Projeto de trocador de calor

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  • Publicado : 31 de janeiro de 2013
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Universidade Federal de São Carlos

Trabalho Sistemas Frigoríficos
Projeto de um sistema de refrigeração

Sumário
1. Introdução 3
2. Metodologia 3
3. Resultados 4
4. Conclusão 9

1. Introdução

Um ciclo de refrigeração básico, é composto por 4 processos, sendo 2 processos com grande variação de pressão (expansão e compressão) e dois processos com grande troca de calor(evaporação e condensação).
Para realizar cada processo é necessário utilizar componentes físicos distintos, geralmente são:
* Compressor:
É o componente que está ligado a energia elétrica e que comprime o fluido refrigerante e altera as pressões do ciclo.

* Condensador:
É um trocador de calor que envia calor do ciclo de refrigeração para o ambiente.

* Evaporador:
É umtrocador de calor que retira calor do ambiente e o faz resfriar.

* Turbina:
Diminui a pressão do sistema e produz trabalho que é aproveitado no compressor do sistema.

* Válvula de expansão :
Também diminui a pressão do sistema, mas diferentemente da turbina, não produz trabalho. Usualmente as válvulas de expansão são utilizadas em sistemas de grande ou médio porte no lugar das turbinas,pois o custo beneficio dela é alto. Seu preço é muito menor quando comparado ao de uma turbina, e além disso o trabalho produzido pela turbina é muito baixo e o custo de manutenção elevado.

* Tubo capilar:
Outro dispositivo que diminui a pressão do sistema , assim como a válvula de expansão, não produz trabalho. Geralmente é utilizado em sistemas frigoríficos de pequena capacidade (10kW). Éconstituído por um tubo de grande comprimento (alguns metros) e pequeno diâmetro (comumente inferior a 2mm), tem um preço mais em conta quando compara a um turbina ou a uma válvula de expansão.

O ciclo básico que da a maior eficiência, de operação entre dois reservatórios térmicos, é o ciclo de Carnot, que utiliza um compressor, um evaporador, uma turbina e um condensador. O ciclo é idealizadocom as seguintes proposições:

* Todos os processos devem ser internamente reversíveis;
* A transferência de calor do fluido para o ambiente acontece com uma diferença de temperatura infinitesimal, em um processo quase estático e reversível;
* Não há perda de carga em nenhum componente do ciclo;
* O ciclo é composto por 4 processo: 2 trocas de calor isotérmicas e 2 variações depressão adiabáticas.

Figura [ 1 ]: Ciclo de Carnot

A eficiência térmica do ciclo de Carnot é dada pela formula:
βmax=TcTh-Tc

Está é a eficiência máxima que qualquer ciclo de refrigeração pode chegar a ter, qualquer ciclo que tenha uma eficiência maior que βmax, não existe, pois está quebrando a 2° lei da termodinâmica.
Partindo do ciclo de Carnot, Mas substituindo a turbina por umaválvula de expansão, temos um ciclo mais próximo aos ciclos reais, chamado o ciclo real ideal.

Figura [ 2 ]: Ciclo real ideal
Para sistemas de grande porte há outros sistemas de refrigeração como o ciclo de refrigeração em cascata ou o ciclo de refrigeração multiestágico com interesfriamento, que apesar de ter um maior custo para implementação (mais componentes no ciclo), tem maior coeficiente dedesempenho.
Ou seja conseguem retirar mais calor do ambiente dada uma mesma potência dos compressores (o compressor do ciclo básico e o compressores dos ciclos de grande porte), assim tem um custo energético reduzido, e após um certo período de tempo, a economia de energia paga os gastos a mais que foram gastos na implementação e a partir deste ponto o sistema passa a ser mais vantajoso que umciclo de refrigeração básico.

Figura [ 3 ]: ciclo de refrigeração em cascata e ciclo de refrigeração multiestágico com interesfriamento
2. Metodologia

Neste trabalho da disciplina Sistemas frigoríficos, pediu-se o projeto de um sistema de refrigeração de grande porte que retire 100Kw de calor do ambiente. Além disso também foi fornecido outros dados que dependiam do RA, no caso 351962,...
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