Baixe Refrigeração Industrial e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Mecânica, somente na Docsity! FACULDADE DE TECNOLOGIA DE MOGI - MIRIM TECNOLOGIA EM PROJETOS MECÂNICOS Sistemas Mecânicos III Refrigeração industrial Adriano de Aquino Paiva da Silva Prof. Dr. Giorgia Taiacol Aleixo Mogi Mirim, 26 de novembro de 2009. Refrigeração industrial Trabalho de conclusão da disciplina, Seminário apresentado como parte das atividades desenvolvidas ao longo do aprendizado, no curso de Sistemas Mecânicos III, da graduação de Tecnologia em Projetos Mecânicos da Faculdade de Tecnologia de Mogi – Mirim. Prof. Dr. Giorgia Taiacol Aleixo Mogi - Mirim, 2009 RESUMO SILVA, Adriano de Aquino Paiva. Refrigeração industrial. Mogi-Mirim, Tecnologia em Projetos Mecânicos, Faculdade de Tecnologia de Mogi-Mirim, 2009. Dissertação (Conclusão de curso). Na última década, o mundo passou por uma transformação importante. O aumento do número de empresas e a globalização fizeram com que a concorrência obrigasse os diversos setores da indústria a aumentarem a produtividade e a qualidade para se manterem competitivos. Neste contexto, os sistemas de refrigeração proporcionam redução do tempo de ciclo em diversos processos de manufatura e, conseqüentemente, aumento de produtividade, maior confiabilidade, repetibilidade e qualidade do produto acabado. Neste trabalho são apresentados os principais modelos matemáticos para cada componente do sistema de refrigeração (compressor, condensador, válvula de expansão e evaporador) encontrados na literatura utilizados em refrigeração industrial. São analisados os principais aspectos relevantes ao projeto de sistemas de refrigeração, além do dimensionamento dos principais componente é apresentado o funcionamento do ciclo de refrigeração e seus principais refrigerantes. Palavras - chave: Refrigeração industrial, Simulação, Projeto. Abstract SILVA, Adriano de Aquino Paiva. Industrial Refrigeration. Mogi-Mirim, Technology in Mechanical Design, Faculty of Technology Mogi-Mirim, 2009. Dissertation (Completion of course) In the last decade, the world has undergone a major transformation. The increase in the number of companies and globalization have made the competition oblige the various sectors of industry to increase productivity and quality to stay competitive you. In this context, the cooling systems provide shorter cycle in various manufacturing processes and, consequently, increased productivity, greater reliability, repeatability and quality of the finished product. This paper presents the main mathematical models for each component of the cooling system (compressors, condenser, expansion valve and evaporator) in the literature used in industrial refrigeration. It analyzes the main aspects relevant to the design of refrigeration systems, in addition to the sizing of the main component is shown the functioning of the refrigeration cycle and its main drinks. Key-words: industrial cooling, Simulation, Project. Sumário INTRODUÇÃO Nos últimos anos, a indústria da refrigeração apresentou um progresso enorme e se tornou uma indústria gigantesca que movimenta bilhões de dólares todos os anos ao redor do mundo. Essa rápida expansão pode ser explicada por diversos fatores, entre eles, o desenvolvimento da mecânica de precisão e processos de fabricação sofisticados e o surgimento de compressores com motores elétricos de baixa potência; o que possibilitou o desenvolvimento dos refrigeradores e condicionadores de ar domésticos de pequeno porte. Outro fator importante foi à evolução dos fluidos refrigerantes. Os sistemas de refrigeração, cada vez mais, têm sido utilizados, tanto para proporcionar conforto, quanto para processos industriais. Os sistemas de condicionamento de ar para conforto, embora ainda considerados um luxo por algumas pessoas, mostram-se cada vez mais necessários e presentes em nosso dia-a-dia. Tais sistemas visam o controle da temperatura, umidade, pureza e distribuição do ar, no sentido de proporcionar conforto aos ocupantes de um determinado recinto. As instalações de ar condicionado para conforto podem variar em tamanho e complexidade, e podem ter diversas aplicações, tais como: edifícios comerciais, residências, shopping, veículos, etc. Já os sistemas de condicionamento de ar para finalidades industriais visam o tratamento do ar, tanto para proporcionar condições mínimas de conforto a os trabalhadores em ambientes insalubres, quanto ao controle das condições do ar em um processo industrial. Quando se trata de refrigeração industrial, torna-se difícil resumir em poucas linhas quais são as principais aplicações, porque é utilizada em muitos tipos diferentes de indústrias e em processos de manufatura extremamente diversificados entre eles estão: indústria alimentícia, farmacêutica, médica e hospitalar, metalúrgica e de transformação de metais e plásticos, etc. Diante desse cenário, fica evidente a importância de um sistema de refrigeração bem dimensionado. O objetivo principal do trabalho é apresentar uma base do sistema de refrigeração, seus componentes e principais modelos matemáticos. de fabricação de gelo artificial foram se acumulando, surgindo sistematicamente melhorias nos sistemas, com maiores rendimentos e melhores condições de trabalho. Entretanto, a produção propriamente dita fez poucos progressos neste período, em conseqüência da prevenção do público consumidor contra o gelo artificial, pois apesar de todos estarem cientes das vantagens apresentadas pela refrigeração, era crença geral que o gelo produzido pelo homem era prejudicial à saúde humana. Tal crença é completamente absurda, mas como uma minoria aceitava o gelo artificial, o seu consumo era relativamente pequeno. Todavia, a própria natureza encarregou-se de dar fim a tal situação. Em 1890, o inverno nos Estados Unidos, um dos maiores produtores de gelo natural da época, foi muito fraco. Em conseqüência, quase não houve formação de gelo neste ano, naquele país. Como não havia gelo natural, a situação obrigou que se usasse o artificial, quebrando o tabu existente contra este último e mostrando, inclusive, que o mesmo era ainda melhor que o produto natural, por ser feito com água mais pura e poder ser produzido à vontade, conforme as necessidades de consumo. A utilização do gelo natural levou a criação, no princípio do século XIX, das primeiras geladeiras. Tais aparelhos eram constituídos simplesmente por um recipiente, quase sempre isolado por meio de placas de cortiça, dentro do qual eram colocadas pedras de gelo e os alimentos a conservar, ver figura abaixo. A fusão do gelo absorvia parte do calor dos alimentos e reduzia, de forma considerável, a temperatura no interior da geladeira. Figura 1 – Geladeira primitiva Surgiu, dessa forma, o impulso que faltava à indústria de produção mecânica de gelo. Uma vez aceito pelo consumidor, a demanda cresceu vertiginosamente e passaram a surgir com rapidez crescente às usinas de fabricação de gelo artificial por todas as partes. Apesar da plena aceitação do gelo artificial e da disponibilidade da mesma para todas as classes sociais, a sua fabricação continuava a ter de ser feita em instalações especiais, às usinas de gelo, não sendo possível a produção do mesmo na própria casa dos consumidores. Figura típica da época era o geleiro, que, com sua carroça isolada, percorria os bairros, entregava nas casas dos consumidores, periodicamente, as pedras de gelo que deviam ser colocadas nas primeiras geladeiras. No alvorecer do século XX, começou a se disseminar outra grande conquista a eletricidade. Os lares começaram a substituir os candeeiros de óleo e querosene e os lampiões de gases, pelas lâmpadas elétricas, notável invenção de Edison, e a dispor da eletricidade para movimentar pequenas máquinas e motores. Com esta nova fonte de energia, os técnicos buscaram meios de produzir o frio em pequena escala, na própria residência dos usuários. O primeiro refrigerador doméstico surgiu em 1913, mas sua aceitação foi mínima, tendo em vista que o mesmo era constituído de um sistema de operação manual, exigindo atenção constante, muito esforço e apresentando baixo rendimento. Só em 1918 é que apareceu o primeiro refrigerador automático, movido à eletricidade, e que foi fabricado pela Kelvinator Company, dos Estados Unidos. A partir de 1920, a evolução foi tremenda, com uma produção sempre crescente de refrigeradores mecânicos. SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO 1. Classificação da Refrigeração A área de refrigeração cresceu de tal maneira no último século que acabou por ocupar os mais diversos campos. Para conveniência de estudos, as aplicações da refrigeração podem ser classificadas dentro das seguintes categorias: doméstica, comercial, industrial, para transporte e para condicionamento de ar. A refrigeração doméstica abrange principalmente a fabricação de refrigeradores de uso doméstico e de freezers. A capacidade dos refrigeradores domésticos varia muito, com temperaturas na faixa de -8°C a -18°C (no compartimento de congelados) e +2°C a +7°C (no compartimento dos produtos resfriados). A refrigeração comercial abrange os refrigeradores especiais ou de grande porte usados em restaurantes, sorveterias, bares, açougues, laboratórios, etc. As temperaturas de congelamento e estocagem situam-se, geralmente, entre -5°C a -30°C. Como regra geral, os equipamentos industriais são maiores que os comerciais (em tamanho) e têm como característica marcante o fato de requererem um operador de serviço. São aplicações típicas industriais as fábricas de gelo, grandes instalações de empacotamento de gêneros alimentícios (carnes, peixes, aves), cervejarias, fábricas de laticínios, de processamento de bebidas concentradas e outras. A refrigeração marítima refere-se à refrigeração a bordo de embarcações e inclui, por exemplo, a refrigeração para barcos de pesca e para embarcações de transporte de cargas perecíveis. A refrigeração de transporte relaciona-se com equipamentos de refrigeração em caminhões e vagões ferroviários refrigerados. Como podemos observar, as aplicações da refrigeração são as mais variadas, sendo de certa forma bastante difícil estabelecer de forma precisa a fronteira de cada divisão. 2.. Sistema de Compressão Mecânico de Vapor (CMV) Figura 1.3 – Diagrama de refrigeração 4.. Resfriadores de Líquido – Chiller Estes equipamentos conhecidos como Unidade de água gelada ou Chillers, tem o mesmo principio de funcionamento dos sistemas CMV, porém utilizam outro liquido como fluido de trabalho, o mais utilizado é a água. Esta água, devidamente resfriada é utilizada para as mais diversas aplicações. Um processo específico no qual a refrigeração é muito importante é a transformação de resinas termoplásticas onde se utiliza água para resfriamento do molde. A matéria-prima para a produção de plástico é estocada a temperatura ambiente, mas tem que ser aquecida para que possa ser moldada de acordo com o produto desejado. Tipicamente, a temperatura chega próximo de 200ºC e precisa ser resfriada novamente para ser embalada. A temperatura da água utilizada no resfriamento desses moldes tem um impacto direto na qualidade e na produtividade do processo, uma vez que, quanto mais rápido for o resfriamento, menor será o tempo do ciclo e mais peças poderão ser fabricadas em um mesmo intervalo de tempo. A figura 1.4 ilustra um sistema de resfriador de líquidos. Figura 1.4 – Resfriador de Líquidos O RESPONSÁVEL PELO FRIO 2. Fluidos Refrigerantes Fluido refrigerante é o fluido que absorve calor de uma substância do ambiente a ser resfriado. Não há um fluido refrigerante que reúna todas as propriedades desejáveis, de modo que, um refrigerante considerado bom para ser aplicado em determinado tipo de instalação frigorífica nem sempre é recomendado para ser utilizado em outra. O bom refrigerante é aquele que reúne o maior número possível de boas qualidades, relativamente a um determinado fim. As principais propriedades de um bom refrigerante são: • Condensar-se a pressões moderadas; • Evaporar-se a pressões acima da atmosférica; • Ter pequeno volume específico (menor trabalho do compressor); • Ter elevado calor latente de vaporização; • Ser quimicamente estável (não se altera apesar de suas repetidas mudanças de estado no circuito de refrigeração); • Não ser corrosivo; • Não ser inflamável; • Não ser tóxico; • Ser inodoro; • Deve permitir fácil localização de vazamentos; • Ter miscibilidade com óleo lubrificante e não deve atacá-lo ou ter qualquer efeito indesejável sobre os outros materiais da unidade; • Em caso de vazamentos, não deve atacar ou deteriorar os alimentos, não deve contribuir para o aquecimento global e não deve atacar a camada de ozônio. 1. Tipos de Fluidos Refrigerantes 2.1.1 CFC - São moléculas formadas pelos elementos cloro, flúor e carbono. (Exemplos: R-11, R-12, R-502, etc.). Utilização: ar condicionado automotivo, refrigeração comercial, refrigeração doméstica (refrigeradores e freezers) etc. Os CFC’s destroem a camada de ozônio. A camada de ozônio sendo danificada permite que raios ultravioleta (UV) do sol alcancem à superfície da Terra. As indústrias químicas nacionais cessaram a produção de CFC’s e a importação destas substâncias virgens está controlada. Para converter ou substituir um equipamento operado com CFC foram criados dois tipos de refrigerantes alternativos: HCFC’s e HFC’s. 2.1.2 HCFC - Alguns átomos de cloro são substituídos por hidrogênio (Exemplos: R-22, R-141b, etc.). Utilização: ar condicionado de janela, split, self, câmaras frigoríficas, etc. 2.1.3 HFC - Todos os átomos de cloro são substituídos por hidrogênio (Ex: R-134a, R-404A, R-407C, etc.). Utilização: ar condicionado automotivo, refrigeração comercial, refrigeração doméstica (refrigeradores e freezers), etc. • São utilizados nos equipamentos de refrigeração não havendo necessidade de troca de componentes (dispositivo de expansão, compressor, etc.); • São compatíveis com óleo mineral, óleo alquilbenzeno e com os materiais existentes. Obs.: somente na aplicação do R-407C, deve ser trocado o óleo mineral por óleo Poliolester; • A carga de fluido refrigerante do equipamento com fluido alternativo é 80% da carga de fluido original. Obs.: A carga do fluido refrigerante deve ser feita somente na forma líquida. Compatibilidade de alguns fluidos com óleos lubrificantes Tabela 1.3 – Compatibilidade com óleos lubrificantes Durante os últimos anos, vários refrigerantes alternativos foram avaliados e o R134a, por apresentar propriedades físicas e termodinâmicas relativamente semelhantes às do R12 e por não conter Cloro, tem sido considerado o substituto do R12 nas suas aplicações. Mais recentemente, outro fator ambiental, não menos importante que a destruição da camada de ozônio, tem sido considerado: o potencial de aquecimento global, mais conhecido como efeito estufa. Dentre os refrigerantes alternativos que atendem ambas as características ambientais, estão os hidrocarbonos. Estes refrigerantes não tinham até então sido considerados uma alternativa à substituição do R12, pois são inflamáveis. Na tabela 1.3.1 são apresentadas as principais propriedades físicas dos refrigerantes hidrocarbonos comparadas às do R12 e R134a. Propriedades físicas do R12, R134a e refrigerantes hidrocarbonos. Tabela 1.3.1 – Propriedades físicas de fluidos refrigerantes Como se pode verificar na tabela 1.3.1, os refrigerantes hidrocarbonos apresentam menor peso molecular quando comparados ao do R12 e R134a. Isto é devido à ausência de halogêneos como cloro e flúor na sua estrutura molecular, que é composta apenas de carbono e hidrogênio. Tal característica torna os refrigerantes hidrocarbonos menos agressivos ao meio ambiente, como mostra a tabela 1.3.2. Tabela 1.3.2 – Tempo de vida de fluidos refrigerantes ODP – Potencial de Destruição do Ozônio. GWP – Potencial de Aquecimento Global (comparado ao CO2). Observa-se na tabela acima que o refrigerante R134a, não destrói a camada de ozônio (ODP = 0). Tal característica deve-se à ausência de cloro nas suas moléculas. Entretanto os refrigerantes propano e butano exercem efeito desprezível (GWP < 5) sobre o aquecimento da Terra, ao contrário do R12 e R134a. Outro fator ambiental favorável aos refrigerantes propano e butano é seu menor tempo de vida na atmosfera. PROTEÇÃO DA RADIAÇÃO ULTRAVIOLETA 3. Camada de Ozônio O ozônio é formado quando as moléculas de oxigênio absorvem parte da radiação ultravioleta proveniente do sol, ocasionando a separação das moléculas em dois átomos de oxigênio. Estes átomos por sua vez, juntam-se com outras moléculas de oxigênio, formando assim o ozônio (O3), que contém três átomos de oxigênio. Aproximadamente 90% do ozônio da terra está localizado em uma camada natural, logo acima da superfície terrestre conhecida como estratosfera. Esta camada natural atua como um escudo protetor contra a radiação ultravioleta. A primeira preocupação sobre a provável destruição da camada de ozônio pelos CFC’s foi levantada com a publicação da teoria de que os átomos de cloro liberados pelos CFC’s poderiam migrar até a estratosfera, destruindo as moléculas de ozônio (Molina e Rowland, 1974), conforme mostra a figura 1.3. Alguns dos CFC’s têm um tempo de vida na atmosfera superior a 120 anos, isto é, eles não se dissociam na baixa atmosfera (troposfera). Como resultado, os CFC’s migram vagarosamente para a estratosfera onde são atingidos por maiores níveis de radiação, liberando o cloro, que por sua vez livre, liga-se repetidamente com moléculas de ozônio provocando a separação dos átomos de oxigênio da molécula em questão. Com a ocorrência da destruição do ozônio, maiores níveis de radiação tendem a penetrar na superfície terrestre. Além disso, devido ao longo tempo de vida dos CFC’s na atmosfera e ao fato de que um átomo de cloro pode destruir ao ramo da criogenia, ao qual se especializa na produção e utilização de gás natural liquefeito, oxigênio e nitrogênio líquidos. Outra forma de se caracterizar a refrigeração industrial seria através das aplicações, assim poderia ser descrita como sendo o processo utilizado nas indústrias químicas, de alimentos e de processos (envolvendo dois terços das aplicações), indústrias manufatureiras e de laboratórios. CONHECENDO OS COMPONENTES 5. Componentes de um Sistema de Refrigeração Figura 1.6 – Componentes básicos de um sistema de refrigeração Na figura 1.6 podemos visualizar um esquema simplificado de um sistema de compressão de vapor e seus componentes principais. Para um sistema completo deveriam ser incluídos os filtros, reservatórios, válvulas e equipamentos de controle. Os componentes básico de condicionadores de ar, e refrigeração industrial não diferem os quais são: trocadores de calor, compressores volumétricos, dispositivos de expansão e ventiladores sendo que esses sistemas consistem em um ciclo frigorífico. 5.1 Compressores Compressores podem ser considerados como os principais equipamentos que compõem sistemas de compressão de vapor. Os principais tipos de compressores utilizados em sistemas frigoríficos são: alternativo, parafuso, centrífugo e de palhetas. Os compressores alternativos consistem em um êmbolo, o qual realiza um movimento alternativo no interior de uma cavidade cilíndrica (cilindro) com válvulas de admissão e descarga abrindo e fechando de maneira conveniente, de modo a permitir a compressão de gás refrigerante. Já os outros tipos de compressores, valem-se de elementos rotativos para realizar a compressão do gás refrigerante. Figura 1.6.1 – Compressor alternativo Figura 1.6.2 – Compressor de parafuso Figura 1.6.1 – Compressor centrifugo Figura 1.6.2 – Compressor de palhetas Por ser o mais utilizado em sistemas de refrigeração, o compressor alternativo foi o escolhido para ser abordado nos modelos a seguir. Um modelo simples, comumente observado na literatura, é o modelo que supõe a inexistência na variação no fluxo de massa entre a entrada e a saída do compressor. Tal modelo permite computar o fluxo de massa e a entalpia na saída do compressor. A vazão mássica² de refrigerante através do compressor pode ser calculada através da equação: (5.1) N é a rotação do compressor em rps; V volume de deslocamento do pistão; 2 Mássica é aquilo que diz respeito á unidade de massa. Ex. potencia mássica do motor, relação entre a potencia e a massa do motor; é a densidade do refrigerante na entrada do compressor; η v é a eficiência volumétrica. Para a equação (5.1), a eficiência volumétrica pode ser obtida através da equação: (5.2) Onde: Cr é o fator de folga do compressor (razão entre volume morto e volume deslocado pelo pistão); Pc é a pressão de condensação do refrigerante; Pe é a pressão de evaporação do refrigerante; Cv é o calor específico para volume constante na entrada do compressor; Cp é o calor específico para pressão constante na entrada do compressor. Em um primeiro momento, a entalpia na saída do compressor pode ser calculada levando se em consideração que o processo de compressão é isoentrópico (s= cte). A diferença entra as entalpias encontradas na entrada e na saída do compressor (trabalho de compressão) é dividido pela eficiência de compressão. O valor da eficiência de compressão pode ser adotado baseando-se em dados experimentais. Então, as temperaturas e entalpias são recalculadas de maneira a representar o novo valor do trabalho de compressão. Os dados de entrada para este modelo podem ser obtidos de maneira semi-empírica. Figura 1.6.3 – Compressor Bitzer Figura 1.6.4 – Detalhe interno do compressor 5.2 Trocadores de Calor Os trocadores de calor (condensador e evaporador) são os componentes de um sistema de refrigeração que exercem maior influência no desempenho das trocas térmicas exercidas pelo sistema. 5.2.1 Condensadores Condensadores são os elementos do sistema de refrigeração que têm a função de transformar o gás quente, que é descarregado do compressor a alta pressão, em líquido. Para isso, rejeita o calor contido no fluido refrigerante para alguma fonte de resfriamento. Figura 1.7 – Condensador Figura 1.7.1 – Arranjo esquemático 5.2.2 Processo de Condensação Ao ser admitido no condensador, o fluido refrigerante está no mesmo estado que na descarga do compressor, ou seja, gás quente a alta pressão. Como em um sistema de refrigeração o objetivo é evaporar o refrigerante (para resfriar), o refrigerante no estado gasoso deve ser condensado antes de retomar ao evaporador. O processo de condensação do fluido refrigerante se dá ao longo de um trocador de calor, denominado condensador, em três fases distintas que são: Dessuperaquecimento, Condensação e Sub-Resfriamento. Figura 1.7.2 – Processo de condensação 5.2.3 Evaporadores O evaporador é um dos componentes principais de um sistema de refrigeração, e tem a finalidade de extrair calor do meio a ser resfriado, isto é, extrair calor do ar, água ou outras substâncias. É a parte do sistema de refrigeração onde o fluido refrigerante sofre uma mudança de estado, saindo da fase líquida para a fase gasosa. É chamado, às vezes, de serpentina de resfriamento, resfriador da unidade, serpentina de congelamento, congelador, etc. Embora o evaporador seja às vezes um dispositivo muito simples, ele é realmente a parte mais importante do sistema. Qualquer sistema de refrigeração é projetado, instalado e operado com o único fim de retirar calor de alguma substância. Como esse calor tem que ser absorvido pelo evaporador, à eficiência do sistema depende do projeto e da operação adequada do mesmo. A eficiência do evaporador em um sistema de refrigeração depende de três principais requisitos, que devem ser considerados no projeto e seleção do mesmo: • Ter uma superfície suficiente para absorver a carga de calor necessária, sem uma diferença excessiva de temperatura entre o refrigerante e a substância a resfriar. • Deve apresentar espaço suficiente para o refrigerante líquido e também espaço adequado para que o vapor do refrigerante se separe do líquido. • Ter espaço suficiente para a circulação do refrigerante sem queda de pressão excessiva entre a entrada e a saída. Figura 1.7.3 – Evaporador 5.2.4 Processo de Evaporação Após passar pela válvula de expansão (ou tubo capilar), o fluido refrigerante é admitido no evaporador na forma líquida. Como a pressão no evaporador é baixa, o fluido refrigerante se evapora com uma temperatura baixa. No lado externo do evaporador há um fluxo de fluido a ser refrigerado (água, solução de etileno-glicol, ar, etc.), ver figura a seguir. Como a temperatura desse fluido é maior que a do refrigerante, este se evapora. Após todo o refrigerante se evaporar, ele sofrerá um acréscimo de temperatura denominado superaquecimento. (5.9) Onde: qmax é a taxa máxima de transferência de calor admitida no trocador cpmin é o calor específico à pressão constante que apresentar o menor valor entre o fluido quente para a temperatura da entrada e o fluido frio para a temperatura da entrada. Tq,e é a temperatura do fluido quente na entrada do trocador de calor; Tf,e é a temperatura do fluido frio na entrada do trocador de calor. A efetividade do trocador de calor, então, nada mais é do que a razão entre a taxa real de transferência de calor e a taxa máxima de transferência de calor possível para um determinado trocador de calor. (5.10) Onde: ε é a efetividade do trocador de calor Então, podemos também definir a efetividade através das seguintes equações: (5.11) Ou (5.12) Onde: cpq e cpf são os calores específicos à pressão constante dos fluidos quente e frio, respectivamente (média dos calores específicos entre a entrada e a saída do trocador). Tq,s e Tf,s são as temperaturas do fluido quente e do fluido frio na saída do trocador de calor, respectivamente. Por definição, a efetividade, que é um parâmetro adimensional, deve estar no intervalo compreendido entre 0 ≤ ε ≤ 1. A efetividade pode vir a ser muito útil, uma vez que, se os valores de ε , Tq,e e Tf,e forem conhecidos, a taxa real de transferência de calor pode ser determinada através da seguinte expressão: (5.13) Para qualquer trocador de calor, pode ser demonstrado que: (5.14) Onde Cmin/Cmax pode ser igual à cpf / cpq ou cpq / cpf , dependendo das magnitudes das taxas de capacidades caloríficas dos fluidos quente e frio. Já o Número de Unidades de Transferência (NUT) é um parâmetro adimensional amplamente utilizado na análise de trocadores de calor, sendo definido através da seguinte expressão: (5.15) Onde: U é o coeficiente global de transferência de calor A é a área do trocador de calor Relações Efetividade-NUT: Para a determinação da forma específica da relação efetividade-NUT (Eq. 5.14) podemos considerar um trocador de calor com escoamento em paralelo, no qual cpmin=cpq. Desta maneira, podemos obter a seguinte expressão: (5.16) Sabemos, também que: (5.17) Onde: mq e mf são as vazões mássicas do fluido quente e do fluido frio, respectivamente. (5.18) A expressão 5.18 foi desenvolvida através de um processo de rearranjo e substituição de equações, o qual é apresentado de maneira mais clara na literatura (Incropera F.P. & DeWitt D.P., Fundamentos de transferência de calor e massa, 4ª Edição, Editora LTC, Capítulo 11, pp. 327). De maneira semelhante, foram desenvolvidas expressões aplicáveis a outros tipos de trocadores de calor. Tais expressões podem, facilmente, ser encontradas em sua forma final em tabelas apresentadas na literatura (Incropera F.P. & DeWitt D.P., Fundamentos de transferência de calor e massa, 4ª Edição, Editora LTC, Capítulo 11, pp.328,329). Os modelos de duas ou três zonas para trocadores de calor são os mais utilizados para simular o comportamento deste tipo de equipamento devido à relativa facilidade do modelamento matemático e da maior fidelidade ao comportamento real do equipamento, quando comparado aos modelos de zona única. Em tais modelos, o evaporador é dividido basicamente em duas zonas (evaporação e superaquecimento) e o condensador é subdividido basicamente em três zonas (superaquecimento, condensação e sub-resfriamento). Para este tipo de modelamento, as equações da continuidade, energia e quantidade de movimento podem ser estabelecidas e aplicadas com maior precisão e, considerando a utilização de um coeficiente de transferência de calor para cada uma das zonas, o problema físico pode ser melhor descrito e matematicamente representado. Os modelos distribuídos têm sido cada vez mais utilizados ao longo dos últimos anos, devido à maior fidelidade ao comportamento real do equipamento em relação aos modelos apresentados anteriormente. Neste tipo de modelamento, o trocador de calor é dividido em vários pequenos volumes de controle. A aplicação das equações para balanços de massa, Figura 1.8.1 - Válvula de expansão NA INDÚSTRIA 6. Fluxograma Industrial Completo Figura 1.9 – Fluxograma de refrigeração industrial 6.1 Centrais de Refrigeração Na indústria são utilizadas centrais de refrigerações, também conhecidas como Rack’s, onde são acomodados os dispositivos de refrigeração, e sendo tristribuido os fluidos refrigerantes através de tubulações. Figura 1.9.1 – Rack 01 Figura 1.9.2 – Rack 02 Figura 1.9.3 – Projeto gráfico do Rack .