MAPA – REFRIGERAÇÃO E CONDICIONAMENTO DE AR – 53_2024

Antes de iniciarmos essa jornada, é fundamental revisar todos os conceitos aprendidos anteriormente. Para cada conceito, procure relacioná-lo com alguma aplicação prática em seu cotidiano. Reforce seu entendimento revisitando os princípios de termodinâmica, fenômenos de transporte e máquinas térmicas, aplicando-os ao conteúdo abordado na disciplina de Refrigeração e Condicionamento de Ar.

A área de refrigeração e condicionamento de ar é crucial para a atuação de um engenheiro mecânico. Aplicações comerciais e industriais, como câmaras frigoríficas, unidades de recuperação de calor, sistemas de ar-condicionado e sistemas inteligentes de aquecimento e controle do ar, são exemplos de como esses sistemas são fundamentais na prática profissional. Essas aplicações são diretas implementações dos princípios de termodinâmica e entender o funcionamento dos sistemas de refrigeração é essencial para projetar e otimizar sistemas de refrigeração eficientes. Exemplos desses ciclos incluem o Ciclo Reverso de Carnot (Ciclo de Refrigeração de Carnot) e o Ciclo Ideal de Refrigeração a Vapor.

Imagine um edifício comercial onde um sistema de refrigeração eficiente foi projetado para garantir o conforto térmico dos ocupantes. No entanto, uma sala de escritório enfrenta dificuldades em manter uma temperatura confortável, especialmente no verão, o que causa desconforto e reduz a produtividade. Para solucionar esse problema, você foi contratado como consultor por uma multinacional para avaliar e melhorar os sistemas de refrigeração da empresa.

Para executar suas atividades com excelência, é crucial entender o problema específico da empresa e buscar uma solução adequada. Durante as reuniões, serão solicitados relatórios e esclarecimentos, os quais estão detalhados a seguir. Conhecer os fundamentos de refrigeração e condicionamento de ar permitirá que você forneça soluções eficazes e inovadoras, destacando a importância de um engenheiro mecânico estar bem versado nesses conceitos.

a) Esboce o ciclo de refrigeração de Carnot e o ciclo de refrigeração de compressão a vapor, apresente um esboço do diagrama de entalpia-pressão e destaque as principais etapas do processo, bem como o estado físico do fluido de refrigeração em cada etapa.

b) Explique de forma suscinta o funcionamento do ciclo refrigeração de Carnot e do ciclo de refrigeração de compressão a vapor, apresentando as principais semelhanças e diferenças entre eles.

c) Escreva a equação geral do balanço de energia, e realize o balanço de energia para cada componente (compressor, turbina, válvula, trocador de calor etc.) que compõe o ciclo de refrigeração de Carnot e o ciclo de refrigeração de compressão a vapor (faça as devidas simplificações na equação geral do balanço de energia para cada componente do sistema).

d) A fim de avaliar o sistema de refrigeração do escritório, escreva como o Coeficiente de Performance (COP) do ciclo de refrigeração pode ser obtido, qual a importância do COP e como o valor do COP pode ser interpretado (quando seria um valor aceitável/ideal).

e) Dentre os elementos de um ciclo de refrigeração está o compressor. No dia a dia do engenheiro podemos avaliar a performance dos compressores por meio de curvas características. Dessa forma, conseguimos avaliar se um determinado compressor pode ser utilizado para uma aplicação específica. Cada tipo e modelo de compressor apresenta a sua curva característica de performance, a qual é fornecida pelo próprio fabricante. Faça uma pesquisa de pelo menos 3 tipos/modelos de compressores disponíveis no mercado e, para os compressores pesquisados, apresente os seguintes itens:

i. Fabricante.
ii. Classificação e Modelo do Compressor.
iii. Parâmetros Operacionais (faixa admissível de operação – Vazão, Pressão e Rotação).
iv. Vantagens e Desvantagens.
v. Principais Aplicações.

OBS.: coloque as referências de onde as informações foram retiradas (de acordo com a ABNT) para que o exercício seja pontuado.

f) A eficiência energética do escritório também contribui para o conforto e produtividade de seus ocupantes. Dessa forma, o seu gestor pediu que você desenvolvesse um estudo dos requisitos de eficiência energética do escritório e como esses requisitos podem afetar no conforto térmico e na carga térmica do ambiente.

g) Dentre vários fatores, o valor do COP do sistema de refrigeração pode variar dependendo das condições de operação e do tipo de refrigerante utilizado. Dessa forma, o seu gestor solicitou que você explicasse como a escolha do tipo de refrigerante pode afetar o COP.