Sistemas de Refrigeração_Aquecimento - Copia

Prévia do material em texto

CENTRO UNIVERSITÁRIO
ETEP
SÃO JOSÉ DOS CAMPOS - SP
General
Histórico :
O emprego dos meios de refrigeração já era do conhecimento humano mesmo na época das mais antigas civilizações. Pode-se citar a civilização chinesa que, muitos séculos antes do nascimento de Cristo, utilizava o gelo natural (colhido nas superfícies dos rios e lagos congelados e conservado com grandes cuidados, em poços cobertos com palha e cavados na terra) com a finalidade de conservar o chá que consumiam. Arial 28
General
Histórico :
As civilizações gregas e romanas que também aproveitavam o gelo colhido no alto das montanhas, a custo do braço escravo, para o preparo de bebidas e alimentos gelados.
General
Já a civilização egípcia, que devido a sua situação geográfica e ao clima de seu país, não dispunham de gelo natural, refrescavam a água por evaporação, usando vasos de barro, semelhantes às moringas , tão comuns no interior do Brasil. 
General
O barro, sendo poroso, deixa passar um pouco da água contida no seu interior, a evaporação desta para o ambiente faz baixar a temperatura do sistema. Entretanto, durante um largo período de tempo, na realidade muitos séculos, a única utilidade que o homem encontrou para o gelo foi a de refrigerar alimentos e bebidas para melhorar seu paladar .
General
No final do século XVII, foi inventado o microscópio e, com o auxílio deste instrumento, verificou-se a existência de microorganismos ( micróbios e bactérias ) invisíveis à vista sem auxilio de um instrumento dotado de grande poder de ampliação. 
General
Os micróbios existem em quantidades enormes, espalhados por todas as partes, água, alimentos e organismos vivos.
General
Estudos realizados por cientistas, entre eles o célebre químico francês Louis Pasteur, demonstraram que alguns tipos de bactérias são responsáveis pela putrefação dos alimentos e por muitos tipos de doenças e epidemias. 
General
Ainda através de estudos, ficou comprovado que a contínua reprodução das bactérias podia ser impedida em muitos casos ou pelo menos limitada pela aplicação do frio, isto é, baixando suficientemente a temperatura do ambiente em que os mesmos proliferam. Essas conclusões provocaram, no século XVIII, uma grande expansão da indústria do gelo, que até então se mostrava incipiente.
General
O que é um sistema de refrigeração ?
O sistema de refrigeração é um circuito fechado, por onde passa o fluido responsável pelo arrefecimento do motor, sobre o qual falaremos mais à frente. Alguns elementos que intervêm neste fluxo são o ventilador, o radiador e o termóstato. O elemento mecânico responsável pelo movimento do fluido é a bomba de água.
General
 O que é um sistema de refrigeração ?
General
O Embora a retirada de calor de um corpo seja designada, de uma maneira geral, de refrigeração, podemos fazer as seguintes distinções :
Arrefecimento – abaixamento da temperatura de um corpo até a temperatura ambiente ( TTS ou eventualmente TTU )
General
O Embora a retirada de calor de um corpo seja designada, de uma maneira geral, de refrigeração, podemos fazer as seguintes distinções :
Arrefecimento abaixamento da temperatura
General
O Embora a retirada de calor de um corpo seja designada, de uma maneira geral, de refrigeração, pode-se fazer as seguintes distinções :
Resfriamento - abaixamento da temperatura de um corpo da temperatura de congelamento ( 0ºC )
General
O Embora a retirada de calor de um corpo seja designada, de uma maneira geral, de refrigeração, podemos fazer as seguintes distinções :
Congelamento – abaixamento da temperatura de um corpo aquém da sua temperatura de congelamento.
General
Na pratica, a potencia frigorífica é avaliada em toneladas de refrigeração (TR), unidade que equivale à quantidade de calor a retirar da agua OºC, para formar uma tonelada de gelo a OºC, em cada 24 horas .
1Btu = 0,25198 Kcal
General
Aplicações do frio :
Modernamente, são inúmeras as aplicações do frio, o qual aproveitado praticamente em todos os ramos da atividade humana :
General
Aplicações do frio :
- Na indústria de alimentos, seja na sua manufatura, tratamento térmico ( pasteurização ) como na sua armazenagem ou transporte, como acontece :
General
Aplicações do frio :
- Na fabricação de bebidas ( vinhos, cervejas, etc. )
General
Aplicações do frio :
- Na industrialização de leite
General
Aplicações do frio :
- Na fabricação do leite condensado e do leite em pó ;
General
Aplicações do frio :
- Na fabricação de manteiga e da margarina ;
General
Aplicações do frio :
- Na fabricação de queijos ;
General
Aplicações do frio :
Na fabricação de sorvetes ;
General
Aplicações do frio :
Na indústria de pão e de doces ( chocolates ) ;
General
Aplicações do frio :
Na conservação de produtos agrícolas ( cereais ) ;
General
Aplicações do frio :
Na conservação de frutas e legumes em atmosfera controlada ;
General
Aplicações do frio :
- Na industrialização e conservação de carnes ;
General
Aplicações do frio :
Na elaboração e conservação de alimentos supercongelados ;
General
Aplicações do frio :
Na liofilização uma técnica de desidratação que usa da sublimação para produzir alimentos muito duráveis
, como o café solúvel, sucos de frutas, champignona, etc ;
General
Aplicações do frio :
Na fabricação de gelo ;
General
Aplicações do frio :
Gelos em blocos, em escamas, em cubos ou em cilindros ;
General
Aplicações do frio :
Secos ( neve carbônica) ;
General
Aplicações do frio :
- Pistas de patinação ;
General
Aplicações do frio :
- Na indústria de construção ;
General
Aplicações do frio :
Na cura de grandes estruturas de concreto, como barragens, fundações ;
General
Aplicações do frio :
No congelamento do solo para abertura de poções e túneis, ou na consolidação de fundações abaladas ;
General
Aplicações do frio :
Na metalurgia :
General
Aplicações do frio :
- No tratamento térmico de aço rápidos ;
General
Aplicações do frio :
Na supressão as austenita residual dos aços ;
General
Aplicações do frio :
Na redução do endurecimento de certas ligas (alumínio) ;
General
Aplicações do frio :
Na refrigeração de ferramentas de corte ;
General
Aplicações do frio :
- Na refrigeração de eletrodos do fornos elétricos e dos soldadores elétricos ;
General
Aplicações do frio :
Na solidificação de moldes de mercúrio ;
General
 Aplicações do frio :
Na anodização - é o processo de fazer um filme de óxido sobre certos metais por meio da imersão em um banho eletrolítico no qual o metal a anodizar é ligado ao polo positivo de uma fonte de eletricidade, transformando-se no anodo da cuba eletrolítica ;
General
 Aplicações do frio :
- Na ligação de peças mecânicas por contração ;
General
 Aplicações do frio :
 - Na indústria química : 
General
Aplicações do frio :
- Na remoção de calor em reações químicas exotérmicas, a fim de garantir uma temperatura adequada durante o processo ;
General
Aplicações do frio :
- Na extração de sais por diluição e refrigeração, a qual intensifica a cristalização, com acontece na obtenção, por cristalização Na2SO4, etc. ( Pigmentos ) ;
General
 Aplicações do frio :
- Na separação de misturas de líquidos, como desparafinagem de óleos, estabilizadores de perfume, desidratação do éter, destilação de fluidos voláteis, etc. ;
General
 
Aplicações do frio :
- Na separação de misturas gasosas, como recuperação de solventes, fabricação de NH3, por síntese, etc. ;
General
Aplicações do frio :
- Na filtração de soluções gasosas, contendo suspensões colidais ( pela refrigeração, a natureza coloidal das suspensões pode ser modificada, facilitando-se assim a filtração ;
General
Aplicações do frio :
Na solidificação de materiais, com graxa, ceras, etc. ;
General
Aplicações do frio :
Na intensificação da dissolução de um gas num liquido ( absorção);
General
Aplicações do frio :
Na secagem de gases
 ;
General
O Características dos 4 principais tipos de refrigeração :
Refrigeração por evaporação natural.
Refrigeração por gelo.
Refrigeração por expansão rápida do ar.
Refrigeração por sistemas de compressão.
General
De forma simples, a refrigeração industrial nada mais é que um processo de transformação de um determinado fluido refrigerante, com o propósito de realizar a troca térmica, absorvendo o calor cedido por um produto e/ou ambiente, assim, trocando de fase.
General
A climatização é voltada mais ao controle da temperatura do ambiente.Já refrigeração pode ser usada para outras finalidades, como congelamento e conservação de alimentos, produção industrial, entre outros.
General
Como funciona um ar condicionado ?
O aparelho suga o ar do ambiente e o conduz por um evaporador, onde o ar entra em contato com o gás refrigerante em estado líquido. Com isso, o ar-condicionado resfria o ar quente do ambiente e o devolve numa temperatura mais amena.
General
Quais são os 4 principais componentes dos sistemas de refrigeração?
 Os componentes do sistema básico de refrigeração são o compressor, o condensador, a válvula de expansão e o evaporador.
General
.
General
.
General
.
General
.
General
.
General
.
General
.
General
.
General
No sistema de aquecimento solar em si tem a função de converter a energia solar em energia térmica, o calor fornecido pelo sol é captado pelas placas que por sua vez aquece a agua vinda da caixa d’agua e esta é armazenada em um reservatório ( boiler ) desenvolvido e especialmente para mante-la aquecidaboiler) dedesenvolvido especialmente para mantê-la aquecida, reduzindo assim a perda de calor até que seja consumida
o final do século XVII, foi inventado o microscópio e, com o auxílio deste instrumento, verificou-se a existênciaNo sistema de aquecimento solarO sistema de aquecimento solar em si tem a função de converter a energia solar em energia térmica, o calor fornecido pelo sol é captado pelas placas coletoras que por sua vez aquece a água vinda da caixa d’água e esta é armazenada em um reservatório (boiler) desenvolvido especialmente para mantê-la aquecida, reduzindo assim a perda de calor até que seja consumida
 de microorganismos (micróbios e bactérias) invisíveis à vista sem auxilio de um instrumento dotado de grande poder de ampliação. Os micróbios existem em quantidades enormes, espalhados por todas as partes, água, alimentos e organismos vivos .
General
.
General
As máquinas térmicas são capazes de converter calor em trabalho. Funcionando em ciclos, utilizam duas fontes de temperaturas diferentes. Sendo um reservatório térmico quente onde recebem calor e um frio, para onde uma parte da energia térmica é dissipada que é para onde se direcionado o calor rejeitado.
O calor flui do reservatório à temperatura elevada (fonte quente) para o reservatório à temperatura mais baixa (fonte fria), obedece a Segunda Lei 
da termodinâmica e transforma parte do calor 
que sai da fonte quente em trabalho. 
General
TRABALHO MECÂNICO
O que se obtém do funcionamento de uma máquina térmica é o que chamamos de trabalho mecânico. Por meio da movimentação de pistões, as máquinas térmicas conseguem aproveitar uma pequena fração da energia térmica em seu interior, transformando-a em movimento. 
τ – trabalho (J – joule ou cal – caloria)
QQ e QF – calor quente e calor frio
General
RENDIMENTO
Por operarem em ciclos, isto é, a substância de trabalho usada para movê-las, passa diversas vezes pelo mesmo estado de pressão, volume e temperatura. Porém, as máquinas térmicas não transformam todo o calor em trabalho, ou seja, o rendimento de uma máquina térmica sempre será inferior a 100%. Calcula-se o rendimento através de:
η – Rendimento
 
τ – Trabalho mecânico (J – joules ou cal - calorias)
 
QF – calor cedido para a fonte fria
QQ – Calor proveniente da fonte quente 
(J – joules ou cal - calorias)
Quanto maior o valor do rendimento η, maior é a eficiência da máquina térmica e menor é a quantidade de calor rejeitada para a fonte fria.
General
ENTROPIA
Entropia é uma grandeza física utilizada para medir o grau de desordem de um sistema, sendo uma medida da indisponibilidade da energia. Ou seja, é o que sobra do trabalho mecânico + calor. A definição matemática de entropia é dada pela razão da quantidade de calor (Q) transferida entre duas porções de um sistema termicamente isolado, em Joules (J), por sua temperatura absoluta, em Kelvin (K).
General
CICLO DE CARNOT
O Ciclo de Carnot é um ciclo particular de transformações termodinâmicas de um gás ideal. É composto por duas transformações isotérmicas e duas transformações adiabáticas. Foi descrito e analisado pelo engenheiro francês Sadi Carnot, em 1824, em seus estudos sobre as máquinas térmicas.
Uma observação importante a ser feita é que é impossível construir uma máquina térmica com rendimento ideal, isto é, que transforme todo o calor recebido em trabalho mecânico. Mas até o ano de 1824 isso ainda não havia sido comprovado e vários cientistas buscavam a construção de uma máquina que operasse com 100% de rendimento. Foi quando o físico e engenheiro militar Nicolas Léonard Sadi Carnot propôs uma máquina térmica idealizada, estabelecendo um ciclo ideal, que ficou conhecido como ciclo de Carnot.
General
Expansão isotérmica de A até B, que ocorre quando o gás retira calor da fonte quente;
Expansão adiabática de B até C, sendo que o gás não troca calor;
Compressão isotérmica de C até D, pois o gás rejeita calor para a fonte fria;
Compressão adiabática de D para A, pois não ocorre troca de calor.
General
Além disso, Carnot também mostrou matematicamente a relação de proporcionalidade entre as quantidades de calor da fonte fria e da fonte quente, com as suas respectivas temperaturas:
QF = TF
QQ    TQ
Se substituirmos os termos na equação do rendimento, poderemos obtê-lo em função das temperaturas:
η = 1 -QF ------------> η = 1 -TF
         QQ                                  TQ
A análise dessa equação fornece a prova matemática de que o rendimento de uma máquina térmica nunca pode ser 100%, uma vez que, para que isso acontecesse, a razão entre as temperaturas TF e TQ deveria ser igual a zero. Isso somente seria possível se TF fosse igual ao zero absoluto, valor que não pode ser atingido.
General
General
Compressor 
Condensador
Válvula de Expansão
Evaporador
General
COMPRESSOR
O compressor funciona como uma bomba d’água, mas o processo é através da sucção e descarga.  
O fluido refrigerante é succionado em baixa pressão e temperatura em estado vapor do evaporador, aumenta sua pressão e temperatura e descarrega no condensador também em estado vapor.
O compressor só succiona e descarrega vapor, se por algum problema ele succionar líquido irá ocorrer o calço hidráulico.
General
CONDENSADOR
No condensador o fluido refrigerante entra no estado vapor em alta pressão e temperatura e sai no estado líquido em alta pressão e temperatura e vai para o dispositivo de expansão.
O fluido muda de estado, pois ele está passando pela serpentina em alta temperatura e o ar que está passando entre as aletas da serpentina retira o calor do fluido refrigerante mudando seu estado.
General
VALVULA DE EXPANSÃO
Imagina o fluido refrigerante vindo do condensador em alta pressão e de repente diminui a tubulação em 90%?
O fluido vai diminuir a pressão e continuar sua trajetória para o evaporador, ou seja, o dispositivo de expansão funciona diminuindo a pressão do fluido refrigerante.  
Existem diversos modelos de válvulas de expansão, deste um capilar de refrigeradores até uma válvula eletrônica de uma evaporadora.
General
EVAPORADOR
O evaporador irá funcionar parecido com o condensador, porém o fluido refrigerante muda seu estado de líquido para vapor.
O ar ambiente que está em uma temperatura alta passa pelas aletas da serpentina e cede calor para o fluido refrigerante que está em temperatura mais baixa.
Como fluido em estado vapor volta para o compressor e recomeça todo o ciclo novamente. 
General
EVAPORADOR
O evaporador irá funcionar parecido com o condensador, porém o fluido refrigerante muda seu estado de líquido para vapor.
O ar ambiente que está em uma temperatura alta passa pelas aletas da serpentina e cede calor para o fluido refrigerante que está em temperatura mais baixa.
Com o fluido em estado vapor volta para o compressor e recomeça todo o ciclo novamente. 
General
CONCLUSÃO
Sistemas de refrigeração e aquecimento são dispositivos que, operando em ciclo, retiram energia na forma de calor de uma fonte quente, como por exemplo: gás, vapor e transfere para uma fonte fria realizando assim o trabalho. Contudo, estas máquinas quando projetadas não geram 100% de rendimento, por mais que se utilizam o Princípio de Carnot, estas máquinas contêm certa perca onde denomina-se de entropia. 
General