Módulo 18.2 - Fluidos refrigerantes.pdf

Climatização e Refrigeração Sistemas de Climatização em Edifícios Adélio Rodrigues Gaspar Francisco Bispo Lamas Gonçalo Brites Marco Fernandes [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] ...

Climatização e Refrigeração Sistemas de Climatização em Edifícios Adélio Rodrigues Gaspar Francisco Bispo Lamas Gonçalo Brites Marco Fernandes [email protected] [email protected] [email protected] [email protected]  C l i m at i za ç ã o e Ref r i ge ra ç ã o / S i ste m a s d e C l i m at i za ç ã o e m Ed i f í c i o s Módulo 18.2 Fluidos refrigerantes Adélio Rodrigues Gaspar [email protected] Francisco Bispo Lamas Adélio Rodrigues Gaspar Francisco Bispo Lamas Gonçalo Brites Marco Fernandes [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] M ó d u l18.2: Módulo o 1 5Fluidos : Ref r i refrigerantes ge ra ç ã o 1. Fluidos refrigerantes 2. Parâmetros que influenciam o COP 3. Compressão multi-estágio M ó d u l18.2: Módulo o 1 5Fluidos : Ref r i refrigerantes ge ra ç ã o Fluidos Refrigerantes: Características Termodinâmicas Fluido Refrigerante: fluido usado para transferência de energia num sistema de refrigeração ou bomba de calor. Características termodinâmicas: a) Elevado calor latente de vaporização: maximizar efeito de refrigeração; b) Baixa temperatura de congelação: prevenir solidificação no funcionamento; c) Temperatura crítica relativamente elevada: minimizar potência de compressão; d) Pressão de evaporação positiva: evitar infiltrações para o sistema; e) Pressão de condensação relativamente baixa: minimizar custos na tubagem e equipamento. M ó d u l18.2: Módulo o 1 5Fluidos : Ref r i refrigerantes ge ra ç ã o Fluidos Refrigerantes: Características Físicas e Químicas, Segurança Características Físicas e Químicas: a) Elevada rigidez dielétrica do vapor: compressores herméticos; b) Boas características à transferência de calor: maximizar coeficientes de transferência de calor; c) Solubilidade com óleo satisfatória: para lubrificação adequada; d) Solubilidade com água baixa: a água aumenta a possibilidade de congelação nos elementos de expansão e promove a corrosão; e) Inerte e estável: evitar reagir com materiais e manutenção das propriedades químicas. Segurança: a) Não inflamável: não deflagrar em contacto com o ar; b) Não tóxico: evitar contaminação do ar ou alimentos; c) Não irritável: evitar irritação nas pessoas (olhos, nariz, pulmões, pele). M ó d u l18.2: Módulo o 1 5Fluidos : Ref r i refrigerantes ge ra ç ã o Fluidos Refrigerantes: Efeitos no ambiente Ozone Depletion Potencial (ODP): o potencial do refrigerante na destruição da camada de ozono deve ser baixo; Global Warming Potential (GWP): o potencial do refrigerante em persistir nas camadas altas da atmosfera e de contribuir para o escudo à radiação térmica emitida pela superfície da Terra deve ser baixo; Fácil de detetar em caso de fugas; Baixo custo. M ó d u l18.2: Módulo o 1 5Fluidos : Ref r i refrigerantes ge ra ç ã o Fluidos Refrigerantes: Segurança Toxicidade e Inflamabilidade: NP 378 M ó d u l18.2: Módulo o 1 5Fluidos : Ref r i refrigerantes ge ra ç ã o Fluidos Refrigerantes: Classificação por Composição Halocarbonos-clorofluorcarbonos (CFCs): totalmente halogenados (sem hidrogénio), molécula com átomos de cloro, flúor e carbono (Ex. R12 – CCl₂F₂); Hidroclorofluorcarbonetos (HCFCs): molécula com átomos de hidrogénio, cloro, flúor e carbono (Ex. R22 – CHClF₂); Hidrofluorcarbonetos (HFCs): molécula com átomos de hidrogénio, flúor e carbono (Ex. R134a – CH₂FCF₃); Perfluorcarbonetos (PFCs): molécula com apenas átomos de flúor e carbono (Ex. R14 – CF₄); Hidrocarbonetos (HCs): molécula com apenas átomos de hidrogénio e carbono (Ex. R50 – CH₄); Orgânicos (e.g.: R600 – C₄H₁₀) Inorgânicos (e.g.: R717 – NH₃) M ó d u l18.2: Módulo o 1 5Fluidos : Ref r i refrigerantes ge ra ç ã o Fluidos Refrigerantes: Classificação por Classes/Famílias 1, 2 e 3 – Fluidos puros; 4 – Misturas Zeotrópicas: mistura em que os seus componentes para a mesma pressão têm temperatura de evaporação e condensação diferentes; 5 – Misturas Azeotrópicas: mistura em que os seus componentes para a mesma pressão têm temperatura de evaporação e condensação iguais, logo comportam-se como substâncias puras; 6 – Substâncias Orgânicas: a) R600 – Butano; b) R600a – Isobutano; 7 – Substâncias Inorgânicas: a) R717 – Amoníaco (NH₃); b) R744 – Dióxido de Carbono (CO₂). M ó d u l18.2: Módulo o 1 5Fluidos : Ref r i refrigerantes ge ra ç ã o Fluidos Refrigerantes: 1, 2 e 3 – Fluidos Puros (e.g.: R22 - CHClF2) M ó d u l18.2: Módulo o 1 5Fluidos : Ref r i refrigerantes ge ra ç ã o Fluidos Refrigerantes: 4 – Misturas Zeotrópicas (e.g.: R407C 23±2% CH2F2 · 25±2% C2HF5 · 52±2% C2H2F4)  M ó d u l18.2: Módulo o 1 5Fluidos : Ref r i refrigerantes ge ra ç ã o Fluidos Refrigerantes: 5 – Misturas Azeotrópicas (e.g.: R502 - 48.8% CHClF2 · 51.2% C2F5Cl) M ó d u l18.2: Módulo o 1 5Fluidos : Ref r i refrigerantes ge ra ç ã o Fluidos Refrigerantes: 6 – Substâncias Orgânicas (e.g.: R600 – Isobutano C4H10) M ó d u l18.2: Módulo o 1 5Fluidos : Ref r i refrigerantes ge ra ç ã o Fluidos Refrigerantes: 7 – Substâncias Inorgânicas (e.g.: R717 – NH3) M ó d u l18.2: Módulo o 1 5Fluidos : Ref r i refrigerantes ge ra ç ã o Fluidos Refrigerantes: 8 – Cálculo de propriedades P Ponto 3 – líquido subarrefecido PC T=T3 H = u+pv dh = du + Pdv + vdP 3 3f 2s 2 Calculando ao longo de uma isotérmica de temperatura T3 h3 – hf@T3 = vf@T3 x (P3 – Psat@T3) 4 1 h3 = hf@T3 + vf@T3 x (P3 – Psat@T3) h M ó d u l18.2: Módulo o 1 5Fluidos : Ref r i refrigerantes ge ra ç ã o Parâmetros que influenciam o COP M ó d u l18.2: Módulo o 1 5Fluidos : Ref r i refrigerantes ge ra ç ã o Parâmetros que influenciam a eficiência dos sistemas 𝑄 𝑚 × 𝑞𝑒𝑣𝑎𝑝 𝑚ሶ × 𝑞𝑒𝑣𝑎𝑝 𝑄ሶ 𝑒𝑣𝑎𝑝 𝐶𝑂𝑃 = = = = (46) 𝑊 𝑚 × 𝑤𝑖𝑛 𝑚ሶ × 𝑤𝑖𝑛 𝑊ሶ 𝑖𝑛 1. Influência da pressão/temperatura de condensação - A redução da temperatura, ou pressão, de condensação leva a um aumento da eficiência do sistema. Este impacto pode ser observado na eficiência de Carnot: a diferença de temperatura entre as fontes de calor é diminuída e a temperatura da fonte de baixa temperatura mantida constante. M ó d u l18.2: Módulo o 1 5Fluidos : Ref r i refrigerantes ge ra ç ã o Parâmetros que influenciam a eficiência dos sistemas 𝑄 𝑚 × 𝑞𝑒𝑣𝑎𝑝 𝑚ሶ × 𝑞𝑒𝑣𝑎𝑝 𝑄ሶ 𝑒𝑣𝑎𝑝 𝐶𝑂𝑃 = = = = (46) 𝑊 𝑚 × 𝑤𝑖𝑛 𝑚ሶ × 𝑤𝑖𝑛 𝑊ሶ 𝑖𝑛 1. Influência da pressão/temperatura de evaporação - O aumento da temperatura, ou pressão, de evaporação resulta num aumento da eficiência do sistema, embora o incremento seja limitado pelas condições do meio refrigerado e por Δ𝑇1. M ó d u l18.2: Módulo o 1 5Fluidos : Ref r i refrigerantes ge ra ç ã o Parâmetros que influenciam a eficiência dos sistemas (cont.) 𝑄 𝑚 × 𝑞𝑒𝑣𝑎𝑝 𝑚ሶ × 𝑞𝑒𝑣𝑎𝑝 𝑄ሶ 𝑒𝑣𝑎𝑝 𝐶𝑂𝑃 = = = = (1.46) 𝑊 𝑚 × 𝑤𝑖𝑛 𝑚ሶ × 𝑤𝑖𝑛 ሶ 𝑊𝑖𝑛 2. Influência do grau de subarrefecimento - Um aumento no grau de subarrefecimento leva a um aumento da eficiência do sistema, sendo mais importante quanto maior for o grau de subarrefecimento e menor for o efeito de refrigeração. M ó d u l18.2: Módulo o 1 5Fluidos : Ref r i refrigerantes ge ra ç ã o Parâmetros que influenciam a eficiência dos sistemas (cont.) 𝑄 𝑚 × 𝑞𝑒𝑣𝑎𝑝 𝑚ሶ × 𝑞𝑒𝑣𝑎𝑝 𝑄ሶ 𝑒𝑣𝑎𝑝 𝐶𝑂𝑃 = = = = (1.46) 𝑊 𝑚 × 𝑤𝑖𝑛 𝑚ሶ × 𝑤𝑖𝑛 ሶ 𝑊𝑖𝑛 2. Influência do grau de sobreaquecimento - O grau de sobreaquecimento tem um impacto negativo na eficiência do sistema para alguns refrigerantes, e. amoníaco, e um efeito de incremento da eficiência noutros. M ó d u l18.2: Módulo o 1 5Fluidos : Ref r i refrigerantes ge ra ç ã o Parâmetros que influenciam a eficiência dos sistemas (cont.) 3. Influência do efeito combinado do subarrefecimento e do sobreaquecimento - Depende da intensidade da variação do volume específico versus o incremento no efeito de refrigeração. Em geral, o efeito global está na ordem da unidade para todos os refrigerantes (maior para derivados halogenados) e menor que a unidade para o amoníaco. 4. Influência das perdas de pressão - A existência de perdas de pressão, tanto no lado de baixa ou alta pressão aumenta a taxa de pressão, aumentando o trabalho específico necessário. - Outro impacto das perdas de pressão (no lado de baixa pressão) é o aumento do volume específico, que associado à diminuição da eficiência volumétrica, leva a uma redução no caudal mássico. M ó d u l18.2: Módulo o 1 5Fluidos : Ref r i refrigerantes ge ra ç ã o Compressão multi-estágio M ó d u l18.2: Módulo o 1 5Fluidos : Ref r i refrigerantes ge ra ç ã o Compressão multi-estágio - Os sistemas de estágio simples (ou de único estágio) são substituídos por arranjos de vários estágios sempre que o processo de compressão não é economicamente viável. - A elevação da relação de pressões, isto é, o aumento da diferença de temperatura de evaporação e condensação (temperature lift), traz as seguintes consequências: 1) Temperatura de descarga inaceitavelmente alta, causando deterioração do lubrificante; 2) Queda significativa da eficiência volumétrica, havendo perdas da alta pressão para o lado de baixa pressão, através das folgas do compressor, originando uma diminuição na capacidade de refrigeração, como consequência direta da diminuição no fluxo de refrigerante; 3) Tensão excessiva nas peças móveis do compressor; 4) Um aumento no fornecimento de trabalho, aumentando o consumo de energia para compressão, durante o período de trabalho. M ó d u l18.2: Módulo o 1 5Fluidos : Ref r i refrigerantes ge ra ç ã o Compressão multi-estágio (cont.) - Além de evitar a deterioração do lubrificante e a estabilidade mecânica do compressor, o objetivo principal da refrigeração multi-estágio é a minimização do trabalho de compressão. - A minimização do trabalho de compressão pode ser alcançada por: 1) Aproximação, tanto quanto possível, a um processo internamente reversível, através da minimização das irreversibilidades (fricção, turbulência e compressão non-quasi-equilibrium), na medida em que a viabilidade tecnológica e económica o permita; 2) De um modo mais prático, mantendo o volume de gás específico tão pequeno quanto possível durante o processo de compressão, mantendo a temperatura do gás tão baixa quanto possível durante o processo. M ó d u l18.2: Módulo o 1 5Fluidos : Ref r i refrigerantes ge ra ç ã o Compressão multi-estágio (cont.) - Este procedimento é conseguido arrefecendo o gás enquanto este é comprimido, e pode ser melhor compreendido através da análise da integração da equação seguinte, para três processos reversíveis: um processo isentrópico (sem arrefecimento), um processo politrópico (envolvendo algum arrefecimento) e um processo isotérmico (com arrefecimento máximo): 2 𝑤𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 = න 𝑣 d𝑃 (47) 1 𝑛−1 /𝑛 𝑛 × 𝑅 𝑇2 − 𝑇1 𝑛 × 𝑅𝑇1 𝑃2 𝑛 = 𝑛 (politrópico) 𝑤𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 = = −1 (48) 𝑛−1 𝑛−1 𝑃1 𝑛 = 𝛾 (isentrópico) 𝑃2 (49) 𝑤𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 = 𝑅𝑇 ln (isotérmico) 𝑃1 M ó d u l18.2: Módulo o 1 5Fluidos : Ref r i refrigerantes ge ra ç ã o Compressão multi-estágio (cont.) - Num processo de arrefecimento ideal, este ocorre a uma pressão constante e o gás é arrefecido até a temperatura inicial 𝑇1 em cada estágio de dessobreaquecimento, sendo primeiro comprimido de 𝑃1 para uma pressão intermediária 𝑃𝑖𝑛𝑡 e depois comprimido até a pressão de fase final 𝑃2 (num arranjo de dois estágios). - Trabalho total, referente ao dois estágios: 𝑛−1 /𝑛 𝑛−1 /𝑛 𝑛 × 𝑅𝑇1 𝑃𝑖𝑛𝑡 𝑃2 (50) 𝑤𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 total = 𝑤𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 I + 𝑤𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 II = − 𝑛−1 𝑃1 𝑃𝑖𝑛𝑡 - Minimizado para: 𝑃𝑖𝑛𝑡 𝑃2 = ⇔ 𝑟𝑝 I = 𝑟𝑝 II ou 𝑃𝑖𝑛𝑡 = 𝑃1 × 𝑃2 (51) 𝑃1 𝑃𝑖𝑛𝑡 M ó d u l18.2: Módulo o 1 5Fluidos : Ref r i refrigerantes ge ra ç ã o Compressão multi-estágio (cont.) - Um único equipamento pode funcionar num ciclo de dois estágios, o que é o caso dos compressores alternativos em tandem, usados em sistemas pequenos que requerem baixa temperatura. M ó d u l18.2: Módulo o 1 5Fluidos : Ref r i refrigerantes ge ra ç ã o Compressão multi-estágio (cont.) - Sistemas polivalentes com um único compressor, comumente utilizados em unidades comuns de refrigerador-congelador, com temperaturas diferentes para os compartimentos do congelador e do frigorífico M ó d u l18.2: Módulo o 1 5Fluidos : Ref r i refrigerantes ge ra ç ã o Compressão multi-estágio (cont.) - Remoção de gás de flash 𝑚ሶ 7 = 𝑚ሶ 3 + 𝑚ሶ 8 ൞ (52) 𝑚ሶ 7 × ℎ7 = 𝑚ሶ 3 × ℎ3 + 𝑚ሶ 8 × ℎ8 𝑚ሶ 5 = 𝑚ሶ 4 + 𝑚ሶ 2 ⇔ 𝑚ሶ 7 = 𝑚ሶ 3 + 𝑚ሶ 8 (53) ൞ 𝑚ሶ 7 × ℎ5 = 𝑚ሶ 3 × ℎ4 + 𝑚ሶ 8 × ℎ2 M ó d u l18.2: Módulo o 1 5Fluidos : Ref r i refrigerantes ge ra ç ã o Compressão multi-estágio (cont.) - Sistemas com economizadores 𝑚ሶ 3 = 𝑚ሶ 5 + 𝑚ሶ 6 ⇔ 𝑚ሶ 2 = 𝑚ሶ 5 + 𝑚ሶ 1 ൞ (54) 𝑚ሶ 2 × ℎ3 = 𝑚ሶ 5 × ℎ5 + 𝑚ሶ 1 × ℎ6 𝑚ሶ 2 = 𝑚ሶ 5 + 𝑚ሶ 1 (55) ൞ 𝑚ሶ 2 × ℎ2 = 𝑚ሶ 5 × ℎ5 + 𝑚ሶ 1 × ℎ1 M ó d u l18.2: Módulo o 1 5Fluidos : Ref r i refrigerantes ge ra ç ã o Compressão multi-estágio (cont.) - Sistemas com economizadores 𝑚ሶ 3 = 𝑚ሶ 5 + 𝑚ሶ 6 ⇔ 𝑚ሶ 2 = 𝑚ሶ 5 + 𝑚ሶ 1 ൞ (54) 𝑚ሶ 2 × ℎ3 = 𝑚ሶ 5 × ℎ5 + 𝑚ሶ 1 × ℎ6 𝑚ሶ 2 = 𝑚ሶ 5 + 𝑚ሶ 1 (55) ൞ 𝑚ሶ 2 × ℎ2 = 𝑚ሶ 5 × ℎ5 + 𝑚ሶ 1 × ℎ1 M ó d u l15.1: Módulo o 1 5Refrigeração : Ref r i ge ra por ç ã ocompressão de vapor Compressão multi-estágio (cont.) Compressão multi-estágio direta: 1. Injeção de líquido - Injeção de refrigerante líquido na saída do compressor de baixa pressão; - Estratégia de dessobreaquecimento mais simples, mais compacta e menos dispendiosa, dispensado filtro de sucção no lado de alta pressão, separador de óleo de descarga no lado de baixa pressão, e exigindo um controle de operação simples. 𝑚ሶ 5 = 𝑚ሶ 6 + 𝑚ሶ 7 ⇔ 𝑚ሶ 3 = 𝑚ሶ 6 + 𝑚ሶ 2 𝑚ሶ 5 × ℎ5 = 𝑚ሶ 6 × ℎ6 + 𝑚ሶ 7 × ℎ7 ⇔ 𝑚ሶ 3 × ℎ5 = 𝑚ሶ 6 × ℎ6 + 𝑚ሶ 2 × ℎ7 (56) 𝑚ሶ 3 × ℎ3 = 𝑚ሶ 2 × ℎ2 + 𝑚ሶ 6 × ℎ6 M ó d u l18.2: Módulo o 1 5Fluidos : Ref r i refrigerantes ge ra ç ã o Compressão multi-estágio (cont.) Compressão multi-estágio direta: 2. Subarrefecimento do líquido - O método de subarrefecimento do líquido permite reduzir a questão da irreversibilidade da expansão isentálpica, através de uma expansão em vários estágios (tecnicamente limitada ao número de níveis menos um). - O efeito de refrigeração aumenta, sendo superior ao proporcionado pelos sistemas padrão. 𝑚ሶ 6 = 𝑚ሶ 7 + 𝑚ሶ 8 ⇔ 𝑚ሶ 3 = 𝑚ሶ 7 + 𝑚ሶ 2 𝑚ሶ 6 × ℎ6 = 𝑚ሶ 7 × ℎ7 + 𝑚ሶ 8 × ℎ8 ⇔ 𝑚ሶ 3 × ℎ6 = 𝑚ሶ 7 × ℎ7 + 𝑚ሶ 2 × ℎ8 (57) 𝑚ሶ 3 × ℎ3 = 𝑚ሶ 2 × ℎ2 + 𝑚ሶ 7 × ℎ7 M ó d u l18.2: Módulo o 1 5Fluidos : Ref r i refrigerantes ge ra ç ã o Compressão multi-estágio (cont.) Compressão multi-estágio direta: 2. Subarrefecimento do líquido - O método de subarrefecimento do líquido permite reduzir a questão da irreversibilidade da expansão isentálpica, através de uma expansão em vários estágios (tecnicamente limitada ao número de níveis menos um). - O efeito de refrigeração aumenta, sendo superior ao proporcionado pelos sistemas padrão. 𝑚ሶ 5 = 𝑚ሶ 7 + 𝑚ሶ 8 ⇔ 𝑚ሶ 3 = 𝑚ሶ 7 + 𝑚ሶ 2 𝑚ሶ 6 × ℎ6 + 𝑚ሶ 8 × ℎ5 = 𝑚ሶ 7 × ℎ7 + 𝑚ሶ 8 × ℎ8 ⇔ 𝑚ሶ 3 × ℎ5 = 𝑚ሶ 7 × ℎ7 + 𝑚ሶ 2 × ℎ8 (58) 𝑚ሶ 3 × ℎ3 = 𝑚ሶ 7 × ℎ7 + 𝑚ሶ 2 × ℎ2 M ó d u l18.2: Módulo o 1 5Fluidos : Ref r i refrigerantes ge ra ç ã o Compressão multi-estágio (cont.) Compressão multi-estágio direta: 3. Injeção de líquido com subarrefecimento - Uma alternativa aos anteriores métodos de subarrefecimento de líquido, evitando os problemas que a evaporação parcial do líquido saturado possa trazer antes da expansão da segunda fase, ou as restrições impostas para o R-22 ou o amoníaco. - A maior parte do caudal passa pelo ramal de baixa pressão, o que implica que a válvula do segundo estágio trabalhe para a taxa total (sendo mais vantajosa). - Este sistema é mais caro (devido ao permutador de calor), tendo uma aplicação semelhante aos sistemas de injeção de líquido. M ó d u l18.2: Módulo o 1 5Fluidos : Ref r i refrigerantes ge ra ç ã o Compressão multi-estágio (cont.) Compressão multi-estágio direta: 4. Arrefecimento intermédio (intercooling) - O arrefecimento intermédio é um método de eficiente de dessobreaquecimento entre estágios (intercooling), particularmente para aplicações de alta capacidade e baixa temperatura usando amoníaco. M ó d u l18.2: Módulo o 1 5Fluidos : Ref r i refrigerantes ge ra ç ã o Compressão multi-estágio (cont.) Compressão multi-estágio direta: 4. Arrefecimento intermédio (intercooling) 𝑚ሶ 3 = 𝑚ሶ 6 + 𝑚ሶ 2 ⇔ 𝑚ሶ 5 = 𝑚ሶ 6 + 𝑚ሶ 7 ቐ (1.82) 𝑚ሶ 3 × ℎ3 = 𝑚ሶ 6 × ℎ6 + 𝑚ሶ 2 × ℎ2 ⇔ 𝑚ሶ 5 × ℎ3 = 𝑚ሶ 6 × ℎ6 + 𝑚ሶ 7 × ℎ2  M ó d u l18.2: Módulo o 1 5Fluidos : Ref r i refrigerantes ge ra ç ã o Compressão multi-estágio (cont.) Compressão multi-estágio direta: 4. Arrefecimento intermédio (intercooling) 𝑚ሶ 2 + 𝑚ሶ 6 = 𝑚ሶ 3 + 𝑚ሶ 7 𝑚ሶ 2 + 𝑚ሶ 5 = 𝑚ሶ 3 + 𝑚ሶ 7 ቐ (59) ቐ (60) 𝑚ሶ 2 × ℎ2 + 𝑚ሶ 6 × ℎ6 = 𝑚ሶ 3 × ℎ3 + 𝑚ሶ 7 × ℎ7 𝑚ሶ 2 × ℎ2 + 𝑚ሶ 5 × ℎ5 = 𝑚ሶ 3 × ℎ3 + 𝑚ሶ 7 × ℎ7 M ó d u l15.1: Módulo o 1 5Refrigeração : Ref r i ge ra por ç ã ocompressão de vapor Compressão multi-estágio (cont.) Compressão multi-estágio indireta ou em cascata: - Em algumas aplicações de refrigeração, os requisitos de baixa temperatura podem causar algumas dificuldades aos refrigerantes convencionais, devido à: 1) Baixa pressão de evaporação, inferior à pressão atmosférica, expondo o sistema, em caso de rutura, à entrada de humidade ar; 2) Diminuição da temperatura, aumentando o volume específico (na entrada do compressor) e a taxa de deslocamento, para assegurar o caudal mássico desejado; 3) Redução do efeito de refrigeração, devido ao aumento do título em vapor à medida que a temperatura de evaporação decai. M ó d u l15.1: Módulo o 1 5Refrigeração : Ref r i ge ra por ç ã ocompressão de vapor Compressão multi-estágio (cont.) Compressão multi-estágio indireta ou em cascata: 𝑚ሶ UC × 𝑞𝑒𝑣𝑎𝑝 UC = 𝑚ሶ LC × 𝑞𝑐𝑜𝑛𝑑 LC ⇔ (61) ⇔ ሶ 𝑚5 × ℎ5 − ℎ8 = 𝑚ሶ 3 × ℎ2 − ℎ3 𝑄ሶ 𝑒𝑣𝑎𝑝 𝑚ሶ LC ×𝑞𝑒𝑣𝑎𝑝 LC 𝑚ሶ 3 × ℎ1 −ℎ4 (62) 𝐶𝑂𝑃𝑐𝑎𝑠𝑐𝑎𝑑𝑒 = = = 𝑊ሶ 𝑖𝑛 𝑚ሶ LC ×𝑤𝑖𝑛 LC +𝑚ሶ UC ×𝑤𝑖𝑛 UC 𝑚ሶ 3 × ℎ2 −ℎ1 +𝑚ሶ 5 × ℎ6 −ℎ5 M ó d u l18.2: Módulo o 1 5Fluidos : Ref r i refrigerantes ge ra ç ã o Compressão multi-estágio (cont.) Compressão multi-estágio indireta ou em cascata: - Teoricamente, os sistemas em cascata podem ter um número infinito de estágios, na medida em que o 𝑪𝑶𝑷 aumenta com o número de estágios. - No entanto, este crescimento tem um importante incremento inicial na eficiência, para ciclos de um, dois ou três estágios e, eventualmente, até a quarta etapa (dependendo das propriedades dos refrigerantes). - O incremento será mais atenuado quanto maior for o número de estágios. M ó d u l18.2: Módulo o 1 5Fluidos : Ref r i refrigerantes ge ra ç ã o Compressão multi-estágio (cont.) Compressão multi-estágio indireta ou em cascata: M ó d u l18.2: Módulo o 1 5Fluidos : Ref r i refrigerantes ge ra ç ã o Compressão multi-estágio (cont.) Compressão multi-estágio indireta ou em cascata: