Sistemas de energia e refrigeração

Máquinas Térmicas

ATPS: Etapa 1

Sistemas de Potência e Refrigeração

RIBEIRÃO PRETO – SP

Abril/2014

Participantes RA

Leandro Vieira dos Santos 2136004111

Professor Leônidas Cunha

Curso de Engenharia Mecânica

8 série A –1 semestre 2014

Disciplina – Máquinas térmicas

ETAPA 1

Aula-tema: Sistemas de Potência e Refrigeração.

Esta atividade é importante para que você entenda os princípios de funcionamento de

sistemas de potência e de sistemas de refrigeração. Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.

Passo 1

Estudar no livro texto e descrever o ciclo de refrigeração de um sistema a vapor. Essa descrição deverá ser feita em um relatório a ser entregue ao professor da disciplina.

O Ciclo de Refrigeração por Compressão de Vapor

Uma unidade de refrigeração é um dispositivo que operando segundo um ciclo

termodinâmico necessita de trabalho para que se obtenha a transferência de calor de uma região de baixa temperatura para outra de alta temperatura.

O ciclo de compressão a vapor é o mais usado nos sistemas de refrigeração. Ele consiste de quatro processos que serão apresentados.

Inicialmente apresenta-se o ciclo de refrigeração reversível e ideal estabelecido por

Carnot, que permite tirar algumas conclusões que são válidas para ciclos reais.

Ciclo Reversível de Carnot

Uma unidade de refrigeração ideal é representada pelo ciclo reversível de Carnot no qual o calor de uma fonte de temperatura baixa TL (constante) é rejeitado para um reservatório de alta temperatura TH (constante). A Figura 1 ilustra uma unidade de refrigeração ideal e a Figura 2 o seu ciclo correspondente em um diagrama temperatura-entropia (P. A. Hilton Manual).

Conforme designado na Fig. 2, o ciclo tem início com a compressão isoentrópica do

vapor úmido em 1 que eleva a pressão de P1 para P2. Em seguida, o vapor saturado em 2 passa através do condensador, onde rejeita calor a uma pressão constante para um meio de resfriamento, transformando todo o do vapor em líquido saturado em 3.

Após a condensação, o líquido saturado a alta pressão é expandido isoentropicamente de

da pressão P3 para pressão P4, no ponto 4. O vapor úmido resultante entra no vaporador no estado 4. No evaporador, o fluido refrigerante muda de fase absorvendo calor de uma fonte de baixa temperatura e atinge o ponto 1, concluindo o ciclo de refrigeração.

Passo 2

Representar através de um diagrama de temperatura e entropia um ciclo termodinâmico de refrigeração detalhando as operações em cada etapa do ciclo.

No diagrama Ts (temperatura x entropia), o ciclo de Carnot forma um retângulo conforme diagrama da Figura 01 O trabalho executado W equivale à área interna.

Consideram-se agora as relações de eficiência já vistas em página anterior:

Simplificando e reagrupando as duas últimas expressões,

Figura 01

Essa soma pode ser entendida como a soma das relações entre calor trocado e temperatura em cada parte do ciclo (nas partes 23 e 41 é nula porque são adiabáticas), ou seja,

#A.3#

Se generalizada para parcelas infinitesimais do ciclo, pode-se dizer que, para um ciclo reversível, deve-se ter:

#A.4#

Essa igualdade é conhecida como teorema de Clausius.

Para um ciclo irreversível, a eficiência é menor que a do ciclo de Carnot (no limite, isto é, se for reversível, igual). Assim, a relação #A.1# anterior deve ser modificada para:

CICLO DE CARNOT:

Trata-se de um exemplo de motor reversível e consta de quatro processos reversíveis

(sem atrito, etc). Os processos são:

1) Expansão isotérmica reversível; 38

2) Expansão adiabática reversível;

3) Compressão isotérmica reversível e

4) Compressão adiabática reversível.

Para individualizar o ciclo termodinâmico, vamos supor uma máquina hipotética que

utiliza como fluido operante, um mol de gás ideal.

Figura 5.16 - Ciclo