Carga Termica

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO PIAUÍ
CURSO: ENGENHARIA MECÂNICA
DISCIPLINA: MÁQUINAS TÉRMICAS
PROFESSOR: FRANCISCO FERNANDES

CICLOS DE REFRIGERAÇÃO
RESUMO

Rafael Monteiro Veras

Teresina-PI, 19 de novembro de 2010
Em algumas aplicações é necessário que ocorra uma transferência de calor de um ambiente frio (em uma temperatura mais baixa) para outro mais quente(em uma temperatura mais alta), porém essa transferência de calor não ocorre naturalmente. Assim, alguns dispositivos (refrigeradores) são projetados para que essa transferência ocorra. Os ciclos no qual eles se baseiam são chamados de ciclos de refrigeração. Entre esses ciclos podemos destacar os ciclos de refrigeração a gás e por compressão de vapor. O rendimento, ou melhor, o coeficiente depeformace, dessas máquinas é calculado como sendo o calor retirado da fonte fria, QH, pelo trabalho líquido, Wliq., necessário para retirá-lo.
COPR = QH/Wliq.
1) CICLO DE CARNOT REVERSO
O ciclo de Carnot é um ciclo totalmente reversível e consiste em dois processos isotérmicos reversíveis e dois adiabáticos isoentrópicos. Ele possui o maior rendimento que um ciclo pode assumir e serve comopadrão no qual os ciclos reais podem ser comparados.
Como sendo um ciclo reversível, todos esses processos podem ser revertidos, ou seja, ele opera no sentido anti-horário no diagrama T-s, mudando assim as interações de trabalho e calor. Nesse momento, ele passa a se chamar de Ciclo de Carnot Reverso, e os dispositivos, que se baseiam nesse ciclo, são chamados de refrigeradores de Carnot. O seurendimento é calculado como sendo:
COPR,Carnot=1TQTF-1
onde TF é a temperatura do ambiente frio, TQ é a temperatura do ambiente quente.
Apesar de ser o ciclo mais eficiente que opera em duas faixas de temperaturas, ele não é adequado para se tomar como um modelo para os ciclos de refrigeração. Isso se deve ao fato de se exigir um compressor que trabalhe com uma mistura de liquido e vapor, e umaturbina que opere com alta umidade. Contudo, poder-se-ia trabalhar com o fluido fora da zona de saturação, porém, se torna difícil de manter a temperatura constante nas transferências de calor. Dessa forma, ele não é utilizado como modelo para os ciclos de refrigeração.
2) CICLO IDEAL E REAL DE REFRIGERAÇÃO POR COMPRESSÃO DE VAPOR
Os problemas encontrados no ciclo de Carnot reverso podem sereliminados com a vaporização total do refrigerante na entrada do compressor e a substituição da turbina por um dispositivo de estrangulamento, que pode ser uma válvula de expansão ou um tubo capilar. Assim, é obtido o ciclo ideal de refrigeração por compressão de vapor. Ele consiste em quatro processos: compressão isoentrópica em um compressor; rejeição de calor a pressão constante em um condensador;estrangulamento em um dispositivo de expansão e absorção de calor a pressão constante em um evaporador.
Um fato importante de ser observado é de que esse ciclo não é internamente reversível, fato que se observa em outros ciclos, já que envolve um processo irreversível (estrangulamento). Ele é mantido no ciclo para que este se aproxime de um ciclo real de refrigeração por compressão de vapor. Foraisso, se ele fosse substituído por uma turbina isoentrópica, essa substituição não é uma solução prática, uma vez que a complexidade e os custos adicionais, não justificariam os benefícios acrescidos. Uma regra prática nos mostra que para cada grau Celsius aumentado na temperatura de evaporação ou diminuído na de condensação, o COP aumenta de 2% a 4%.
O ciclo real difere do ciclo ideal em variasmaneiras, como, por exemplo, as irreversibilidades nos diversos componentes. Duas causas dessas irreversibilidades são as quedas de pressões (atrito do fluido) e as transferências de calor da vizinhança para o fluido ou o contrário.
O refrigerante que sai do evaporador e entra no compressor, ele é vapor saturado, mas na realidade não podemos controlar a saída dele de modo preciso. Assim, é...