Prof. M.Sc. Valdirson P. Mendes

DEMECP 2

1. REFRIGERAO POR COMPRESSO DE GS

1.1) - Para o ciclo padro de refrigerao a ar, como mostra a figura, admitir que tanto a

compresso como a expanso sejam processos isentrpicos.

Determinar: a) coeficiente de efeito frigorfico b) rendimento do ciclo c) volume deslocado por

TR d) efeito frigorfico volumtrico.

q 40C7,5 kgf/cm

1,5 kgf/cm

- 25C compressor expansor

1.2) - Um trocador de calor incorporado ao ciclo padro a ar do problema anterior, como

mostra a figura. Admitir que tanto a compresso como a expanso fosse processos

isentrpicos.

Determinar: a) coeficiente de efeito frigorfico b) rendimento do ciclo c) volume deslocado por

TR d) efeito frigorfico volumtrico.

q 40C7,5 kgf/cm

1,5 kgf/cm

- 25C compressor expansor

DEMECP 3

1.3) - Repetir o problema anterior admitindo um rendimento adiabtico, para o compressor e

para o expansor, de 80%.

2. REFRIGERAO POR COMPRESSO DE VAPOR

2.1) - Um ciclo de refrigerao por compresso de vapor ideal opera em regime permanente

usando R - 134a como fluido de trabalho. O vapor saturado entra no compressor a -10C e o

lquido saturado deixa o condensador a 28C. A vazo mssica 5 kg/min.

Determine: a) a potncia do compressor, em kW. b) a capacidade frigorfica, em TR. c) o

coeficiente de desempenho.

2.2) - Um ciclo de refrigerao por compresso de vapor ideal opera em regime permanente

usando R - 134a como fluido de trabalho. O vapor saturado entra no compressor a 1,6 bar e o

lquido saturado deixa o condensador a 9 bar. A vazo mssica 5 kg/min.

Determine: a) a potncia do compressor, em kW. b) a capacidade frigorfica, em TR. c) o

coeficiente de desempenho.

2.3) - Modifique o ciclo do problema anterior, para que o compressor possua uma eficincia

isentrpica de 80%, e considere que a temperatura do lquido na sada do condensador de

32C.

Para esse ciclo modificado, determine: a) a potncia de acionamento do compressor, em kW.

b) a capacidade frigorfica, em TR. c) o coeficiente de desempenho.

relativa curva de saturao, com base no esquema apresentado na figura abaixo

de projeto

utilizar o superaquecimento do refrigerante admitido no compressor

2.4) - No projeto de um refrigerador, o ciclo proposto prev a utilizao de refrigerante R- 12,

que admitido no compressor como vapor superaquecido a 0,18 MPa e -10C, sendo

descarregado a 0,7 MPa e 50C. O refrigerante ento resfriado no condensador at 24C e

0,65 MPa, sendo posteriormente expandido at 0,15 MPa. A carga trmica de projeto do

refrigerador de 6,0 kW. Despreze a perda de carga e a transferncia de calor nas linhas de

conexo entre os elementos do refrigerador. a) Esboce em um diagrama Temperatura-Entropia

o ciclo proposto, indicando sua posio b) Calcule a vazo mssica, em kg/s, de refrigerante

necessria para atender carga trmica c) Calcule a potncia requerida pelo compressor, em

kW, e analise a necessidade de se d) Estuda-se o uso do refrigerante R-134 como forma de

adequar o equipamento legislao ambiental de outros pases e possibilitar a sua exportao.

Explique os efeitos ambientais de refrigerantes halogenados, como o R-12.

DEMECP 4

EVAPORADOR 1

QC Pm

saturao, com base no esquema apresentado na figura abaixo

c) Calor transferido pelo R-12 no condensador, em kW

f) Coeficiente de performance

2.5) - No projeto de um refrigerador, o ciclo proposto prev a utilizao de refrigerante R- 12,

que admitido no compressor como vapor superaquecido a 1,6 bar e 4C, sendo descarregado

a 12 bar e 15C. O refrigerante entra no condensador com 1,8 bar e 105C onde ento

resfriado no condensador at 38C e 1,6 bar, sendo posteriormente expandido at 2 bar. Em

seguida o refrigerante deixa o evaporador a -7C e 1,8 bar. A potncia do compressor 2,5 HP.

A capacidade do compressor 100 kg/h. As transferncias de calor nas linhas de conexo

entre os elementos do condicionador so desprezadas. a) Esboce em um diagrama Ph o ciclo

proposto, indicando sua posio relativa curva de b) Calor transferido pelo compressor, em

W. d) Capacidade de refrigerao, em BTU/h. e) Eficincia de compresso. CONDENSADOR

EVAPORADOR 1

QC Pm

DEMECP 5

2.6) - Um sistema de refrigerao por compresso a vapor com uma capacidade frigorfica de

10 TR admite, na entrada do compressor, o R - 134a na forma de vapor superaquecido a 15C,

4 bar, enquanto na sada tm-se 12 bar. O processo de compresso pode ser modelado por

Na sada do condensador a presso 1,6 bar e a temperatura 44C. O condensador

resfriado a gua, que entra 20C e sai a 30C. A transferncia de calor no exterior do

condensador pode ser desprezada. Determine a) a vazo mssica do refrigerante, em kg/s. b)

a potncia de acionamento e a transferncia de calor no compressor, ambas em W. c)

coeficiente de desempenho. d) a vazo mssica da gua de resfriamento, em kg/s.

2.7) - Para uma instalao que utiliza R - 717 como fluido refrigerante e que tem uma

capacidade de refrigerao de 30.0 Btu/h, prev um ciclo conforme esquema mostrado abaixo.

Considerar o superaquecimento til e o rendimento adiabtico de 80%. Determinar: a) efeito

frigorfico b) potncia mecnica c) calor total rejeitado o n d en s a dor

E v a p o r a d o r

1 - g g

2.8) Uma instalao frigorfica, conforme figura, que utiliza R 717 como fluido refrigerante,

supondo compresso isentrpica e ttulo igual a 1 na admisso do compressor, apresenta as

seguintes caractersticas:

Variao de temperatura entre o R -717 condensandoe da gua saindo do condensador tca

7C:=

DEMECP 6

DEMECP 7

Determinar : a) Temperatura de descarga b) Coeficiente de performance c) Calor rejeitado no

condensador d) Relao entre calor no condensador e carga trmica da cmara e) Trabalho

gasto no compressor (compresso terica) f) Mudando-se a bomba de gua de condensao,

a vazo passa a ser de 5 gpm por TR, nesse caso qual o novo valor do COP e a nova potncia

absorvida pelo compressor? g) Sem as consideraes do tem e, para se obter na cmara a

temperatura de -20C, com a mesma carga trmica, quais os novos valores do COP e da

potncia do compressor?

3. REFRIGERAO COM MLTIPLAS COMPRESSO

3.1) Para a instalao frigorfica abaixo que utiliza R - 717 como fluido refrigerante , com uma

potncia frigorfica de 350 kW, com temperatura de condensao de 35C e temperatura de

evaporao de - 30C , com subresfriamento intermedirio de 5C.

Calcular: a) efeito frigorfico b) efeito calorfico c) efeitos mecnicos d) potncias mecnicas

SL SL4" 1 - g

3.2) Para a instalao frigorfica abaixo que utiliza R -717 como fluido refrigerante, com as

temperatura e as potncias frigorficas fornecidas, calcular: a) efeitos frigorficos b) efeito

calorfico c) efeitos mecnicos d) coeficiente de performance e) potncias mecnicas Dados :Tc

= 35C, Ti = -15C, Te = -30C

DEMECP 8

SL SL 4"

1 - g g

3 = 3'

1 - g - g T

4. COMPRESSORES

4.1) Dados de catlogo para um compressor de seis cilindros, operando com R-2 a 29 rps,

indicam uma capacidade de refrigerao de 96,4 kW e potencia de 28,9 kW para uma Te = 5C

e uma Tc = 50C. O desempenho baseado em 3C de subresfriamento do lquido e 8C de

superaquecimento do gs de aspirao no compressor. O dimetro do cilindro de 67 m e o

percurso de 57 m.

Calcule: a) A eficincia volumtrica de espao nocivo se a frao 4,8%. b) A eficincia

efetiva. c) A eficincia de compresso.

4.2) Calcule a velocidade perifrica do rotor para comprimir vapores dos seguintes refrigerantes

desde a condio de vapor saturado a 10C at a presso correspondente a uma Tc = 30C:

(a) R-1 e (b) R-717.

4.3) Um compressor de amnia com 5% de frao de espao nocivo e uma taxa de

deslocamento de 80 L/s, opera a uma Tc = 40C. Admitindo a eficincia volumtrica de espao

nocivo, determine a vazo de refrigerante para as Te de -10C e 10C.

4.4) Um catlogo mostra uma capacidade de refrigerao de 115 kW para um compressor

hermtico de quatro cilindros, rotao de 29 rps e operando com R - 2 s temperaturas de

evaporao e condensao de -4Ce 40C. Nesse ponto de operao, o motor, cuja eficincia

de 90%, exige 34,5 kW. O dimetro do cilindro de 87 m e o deslocamento do mbolo de

70 m entre pontos mortos. Os dados de desempenho so baseados em 8C de

subresfriamento do lquido que deixa o condensador. Determine a) a eficincia volumtrica

efetiva e b) a eficincia de compresso.

DEMECP 9

4.5) Um compressor com taxa de deslocamento de 60 L/s opera em um sistema de

refrigerao que mantm a Tc constante de 30C, com R-2. Calcule e faa um grfico da

potncia para as Te de -20, -10, 0, 10 e 20C. Use as eficincias volumtricas efetivas da

Figura abaixo e os seguintes trabalhos de compresso isentrpica para as cinco Te 39,9; 30,2;

21,5; 13,7 e 6,5 kJ/kg, respectivamente.

4.6) Um condicionador de ar de automvel, trabalhando com R-12, apresenta um

condicionador total de ar do condensador, de modo que a presso de condensao se eleva

at que a eficincia volumtrica caia at zero. Extrapole a curva de eficincia volumtrica da

fig. do exerccio anterior at zero e estime a mxima presso de descarga, admitindo que a

temperatura de evaporao seja de 0C.

4.7) Determinar a taxa de deslocamento mxima de um compressor de duas palhetas, cujos

cilindros e rotor apresentam dimetro de 190 m e 170 m. O cilindro tem um comprimento de 80

m. A rotao de 29 rps.

4.8) Um compressor centrfugo de dois estgios, operando a 60 rps, deve comprimir R-1 desde

uma Te de 4C at uma Tc de 35C. Qual deve ser o dimetro dos rotores, admitindo que eles

sejam iguais?

4.9) Um compressor centrfugo, operando a 60 rps, deve comprimir R-717 desde uma Te de

4C at uma Tc de 35C. Quantos estgios podem ser utilizados e qual deve ser o dimetro

dos rotores, admitindo que eles sejam iguais?

DEMECP 10

GABARITO

1. REFRIGERAO POR COMPRESSO DE GS. 1.1. (a) 1,7; (b) 45%; (c) 0,034 m/s; (d)

104,2 kJ/kg 1.2. (a) 1,7; (b) 30%; (c) 0,027 m/s; (d) 132,6 kJ/kg 1.3. (a) 0,45; (b) 7,8%; (c) 0,04

m/s; (d) 8,16 kJ/k

2. REFRIGERAO POR COMPRESSO DE VAPOR 2.1. (a) 2,208 kW; (b) 3,632 TR; (c) 5,8

2.2. (a) 3 kW; (b) 3,3 TR; (c) 3,86 2.3. (a) 3,75 kW; (b) 3,4 TR; (c) 3,2 2.4. (a)

(b) 0,049 kg/s; (c) 1,6 m/s. O superaquecimento utilizado para evitar que refrigerante na fase

lquida seja admitido no compressor, mesmo que em pequenas quantidades. A admisso de

lquido pelo compressor pode causar falhas mecnicas como quebra de vlvulas e eroso em

ps, assim como promover a diluio do leo de lubrificao; (d) Destruio da camada de

Oznio. Efeito estufa - Aquecimento Global.

P (bar)

4C -7C

DEMECP 1

(b) 85,75 W; (c) 4,92 kW; (d) 10751 BTU/h; (e) 0,91; (f) 1,7. 2.6. (a) 0,024 kg/s; (b) 0,557 kW,

1,91 W; (c) 6,3; (d) 0,097 kg/s. 2.7. (a) 1088,7 kJ/kg; (b) 2,92 kW; (c) 1,79 kW. 2.8. (a) 9,14C;

(b) 5,12; (c) 16,68 kW; (d) 0,84; (e) 2,72 kW; (f) 5,34; 2,63 kW; (g) 2,8; 4,84 kW.

3. REFRIGERAO COM MLTIPLAS COMPRESSO 3.1. (a) 943,94 kJ/kg; (b) 1255,6 kJ/kg;

(c) 159,7 kJ/kg, 151,9 kJ/kg; (d) 59,2 kW, 56,3 kW. 3.2.

4. COMPRESSORES 4.1. (a) 90,1%; (b) 7,3%; (c) 68%. 4.2. (a) 113,14 m/s; (b) 296,65 m/s.

4.3. 0,37 kg/s. 4.4. (a) 7,50%; (b) 70,85%. 4.5. Potncias

Pmi

Potncia x Temperatura de Evaporao

P o t n c ia [k