O objectivo deste ensaio laboratorial é exemplificar a forma de calcular a quantidade de fluido refrigerante R12 que a instalação laboratorial Technovate 7060 utiliza.
Pretende-se que este trabalho seja o suficiente para que tomem consciência das dificuldades sentidas pelos técnicos de frio ao tentarem calcular a quantidade de fluido que uma dada instalação necessita. Esse dado é necessário por exemplo para efectuar orçamentos e previsões da quantidade de fluido R12 a transportar para uma dada instalação.
DESCRIÇÃO DO EQUIPAMENTO
O Sistema de compressão de vapor em estudo, é constituído fundamentalmente pelos seguintes elementos:
- Um Compressor
- Depósito de óleo
- Um Evaporador
- Um Condensador
- Um Reversor ou Válvula reversível
- Tubo capilar
- Filtros
- Tubos
- Ventiladores
Principais funções
Compressor
Tem como função assegurar a compressão do refrigerante no sistema. Aspira o vapor produzido no evaporador a uma baixa pressão comprimindo-o até uma pressão alta com aumento de temperatura. Durante a compressão, devido o aumento de temperatura do fluido refrigerante, verifica-se um aumento de energia interna sendo libertada sob forma de calor durante o seu percurso no interior do condensador.
A potência da compressão é fornecido pelo motor eléctrico acoplado ao mesmo
Depósito de óleo
Recepiente que armazena o óleo responsável pela lubrificação do compressor e seus constituintes.
Evaporador
Tem por função garantir uma superfície de transmissão de calor através do qual o calor passa para o refrigerante em vaporização. A mudança de estado (líquido – vapor) dá-se com absorção de calor cedido pelo ar que atravessa o exterior , chamado calor latente de vaporização . O fluído no evaporador encontra-se a baixa temperatura e pressão.
Condensador
Tem por função garantir uma superfície de transmissão de calor através do qual são feitas as trocas térmicas entre o refrigerante e o agente de condensação. Neste permutador de calor o fluído frigorigéneo passa do estado gasoso ao estado líquido libertando uma certa quantidade de calor , o chamado calor latente de condensação que será cedido ao ar. O fluído no condensador encontra-se a alta temperatura e pressão.
Tubos
Permitem conduzir o fluído para os diferentes equipamentos (colector, Condensador, Evaporador e outros). O fluído é conduzido para o condensador a alta temperatura e alta pressão, ao atravessar a válvula de expansão devido a queda de pressão, vaporiza-se instantaneamente absorvendo calor do próprio líquido que arrefece até atingir a temperatura correspondente à baixa pressão
Reversor ou Válvula reversível
É uma válvula que tem por função inverter o sentido do fluxo do fluido refrigerante. Para o caso em estudo, ela é uma válvula de distribuição de admissão e de distribuição de exaustão (escape).
Filtros
O filtro contém um agente que absorve qualquer humidade presente no fluido. É dimensionado de modo que a acumulação de impurezas no mesmo não cause uma queda de pressão excessiva do refrigerante. Este tipo de filtro tem a capacidade de reter ácidos que possam estar presentes nos resíduos de óleo existentes em partes do sistema.
Tubo capilar
Tem por função desempenhar o papel de uma válvula de expansão. Permite criar uma queda de pressão e temperatura na entrada do evaporador.
Descrição sumária do ciclo de refrigeração
Resumindo em linhas gerais, o ciclo de refrigeração é composto por quatro processos fundamentais:
- Expansão
- Vaporização
- Compressão
- Condensação
O vapor saturado proveniente do evaporador entra no compressor, sofre uma compressão e através do tubo de escape é conduzido para o interior do condensador, neste o calor é rejeitado a pressão constante. O fluido deixa o condensador como líquido saturado e segue para o tubo capilar, onde é reduzida a pressão seguindo posteriormente para o evaporador, concluindo o ciclo.
Se subdividirmos o sistema , podemos destacar duas partes que são :
- A parte de baixa pressão
- A parte de alta pressão
A parte de baixa pressão é composta pelo tubo capilar, evaporador e pela linha de admissão. Na linha de baixa pressão verifica-se os processos de expansão e vaporização.
A parte de alta pressão é composta pelo compressor , linha de escape, e condensador . Na linha de alta pressão verifica-se a compressão e condensação do refrigerante.
Medições retiradas pela folha de temperaturas
1 | Temperatura de entrada compressor (ºC) | 8 |
2 | Temperatura de saída compressor (ºC) | 30 |
3 | Temperatura de entrada condensador (ºC) | 25 |
4 | Temperatura de saída condensador (ºC) | 10 |
5 | Temperatura de entrada tubo capilar (ºC) | 10 |
* | Temperatura de saída tubo capilar (ºC) | -5 |
6 | Temperatura de entrada evaporador (ºC) | -10 |
7 | Temperatura de saída evaporador (ºC) | 0 |
Temperatura fonte fria (ºC) | 5 | |
Temperatura fonte quente (ºC) | 7.5 |
Tabela esquemática com as medidas efectuadas
Troço | Comp (m) | Diâmetro Medido (m) | Diâmetro Tabelado (mm) | Área (m2) | Vol (Comp x Área) (m3) | r (Kg/m3) | Massa (Vol x r) (Kg) |
AB | 0.28 | 0.0063 | 6.35 | 1.642×10-5 | 4.598×10-6 | 1.364 | 6.272 x10-6 |
BC | 1.6 (0.16×10) | 0.003 | 6.35 | 1.642×10-5 | 2.63×10-5 | 150 | 3.945 x10-3 |
CD | 0.285 | 0.0063 | 6.35 | 1.642×10-5 | 4.679×10-6 | 115 | 5.381 x10-4 |
DE | 0.065 | 0.0425 | 41.28 | 1.111×10-3 | 7.222×10-5 | 105 | 7.583 x10-3 |
EF | 0.50 | 0.0063 | 6.35 | 1.642×10-5 | 8.21×10-6 | 99 | 8.128 x10-4 |
FGH | 9 (0.45×20) | 0.01 | 9.53 | 3.888×10-5 | 3.499×10-4 | 20 | 6.998 x10-3 |
HI | 0.66 | 0.01 | 9.53 | 3.888×10-5 | 2.566×10-5 | 13.5 | 3.464 x10-4 |
IJ | 0.95 | 0.01 | 9.53 | 3.888×10-5 | 3.694×10-5 | 13 | 4.802 x10-4 |
KL | 0.19 | 0.01 | 9.53 | 3.888×10-5 | 7.387×10-6 | 33 | 2.438 x10-4 |
LM | 0.18 | 0.0135 | 15.88 | 1.407×10-4 | 2.533 x10-5 | 35 | 8.87 x10-4 |
MN | 1.15 | 0.01 | 9.53 | 3.888×10-5 | 4.4712 x10-5 | 38 | 1.699 x10-3 |
NOA | 9 (0.45×20) | 0.01 | 9.53 | 3.888×10-5 | 3.4992 x10-4 | 70 | 2.449 x10-2 |
A1 | 0.25 | 0.0063 | 6.35 | 1.642×10-5 | 4.105 x10-6 | 1.364 | 5.599 x10-6 |
12 | 1.6 (0.16×10) | 0.003 | 6.35 | 1.642×10-5 | 2.63 x10-5 | 150 | 3.945 x10-3 |
S |
| 9.863 x10-4 | 0.052 |
TAB.2
Apresentação dos cálculos efectuados
Neste ensaio consideramos o his de 85%.
Assim sendo procederemos ao cálculo de h2, correspondente ao valor da saida do compressor.
Pelo diagrama P-H retirámos os seguintes valores:
h1=358 kj/kg
h2s=379kj/kg logo:
0.85= 379-358
h3=h4=210kj/kg h2-358
h2=382.71kj/kg
Utilizando os valores retirados da folha de temperaturas cedida pelo professor, e posteriormente tabelados em TAB.1, traçámos o ciclo real pretendido, para assim podermos retirar a densidade do fluido, correspondente a cada temperatura.
Para o cálculo dos respectivos volumes, densidades e massas de refrigerante em cada secção do sistema, aproximámos os valores dos diâmetros, a valores já existentes em tabela.
Recorremos por isso à tabela anexada como TAB.3
A partir daqui retirámos a cada diâmetro escolhido a sua área, procedendo de seguida aos cálculos apresentados em TAB.2.
Troço AB
Corresponde da saída do condensador, até à entrada no tubo capilar
Vol= 4.598×10-6 m3
r=1.364 kg/m3 Nota:( Á temperatura de saída do condensador, ( 10ºC ) retirou-se o valor de volume específico, em liquido saturado, de J= 0.73335 m3/kg.
Sendo posteriormente retirado o valor da densidade pela seguinte formula: r=1/J
Massa:
Vol x r = 4.598×10-6 x 1.364
massa = 6.272×10-6 kg
Troço BC
Corresponde à zona de laminagem, (Entrada do tubo capilar até à sua saída)
Vol= 2.63×10-5 m3
r=150 kg/m3
Massa:
Vol x r = 2.63×10-5 x 150
massa = 3.945×10-3 kg
Troço CD
Corresponde à zona desde a saída do tubo capilar até à entrada do filtro.
Vol= 4.679×10-6 m3
r=115 kg/m3
Massa:
Vol x r = 4.679×10-6 x 115
massa = 5.381×10-4 kg
Troço DE
Corresponde à zona do filtro.
Vol= 7.222×10-5 m3
r=105 kg/m3
Massa:
Vol x r = 7.222×10-5 x 105
massa = 7.583×10-3 kg
Troço EF
Corresponde à zona de tubo da saída do filtro, até à entrada do evaporador.
Vol= 8.21×10-6 m3
r=99 kg/m3
Massa:
Vol x r = 8.21×10-6 x 99
massa = 8.128 x10-4kg
Troço FGH
Corresponde à zona do evaporador.
Vol= 3.499×10-4 m3
r=20 kg/m3
Massa:
Vol x r = 3.499×10-4 x 20
massa = 6.998 x10-3kg
Troço HI
Corresponde à zona da saída do evaporador, até à entrada da válvula reversível.
Vol= 2.566×10-5 m3
r=13.5 kg/m3
Massa:
Vol x r = 2.566×10-5 x 13.5
massa = 3.464 x10-4kg
Troço IJ
Corresponde à zona da saída da válvula reversível, até à entrada do compressor.
Vol= 3.694×10-5 m3
r=13 kg/m3
Massa:
Vol x r = 3.694×10-5 x 13
massa = 4.802 x10-4kg
Troço KL
Corresponde à zona da saída do compressor, até ao depósito do óleo.
Vol= 7.387×10-6 m3
r=33 kg/m3
Massa:
Vol x r = 7.387×10-6x 33
massa = 2.438×10-4kg
Troço LM
Corresponde à zona da saída do deposito do óleo, até à entrada da válvula reversível.
Vol= 2.533×10-5 m3
r=35 kg/m3
Massa:
Vol x r = 2.533×10-5x 33
massa = 8.87×10-4kg
Troço MN
Corresponde à zona da saída da válvula reversível, até à entrada do condensador.
Vol= 4.4712×10-5 m3
r=38 kg/m3
Massa:
Vol x r = 4.4712×10-5x 38
massa = 1.699×10-3kg
Troço NOA
Corresponde à zona do condensador.
Vol= 3.4992×10-4 m3
r=70 kg/m3
Massa:
Vol x r = 3.4992×10-4 x 70
massa = 2.449×10-2kg
