudeaoaletados,nointeriordosquaiscirculaorefrigerante.Oarambiente,circulandoatravsdo mesmo, troca calor com o refrigerante, condensando-o (fig. 4). Uma grande vantagem desses condensadores a de dispensarem a gua. Outras vantagens: a) Custo inicial baixo; b) Reduzido custo de manuteno. Desvantagens: a) Necessitam de grandes volumes de ar, cuja movimentao produz muito rudo; b) Custo operacional elevado, pois o compressor absorve mais energia; c) A eficincia diminui quando a temperatura ambiente aumenta; d)Problemasdefuncionamentoinicialnosclimasfrios.comumoequipamentodesarmarporbaixa presso, devido ao excesso de condensao. 6.3Coeficiente Mdio de Transferncia de Calor: O coeficiente de transfer6encia de calor mdio, extensivo a superfcie (m) verticais tubos dos Dimetro D tubos de nmero) ( placa da superfcie a e vapordo ras temperatu as entre diferena T(Pa.s) condensado do dinmica e viscosidad) (W/mcondensado do trmica ade condutivid k(KJ/Kg) vapordo o vaporiza de latente calorh) (Kg/m o ocondensad densidadedm/s 9,81 gravidade de acelerao g) (W/m mdio calorde ncia transfer de e coeficientoolv32o 2=== ===== ==NCCC hc4 / 13 2943 , 0||.|\|=TNDk h ghlvc Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 446.4Coeficiente Global de Transferncia de Calor: O coeficiente global de transferncia de calor para um condensador a constante de proporcionalidadequequandomultiplicadapelareadetrocadecalorepeladiferena mdia de temperatura entre os fluidos fornece a taxa de troca de calor.As expresses para o coeficiente global de transferncia de calor so: 6.5Diferena Mdia Logartmica de temperatura: A distribuio de temperatura ao longo do condensador relativamente complexa, em virtude do ocorrncia de regies em que o refrigerante se encontra no estado de vapor superaquecido e de lquido condensado subresfriado. Para se obter a diferena de temperatura mais prximo do real, calcula-se a diferena mdia logartmica de temperatura: ( ) ( )( )( )|.|\| =e ci ce c i ct tt tT T T TDMLTln 6.6Dimensionamento de Condensadores: Geralmente seleciona-se um condensador a partir de um catlogo de fabricante, mas algumas vezes temos que dimension-lo. Ento as frmulas a seguir podem ser utilizadas para determinar a rea do condensador: T =KQATR (frmula prtica) i i m e e i i ei e i ii e e eA H kAxA h A U AT T A U qT T A U q1 1 1U1interno ) (externo ) (e+ + = = = =) . (W/m tubo do interna superfcie na calorde encia transfer6 de e coeficient) (m tubo do interna rea) (m tubo do mdia ncial circunfere rea) ( gua da a Temperatur T(m) tubo do espessura x (W/m.K) tubo do trmica idade condutibil) ( te refrigeran do ra temperatu) (m tubo do externa rea A) (W/m tubo do externsuperfce na calorde troca de e coeficient h(W) calorde ncia transfer e taxa q222oio2e2eK hAACKC Tiime==========Tc =Temperatura condensao Ti=Temperaturaentradadofluidode resfriamento Te =Temperaturadesadadofluidode resfriamento DMLT UqAe= Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 45 Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 7EVAPORADORES: Sotrocadoresdecalorondeocorreaevaporaodorefrigerante,ouseja,ondeolquidorefrigerante evapora, absorvendo calor com esta mudana de estado. Na maioria dos evaporadores utilizados em refrigerao o refrigerante muda de fase ocorre nos tubos e refrigera o fludo que passa por fora dos tubos. EvaporadordeExpansodiretaaretiradadecalorefeitadiretamentepelofluido frigorgeno Ebulio na carcaa a retirada de calor e realizada indiretamente por meio de um fluido intermedirio. 7.1Evaporadores de Expanso Direta: Evaporador inundado aquelenoqualmantidodeterminadonveldeliquidonoseu interior, por meio de uma vlvula de bia. Funcionamento-avlvuladebiamantmconstanteonveldorefrigerantenointeriordoevaporador,emoutraspalavras,quando parte do lquido evapora, mais liquido admitido pelavlvula.Isto resultaque ointerior doevaporadorficacheio deliquido atonvel determinado pela bia; a circulao do refrigerante atravs do evapo-radorfeitaporgravidade.Ogsevaporadoaspiradoentopelo compressor Evaporador seco: Nestetipo,aadmissoderefrigerantefeitapormeiodeuma vlvuladeexpansooudeumtubocapilar.Avlvuladeexpanso termosttica permite passar apenas a quantidade de refrigerante requerida. Evaporador de tubos lisos So fabricados em ao ou em cobre. Os fabricantes com tubos de ao soempregadosemgrandesinstalaes,principalmentecomamnia.Os construdoscomtubosdecobreprestam-seprincipalmentepara resfriamento de lquidos. Evaporador de tubos alhetados So fabricados com tubos de cobre ou ao. Estes tubos recebem alhetas que tm a funo de aumentar a eficincia da troca de calor entre o eva-porador e o fludo a ser resfriado. As alhetas so de cobre, alumnio ou ao. As alhetas podem ser soldadas aos tubos ou ento so juntadas aos tuboseestessofremumaexpanso,permitindoumperfeitocontatodo tubo com alheta. Importante-oevaporadorqueestivercomasalhetasfrouxas,isto ,semumbomcontatocomotubo,esttrabalhandocombaixa eficincia. Deve ser reparado imediatamente. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 47 Evaporador tipo Tubo e Carcaa (Casco Tubo): So semelhantes aos condensadores deste tipo. Podem ser tipo seco ou inundado. Evaporador de placas Como exemplo podemos citar o evaporador de uma geladeira domstica. Consistem em 2 placas que so unidas de forma a permitir o fluxo do refrigerante entre elas. -Evaporadores de placas de pequena capacidade. -Evaporadores de placas de grande capacidade. 7.2Evaporadores de Expanso Indireta:Estesevaporadoressosemelhantesaosdeexpansodireta,apenasresfriamfludos intermedirios(salmoras),osquaissocirculadosemtrocadoresdecaloresqueesto diretamente nos ambientes a serem refrigerados. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 48 7.3Dimensionamento de um Evaporador: Aseleodeumevaporadorsefazemfunodacargatrmicaedo T(diferenade temperaturadoarambienteetemperaturadeevaporaodorefrigerantefixadonoprojeto).Podem seu utilizadas as mesmas frmulas utilizadas para dimensionamento de um Condensador, simplesmente considerando as diferenas. Usualmente se utiliza um T igual a 6 oC para evaporadores com ventilao forada e de 12 a 18 oC para evaporadores estticos. Quanto maioro T menores os nveis de umidade dentro do ambiente refrigerado. Quandoatemperaturadasuperfciedeumevaporadorqueresfriaarseestiverauma temperaturaabaixode0oCocorreraformaodegelonasuperfciedomesmo,atuando comisolamentotrmicoereduzindoacirculaodear.Nestecasorecomenda-seadotarum sistema de degelo. 7.4Lavadores de Ar: Umafiguraesquemticadeumlavadordearestmostradanafiguraabaixo.Oslavadoresdearso utilizados para umidificar e limpar o ar. Essencialmente umlavador dear consistedeuma cmaradeaspersona qualumanuvemdensade gua em aspersofinamente dividida conseguida bombeandogua pelos bocais.Emsuatrajetria oar passa primeiro porumamatrizdeplacasdefletorasouumatelametlicaperfurada,paragarantirumadistribuiouniformedo escoamento do ar sobre a seco transversal do lavador e impea que qualquer umidade penetre no duto. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 49 8DISPOSITIVOS DE EXPANO : Afuno dos dispositivos de expanso reduzir a presso no sistema entre o maior valor no condensadoremenor valor no evaporador de modo quepossa ser obtido uma baixa temperatura no evaporador e regular a vazo que entra no evaporador. 8.1Tubos Capilares: So usados em sistemas frigorficos pequenos (at 10 KW). Tubo capilar um tubo de1a6mdecomprimentoedimetrointernovariandode0,5a2mm.Orefrigerante lquido que entra no tubo perde presso a medida que escoa por ele, em virtude do atrito e da acelerao do fludo, resultando na evaporao de parte do refrigerante. O compressor e o dispositivo de expanso devem atingir uma condio de equilbrio na qualaspressesdeaspiraoededescargasotaisqueocompressorbombeia exatamente a quantidade de refrigerante com que o dispositivo deexpanso alimenta o evaporador. Seleo do tubo capilar O projetista de uma instalao frigorfica deve escolher o dimetro e o comprimento do dutodemodoqueopontodeequilbriocorrespondatemperaturadeevaporao desejada o mtodo mais simples de seleo o apresentado pelos diagramas das figuras abaixo. (grfico) Padro VazoReal Vazocorreo de Fator=e 2,03, de com- Fator de correo dos resultados da figura ao lado para dimetros e comprimentos distintos dos da figura Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 50 8.2Vlvula de Expanso Termosttica O controle desta vlvula realizado para superaquecimento do gs de aspirao quedeixaoevaporadorregulandoassimavazodorefrigerantelquidoemfunoda taxa de evaporao. Avlvuladeexpansotermostticaoperanosentidodemanter aproximadamenteamesmaquantidadedelquidonoevaporadorumavezsea quantidadedelquidodiminuiu,umasuperfciemaiordoevaporadorserexpostaao vapor superaquecendo- o em maior grau e portanto propiciandoa abertura da vlvula. Geralmenteoscatlogosdefabricantestrazemacapacidadeassociadaavazoda vlvula. Usada nas instalaes de porte mdio. Vlvula de expanso termosttica com equalizador Interno O grau de abertura da vlvula regulado pela presso Pb no bulbo e tubo capilar atuando no lado superiordodiafragma.determinadopelatemperaturadobulbo.ApressoPonasadadavlvula, atuando sob o diafragma, determinada pela temperatura do evaporador. A presso da mola atuando sob o diafragma de regulagem manual. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 51 Vlvula de expanso termosttica com equalizador externo OgraudeaberturadavlvulareguladopelapressoPbnobulboetubocapilar,atuandono ladosuperiordodiafragma.determinadapelatemperaturadobulbo.ApressoPo-APnasadado evaporador, atuandosob o diafragma, determinadapelatemperatura de evaporaoe perda de presso no evaporador, mais a presso damola que tambm atua sob o diafragma, regulvel manualmente. As vlvulasdeexpansotermostticascomequalizadorexternosousadasnosevaporadorescomgrande perda de presso, como o caso dos que tm distribuidor de lquido. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 52 8.3Vlvula Manual As vlvulas de expanso manual so de agulha acionada mo. A quantidade de refrigerante que passa atravsdoorifciodavlvuladependedaaberturadavlvula,queajustvelmanualmente.Amaior desvantagem da vlvula de expanso manual ser inflexvel.8.4Vlvulade Expanso Constante ou Automtica: Esta vlvula mantm constante a presso na sua descarga, entradadoevaporador.Usadanasinstalaesmenoresde30 KW. As vlvulas automticas se destinam a manter umapresso desucoconstantenoevaporador,independentedasvariaes de carga de calor. So vlvulas de funcionamento muito preciso. Umavezbem reguladas, mantm praticamente constanteatemperaturadoevaporador. Daseremusadasquandosedesejaum controle exato de temperatura. 8.5 Vlvulas de Bia: Estedispositivodeexpansomantm constanteonveldelquidoemum recipiente ou um evaporador. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 53 8.6 Vlvulas de Expanso Eltrica: Estavlvulautilizaumsensor delquidoparadetectara presenaderefrigerante lquidonasadado evaporador, queabre a vlvula quandodiminuiapresenade lquido. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 54 9REFRIGERANTES: Osrefrigerantesoufluidosfrigorgenossosubstnciasempregadascomoveculo trmico na realizao dos ciclos de refrigerao. 9.1 Compostos Halocarbnicos: OscompostosHalocarbnicosouHidrocarbonetosHalogenadospossuememsua composio cloro, flor e/ou bromo. Sistema de numerao: 1oalgarismo = No de tomos de carbono -1 (C - 1) 2 o algarismo = No de tomos de hidrognio + 1 (H + 1) 3 o algarismo = No de tomos de flor (F) ex.: Designao numrica No QumicoFrmula Qumica Refrigerante 11Tricloromonofluormetano C Cl3 F Refrigerante 12DiclorodifluormetanoC Cl2 F2 Refrigerante 22Monoclorodifluormetano CHCl F2 Refrigerante 115Dicloropentafluoretano C2 Cl F5 9.2 Compostos InorgnicosOs compostos inorgnicos foram os primeiros refrigerantes utilizados e alguns continuam com grande utilizao at hoje. Sistema de numerao: 1oalgarismo = 7 2 o algarismo e 3 o algarismo = peso molecular ex.: R-717AmniaN H3 R-718guaH2 O R-729ArR-744Dixido de CarbonoC O2 R-764Dixido de EnxofreS O2 9.3Hidrocarbonetos: Oshidrocarbonetossoutilizadosespecialmenteemindstriasdepetrleoe petroqumicos. Ex.: R-50MetanoC H4 R-170EtanoC2 H6 R-290Propano C3H8 Sistema de numerao: segue o mesmo sistema de numerao dos compostos Halocarbnicos 9.4 Azeotropos:Umamisturaazeotrpicaaquelaquenopodeserseparadaemseuscomponentesem destilao.Oazeotropomaisconhecidoorefrigerante502,queumamisturade48,8%refrigerante 22 e 51,2% de refrigerante 115. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 55 9.5Caractersticas Termodinmicas: O desempenho comparativo de refrigerantes facilmente usado em ciclos de compresso o vapordadonatabelaabaixo.Adotou-seumatemperaturadeevaporaode15 oC,Tode condensao de 30 oC e considerando-se compresso isentrpica. Vazo de vapor na PressoPressoEfeito desuco p/kW de vapo- de con-Relaorefrigera- refrige- Refrige- rizaaodensaode Pres-oo CDE rante Nome (kPa)(kPa) so (kj/kg)(L/s) 11Tricloromonofluormetano20,4125,56,15155,44,90 5,03 12Diclorofluormetano182,7744,64,08116,30,782 4,70 22 Monoclorofluormetano295,81192,14,03162,80,476 4,66 502 Mistura Azeotrpica349,61308,63,74106,20,484 4,37 717 Amnia236,51166,64,931103,40,462 4,76 Para Terperalura de vapor|zaao= -15 oC e Terperalura de Cordersaao de 30 oC. Alguns fatores tem de ser levados em conta quando as caractersticas termodinmicas listados na tabela so avaliadas. Porexemploseaspressesdeoperaoforemelevadas,oscomponentesdosistemade refrigeraodeverosermaisresistentesempregandomaismateriais,eosequipamentossero caros.Odepsitodorefrigerantesertambmrobustoeistoaumentaocustodetransporte. Pressesdeoperaoabaixodaatmosferasignificoup/outrolado,quequalquervazamento resulta na entrada de ar p/ o sistema. Emcompressoresalternativos,avazodeveserbaixademodoqueodesempenhoseja alcanadocomumamquinapequena.Paraumcompressorcentrfugo,p/outroladograndes deslocamentossodesejadosafimdepermitirousodegrandespassagensdevazo.A resistncia reduzida ou atrito p/ tais passagens aumenta a eficincia do compressor. Emboranolistadasnatabela,astemperaturascrticasedesolidificaodeumasubstncia devem ser consideradas ao se analisar a escolha do fluido com refrigerante. 9.6Propriedades Fsicas e Qumicas: Inflamabilidade Os halocarbnicos noso inflamveis. A amnia considerada inflamvel em uma mistura de 16 a 25% em volume com o ar. Toxidade Os halocarbnicos no so txicos. A amnia altamente txica. Reaes com materiais de construo A amnia ataca o cobre e o lato e outras ligas, no atacandooferro,aoealumnio.Oshalocarbnicospodemreagircomozincomagnsio, mas no com cobre, alumnio, ferro ou ao. DetecodefugasAamniafacilmentedetectadapelocheiro;oshalocarbnicospodem ser detectados por meio de lamparinas de Helide ou detectores eletrnicos. AosobreleosAamnianomiscvelcomoleo,arrastandoparcialmenteoleo.Os halocarbnicose o leoso miscveis onde oR-22 menosmiscvel. Devendo ser instalado separador de leo na linha de descarga para que o mesmo retorne ao compressor. 9.7Escolha de Refrigerantes:Ascaractersticasdosrefrigerantessofatoresdominantesnaescolha.Aseguirapresentamos resumidamente os principaisaplicaes do refrigerantes meio comuns. ArOmaiorusocomrefrigeranteemavies,ondeopesoreduzidodeumsistemaoar compensa seu baixo coeficiente de eficciaAmnia mais freqente o seu uso em grandes instalaes industriais de baixa temperatura.Dixido de carbono Usado as vezes p/ congelaralimentos p/ contato direto, sua aplicao limitada p/ sua alta presso de condensao sendo aplicada naparte de baixa temperatura no sistema de cascata.. Refrigerante 11 Utilizados em sistemas com compressores centrfugos.Refrigerante 12 Est sendo evitado o seu uso pelos grandes danos que provoca na camada de Oznio.Erausadoprincipalmenteemcompressoresalternativosdeequipamentosde refrigerao domstica e condicionadores de ar de automveis. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 56 Refrigerante22AsuamaioraplicaoemcondicionadoresdeAr.Oseuusotem aumentadoemsubstituioaorefrigerante12porqueutilizaumcompressormenoremais barato, e no to agressivo a camada de oznio. Refrigerante502umdosrefrigerantesmaisnovosqueexibealgumasvantagensdo refrigerante22eapresentavantagensadicionaisdemelhorcomportamentocomoleoeTode descarga do compressor inferior s do refrigerante 22. 9.8Fludos Alternativos: oCFCmaisimportanteoR-12,usadoprincipalmenteemsistemasdearcondicionadoautomotivo, refrigerao domstica, comercial, etc. O alternativo isento de cloro para o R-12 o R-134a (tetrafluoretano), com propriedades fsicas e termodinmicas similares ao R-12. OR-134apertenceaogrupodosHFCs,fluorcarbonosparcialmentehalogenados.Compotencialde destruiodoOznioigualazero,devidoaomenortempodevidanaatmosfera.Apresentaumareduono potencial de efeito estufa de 90% comparado ao R-12. A Hoechst e a DuPont, grandes fabricantes de fluidos frigorficos, produzem o R-134a. A DuPont comeou produzindo quantidades comerciais em dezembro de 1990 em Corpus Christ, Texas (Estados Unidos). Naprimaverade1991,certosveculoseuropeuscomearamaserequipadoscomsistemasHFC-134a.A transio naEuropaterminou em 1994, com amaioria dos veculosnovos sendoconvertida at1993.No Japo,a transio comeou em fins de 1991 e tambm terminou em 1994. A DuPont desenvolveutambm outros refrigerantes alternativos. OSUVAMP39,MP 66, para substituiroR-12. o SUVA HP 80, HP 81, HP 62 para substituir o R-502. Prev-sequehaverdisponibilidadedoSUVAparaatenderavidatilrestantedosequipamentosexistentes. Todosessesrefrigerantes(excetoHP62)contmtantorefrigerantesdehidroclorofluorcarbono(HCFC)comode hidrofluorcarbono(HFC).AsdiretrizesdoProtocolodeMontrealpermitemousoeproduodeHCFCatoano 2030. TABELA DOS ALTERNATIVOSNomeSubstitui R-123R-11 R-124R-114 R-134aR-12 R-401R-12 R-401BR-12 R-404AR-502 R-402AR-502 R-402BR-502 COMPOSIO QUIMICA HCFC-22HFC-125Propano R-402 A38%60%2% R-402 B60%38%2% HFC-125HFC-143aHFC-134a R-404 A44%52%4% HCFC22HFC-152aHCFC-124 R-409 53% 13%34%R-401 B 61% 11% 28% COMPOSIO/INFORMAES SOBRE INGREDIENTES RefrigeranteNomenclaturaFrmula HCFC-22 Clorodifluormetano CHCIF3 HCFC-125Pentafluoretano CF3CH F2 HFC-143a 1,1,1-Trifluoretano CF3CH3 HFC-134a1,1,1,2Tetrafluoretano CF3CH2F HC-290 PropanoC3H8 HFC-152a1,1-DifluoretanoCH3CHF2 HCFC-1242clorol,1,1,2TetrafluoretanoCHCIFCF3 9.9 Refrigerantes Secundrios : Refrigerantessecundriossofluidosquetransferemenergiadasubstnciaqueest sendoresfriadaparaoevaporadordesistemaderefrigerao.Orefrigerantesecundriosofre umavariaonatemperaturaquandoabsorvecaloreoliberanoevaporador,noocorrendo nenhumamudanadefase.Aguapoderiaserumrefrigerantesecundriomasseuuso Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 57 limitado pelo seu baixo ponto de congelamento.Assim as substncias utilizadas so solues tais como salmoras e anticongelantes. Os anticongelantes mais utilizados so solues degua e etileno glicol, propileno glicol e cloreto de clcio. Umadaspropriedadesmaisimportantesdosrefrigerantessecundriosopontode solidificao, o qual varia com o percentual de anticongelante misturado, conforme mostrado na figura abaixo. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 58 10SISTEMAS MULTI PRESSO:O sistema multipresso ou sistema com compresso em mltiplos estgios um sistema de refrigerao que possui 2 ou mais nveis de baixa presso. Este sistema utilizado quando a diferenaentreastemperaturasdasfontesfriaequentemuitoelevadaearelaode compressoaservencidapelocompressoratingevaloresquetornaaconselhvelousoda compresso por estgios. Outra razo seria quando se deseja com um conjunto servir 2 ou mais ambientes com temperaturas diferentes. 10.1Separador de Lquidos: umequipamentoutilizadoemsistemasderefrigeraoparasepararafraodevapor gerado no processo de expanso. A expanso ocorre atravs de uma vlvula de bia que tambm mantm um nvel constante no separador de lquido. Poroutroladosonecessrios2compressoresnosistemaou2vlvulasredutorasde presso. 10.2 Resfriamento Intermedirio: Oresfriamentointermedirioentredoisestgiosdecompressoreduzotrabalhode compresso p/ Kg de vapor. Podemos ver no diagrama abaixo que no processo4- 5 ocorre: um menor aumento de entalpia do que no processo de compresso reversvel e politrpico de um gs perfeito. ( )W vdpnnPVPPn n= =|\|.|(((}11211 11 / P= presso em Pa v= volume especfico em m3/Kg n= expoente politrpico relacionando a presso e volume especfico durante o processo de compresso, pv3 = const. Figura 9-1.Figura 9-2. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 59 Damesmaformaotrabalhodecompressoproporcionalaovolumeespecficodogs na entrada na figura acima. O volume especfico em 2 maior que em 4. O resfriamento intermedirio em um sistema de refrigerao pode ser conseguido com um trocador de calor resfriado gua ou com a utilizao do resfriamento lquido. Paraorefrigerante22e12oresfriamentointermedirioineficaz,pelaspropriedades caractersticas que podem ser vistas no diagrama. Emumsistemacomrefrigerante22e12aeconomianotrabalhop/Kgdurantea compressonocompensaavazoaumentadaqueprecisasercomprimidap/compressorp/ estgio de alta. Paraumsistemacomamnia,existeumapressotimanageraloresfriamentointermedirio deve ocorrer a qual pode ser determinado com aproximao p/ equao: P P Pi s d= Pi = Presso de resfriamento intermedirio em KPa. Ps = Presso de suco de compressor no estgio de baixa em KPa.Pd = Presso de descarga do compressor no estagio de alta em KPa. 10.3Sistema com Um Evaporador e Um Compressor: O separador de lquido e o resfriadorintermedirio que apareceu na maioria dos sistemas multipresso sero examinados agora em vriascombinaes: Osistemacomumevaporadoreumcompressoreumseparadordelquidospoucousado,poiso separador de lquidosnomelhora odesempenho dosistemaadotada uma vlvula redutora depresso queexpandeogs,baixandoapressodomesmojquenohumcompressorcompressodesuco alta. Anicarazodeusodestesistemaseriamanterovapornacasademquinaevitando aumento na perda de presso em longas linhas de suco. 10.4 Sistema com Dois Evaporadores e Um Compressor: Em muitas situaes um compressor serve dois evaporadores que requerem temperaturas diferentes p/ ex. um evaporador para ar condicionado em escritrio e um para baixa temperatura em processos industriais. Figura 9-3. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 60 No sistema mostrado na fig., uma vlvula redutora de presso instalada depois do evaporador de alta temperatura p/ regular a presso e manter a temperatura desejada. 10.5Sistema com Dois Compressores e Um Evaporador: Compresso de dois estgios com resfriamento intermedirio e remoo de gs a forma mais utilizada p/ servir um evaporador de baixa temperatura. 10.6Sistema de Dois Compressores e Dois Evaporadores: Evaporadoresa2temperaturasdiferentespodemseroperadoscomeficinciap/um sistema de 2 estgios, que emprega resfriamento intermedirio e remoo do vapor produzido p/ reduo de presso. Este sistema muito comum na refrigerao industrial. Figura 9-4. Figura 9-5. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 61 10.7Ciclo Binrio ou em Cascata: Quando tivermos um T maior que 100oC a presso superior torna-se to baixa que cria problemasdevedaodifceisdecontornar.Nestascondiesseadotam2fluidosfrigorgenos quefuncionamnaseguintecondiobinria.Um1ofluidocomtemperaturacrticabastante elevada funcionaem ciclo de refrigerao que cria diferenas de to entre o meio ambiente e uma temperatura intermediria que servir com fonte quente do ciclo de refrigerao de um 2o fluido quesecaracterizaporterelevadaspressesde saturao, mesmo a baixa temperaturas. Figura 9-6. Comp. Comp. 1 2 3 4 5 6 7 8 6 58 FLUIDO 1 FLUIDO2Figura 9-7. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 62 Exerccios: 1-Calculeapotnciarequeridapelosdoiscompressoresemumsistemacomamniaqueserveum evaporadorde250kWa-250C.Osistemausacompressodedoisestgioscomresfriamento intermedirio e remoo do vapor produzido pela reduo de presso. A temperatura de condensao 350C. Resp.: 29,2 KW e 40,0 KW 2-Emumsistemacomamniaumevaporadordeveprover180kWderefrigeraoa-300Ceum outrodeveprover200kWa50C.Osistemausacompressoemdoisestgioscomresfriamento intermedirioearranjadocomonaFig.9-6.Atemperaturadecondensao400C.Calculea potncia requerida pelos compressores. Resp.: 68,2 kW e 97,6 kW 3- Em um sistema de refrigerao no refrigerante 22 a capacidade 180 kW temperatura de 30 oC. OVapordoevaporadorcomprimidoaumapressodecondensao,de1500kPa.Maistardeo sistema modificado para uma compresso de duploestgio operando no ciclo mostrado na Fig. 9-8 comresfriamentointermedirioa600Kpa,massemremoodovaporproduzidopelareduode presso. Calcule a potncia requerida pelo compressor simples do sistema original. Calcu1eapotnciatotalrequeridapelosdoiscompressoresnosistemamodificado. Resp.:70,9kW. 4-Umsistemadedoisestgiosaamniausandoremoodevaporproduzidopelareduode pressoeresfriamentointermediriooperacomociclomostradonaFig.9-9.Atemperaturade condensao 350C. A temperatura de saturao do evaporador de temperatura intermediria 0 oC, e sua capacidade de 150 kW. A temperatura de saturao do evaporador de baixa temperatura 40 oC,esuacapacidadede250kW.Qualavazoderefrigerantecomprimidopelocompressordo estgio de alta? Resp.:0,411kg/s. Figura 9-8. Figura 9-9. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 63 11TUBULAES DE REFRIGERANTE: Apesardoscuidadosnaseleoeaplicaodeequipamentosencontrar-se-o dificuldadesnaoperaodeumsistemafrigorficoseastubulaesdorefrigeranteforemmal projetadas e montadas. Umdosprincipaisfatoresaseremconsideradosquandodoprojetodeumsistemade tubulaesde refrigerao o movimento do leo. 11.1 Movimento do leo:Dadoqueumcompressortemqueserlubrificado, masorefrigeranteentraemcontatocomoleode lubrificao,arrastando-oparaastubulaesecomponentes dosistemafrigorfico.Destaformaatubulaodeveser dimensionada, de modo a produzir velocidades adequadas do fludoecominclinaescapazesdefacilitaroretornono leo para o crter do compressor. Sifo de leo: instalado na base de linhas verticais de gs quenteesuco(queconduzemumfluxoascendentede gs). Nas linhasde descarga o sifodestina-se a acumular o leo drenado do tubo vertical durante a parada, evitando que ele volte ao cabeote do compressor.De modo idntico nas linhas de suco. Ajudam o leo a iniciar a subida nos tubos verticais. O nmero de sifes em uma instalao vertical deve obedecer a seguinte escala:Linhas de at 2,5msem sifo De 2,5 8m1 sifo De 8 a 25m 2 sifo Separadordeleo:Umoutroelementoquesepodeserutilizadooseparadordeleo.O separador de leo um recipiente que recolhe o leo oriundo do compressor.O leo recolhido enviadonovamenteaocrterdocompressor.Apesardoseparadorreduziraquantidadedeleo em circulao, aso outras providncias so necessrias. Figura 2 Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 64 11.2 Sistema com Compressores com Modulao de Capacidade: OEstgiodecapacidademnimadeumcompressorcommodulaode capacidadeproduz normalmente velocidades do fludo quenoso adequadasparao movimentocorreto doleonostubos verticais.Para promovero movimentodoleo osifomodificado de modo a incluir um segundotubo vertical.Este conjunto denominadoum sistemadetubo vertical duplo. Noestgiode capacida-demnima de um compressor,a velocidadereduzida dofluidofazcom queoleodrenedostubosverticaisenchendoosifodeleo.Issodesviaofluxorestantedo fluidoparaotubodemenordimetro,quetemumadimensoadequadaparamantera velocidade do fluido necessria para o arrastamento do leo no estgio de capacidade mnima do compressor. Oaumentodecargadosistemalimpaosifodeleofazendoofluxodofluidopassar novamentepelotuboverticalmaior.Otuboverticaldemaiordimetrodimensionadopara produzirumataxarazoveldefluxonoinferiora5m/senemsuperiora20m/sdentrodos dois tubos verticais, capacidade total. 11.3Linha de descarga: A funo da linha de descarga consiste em transportar o gs refrigerante comprimido e o leo arrastado desde o compressor at o condensador. Alinhadegsquentedeveserdimensionadaparaproduzirumavelocidadedegsa carga mnima no inferior 5m/s em tubulao verticaise 2,5m/s em trechos horizontais. Alm disso o dimetro selecionado de tubo no deve produzir uma perda de presso superior 28 KPa paraR-12e42KPaparaR-22.Avelocidademximadogscomcargatotalnodeveser superior a 20m/s, pois originariam perdas de presso e rudos. 11.4 Linha de lquido: As linhas de lquidos no apresentam problemas de movimento de leo, pois geralmente estemistura-secomorefrigerante.Contudopodemapresentarproblemasseprovocarem mudanas radicais de temperatura ou presso. Ocorrendo isto poder resultar a formao de gs, indesejvelnavlvuladeexpanso.Asperdasdepressomximasrecomendadasnalinhade lquidoso de 28 kPapara R-12 e 42 kPa para R- 22. Figura 3 Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 65 11.5 Linha de suco: Alinhadesucodevesercuidadosamenteprojetadaparaassegurarumretornouniformedogs refrigerante seco e do leo arrastado para o compressor. As velocidades recomendadas so as mesmas das linhas de descarga. As perdas de presso mximas so de 14 KPa para o R-12 e 21 KPa para o R-22. Exerccio: 1)Selecione a linha de descarga de um sistema de refrigerao (sem modulao de capacidade)que utilizaR-22 da figura baixo e com as seguintes caracterstica carga = 20 TR; temperatura de evaporao -10 oC; temperatura de condensao = 41 oC; subresfriamento = 5 oC. 2)Selecionealinhadelquidodeumsistemaderefrigerao(semmodulaodecapacidade)queutilizaR-22,conformedesenhodafiguraacima,tendonolugardocompressoro condensador e no lugar do condensador a vlvula de expanso e o evaporador. Tendo as mesmas caractersticas do exerccios nmero 1. 3)Selecionealinhadesucodeumsistemaderefrigerao(semmodulaodecapacidade)queutilizaR-22,conformedesenhodafiguraacima,tendonolugardocompressoro evaporadorenolugardocondensadorocompressor.Tendoasmesmascaractersticasdo exerccios nmero 1.0,3 0,30,3 Obs.: Medidas emmetros 2,0 CONDENSADOR 20,0 Compressor Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 66 12TORRES DE ARREFECIMENTO E CONDENSADORES EVAPORATIVOS: Todos osganhos de calor em um sistema de refrigeraoou ar condicionado devem ser rejeitadosnocondensador.Paraseconseguirisso,ocondensadordeveserresfriadoagua, resfriado evaporativamente ou resfriado a ar. 12.1Torres de Arrefecimento:As torres de arrefecimento mais usuaisso trocadores de calor de tiragem mecnica de ar forado ou por induo com o fluxo do ar em contra corrente ou correntes mistas ou ainda torres atmosfricas. A guaquente oriundado condensador circula pela torre, entrando pela parte superior, distribuda atravs de borrifadores pela gravidade desde ao tanque coletor, onde succionada por uma bomba. O nvel do tanque mantido com torneira de bia. Assim a gua resfriada volta ao condensador de modo contnuo e uniforme, de queo calor cedido pelo fludo frigorgeno a gua de circulao lanado ao ar na torre. Torresatmosfricas:geralmentecolocadanacoberturadosprdiosdemodoa receberaincidnciadiretados ventosjquenopossui ventiladores. Torre de corrente de ar forado: Pode ser localizada em qualquerlugardesdequeem contato com o ar exterior. Possui umventiladorlateralnaparte inferior.Oarforadocontraa gua borrifada que cai. Torredecorrentede arinduzido:Instalada geralmentenacoberturados prdios.Oventiladorfica localizadoacimados borrifadorespossuindo venezianaslateraisnaparte inferior, para a entrada do ar. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 67 Escolha de uma torre de arrefecimento:Paraaescolhacorretadeumatorre,devemossaberaquantidadetotaldecaloraser dissipada, Q, a temperatura da gua quente (entrada) em oc (tw1) a temperatura de bulbo mido do ar ambiente (tu). Podem ser usados os seguintes valores: a=t - t ct t ctw uw ww21 22de 3 a 5,5 4 a 5,5 temperatura da agua resfriada (saida da torre)oo == Com estes dados seleciona-se uma torre atravs de tabelas e diagramas do fabricante.a= temperatura diferencial = aproach= diferena entre a temperatura da gua resfriada (tw2) e a temperatura de bulbomido do ar. (Tu) AtmosfricaCorrente de ar foradoCorrente de ar Induzido Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 68 Quantidade de gua em circulao: Emdadosprticosaquantidadedeguadecirculaodeveserde11,4a22,8lpor minuto por tonelada de refrigerao (TR) ou seja: 0,68 ou 1,36 m3/h Escolha de bomba de gua de circulao: Para a escolha de uma bomba dgua, devemos conhecer os seguinte parmetros:altura manomtrica em metros (Hm)vazo em m3/h 12.2CondensadoresEvaporativos: umacomposiodecondensadoretorreemumaspeasimilaratorre,masmais diretamente os tubos de serpentina do condensador est diretamente na trajetria das correntes de aredaguaeoresfriamentoevaporativoocorrediretamentenasuperfcieexternasdostubos.Uma instalao que usa o condensador evaporativo dispensa o condensador normal. Ogsquentevindodocompressorpassap/serpentinasdecondensao,onderecebea guaeoaresecondensa,sendodepositadanoreceptordelquidoemaltapressoedap/a vlvula de expanso. A vazo do ar dos ventiladores (que so colocadas em parte superior) deve ser em tomada 7,07m3/min p/TRA quantidade de gua de circulao deve ser de 3,78 l/min p/ TR. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 69 Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 70 13OUTROS ELEMENTOS DE REFRIGERAO: Umainstalaoderefrigeraoouarcondicionadodispealmdecompressor, condensador, evaporador, dispositivo de expanso, j estudados, de outros elementos auxiliares e de controle, que do muitas vezes fundamentais para o funcionamento e controle da sistema: Registros e Vlvulas Manuais: so vlvulas de fechamento nas canalizaes frigorficas so do tipo globo. Vlvula de Segurana:So vlvulas de alvio de proteo contra a sobre presso. Indicador de Lquido: serve para verificar a passagem do lquido da instalao.Filtros Secadores: eliminar partculas estranhas e e umidade das canalizaes. TrocadoresdeCalor:utilizadosparaoresfriamentointermediriodofludofrigorgeno.So geralmente dispositivos do tipo duplo tubo com refrigerante lquido no interior e no exterior passa o vapor aspirado pelo compressor. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 71 Separadordeleo:dispositivocolocadoentreo condensadorevitandoqueoleodocompressorse misture com o refrigerante e penetre no evaporador. SeparadordeLquido:dispositivousadop/evitara entrada de lquido no compressor. Purgadores de Incondensveis: visa eliminar gases no condensveis Depsitodelquidos:recipientedeformacilndricadestinadorecolherolquidofrigorgeno condensando p/ condensador evitando a entrada de vapor na vlvula de expanso, mantendo tambm o condensador seco. Elementos de controle:Vlvula de ao instantnea: fechar de acordo com a pressoVlvula depresso constante: mantm a presso invarivelVlvula de e aspirao: controla temperatura e pressoregulador sevo- controlador da presso da aspirao: controle de presso e aspirao Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 72 Vlvula de reteno: deixa passar fludo num s sentido. Vlvula de injeo termosttica: permite a abertura quando a temperatura de descarga do compressor torna- se excessiva Reguladores de partida:vlvulas de reduo de presso destinada a proteger o motor do compressor contra sobre cargas. Reguladoresdecapacidade:vlvulasespeciaisdereduodapressoutilizadanas instalaes onde os compressores dispe de dispositivos p/ reduo de capacidade. Termostatos: interruptores eltricos comandados p/ temperatura. Pressostatos: interruptores eltricos comandados p/presso. Monmetros: usado p/ medir a presso de alta e baixa e tambm do leo. Termmetros:mediratemperaturadesuco,descargaedo lquido. Umidostato: interruptor eltrico comandado p/ umidade. Almdesteselementosemarcondicionadoexistem:chavesde fluxo de ar e de gua, registros de ar, dampers etc... Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 73 14AR CONDICIONADO: Define-searcondicionadocomooarresultantedoprocessoondesocontroladasasua temperatura, a unidade, a movimentao e a pureza do ar, etc. Osparmetrosparaarcondicionadosodeterminadosatravsdenormasexistentes.NoBrasil estas definies se do de acordo com a ABNT na NBR-640. 14.1Conforto Trmico:asensaodebemestarreveladaporumapessoaemumgrupodepessoas,comrelaos condiesdoambientetrmico.Parmetrosindicadoresdasensaodeconfortotrmico, temperatura do bulbo seco, e mido. 14.2 Metabolismo Humano: Ohomemcomporta-secomummotortrmiconomeioemquevive,recebendoumcalorQ1 proveniente da queima de alimentos em suas clulas e liberando continuamente um calor Q2 para o meio tem com trabalho e resduos.Aoconjuntodetransformaesdematriaeenergiarelacionadoscomosprocessosvitaisd-seo nome geral de metabolismo. Aenergiaproduzidapeloorganismo,podeseravaliadaemfunodooxignioconsumidona respirao depende de diversos fatores. - natureza, constituio, raa, sexo, idade, peso, altura - clima, habitao e vesturio- sade, nutrio e atividade. O metabolismo bsico, que determina a dissipao de energia trmica por um indivduo, por m2 de superfciedocorpoemrepousoabsoluto(aps12hsdejejumdeitado,normalmentevestidoem condies ambientais de conforto) de 40 Kcal/h m2 S m P Kgf H m ( ) , ( ) . ( ), , 2 0 4266 0 72460 203 = 14.3 Trocas Trmicas do Corpo: Umavezquenosasatividadesdosorganismosanimais,comtambmascondies climticassoaltamentevariveis,necessitamlanarmodeummecanismodeadaptaotrmica para proporcionar a sua sobrevivncia este mecanismo a regulao trmica. A regulao trmica se verifica praticamente atravs de trocas trmicas, em forma de calor sensvel, Qs e calor latente Ql. Ohomemcomhomeotermo(temperaturaconstante),paramanterasuatemperatura constanteefetuatrocastrmicascomoambiente.Astrocastrmicascomomeiopodemser expressas atravs da chamada equaodo metabolismo: Qm Q Q Q Qo s r l= Sendo que: Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 74 = Qom c tc (kcal / h)expressa o calor necessario para variarde tca temperatura tc do corpo. m= massa do corpo cp= calor especfico do corpo tc= variao em torno da temperatura tc do corpo para tc= cte, tc=0 e Qo=0 Q A S(t t ) (Kcal/hAu ( + ,v) C v=S (m )T ( C)T ( C)v (m/s)Q S H t t Kcal hS (m )HttQ= B r E S s s aosoaor r s pl= = =expressa as trocas termicas em forma de calor sensivel.=para temperatura dea e apra pele branca e mormasmente vestida=superficie do corpo =temperatura do corpo =temperatura ambiente =velocidade do ar superficie do corpo =coeficiente de peliculo=temperatura media da pele=temperatura media das paredesrsp)( ) /1 013 18 30 2 322(P-P )Br ,Kcal/gE , + ,v (m/s)SP (paraC - mm hg)Ps vsov Kcal / h calor latente liberada para o meio em forma de exalacao e exsudacao.=0 a 1-coeficiente de utilizacao da possibilidade de evaporacao com relacao ao meio para B =0,13zona de conforto==coeficiente de evaporacao ==superficie do corpo= pressao de saturacao da agua na temperatura do corpo =pressao parcial do vapor d agua no ar0 622 9 17 437 47 14.4Escalas de Conforto Vriastentativastmsidofeitas,comconsidervelsucesso,paracorrelacionarfatoresdo meioqueinfluenciamoequilbriotrmicodocorpo.Aescolhadacombinaodefatoresqueem cada caso produza uma sensao de conforto tem sido baseada numa evidncia estatstica resultante deexperinciascomumnmerograndedepessoas.Asquatroescalasdeconfortoquetmsido estabelecidas so: (a)temperatura equivalente, (b)temperatura efetiva, (c)temperatura efetiva corrigida, (d)temperatura resultante de bulbo seco ou mido. Aprimeiradestasumconceitobritnicoresultantedetrabalhosexperimentaisrealizados comumaespciedeserhumanoartificial,denominadade"eupateoscpio".Emresumo,isto meramente um cilindro escurecido, com 55 cm de altura e 20 cm de dimetro. O cilindro aquecido eletricamente em seu interior e a potncia calorfica relacionada com a forma com que o cilindro perde calor para o meio por radiao e conveco. Um controle termosttico mantm a temperatura da superfcie do cilindro em 240C num meio com ar parado a 18,50C. A temperatura da superfcie do Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 75 cilindro,portanto,correspondeatemperaturamdiadasuperfciedeumserhumanovestidoem ambientessemelhantes.Da,aescaladetemperaturaequivalente(quelevaemconsideraoa temperaturaradiantemdia,temperaturadebulbosecoevelocidadedoar,masnoumidade relativa) foi estabelecida. EstaescalanosetemmostradomuitopopularforadoReinoUnidoeseulugarem aplicaesmodernasdecondicionamentodeartemsidotomadopeloconceitoamericanode temperatura efetiva que tem estado em uso por muitos anos. Em sua forma original, ela especifica a temperatura de umar parado, saturado, que d uma sensao de conforto iguala combinao dada demovimentaodear,temperaturasdebulbosecoemido.Assim,oefeitodaumidade superenfatizadoemtemperaturasbaixasesubestimadoparavaloreselevados.Umnovoconceito americano de temperatura efetiva se refere ao ar com 50% de umidade relativa e d resultados muito melhores, sendo associada com ambientes encontrados mais usualmente. Um trabalho independente feitoporFangertemproduzidocartasdeconfortoquedosbonsresultadoscomamaisnova temperaturaefetivaparapessoasvestidascomroupaleve,ematividadesedentriaecomuma velocidade de ar de 0,1 m/s. Seus resultados sugerem que, a despeito da idade, sexo ou raa, existe umanicaeconfortveltemperaturadebulbosecocomqualquercombinaodeparmetros ambientais,paraumadadaatividadeemododevestir.Atemperaturaefetivacorrigidalevaem considerao a radiao substituindo a leitura do termmetro de globo pela de bulbo seco, portanto considerandotodososquatrofatoresambientais.Atemperaturasecaresultanteatemperatura medidaporumtermmetrocolocadonocentrodeumaesferaescuracom100mmdedimetro (termmetro de globo) e para uma velocidade de ar 0,1 m/s 0,5 (trm+ t). mais amplamente usada naEuropadoquetemperaturasequivalentesoudeglobo.Estclarodoexpostoque,infelizmente, no existe at agora nenhum ndice de conforto completamente satisfatrio. 14.4.1 Temperatura Efetiva:Emboraoequilbriohomotrmicopossaserobtidoparavriascondiesdereceptividade trmicadoambiente,nemsempreestasoferecemamesmasensaodebem-estaraoorganismo humano. Para caracterizar a sensao de bem-estar ocasionada por um ambiente, em funo de sua temperatura,umidadeedeslocamentodoaradota-seoconceitodetemperaturaefetiva.A temperaturaefetivadeumambientequalquerpodeserdefinidacomosendoatemperaturadeum recinto que, contendo ar praticamente em repouso (velocidades compreendidas entre 0,1 e 0,15 m/s) ecompletamentesaturadodeumidade,proporcionaamesmasensaodefriooucalorqueo ambiente em considerao. O grfico da Figura abaixo determinado experimentalmente com o auxlio de grande nmero de pessoas,forneceastemperaturasefetivascorrespondentesadiversascondiesambientes, caracterizadas pela temperatura Ts e Tu e deslocamento do ar, para pessoas normalmente vestidas e em repouso (ASHRAE). Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 76 Atemperaturaefetivademximoconfortoestrelacionadacomascondiesdedespesa mnima de energia do organismo, a qual, conforme vimos, se verifica quando o mesmo no tem de lutar contra o frio ou o calor. Essas condies, ditas de neutralidade trmica, dependem dos mesmos fatoresqueinfluemsobreometabolismo,demodoque,narealidade,nopodemosfalardeuma temperatura efetiva de mximo conforto, mas sim de uma zona de conforto. Assim, d-se o nome de zonadeconfortoaoconjuntodecondiesdistintasdoar,caracterizadasnacartaPsicromtrica, capazdeproporcionarsensaesdebem-estarconsideradascomotimasparaamaioriadas pessoas.Talzona,almdeterlimitesvariveisdepessoaparapessoa,stendosentidocomoele-mento estatstico, varia com o vesturio, atividade, clima, estao do ano, idade, sexo etc. A zona de conforto, determinada estatisticamente por vrios experimentadores, para os E.U.A., temcomolimitesdetemperaturasefetivas,mnimo18.5 0Cemximo24,5 oC,correspondendoo valor mdio para o conforto de inverno, a 20 0C e o valor mdio para o conforto de vero a 22 0C. Quanto umidade, o grau higromtrico deve estar compreendido entre 40 e 60 %, a fim de permitir uma boa regulao trmica no caso de variao de atividade orgnica. Paraaescolhadatemperaturaefetivadeconfortoparaoverodeveser,entretanto,levado emcontatoaindaochoquedaspessoasaoentraremnosrecintosrefrigerados,devidorpida evaporao do suor acumulado nas roupas e pele, devido ao calor e umidade exteriores. Assim, alm de uma diferena de temperatura dos termmetros secos interior e exterior mxima aconselhvel de 8 0C, deve ser julgada satisfatria para pessoas que permanecem no recinto por espao de te mpopequenos,umatemperaturaefetivasuperiorindicadacomodemximoconforto,enquanto que,parapessoasquepermanecemnorecintoporespaosdetemposuperioresa40min.,a temperatura efetiva indicada deve estar situada na zona correspondente ao mximo conforto. ParaoBrasil,ondeometabolismo,deummodogeral,inferioraoverificadonosE.U.A.,a zonadeconfortodeveapresentar,paralimitemnimo,umatemperaturaefetivasuperior,sendo indicado pelas normas brasileiras NBR-6401. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 77 14.5Condies de Projeto: As condies de conforto a serem utilizadas em projetos, para o Brasil, so fixadas pela NBR-6401daABNT,intituladaInstalaesdearcondicionadoparaconforto:,aqualespecificaas condies externas e internas de projeto para vero e inverno. 14.6Tratamento do Ar: Asoperaesdetratamentodearpodemserclassificadasem:purificao,aquecimento, umidificao, refrigerao, desumidificao e mistura. Purificao:consisteeliminaodaspartculasslidaseimpurezasaseremexecutadas comoseguintesdispositivos:cmaraderetenodep,filtrossecos,filtrosdecarvoativado, filtros midos, lavadores de ar, filtros eletrosttico. Aquecimento: obtido por meio de um sistema de calefao. Umidificao: consiste no aumento da umidade do ar e se consegue por meio de injetores de vapor, recipientes com guae borrifadores de gua. Refrigerao:oresfriamentodoarobtidaatravsdeserpentinasevaporadoras,serpentinascomgua gelada e borrifadores de gua gelada. Desumidificao:consistenareduodaumidadedoarepodeserobtidaatravsde refrigerao, por absoro ou meios qumicos. Mistura: consiste na mistura de duas parcelas de ar em condio fsicas diversas. 14.7Sistema de Condicionamento de Ar: As instalaes de condicionamento de ar podem ser classificadas da seguinte maneira: Quanto ao tratamento do ar:instalao para aquecimento do ar. instalao para refrigeraodo ar. instalaoparadesumidificaodo ar. instalaoparaaumidificaoar etc. Quanto a localizao ao distribuio dos equipamentos: instalaes locais: condicionador de ar de janela. instalaes semi centrais. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 78 instalaes centrais: com condensao a gua e ar ou central de gua gelada. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 79 Quanto ao ar insuflado: com insuflamento nico. com insuflamento duplo. com tratamento de ar primrio. 14.8Projeto de instalao de ar condicionado: Noplanejamentodeumainstalaodearcondicionadodevemserobservadososseguintes itens: Dados:dadosconstrutivossobreasrecintosacondicionarsobreosrecintosacondicionar (plantas, cortes, orientao, especificao de materiais das paredes - limites, finalidade das pease no de ocupantes, equipamentos e iluminao, etc.) Condies de funcionamento: condies internas e externas - limites de acordo comNBR 6401. Escolhadosistema:atendendoaqualidade,finalidadeenaturezadoprdioemqueser executadaainstalao,serescolhidoosistemadearcondicionado,quantoaotratamento, localizao sistema de distribuio, etc. Levantamento da carga trmica: clculo das cargas trmicas de refrigerao e aquecimento. Clculodatemperaturadeorvalho(to)dainstalao:afimdepermitiraretiradadocalor latenteecalorsensvelnaproporonecessriaparamanterascondiesdeconfortonosrecintos condicionadosatemperaturadeorvalhodainstalao(to)deveserescolhidocriteriosamente.Para Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 80 retirar as parcelas de calor sensvel (Qs) e latente Q1 na proporo desejada calculamos o fator de calor latente (F.C.L). F C L=QQ Qls l+ Proporesentreocalorlatenteambienteeocalortotalambientesuperiora42,5%(to =0 oC) no podem ser retiradas por simples refrigerao. Como a temperatura de refrigerao deve ser 3 a 9 oC inferior a temperatura do orvalho, o rendimento frigorfico da instalao derefrigerao cai rapidamentecomTo.Nessascondiesparapossibilitarocondicionamentodoarparaambientes cujo o F C L superior 42,5%, e mesmo evitar a quebra do rendimento frigorfico pela adoo de temperaturasdeorvalhomuitobaixasadotam-seoreaquecimento,ouescolhadecondiode conforto prximos da linha de saturao. =to insuflamendevolume = Vto insuflamen de ra temperatu = t 288 00,25). a 0,05 = Fbp de ordem na (estando mesma da atraves ardo e velocidad da e tubos defoleiras de numero do sepentina, de tipo do depende que e pass, byde Fator=orvalho de a temeratur =ar de to insuflamen de ra temperatu =retorno de ra temperatu =ambiente sensivel calor 288 0is3iSr sBPosrSo r BP o ss rSs r pS V ,Q- =t tFtttQ) -t (t +F =t onde t)hm() t (t ,Q) -t (t g CQV= Seleodeequipamentos:Aseleodeequipamentosrealizadaconformeasexignciasnas condies de funcionamento e de acordo com os valores calculados anteriormente. Circuitos de distribuio do ar: O sistema de circulao do ar, numa instalao de ar condicionado semelhanteaodeumainstalaodeventilao,levando-seemcontaoselementosadicionais (serpentinas, borrifadores, etc.). Isolamentotrmico:Todasaspartesdainstalaodoarcondicionadoquemantmdiferenade temperaturatilemrelaoaoexteriorouaomeiodevemserisolados.Ex.:canalizaodefluido frigorgenos ou gua gelada, dutos, os prprios recintos quando houver justificativos econmicos. Sistema de controle e segurana:chaves magnticas dos ventiladores, bombas, elementos de aquecimento, compressores etc. pressostatode alta e baixa nos compressores que agem sobre as chaves magnticas. termostato ambientes para controle de temperatura. umidostato: controla a umidade. chave de fluxo Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 81 termostato de calor. Casa de mquinas: A casa de mquinas de umainstalao deve apresentar condies de ligao, localizao eespao indispensveis e suas funes. Assim deve ser defcil acesso, deve dispor da ligaodapotnciaeltricanecessria,dreno,alimentaodeguadecondensaoe/ou umidificao (se for o caso). O espao deve ser suficiente para a instalao e manuteno adequada dos equipamentos, permitindo a fcil remoo de seus elementos. Deummodogeralpodemserutilizadasasformasaseguirparaoclculodareadeuma casa de mquinas:(PequenasCentraiscomcicloreversoouaquecimento eltrico) (Pequenas Centrais com aquecimento por meio de gua quente) S = rea em m2 P = Potncia em TR 13 + =PS22 + =PS Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 82 14.9Dados prticos Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 83 Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 84 Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 85 15VENTILAO: D-seonomedeventilaoaoprocessoderenovaroardeumrecinto,tendocomo finalidadecontrolarapurezaedeslocamentodoar,podendotambmcontrolaratemperaturae umidade. 15.1 Composio do Ar: A composio bsica do ar atmosfrico respirvel em condies normais em volume : 78,03 % N2 20,99 % O2 0,03 % C O2 0,47 % H2 O 0,48 %outrosgases,almdeodores,poeirae bactrias Oarambientenotemamesmacomposiodoarpuro,podendotornar-seinadequadosarespirao. Existem limites admissveis do ar ambiente:a) Para presses muito baixas (altitude de 3.300m ) a respirao torna-se difcil. b)Devido ao desprendimento de calor e vapor de gua efetuado pelo corpo humano e outros equipamentos, aumenta rapidamente e temperatura e umidade do ambiente dificultando o metabolismo humano. c) O ndice mnimo de oxignio recomendado para a respirao de 14%, pois para 10% de oxignio verifica- se asfixia e com 7% a morte. d)Existe vrias causas da contaminao do ar : Pessoas e animais reduzem O2 e exalam microorganismo Combusto e iluminao consomem O2 e produzem gases. Automveis consomem 02 e produzem gases. Fumantes. Industrias. 15.2Quantidade de Ar Necessrio a Ventilao: Oorganismohumanoemrepousoconsome16l/hdeO2paraoseumetabolismobsico. Nem todo o O2 do ar aproveitado, ou seja, apenas 5,5% do volume do ar respirado. Ento conclui-se que consumimos 300 L de ar p/ h, na realidade dependendo da atividade do indivduo ou do tipo do ambiente pode ser de 25 a 150 vezes indicado acima. A tabela4 da NBR-6401 relaciona valores para a renovao de ar exterior. Para melhorar as condies de conforto trmico do ambiente pode ser adotado uma maior vazo de ar. Quandosetratadeventilaopermanentedeambientesondesoproduzidasgrandes quantidades de calor (salas de mquinas, de caldeiras, de fornos, churrasqueiras, cozinhas, etc.), nos quaissedesejamanteratemperaturadorecinto,(Tr),poucoacimadatemperaturaexterior(Te)a quantidade de ar necessria ser dado por:Te) Tr ,QTe) Cp (TrQV=( 288 0 Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 86 Q= quantidade de calor a retirar do ambiente considerado. Podero tambm ser adotados ndices de renovao do ar: o ndice de renovao do ar para ventilao natural n = 1 a 2o ndice de renovao do ar para ventilao artificial n > 6A seguir so apresentados ndices recomendados para alguns ambientes, onde V=nVa n = ndice de renovao (nmero de renovaes por hora)Va=Volumedo ambiente 15.3Tipos de Ventilao: VentilaoNatural:aquelaqueseverificaemvirtudedasdiferenasdepressesnaturais (originadas pelos ventos e gradientes de temperaturas) existentes atravs das superfcies que limitam o ambiente considerado. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 87 Ventilaoforada:quandoarenovaodoarproporcionadaparadiferenasdepresso criadasmecanicamente.Aventilaoforadapossibilitaotratamentodoaresuamelhor distribuio. De acordo com o tipo de contaminao do recinto e ventilao mecnica adotada pode ser local exaustora ou geral diluidora. Naventilaolocalexaustoraoarcontaminadocapturadoantesdeseespalharpelo recinto, verificando-se pela retirada do mesmo, a entrada do ar exterior de ventilao. Naventilaogeraldiluidoraoarexteriordeventilaomisturadocomoarviciadodo ambienteconseguindo-se,comisso,umadiluiodocontaminanteatlimiteshigienicamente admissveis. Aventilaogeraldiluidoraserfeitaporinsuflamentoquandooambienteforlimpoepor exaustoquandoacontaminaodoambienteforelevada,podendoseadotarosistemamistoem situaes especiais. Onde:V = K. v. P. H V = Vazo em m3/h K= Constante que depende do tipo de boca = 1,25 a 1,4 v = velocidade de captao = 0,2 a 0,4 m/s P = Permetro da boca Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 88 15.4 Distribuio do ar em recinto: Asinstalaesdeventilaomecnicaquesedestinamaoconforto, geralmentesoporinsuflamentoondeoardeveserdistribudouniformementesobreasuperfciedolocal,devendo ser evitadasascorrentesdesagradveis, (V> 0,25 m/s)zonas de estagnaes e os curto circuitos. Atabela13daNBR-6401apresentaasvelocidadesrecomendadasnossistemasde distribuio de ar. 15.5 Perda de carga em dutos: Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 89 Dutos Reto Circular: 22vdlf P = ( )2Re3 , 91 log log 2 14 , 11)`+ +=fddf MVD= Re Dutos Retos Retangulares: b oZ.o.bb) Z.(o4.o.b I) fronsverso secoo do oreo+=+= == perimetro.(DeqvDeglf P422 Expanso brusca:22121) 1 (2PAA v = Contrao brusca: P = perda de carga Pa f= coeficiente de atributol= comprimento d= dimetro v= velocidade = densidade do fludo (ar) em kg/m3 a b 12 Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 90 222) 11(2P = cCv Curvas: geomefrico fofor vZ. = P Ramificaes de Extrao: ( ) ( ) Pv vvj jm= 220 4 1, em Pa 1o -2 jm b Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 91 Ramificaes de Admisso: ( ) Po em((( = 22) ( 12jmjvvvP PvAAjmb=|\|.| (((22215 1, 15.66.6.Dimensionamento dos Dutos: Umsistemadedutosparadistribuiodearemumsistemadeventilaoouar condicionado,consistedetrechosretos,cotovelos,ramificaesdeentradaesada,registros, difusores, e bocas de insuflamento em geral.O dimensionamento de um sistema de dutos envolve um processo sofisticado onde resultem razoveisdimensesdosdutosevelocidadesdesejados.Osmtodosdeclculosadotadosso: mtododavelocidade,mtodosdeigualperdadecargaomtododarecuperaodapresso esttica. Mtododavelocidade:consisteemselecionaravelocidade(descargadoventilador)e escolhervelocidadesprogressivamentemenoresassimdimensionandoseesdosdutos. O ventilador deve ser selecionado de modo vencer as perdas de cargas do sistema. Mtodosdeiguaisperdasdecarga:consisteemadotaramesmaperdadecargapor unidade de comprimento para toda a canalizaojm B b Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 92 Mtodo da recuperao de esttica: a reduo progressivamente da velocidade para recuperarapressoestticaafimdevencerasperdasdecargas.Oprincpioestem dimensionarumtrechodedutosparaqueoacrscimoempressoesttica.Podeser utilizada a equao das presses de Bernoulli para o clculo da recuperao da presso, ou ento o diagrama duplo esquematizado a seguir. VALORES APROXIMADOS DO COEFICIENTE DE RESISTNCIA E DO COMPRIMENTO EQUIVALENTE LRLL=7 LR= 4 Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 93 Ex.: Dimensione a rede de dutos que apresenta a distribuio e o lay-out ao lado representado 400 m3/h 2,0 m 1550 m3/h 500 m3/h 250 m3/h 400 m3/h 2,0 m 1,0 m 2,0 m3,0 m Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 94 15.7 BOCAS DE INSUFLAMENTO:So as aberturas atravs das quais se introduz o ar no ambiente, p/ ser de parede ou teto. As grades de parede podem ser classificadas em: grades de palhetas horizontais e verticais fixas. grades de palhetas horizontais e verticais de simples deflexogrades de palhetas horizontais e verticais de dupladeflexo. As grades de insuflamento de teto podem ser de diversos tipos: difusor de placa perfurada grades que jogam o ar horizontalmenteaerofusos S - difusores com anis ou palhetas embutidas aerofusos ES difusores com anis ou palhetas em degrau.difusores com sada central ou com iluminao Almdessesosdifusoresdeforropodemserquadradosouretangulares,semi quadrados semi retangulares. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 95 Induo: o fenmeno pelo qual parte do ar ambiente entra em movimento devido ao choque do ar primrio que ao ser insuflado no ambiente, perde velocidade e se mistura com o mesmo. Divergncia: o angulo formado pelo fluxo de ar tanto no plano horizontal com vertical o qual devido a induo, cresce ao afastar- se da boca do insuflamento. Jato: distncia percorrida pelo fluxo de ar desdeo seu lanamento at que sua velocidade se reduzaaumvalorsuficientementebaixoparaqueochoquedomesmocontraosobstculosno possa produzir correntes desagradveis. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 96 As velocidades terminais so:AMBIENTEVEL. TERMINAL industrias, corredores, reas de acesso 1 m/s escritriospblicos,lojas,restaurantes,igrejas, teatros. 0,75 m/s escritrios particulares, residncias, hospitais, quartos de hotel 0,5 m/s mnima0,25 m/s Jato =K VSse Se= rea efetiva K e A dependem do tipo de grades (ver tabela abaixo). Vs= Vazo Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 97 Perda de carga na boca:ocimo fobeIo~ ou gvPgvP=f2 2212 Procedimento para seleo e dimensionamento das bocas de insuflamento. a)Escolha dos pontos de insuflamento para uma distribuio uniforme do ar. b) Escolhadotipodebocaausarconformealocalizao,formaedimensesdareaa atender.c)Dimensionamentododifusorapartirdotipoescolhido,jatovelocidadeterminal recomendada,vazo.Odimensionamentopodeserfeitoatravsdediagramasoutabelas de fabricantes. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 98 Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 99 Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 100 15.8 Filtros: Osadotados normalmente nas instalaesde ventilao diluidora so: filtros de tela galvanizada empregnada de leofiltros de l de vidrofiltros de pano de materiais sintticos. eletrosttico. A seleo dos filtros de ar deve ser bastante criteriosa, onde uma das solues baseia-seno conceito de que a filtragemdevealcanaraqualidadequeseteria,casosetomasse100%dearexterno(assumindoqueesteatendaas recomendaes ambientais). Aoconsiderarprimeiramentespartculasemsuspensonoar,utiliza-seoquadroabaixo,ondefiltros grossos,finoseabsolutossolistadosconformesuaseficinciasparaumnicotamanhodepartculas,ondefoi escolhida o tamanho 0,3 m. Descrio do Filtro de Ar ASHRAE 52-76 Colorimtrico2 ASHRAE 52-76 Gravimtrico2 Efic. Inicial % Efic. Final % Efic. Mdia % Mdia Eficincia25-30 %92 %12515 Mdia eficincia40-45 %96 %55534 Alta eficincia60-65 %97 %197050 Alta eficincia80-85 %98 %508668 Alta eficincia90-95 %99 %759987 HEPA 95%--9599,599,1 HEPA 99,97%--99,9799,9799,97 Eficincia de filtros para partculas de 0,3 m- Quadro 7 - Fonte: Liu e outros apud Bennet(9) Classe de FiltroEficincia (%) GrossosG0 G1 G2 G3 30 59 60 74 75 84 85 e acima FinosF1 F2 F3 40 69 70 89 90 e acima AbsolutosA1 A2 A3 85 94,9 95 99,96 99,97 e acima Classificao dos filtros segundo a ABNT 6401 Mas a preocupao com a qualidade do arinterno no se restringe simplesmente s partculas em suspenso, mastambmcomodores,microorganismos,compostosorgnicosvolteis,etc.Assimseutilizamosfiltrosdecarvo ativadoquepromovemalimpezadoarpormeiodaadsorsoeosfiltrosbiocidas,quesofiltrosdearemquese aplicam agentes bactericidas, fungicidas ou algicidas. Outrosestudosqueestosendoapresentadosemeventosinternacionaistmapresentadotecnologiade filtragensmaiseficazes,comoporexemploautilizaoderadiaoultravioletanosdutosdear,filtrosbactericidas usandoenzimasimobilizadasnasuperfciedomeiofiltrante,filtroscomeficinciaaumentadaatravsdeumprocesso eletrosttico no meio filtrante, etc.Precaues a serem tomadas:Deve ser previsto um estgio de filtro grosso para a tomada de ar exterior (de classe G1 a G3). Limita a entrada de sujeira no prdio e protege os equipamentos do sistema de ar. Quando o ar exterior no atender os requisitos mnimos em termos de gases, deve ser selecionado tambm umestgiodefiltrodecarvoativado,protegendo-ocomumapr-filtragemclasseG-3contraaacumulao desnecessria de p. Nos filtros de carvo ativado a eficincia decresce com o tempo de utilizao, por isto deve ser utilizada a eficincia mdia para os clculos de seleo. Deve-se garantir acesso aos filtros, proporcionando espao adequado para instalao e trocas dos mesmos. Deve-se evitar a passagem de ar no filtrado por m vedao entre a moldura e o quadro do filtro. ClasseG:TesteGraviomtrico,conformeAshrae52-76 (Arrestance) ClasseF:TesteColormtrico,conformeASHRAE52-76 (Dust Sport) Classe A: Teste DOP, conforme U. S. Militar Standard 282 Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 101 Os filtros necessitam de limpeza ou substituio peridica. Adotar sistemtica para acompanhamento dosujidadedofiltro.Nestasfichasdeacompanhamentodevemestarapontadososdadostcnicos,perdadepresso final, nominal e do filtro em questo. Nomomentodatrocadosfiltrosimportantequesejarealizadaumaboalimpezadosquadrosdefixao,estrutura, equipamentos e etc. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 102 Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 103 15.9Ventiladores. Doistiposdeventiladorespodemseradotadosventiladorescentrfugoseaxiais,sendoos primeiros mais utilizados, e o segundo em instalaes pequenas e de exausto. Osventiladorescentrfugosadotadosemventilaogeralmentesodepsvoltadospara frente, que atingem as presses necessrias com menos velocidades perifricas e que em decorrncia menores nveis derudos. Estes ventiladores podem ser de dupla ou simples aspirao. A potncia do ventilador nos dada pelaexpresso: Pv Ps TT=75 P= Potncia em Cv Vs= Vazo em m/s PT= Diferena de presso total a ser vencida pelo ventilador T=Rendimento total do ventilador, o qual varia de 0,3 a 0,7, podendo se tomar como mdio o valor 0,5. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 104 16ISOLAMENTO TRMICO: Isolantessomateriais de baixo coeficiente de condutividade trmica. Geralmente somateriais porosos, cuja elevadaresistnciatrmicasedevebaixacondutividadedearcontidoemseusvazios.Diantedistoquantomenora densidade do material e maior os poros, maior o poder de isolamento.A finalidade do isolamento do frio, ou calor, reduzir as trocas trmicas indesejveis e, manter a temperatura daparedeexternadorecintoisolada,prximaadoambiente,afimdeevitarproblemasdecondensao,nocasode ambientes frios. 16.1 Propriedades Um bom isolante deve apresentar as seguintes qualidades:ter baixa condutividade trmica; ter boa resistncia mecnica; no sofrer fisicamente, influncia da temperatura em que aplicado; no ser combustvel; ser imputrescvel e inatacvel por pragas, ratos e etc.; ser abundante e barato; ter baixa permeabilidade ao vapor dgua. 16.2 Isolantes Comerciais Atabelabaixorelacionaalgunsmateriaisisolantesusadosnarefrigerao,comasrespectivas propriedades. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 105 16.3 Clculo da Espessura do Isolamento A espessura do isolamento, a adotar numa instalao frigorfica, normalmente calculada a partir da expresso da resistncia trmica. Assim para o caso de uma parede plana teremos:Os coeficientes 2 1 ecorrespondem transmisso de calor entre a parede e o ar e,podem ser tomadas como: C h m Kcal aoerior2) (int 1/ 15 7 = (Dependendo da movimentao do ar) C h m Kcaloexterir2) ( 2/ 25 = O T a diferena de temperatura entre o ambiente refrigerado e o exterior. Uma soluo rpida para o clculo da espessura do isolamento, consiste em considerar com efetiva apenas a camada isolante, desprezando-se a favor da segurana as demais resistncias trmicas (paredes de alvenaria, etc.). Nestas condies a expresso da resistncia trmica global da parede, torna-se: Donde:KkTSQkli ii= Adota-se como orientao definir valores deT KSQ = , que classifica-se de acordo com a qualidade de isolamento: Visando evitar a condensao superficial a temperatura externa da parede no deve ser inferior a temperatura de orvalho do ambiente. Conhecendo-se a temperatura a isolar e a temperatura do ambiente, pode-se equacionar o problema como segue:) ( ) (/T TSQkT Ts Qklaioii = + + = ==S kSlS KS QTRt2 11 1 1 S klKS QTRiit ==1 Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 106 16.4Isolamento de Equipamentos e Canalizaes: Todos os equipamentos e canalizaes de uma instalao de refrigerao ou ar condicionado, que funcionam a uma temperatura inferior a do ambiente, devem ser isoladas, sobretudo para impedir a condensao do vapor dgua do ar. Alm da espessura adequada de isolante o isolamento dos equipamentos e canalizaes frios, deve apresentar impermeabilizao perfeita e contnua contra a penetrao da umidade (barreira de vapor). O clculo do isolante para tubos cilndricos pode ser orientado com segue: ce aL R QT T 221= 12ln21RRLk QT Tie= ) (22e a eT TL RQSQ = = Estes valores obedecem com aproximao a equao prtica:( )31 23 , 23 , 410mmDTR R + |.|\| = 16.5Espessura Econmica de Isolamento A medida que aumentarmos a espessura do isolamento, as perdas trmicas diminuem, mas o custo do isolamento aumenta. A espessura econmica do isolamento ser para a qual a soma do custo das perdas trmicas e do custo de amortizao do material isolante um mnimo (ver figura abaixo). R1 R2 Ki Te Ta T Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 107 17 OUTROS SISTEMAS DE REFRIGERAO: 17.1 Refrigerao por Absoro: Ofuncionamentosebaseianofatodequeos vaporesdealgunsdosfludosfrigorgenos conhecidosseremabsorvidosafrio,emgrandes quantidades por certos lquidos ou solues salinas. Aquecendo-seestasoluobinriaverifica-seuma destilaofracionadanaqualovaporformadoser riconofludovoltil(fludofrigorgeno)podendo serseparado,retificado,condensadoeaproveitado paraaproduodefriocomonasmquinasde compresso.Paratornarcontnuo,orefrigerante vaporizadopostonovamenteemcontatocomo lquidoqueoabsorvente,proporcionandoassimo abaixamentodapressoeformaasoluo concentrada para dar continuidade ao processo.Osistemaderefrigeraomaiscomumo que utiliza amnia como refrigerante e a gua como absorvente.Atualmenteasoluomaisusadaa queutilizaaguacomorefrigeranteebrometode ltio como absorvente. Estasmquinasutilizamenergiatrmicaem vezdeenergiamecnica.Permitindoarecuperao de calor gerado em outros processos industriais. Tipos de Sistemas: 17.1.1 Refrigeradores Domsticos: Este sistema constitudo, basicamente por 4 componentes: aquecedor (gerador), condensador, evaporador e absorvedor. O princpio de funcionamento descrito a seguir: Soluo Refrigerante no Sistema Desligado Imagine um sistema absoro desligado e no nvel. Verifique na figura 1, onde mostrada a posio e o nvel da soluo refrigerante, representado com traos cruzados e diagonais.Os tubos A e B so sinalizados em dois pontos diferentes, representando ser o mesmo tubo. IstosignificaqueasoluocontidanotuboAnotemligaocomotuboB,emboraumpasse internamente no outro. Isto explica os dois nveis diferentes da soluo refrigerante, entre A e B. O circuitodotuboAmantmomesmonveldotanque(1),eotuboBcomonveldaentradado absorvedor(2).Estesnveispermanecemduranteofuncionamentonormaldosistema,porm,a soluo apresenta caractersticas diferentes. Incio de Funcionamento Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 108 Aoacendermosoqueimadorags,querosene,ouaoligarmosaresistnciaeltrica, aplicamosumaquantidadedeenergiacalorficanoaquecedor.E,atravsdesoldasdetransmisso de calor, inicia-se o aquecimento da soluo refrigerante, vinda do tanque. Observenafigura2omovimentodasoluonotuboA,quetemligaosomentecomo tanque.(SoluoRica).AoentrarnotuboC(bomba),asoluoaquecidaeimpulsionada (bombeada) para cima. Sabemos que a soluo rica (que vem do tanque) tem uma concentrao de amnia em torno de 34%, sendo que o resto gua destilada. Como os dois componentes tm pontos de ebulio (ferve) diferentes, o que vaporiza antes a amnia. Contudo, o vapor de amnia, em alta temperatura, arrasta certa quantidade de gua pelo tubo C. Circuito da Soluo PobreComovimosnoitemanterior,aamnia evaporaearrastaconsigosoluopobre(gua). Aguatempontodeebuliosuperioraoda amnia, e por isso o vapor de gua no sobe at aocondensador.Verifiquenafigura3quea gua, ao sair do tubo C (tubo da bomba), cai por gravidade, e desce pelo tubo B (tubo da soluo pobre),saindosomentenoabsorvedor.Como sovasoscomunicantes,onveldasoluo pobre,notuboB,permanecenomesmonvel que o tubo que entra no absorvedor. Visto que a amniatempontodeebulioinferioraoda guaemenordensidade(peso),nocondensae nocaiporgravidadenotuboB(tuboda soluo pobre). OvapordeamniasobepelotuboD(pr-ondensador)paraposteriormenteentrarno condensador. Circuito da Amnia LquidaApsaamniater-seseparadodagua noaquecedor,segueparaocondensador passandopelotuboD(Fig.4).OtuboD, denominadodepr-condensadorouretificador, temafunoespecficadecondensar (liqefazer)ovapordeguaqueocasionalmentesobejuntocomovapordeamnia.Ovaporde gua condensado retorna (por gravidade) para o tubo B, onde se dirige para o absorvedor. O vapor de amnia segue at ao condensador, que construdo em forma de serpentina de tubos com aletas. As aletas tm a funo de aumentar a superfcie da rea de troca de calor com o ambiente externo. A funo do condensador liqefazer os gases (vapor de amnia) quentes, provenientes do aquecedor (tuboC).Nasadadocondensador,ovapordeamnia,jliqefeito(lquido)fluipelotubode amnia(tuboE)e,porgravidade,conduzidoataoevaporador.Notequeonveldaamnia lquida, no tubo E, permanece no mesmo nvel que o da entrada do evaporador. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 109 Funo do Absorvedor Nositensanterioresvimosqueaamnia sai do tanque, entra no aquecedor (tubo C), onde vaporizada,eemseguidaliqefeitano condensador.Tambmvimosqueasoluo pobre (gua) retorna pelo tubo 8, at entrada do absorvedor. Oabsorvedor(Fig.5)umaserpentinaem formadeespiralemdesnvel,queevitaaparada dasoluo,paranoprejudicaracirculaodo hidrognio. No absorvedor existem dois fluxos: a soluopobredesce,porgravidade,eo hidrogniosobe(gsleve).Destaforma,o absorvedor tem dupla funo: Asoluopobre,aodescerpelotubodo absorvedor,seencontracomohidrognio,que estsubindo,saturadocomvapordeamnia. Comoaguaabsorvente,retiratodo vapor de amnia do hidrognio, deixando-opuro,e,consequentemente,maisleve, favorecendogradativamenteasubidado hidrognio at ao evaporador. Asoluopobrequeretornadoaquecedor (tuboB)bemmaispobrequeasoluo encontrada no tanque (recipiente G). Caso nohouvesseabsorodevaporde amniadohidrognio,estasoluo entrarianotanque(G)ecausariabaixa concentraodasoluo,prejudicandoo comportamento do aquecedor.Resumindo,oabsorvedorpurificao hidrognio,melhorandoorendimentodo sistema,eenriqueceasoluopobre,evitando alteraes no funcionamento do aquecedor. Evaporador O evaporador (Fig. 6) do sistema absoro de pequenos refrigeradores so confeccionado de tubos, Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 110 em forma de serpentina. Como a funo de um evaporador evaporar um refrigerante, neste caso nodiferente.Aamnialquida,quesaidocondensador,fluipelotuboE,atentradado evaporadorF.PelotuboH,ohidrogniopuro,sobeatseencontrarcomaentradadaamnia.No instante em que a amnia lquida sai pelo tubo E, e entra no tubo F, encontra um ambiente de baixa presso,possibilitandoaexpansoinstantneadaamnia.Comosabemos,qualquergs,na mudanadeestadolquidoparagasoso,absorveumaquantidadedecalor.Nonossocaso,essa mudanaprovocaoesfriamentodostubosdaserpentinadoevaporadoreeste,porsuavez,troca calor com a carga (alimentos, etc.), contida no compartimento do refrigerador. Retorno da Amnia Aps a amnia ter-se evaporado, mistura-se com o hidrognio. (Fig. 7). Como o gs da amnia mais pesado que o hidrognio e os dois se misturam, descem, por gravidade, pelo tubo 1. Este gs pesado, atravs do tubo 1, se dirige at ao tanque (G), onde se encontra com a soluo refrigerante mais pobre. Da ocorre mais uma vez a absoro da amnia pela soluo do tanque. Funcionamento Normal Anteriormentevimos,passoapasso,os tuboscomponentes,fluxodasoluoedo hidrognio,dosistema.Agorapassaremosa analisarofuncionamentodosistema,emregime contnuoduranteofuncionamentonormal. Observamos,pelalegendadafigura8,quecada componente,outubodosistemaumafuno especifica. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 111 Recapitulando: Asoluorefrigeranterica(aprox.34%)que est no tanque (G) sai pelo tubo A, que abastece aquecedor.Noaquecedor,asoluoaqui (ferve),evaporizada.Ovapordaamniapelo tuboCeentranocondensador,ondevaporde amnia(gs)liqefeita.Porgravidade,desce pelo tubo E, que entra no evaporador. Sabemos, tambm, que a soluo rica do tanque (G) contm gua, e que esta no vaporiza com a amnia. Por isso, a gua (soluo pobre aprox. 15% de NH3) retorna pelo tubo B, tem ligao direta com o absorvedor. A soluo pobre, no absorvedor, tem a funo especfica de purificar o hidrognio que sobe para o evaporador. No evaporador a amnia evapora, misturando-se com o hidrognio, tornando-se um gs pesado, e, por gravidade, retorna ao tanque pelo tubo I. Este vapor de amnia cai no tanque (G), e imediatamente absorvido pela soluo. Esta soluo, j em estado de mistura homognea, inicia novamente o mesmo percurso descrito anteriormente, formando um ciclo ininterrupto. NOTA:Nafigura9,observamosque existem dois componentes (tubos) que no foram mencionados anteriormente. Isto porque eles no fazempartedecomponentesnecessariamente exigidosduranteofuncionamentonormaldo sistema. tuboestabilizador(J)temafunonicae especficadepermitirqueovaporde amnia, proveniente do aquecedor, e que no atingiuatemperaturadecondensao,possa Terumapassagemderetornoparaotanque. Istoocorresomentequandoorefrigerador forinstaladoincorretamente,nopermitindo acirculaodearpeloscomponentes traseirosdosistema.Estecomponenteatua tambm quando o refrigerador instalado em locaisouregiesdetemperaturaambiente muito elevada, superior a 45oC . A vlvula de segurana (tubo L) confeccionada emtubodedimetrode6,0mm,comliga fusvelinternadebaixopontodefuso (138oC).Estlocalizadanumpontodo Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 112 sistema(absorvedor)ondecirculasomenteohidrognio.Afunodestavlvulaade protegerolocalondeorefrigeradorestiverinstalado,duranteumincndio,evitandoqueo sistema detone por excesso de presso do hidrognio, causando maiores danos. 17.1.2 Sistemas Industriais: Ociclodeabsorodesistemasindustriaismostradonafigura10.Aoperaode compressoproporcionadapelamontagemapresentadanametadedodiagramaesquerda.O vapordebaixapressodoevaporadorabsorvidopumasoluoliquidanoabsorvedor.Seesse processodeabsorofosseexecutadoadiabaticamente,atemperaturadasoluoiriasubire eventualmenteaabsorodevaporpoderiacessar.Paraperpetuaroprocessodeabsoroo absorvedor resfriado por gua ou ar, que finalmente rejeita esse calor para a atmosfera. A bomba recebeolquidodebaixapressodoabsorvedorelevaasuapresso,eoentregaaogerador.No gerador,calordeumafontedealtatemperaturaexpulsaovaporquetinhasidoabsorvidopela soluo. A soluo lquida retorna para o absorvedorpor vlvula redutora de presso cujo propsito promover a queda de presso para manter as diferenas de presso entre o gerador e o absorvedor. Osfluxosdecalordesceparaosquatrotrocadoresdecalorcomponentesdo ciclodeabsoroocorremdaseguinteforma:ocalordeumafontedealta temperaturaentranogerador,quantoqueocalorabaixatemperaturadasubstncia que est sendo refrigerada entra no evaporador. A rejeio de calor do ciclo ocorre no absorvedorecondensadoratemperaturastaisqueocalorpossaserrejeitadoparaa atmosfera. Nestes sistemasgeralmente usado o brometo de ltioe gua. 17.2 Refrigerao Termoeltrica: Emumcircuitofechadoconstitudopor2metaisdiferentesCirculaumacorrenteeltrica semprequeas2junesforemmantidasatemperaturasdiferentes.Sendoobservadooinverso fazendo circular uma corrente eltrica na mesma direo da F.E.M. verificando-se o resfriamento do Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 113 pontodejuno.OBi2Te3 (TeluretodeBismuto) possuipropriedadescomomaterial semicondutor que permite criar diferenas detemperaturas na ordem de 72oC. 17.3 Refrigerao por Adsoro: Aabsoroumfenmenopeloqualpondo-seemcontatoumslidocomumamisturade fludoumdestesretidopeloslido,resultandoumenriquecimentodofludonoadsorvido.A adsoro verifica-se com o desprendimento de calor. A adsoro mais usada para desumidificao do ar. Os absorventesmais comuns so slica gel e alumnio ativado. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 114 18SISTEMA DE CALEFAO : Calefao o aquecimento do ar com a finalidade de atender ao conforto humano.Quantoafontedeenergiaadotadapodemoscitar:aeletricidade,abombadecalor(mquina frigorficafuncionandoemcicloreverso)eoscombustveiscomoogsliqefeitodepetrleo (G.L.P.), leo Diesel, lenha etc... Quantoaoprocessoadotadoparaoaquecimentodoarasinstalaesdecalefaopodemser classificadas em: a) Instalao de aquecimento direto de ar: O aquecimento do ar obtido pelo contato direto entre a fonte de calor e o mesmo. Ex.: lareiras, estufas,etc. b) Instalaesdeaquecimentoindireto:Oaquecimentodoarfeitopormeiodeumfluido intermedirio,geralmenteagua,quepostopreviamenteemcontatocomafontedecalor. Nestecaso,ainstalaodispornecessariamentedeumafontedecalorgeradoradefluido intermedirioaquecidoeumintercambiadordecalorentreesteltimoeoarasertratado.Ex.: Calefao por meio de radiadores de gua quente e bamba de calor. Quantoaosistemaadotadoparaadistribuiodocalornosambientesaseremaquecidos,as instalaes de calefao podem ser classificadas em: a)Calefao local ou individual: Neste tipo de calefao, o aquecimento obtido por meio de uma ou mais fontes de calor localizadas no prprio ambiente aquecido. b)Calefaocentraloucoletiva:constitudaporumafontedecalornicaque,localizada adequadamente,distribui.Pormeiodeumsistemadetubulaes,ocalorparadiversos ambientes a serem aquecidos, servindo-se para isto do prprio ar ou de um fluido intermedirio. Ex.: Calefao central por meio de gua quente, calefao central por meio de vapor dgua ou calefao central por meio de ar quente. 18.1 Calefao Local: A calefao local obtida por meio de lareira, das estufas de combusto, das estufas eltricas de aquecimento direto ou indireto, condicionadores de ar funcionando em ciclo reverso, etc. Comoelementodeaquecimentolocaltradicionalsousadasaslareiras,asquaisso constitudas essencialmente de uma fornalha e de uma chamin. Em uma lareira comum praticamente s o calor irradiado aproveitado para o aquecimentodo ambiente sendo antieconmico, pois seu rendimento de ordem de 5 a 10%. Modernamente, na execuodelareiras,procura-seimpedirouaomenosatenuaresteinconvenienterealizando encamisamento da fornalha e da chamin.As lareiras de circulao de ar permitem o atendimento de vrios ambientes atravs de dutos. Neste caso as cmaras de aquecimento so mais complexa se aproximando das caldeiras de ar.Noexisteumprocessodeclculosexatosparaasdimensesdeumalareira,devidoagrande variaes de suas condies de combusto, entretanto existe relaes aconselhveis: a) na chamin a velocidade mnima dos gases decombusto devem ser 5m/s b) a velocidade do ar na boca da lareira deve ser superior a 0,2m/s c) considerando alguns parmetros e condies temos: c bA V S 9 140 = = Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 115 Zc3Zbm em Chomine, do oreo A Am em Ambienfe do VoIume Vm em Loreiro do 8oco do Superfcie S=== d) A superfcie da cmara de combusto deve ser superior a 0,5.Sb. e) Aprofundidadedacmaradecombustodeveserde 0,6 de sua alturaf)quantoachaminaalturaestnaordemde4m, devendoestara1macimadonvelmaisaltoda habitao. Alm das estufas e das lareiras existem outros aquecedores, chamados decalefatores, e que usam o GLP como combustvel. Veja esquema na figura ao lado.18.2Calefao Central por Meio de gua Quente: Umainstalaodeaquecimentopormeiodeguaquenteconstitudadeumconjuntode dispositivos formando um circuito fechado ondeos elementos principais so: caldeira, tubulao de distribuio, trocadores de calor, tubulao de retorno. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 116 sistemadetubulao,porsuavez,devesermantidoemcomunicaocomumrecipiente chamado de vaso de expanso que deve estar em um ponto mais alto de toda a instalao com o objetivo de permitir a expanso do fludo e a sada do ar e todo o conjunto. Outros fatores a observar : nas canalizaes horizontais dar caimento de 1% permitir o livre dilatamento das tubulaes a caldeira deve ser instalada num plano mais inferior ao mais baixo a ser aquecido. aguadainstalaonodeveserusadaparaoconsumo,paraevitararpidaoxidao,e incrustao das tubulaes e demais elementos da instalao, etc... Acalefaocentralpormeiodeguaquente,deacordocomosistemademovimentaodo fluido para ser assim classificado: a)circulao natural, termossifo ou a gravidade b)circulao mecnica. Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 117 18.3Elementos de uma instalao de calefao central por meio de gua quente:CaldeirasouGeradorasdeguaQuente:soequipamentosdecombustoondeocalor aproveitado no aquecimento de um fluido que serve para transportar o calor para os locais de seu realaproveitamento.Osaquecedoresmaiscomunsnacalefaocentralsoasdegua.Podem usar com combustvel o GLP, a lenha ou o leo diesel. Elementos de Aquecimento: so dispositivos destinados a ceder calor ao local onde se deseja a calefao. Ex. Radiadores, convectores e Fan and Coil. -Os radiadores so executados em tubos em forma de serpentinas.-Os convectores so fabricados em tubos de cobre, ou canos galvanizados com alhetas de ferro.-Os"fanandcoils"socompostodeserpentinasposicionadasemumgabinete,comum ventilador acoplado, o que melhora a eficincia do sistema.RadiadoreFan and Corte da Seco do Radiador da Figura acima Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 118 Elementos de controle: termostato de controle da chama, termostato ambiente, termostato de gua, vlvula termosttica, registros, etc. 18.4 Circulao da gua :Osistemadecalefaodeguaquentepodeserpor termossifooucomcirculaoforada.Noprimeirocaso Ter-se-iaquedimensionarastubulaesdemodoquea diferenadepressoprovocadapelosdiferenciaisde temperatura garantissem a circulao do fluido. A circulao foradaconsisteemprovocaromovimentodagua necessriaaoaquecimentopormeiodeumabomba intercaladanatubulaoderetornoenaproximidadeda caldeira. 18.5Calefao Centralpor Meio de Ar Quente: AcalefaoCentralpormeiodearquenteutilizaoprprioaraquecidocomoagente transportador do calor. Oaquecimentodoarpodeserfeitodiretamentepormeioderesistnciaseltricase calorficos(caldeirasdear)ouindiretamentepormeiodeguaquenteoubombadecalor(ar condicionado funcionando em ciclo reverso). 18.6 gua Quente para Consumo: Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 119 O dimensionamento de equipamentos de gua quente para consumo, baseia-se na NB-128 da ABNT 18.7 Aquecimento Solar de gua: Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 120 19 OPERAO DE SISTEMAS FRIGORFICOS: Presso e vcuoComoacontececomamaioriadasgrandezasfsicas,tambmapressopodeserexpressaemdiversas unidades, principalmente o sistema mtrico (kgf/cm2) e o sistema ingls (lbf/pol2 ou psi - "pounds per square inch"). Para a presso atmosfrica teramos ento: 1 atm. = 1,033 kgf/cm2 = 760mm Hg (mercrio) = 14,7 psi = 29,92 pol Hg Pressosemprearelaodeuma foraaplicadaperpendicularmenteauma superfciepelareaondea foraaplicada.expressapeladivisodoskgoulbdeforapeloscm2oupol2derea.Valetantopara slidos, como para lquidos e gases. Instrumento e unidades O refrigerista pode utilizar diversos medidores de presso: barmetromanmetro com tubo de Bourdon (tipo mais comum)manmetro eletrnicomanovacumetro(comtubodeBourdon),quemede tanto presso positiva como negativavacumetro, exclusivo para presses negativas.Ovacumetro,geralmenteligadoabombasdevcuoou compressores,podeserdotipo"tuboemU"(lembrandoa experincia de Torricelli) ou eletrnico. Alm de ser expressa em kgf/cm2oulbf/pol2oupsi,existemoutrasunidadesdemedidade presso.Soopascal(Newton/m2)eobaremilibar(mb),que facilitamotrabalhocomo pascal,umaunidademuitopequena.Assim 1 bar = 100.000 pascal e uma milibar = 100 pascal. Importante:Umbarpraticamenteigualaumaatmosfera.Omm Hg (milmetrodacolunademercrio)temcomosubmltiplomais importanteparaorefrigeristaomcrondacolunademercrio),que correspondea0,001mmHg.Omcronserveparaexpressarograu de vcuo. Se dividirmos 1mm de Hg em 1000 partes, cada uma representa 1 mcron Hg. Naoperaoemanutenodesistemasderefrigeraodevemosatentarparadiversosfatores,afimde executarumtrabalhocomqualidadee,porconseqencia,garantirasatisfaodocliente.Dentreestes fatores,comolimpeza,checagemdevazamentos,cargadegs,operaodesoldagem,trocadofiltro Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 121 secador,etc.,destacamosaevacuaodosistemacomodefundamentalimportnciaparaum desempenho satisfatrio do produto e garantia de uma boa vidatil do compressor e demais componentes do circuito de refrigerao.A presena de gases no condensveis e umidade no sistema produzem efeitos danososaoscomponentesdosistema,e,portanto,devemsereliminados.Osgasesnocondensveis elevamapressoetemperaturadedescargaprejudicandoodesempenhodoproduto.Aumidadepode afetarosistemadeduasformas: (a)aocongelar-senodispositivodeexpansocontribuiparaaumentararestriopassagemdogs refrigerante ou at mesmo bloquear o seu fluxo. (b) ao reagir com o leo lubrificante e o gs refrigerante, forma cidos que provocam corroses metlicas e deterioraodaisolaodomotordocompressor,podendolevaraqueimadessecomponente. Por esses motivos, a umidade deve ser ser eliminada e, para tanto, devemos utilizar uma bomba de vcuo dealtorendimentoconectadaaosistema.Oprocessoconsisteemreduziratemperaturadeebulioda gua presente no sistema at que esta se iguale temperatura ambiente. Neste ponto, a umidade vaporiza eevacuadadosistemapelabombadevcuo. A utilizao de uma bomba de alto vcuo para sistemas que possuem compressores carregados com o leo Polyolester-leoadequadoparaosgases"ecolgicos"HFC-aindamaisnecessria,jqueeste lubrificantemuitomaishigroscpicoqueosleossintticos(Alkylate)emineral,presentesnos compressoresque operam com gases CFC.Ateno:nuncautilizeumcompressorpararealizarvcuo.Compressorespararefrigeraonoso projetadosparaatingirnveisdevcuosuficientesparaaeliminaodaumidadedosistema.Paraa completa desidratao do sistema, ou seja, remoo da umidade do mesmo, deve-se atingir valores abaixo de-29"deHgeissospossvelcomumabombadealtovcuo.Osfabricantesdeprodutosde refrigeraotrabalhamcomnveisdevcuodaordemde150a200microns. Um compressor para refrigerao atinge valores entre 50000 e 80000 microns. Para se ter uma idia, a um nvelde vcuode 80000microns (aproximadamente -27" polegadas de Hg) necessriauma temperatura deaproximadamente47Cparaqueaumidadepresentenosistemasejaevacuada. Seleo de Bombas de Vcuo Aescolhadeumabombadevcuofeitaemtermosdesuavazoemcfm(pscbicosporminuto)e dependedotemporequeridoparaatingironvelespecificadodeumidade,dotamanhodosistema,da quantidade da umidade inicial contida no sistema e da dimenso das tubulaes. - 1,5 cfm: sistemas domsticos - 3 a 5 cfm: sistemas comerciais - 10 a 15 cfm: sistemas de grande porte Afimdeseobtermaioreficincianoprocessodeevacuao,recomenda-sequeovcuosejaexecutado tanto pelo lado de alta como de baixa presso. Como j dissemos no incio dessa seo, a evacuao deve seracompanhadadeoutrosprocedimentoscomplementares,comoboalimpezadosistema,checagemde vazamentos,trocadofiltrosecadorecorretacargadegs,dentreoutras.Umaoutrarecomendao importante no deixar o sistema aberto atmosfera por muito tempo, com o objetivo de evitar a entrada de contaminantes. Osplugsdocompressorsomentedevemserretiradosmomentosantesdeseefetuarasoldadostubos. Utilizesempreequipamentosecomponentescompatveiscomosistemaemmanuteno.Emcasode dvidas, consulte o fabricante de equipamentos ou componente.(1) l|groscop|c|dade a lerdrc|a do |eo de aosorver a ur|dade Desidratao do sistema frigorfico utilizando uma bomba de vcuoConsideraes: 1.Nadesidrataoaconselhvelseevacuaroequipamentosimultaneamentepelalinhadebaixae dealta.Istocomoobjetivodeevitarodeslocamentodeumidaderesidualdocondensadorparao evaporadorcomoriscodecondensaonesteltimodispositivo.Logo,hnecessidadedese Refrigerao e Ar Condicionado Prof. Milton Serpa Menezes 122 adaptarduasmangueirasnasrespectivastubulaeseasextremidadeslivresaum"ponto comum",quepodeserumdistribuidor"tubode1"improvisadocomtrsartifcios,ummltiplode combinao, uma conexo "T", uma cruzeta, etc., e uma terceira mangueira deste "ponto-comum" a suco de bomba de vcuo ou compressor alternativo, aberto, de dois estgios;2.Tem-se que efetuar a carga de refrigerante, logo aps a desidratao sem se poder desconectar as mangueiras que foram utilizadas na evacuao;3.necessrioqueamangueiraquevaido"pontocomum"abombadevcuoassimcomo,a mangueiraquevaido"pontocomum"alinhadeimpulsodoequipamentotenharegistros,que serofechadosnomomentodacargaderefrigerante,aqual,serefetuadadalinhadesucodo aparelho;4.umaboanormadepoisdadesidrataoatatingir500microns,ministrarnoequipamentouma carga de nitrognio como complemento de evacuao. Esta prtica tambm nos possibilita verificar vazamentosantesdeprocederacargaderefrigerantepropriamentedita.Ogsnitrogniomuito vido de umidade e se determinada umidade residual resisitiu a desidratao por compresso inicial nodeixardeserevacuadajuntocomogsnaltimaevacuao.Porfimdeveserefetuadoum ltimoprocessodedesidrataoqueretiraronitrognioeaumidaderemanecente.Estevcuo deve atingir 250 mcrons. 5.Senumequipamentode refrigeraohouveo vazamentodorefrigerante sempreaconselhvel tambmtrocaroleo lubrificante e o filtro secador.6.Numequipamentode refrigeraoquetemfiltro secadorpode-seconforme ascircunstnciascolocar maisumfiltrosecador.No hinconvenienteemficar com dois filtros secadores.Roteiro 1.Conecta-seabomas mangueirasnasvlvulasde serviodealtaebaixa presso. 2.Pe-se em marcha a bomba de vcuo. 3.Logo que este resultado seja atingido (500),isoleo compressor e a bomba fechando asvlvulas correspondentes, e encher o circuito de nitrognio dilatado. 4.Recomearacolocaosobvcuo,demodoasetercertezadetereliminadonosoardo circuito,masigualmenteovapordeguaque,sedeleaindarestavamalgunsvestgiosapsa primeiracolocaosobvcuo,sedifundiunonitrognioefoieliminadoquandodasegunda operao.5.Fecha-se o registro da mangueira que vai para a bomba de vcuo. 6.Desliga-se a bomba de vcuo;7.Fecha-se o registro da mangueira que se acha conectada a descarga do compressor;Carga de Refrigerante: 8.Abre-se o cilindro de refrigerante;9.Pe-se em marcha o compressor;10.Controla-senomanmetroligadoalinhadebaixa(suco)atatingirapressodecargade refrigerante necessria para o equipamento;11. Parasedesconectarasmangueirasevedarcomtampesasextremidadeslivresdasconexese respectivas linhas.