UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO Faculdade de Engenharia e Arquitetura (cid:1)(cid:2)(cid:3)(cid:4)(cid:5)(cid:6)(cid:2)(cid:4)(cid:7)(cid:8)(cid:9)(cid:10)(cid:11)(cid:2)(cid:11) (cid:12) (cid:4)(cid:11)(cid:13) (cid:10)(cid:14) (cid:15) (cid:5)(cid:16)(cid:5)(cid:10)(cid:14) (cid:7)(cid:15) (cid:10) (cid:11) Prof. Eng. MILTON SERPA MENEZES Passo Fundo - RS, agosto/2005. (cid:1) Refrigeração 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) Refrigeração e Ar Condicionado – Prof. Milton Serpa Menezes 3 Refrigeração e Ar Condicionado – Prof. Milton Serpa Menezes 4 Refrigeração e Ar Condicionado – Prof. Milton Serpa Menezes 5 Refrigeração e Ar Condicionado – Prof. Milton Serpa Menezes 6 SUMÁRIO PLANO DE ENSINO...........................................................................................................................2 SUMÁRIO...........................................................................................................................................6 1. APLICAÇÕES DE REFRIGERAÇÃO:......................................................................................9 1.1 Atuação do engenheiro.........................................................................................................9 1.2 Aplicações da Refrigeração e Ar Condicionado..................................................................9 1.3 Noções Básicas.....................................................................................................................9 2 PSICROMETRIA :....................................................................................................................12 2.1 CARTA PSICROMETRICA:............................................................................................12 2.2 LINHA DE SATURAÇÃO:...............................................................................................12 2.3 UMIDADE RELATIVA:...................................................................................................13 2.4 UMIDADE ABSOLUTA OU ESPECÍFICA:...................................................................13 2.5 ENTALPIA:.......................................................................................................................14 2.6 VOLUME ESPECÍFICO:..................................................................................................14 2.7 TEMPERATURA DO BULBO ÚMIDO :........................................................................14 2.8 FATOR DE CALOR SENSÍVEL:.....................................................................................15 2.9 PROCESSOS:....................................................................................................................15 3 CARGA TÉRMICA:..................................................................................................................20 3.1 Carga Térmica de Refrigeração: (Sistemas de Refrigeração - Câmaras Frigoríficas ).....20 3.2 Condicionamento de Ar.....................................................................................................20 3.3 Carga térmica de Aquecimentos:.......................................................................................20 3.4 PARCELA DE CARGA TÉRMICA DE CONDUÇÃO:..................................................20 3.5 CARGA DE INSOLAÇÃO:..............................................................................................20 3.6 CARGA DEVIDO AO AR EXTERIOR:..........................................................................21 3.7 CARGA TÉRMICA DEVIDO AO PRODUTO:...............................................................21 3.8 CARGA TÉRMICA DEVIDO À PESSOAS:...................................................................22 3.9 CALOR DEVIDO A ILUMINAÇÃO E EQUIPAMENTOS:...........................................22 4 REFRIGERAÇÃO:....................................................................................................................23 4.1 Refrigerante:.......................................................................................................................23 4.2 Funcionamento :.................................................................................................................23 4.3 Propriedades dos Refrigerantes:.........................................................................................24 4.4 Ciclo Básico e Diagrama Pressão x Entalpia:...................................................................25 4.5 Parâmetros Mais Importantes:............................................................................................25 4.6 Cíclos frigoríficos com trocadores de calor:.....................................................................27 4.7 Ciclo Real de Compressão a Vapor:..................................................................................28 5 COMPRESSORES:....................................................................................................................30 5.1 Tipos de compressores:......................................................................................................30 5.2 Compressores Alternativos:...............................................................................................30 5.3 Compressores de Palheta:...................................................................................................34 5.4 Compressores de Parafuso:................................................................................................35 5.5 Compressores Centrífugos:................................................................................................35 5.6 Compressores Scroll:..........................................................................................................37 6 CONDENSADORES:................................................................................................................41 6.1 Capacidade dos Condensadores:........................................................................................41 6.2 Tipos de Condensadores:...................................................................................................41 6.3 Coeficiente Médio de Transferência de Calor:..................................................................43 6.4 Coeficiente Global de Transferência de Calor:..................................................................44 Refrigeração e Ar Condicionado – Prof. Milton Serpa Menezes 7 6.5 Diferença Média Logarítmica de temperatura:..................................................................44 6.6 Dimensionamento de Condensadores:...............................................................................44 7 EVAPORADORES:...................................................................................................................46 7.1 Evaporadores de Expansão Direta:....................................................................................46 7.2 Evaporadores de Expansão Indireta:..................................................................................47 7.3 Dimensionamento de um Evaporador:...............................................................................48 7.4 Lavadores de Ar:................................................................................................................48 8 DISPOSITIVOS DE EXPANÇÃO :..........................................................................................49 8.1 Tubos Capilares:.................................................................................................................49 8.2 Válvula de Expansão Termostática....................................................................................50 8.3 Válvula Manual..................................................................................................................52 8.4 Válvula de Expansão Constante ou Automática:..............................................................52 8.5 Válvulas de Bóia:...............................................................................................................52 8.6 Válvulas de Expansão Elétrica:..........................................................................................53 9 REFRIGERANTES:...................................................................................................................54 9.1 Compostos Halocarbônicos:...............................................................................................54 9.2 Compostos Inorgânicos......................................................................................................54 9.3 Hidrocarbonetos:................................................................................................................54 9.4 Azeotropos:........................................................................................................................54 9.5 Características Termodinâmicas:.......................................................................................55 9.6 Propriedades Físicas e Químicas:.......................................................................................55 9.7 Escolha de Refrigerantes:...................................................................................................55 9.8 Fluídos Alternativos:..........................................................................................................56 9.9 Refrigerantes Secundários :................................................................................................56 10 SISTEMAS MULTI PRESSÃO:...........................................................................................58 10.1 Separador de Líquidos:.......................................................................................................58 10.2 Resfriamento Intermediário:..............................................................................................58 10.3 Sistema com Um Evaporador e Um Compressor:.............................................................59 10.4 Sistema com Dois Evaporadores e Um Compressor:.........................................................59 10.5 Sistema com Dois Compressores e Um Evaporador:.........................................................60 10.6 Sistema de Dois Compressores e Dois Evaporadores:.......................................................60 10.7 Ciclo Binário ou em Cascata:.............................................................................................61 11 TUBULAÇÕES DE REFRIGERANTE:...............................................................................63 11.1 Movimento do Óleo:..........................................................................................................63 11.2 Sistema com Compressores com Modulação de Capacidade:...........................................64 11.3 Linha de descarga:..............................................................................................................64 11.4 Linha de líquido:................................................................................................................64 11.5 Linha de sucção:.................................................................................................................65 12 TORRES DE ARREFECIMENTO E CONDENSADORES EVAPORATIVOS:................66 12.1 Torres de Arrefecimento:...................................................................................................66 12.2 Condensadores Evaporativos:...........................................................................................68 13 OUTROS ELEMENTOS DE REFRIGERAÇÃO:................................................................70 14 AR CONDICIONADO:.........................................................................................................73 14.1 Conforto Térmico:..............................................................................................................73 14.2 Metabolismo Humano:.......................................................................................................73 14.3 Trocas Térmicas do Corpo:................................................................................................73 14.4 Escalas de Conforto............................................................................................................74 14.5 Condições de Projeto:.........................................................................................................77 Refrigeração e Ar Condicionado – Prof. Milton Serpa Menezes 8 14.6 Tratamento do Ar:..............................................................................................................77 14.7 Sistema de Condicionamento de Ar:..................................................................................77 14.8 Projeto de instalação de ar condicionado:..........................................................................79 14.9 Dados práticos....................................................................................................................82 15 VENTILAÇÃO:.....................................................................................................................85 15.1 Composição do Ar:.............................................................................................................85 15.2 Quantidade de Ar Necessário a Ventilação:.......................................................................85 15.3 Tipos de Ventilação:...........................................................................................................86 15.4 Distribuição do ar em recinto:...........................................................................................88 15.5 Perda de carga em dutos:....................................................................................................88 15.6 6.6. Dimensionamento dos Dutos:....................................................................................91 15.7 BOCAS DE INSUFLAMENTO:.......................................................................................94 15.8 Filtros:..............................................................................................................................100 15.9 Ventiladores.....................................................................................................................103 16 ISOLAMENTO TÉRMICO:................................................................................................104 16.1 Propriedades.....................................................................................................................104 16.2 Isolantes Comerciais........................................................................................................104 16.3 Cálculo da Espessura do Isolamento................................................................................105 16.4 Isolamento de Equipamentos e Canalizações:.................................................................106 16.5 Espessura Econômica de Isolamento...............................................................................106 17 OUTROS SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO:..................................................................107 17.1 Refrigeração por Absorção:.............................................................................................107 17.2 Refrigeração Termoelétrica:.............................................................................................112 17.3 Refrigeração por Adsorção:.............................................................................................113 18 SISTEMA DE CALEFAÇÃO :...........................................................................................114 18.1 Calefação Local:...............................................................................................................114 18.2 Calefação Central por Meio de Água Quente:.................................................................115 18.3 Elementos de uma instalação de calefação central por meio de água quente:.................117 18.4 Circulação da Água :........................................................................................................118 18.5 Calefação Central por Meio de Ar Quente:.....................................................................118 18.6 Água Quente para Consumo:...........................................................................................118 18.7 Aquecimento Solar de Água:...........................................................................................119 19 OPERAÇÃO DE SISTEMAS FRIGORÍFICOS:................................................................120 Refrigeração e Ar Condicionado – Prof. Milton Serpa Menezes 1. APLICAÇÕES DE REFRIGERAÇÃO: 1.1 Atuação do engenheiro 1.2 Aplicações da Refrigeração e Ar Condicionado 1.3 Noções Básicas • Energia - Capacidade de produzir trabalho-Formas de Energia (Kgm, J, Kcal, BTU) • Trabalho - É o produto da força pela (distância) deslocamento produzido por esta força. • Potência - Quantidade de energia utilizada ou um trabalho realizado em um período de tempo. (W, Cv, HP) • Temperatura - Medida do estado de agitação molecular de um corpo. (intensidade de calor) • Escalas Relativas: Celcius -Fahrehneit • Conversão de Unidades: Tc Tf -32 Tk -273 = = 5 9 5 • Escalas Absolutas: No zero absoluto cessa o movimento vibratório molecular e as partículas estão mais próximas. • Calor: É uma forma de energia fikcal fiBTU • Frio: É uma relativa ausência de calor • Transmissão de calor: O calor sempre flui do corpo mais quente p/ o mais frio. o Condução: Transmissão de partícula em partícula. o Convecção: Transferência através de um fluido (convecção forçada ou natural) o Radiação: Transferência em forma de ondas. • Calor Específico: É a energia necessária para elevar em 1 oK (ou oC) a temperatura de 1g de uma substância. • Entalpia: É uma propriedade das substâncias que indica sua quantidade de calor. • Entropia: É a medida das trocas de energia de um sistema com o meio. É a medida do grau em que energia de um sistema é imprestável. • Calor Sensível: Calor que varia a temperatura. • Calor Latente: Calor que varia o estado. • Mudança de Estado: Fusão Evaporação Sólido Líquido Gasoso Solidificaçã Liquefação Sublimação • Medida de calor Sensível e Latente: Ex.: Cálculo das quantidades de calor necessário para o aquecimento de 1 Kg de água a 20 oC até vapor a 150 oC. Água 20 a 80 oC Q = m .c (T - T ) m = 1kg s 2 1 Q = 1.1.60 = 60 Kcal/h c = 1 Kcal / Kg oC s T = 20 OC 1 T = 80 OC 2 Refrigeração e Ar Condicionado – Prof. Milton Serpa Menezes 10 Água de 80 a 100 oC Q = 1.1.20 = 20 Kcal/h. s 50 % da Água a 100 oC tornando-se Vapor a 100 oC Q = m(h - h ) m = 1Kg L 4 3 h = 101.8 Kcal/Kg 3 Q = 1.(370- h = Supondo que a metade l 4 101,8) evaporou-se Q = 268,3 Kcal h = 638,4 Kcal/Kg l 5 h = h3 + h5 = 370,1Kcal 4 2 Kg +50 % da Água a 100 oC tornando-se Vapor a 100 oC Q = 1.(638,4- m = 1 kg l 370,1) Q = 268,3 Kcal h = 638,4 l 5 h = 370,1 4 (cid:1) Vapor a 100 oC até vapor a 150 oC Q = m = 1 kg s 1.0,5.50 Qs = 25 c(vapor)= 0,5 kcal/ Kcal Kg ºc T = 150 ºc 6 T = 100 ºc 5 • Curva De Saturação Ponto Líquido Vapor Mistura Líquido +Vapor P 1 (cid:1) (cid:1) 1o Bolha Última Gota • Título: É a fração de vapor na mistura líquida + vapor. • Vazão: Vazão mássica: é a vazão em massa na unidade de tempo. Ex.: Kg/s Vazão volumétrica: é a vazão em volume na unidade de tempo. Ex.: m3/s • Arrefecimento (cid:1) Diminuição da temperatura até a temperatura ambiente. Refrigeração e Ar Condicionado – Prof. Milton Serpa Menezes