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Ciclos de Refrigeração Básico
CICLOS DE REFRIGERAÇÃO CICLO DE REFRIGERAÇÃO É um sistema que continuamente transfere energia térmica (calor) de uma região de baixa temperatura para outra em alta temperatura Como este fluxo contraria a tendência natural do calor, só é possível absorvendo trabalho externo, conforme fig.1. fi g.1.
ciclo de refrigeração meio quente
meio frio
calor natural
calor artificial
calor dissipado
trabalho externo
Figura 1. Sistema de Refrigeração O ciclo de refrigeração tem uma entrada de calor, uma saída de calor e uma entrada de trabalho. Ampliando o equipamento de refrigeração tem-se a fig.2. calor que entra Qe
equipam. calor que sai de refrig. Qs
trabalho que entra
We
Figura 2. Ciclo de Refrigeração CICLO DE REFRIGERAÇÃO REAL POR COMPRESSÃO DE VAPOR: Utiliza um vapor real, normalmente um refrigerante halogenado (R22 por exemplo). A obtenção das temperaturas baixa na absorção de calor (frio) e alta na dissipação de calor é possível pela variação da pressão do fluído refrigerante. Os processos acima ocorrem em quatro equipamentos básicos, que são: • • • •
Compressor Condensador Dispositivo de Expansão Evaporador Estes equipamentos estão interligados da seguinte forma:
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split
Qs (ar ou água) linha de líquido 3’ 2’ linha de descarga 3 condensador 2 B A líquido vapor dispositivo Pa Pa We expansão compressor motor Pb Pb acoplamento líquido vapor C D 4 evaporador 1 distribuidor 1’ linha de sucção Qe (ar ou água) Figura 3. Equipamentos do Ciclo de Refrigeração Podem ser observados os “quatro quadrantes” de refrigeração: no quadrante A tem-se vapor em alta pressão, no B líquido em alta pressão, no C líquido (e pouco vapor) em baixa pressão e no D vapor em baixa pressão. Em relação aos equipamentos acima, as máquinas classificam-se em: • • • • •
Compactas ou divididas (split) Fluído frio: ar ou água Fluído quente: ar ou água Compressor aberto, semi-hermético ou hermético Válvula de expansão ou tubo capilar
No inverno pode-se usar o sistema no chamado "ciclo reverso", que consiste utilizar o calor dissipado no condensador para aquecer o ambiente. Poderia-se virar a máquina 180º, e o sistema faria frio no exterior e calor no interior. Evidentemente isto é trabalhoso, e portanto utiliza-se uma válvula chamada válvula de reversão que altera o caminho do refrigerante, transformando o trocador interno de evaporador para condensador, e o trocador externo de condensador para evaporador. O sistema pode ser visto na figura abaixo. Qs(verão), Qe(inverno) troc.externo
tubo capilar
compressor válv. reversão troc.interno Qe(verão), Qs(inverno)
Figura 4. Equipamentos para Ciclo Reverso
motor
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TIPOS DE AR CONDICIONADO Baseando-se nas figuras acima é possível visualizar os tipos de ar condicionado com a figura abaixo.
torre de resfriamento condensador
ar exterior ar exterior
ventilador
bomba condensação canos água condensação (condensação a ar) para o ar
(condensação a água) para água Cp=Compressor ME=motor elétrico
dissipação de calor energia elétrica condensador DE=Dispositivo de expansão
DE
Cp
ME
evaporador split dividida
absorção de calor máquina compacta da água (chiller ↑ ) (expansão indireta)
do ar (expansão direta)
canos água gelada
duto + difusores
retorno evaporador
sala de máquinas ar exterior
ventilador (fan)
bomba água gelada termo-acumulação duto + difusores
retorno serpentina água gelada (coil)
Figura 5. Tipos de Ar Condicionado Baseando-se na figura acima podemos apresentar os principais tipos de ar condicionado:
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Condicionadores “de janela” ar exterior tr.ext. comp. mot. ambiente
condicionador tr.int.
Faixa: de 7.500 a 30.000 BTU/h
ar interior
Figura 6. Condicionadores “de Janela” Atendem um ambiente, sendo a solução de mais baixo custo. Apresentam um nível de ruído elevado. Permitem operação individual. São compactos com evaporação e condensação a ar.
Condicionadores divididos “split” Potências: de 12.000 a 180.000 BTU/h. dutos (opcionais) evaporador linhas cobre + elétrica ambiente condensador
Figura 7. Condicionadores Divididos (split) Apresentam maior flexibilidade de instalação e menor nível de ruído, por ter condensador remoto. Apresentam porém, maior custo inicial. São divididos, evaporação e condensação a ar.
Condicionadores Centrais (Self-contained)
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torre resfriamento (condensação água)
canos d’água
difusores e dutos condicionador (ar incorporado) Potências: 5 a 15 TR
condensador (ar remoto)
canos gás
Figura 8. Condicionadores Centrais (self-contained) É uma das linhas mais versátil e comum em termos de ar condicionado central. Pode ter difusores e dutos ou insuflamento direto no ambiente. O equipamento com condensador a ar remoto é equivalente aos divididos de alta capacidade, chamados splitão. Podem ser compactos ou divididos, evaporação a ar e condensação a ar ou água.
Água Gelada / Banco de Gelo torre de resfriamento (opcional)
difusores+dutos
termoacumulação (opcional)
fan-coil Potências: de 30 a 500 TR
bombas
ar exterior
resfriador
Figura 9. Água Gelada / Termoacumulação Permite o condicionamento de grandes prédios, sendo esta sua indicação. É normalmente a solução mais cara e tecnicamente a mais completa. São compactos, evaporação a água e condensação a ar ou água. Permite a armazenagem de frio nos bancos de gelo ou tanques de água gelada.
