Par que, entao, deter-se nos detalhes de obten9ao dessas cartas? Algumas hip6teses simpiificadoras serao feilas no procedimento de obtern;ao da carda desenvolvido a seguir, que serao apresentadasjuntamenle com recornendas;5es para execus;ao de ca!
A carla oblida a partir dessas hip6teses simplificadoras apresenta uma precisao bastante razoavel para a maioria das aplicas;oes erq engenharia.
Se dados ou cartas mais precisos estiverem disponlveis e evidente que devem ser usados. As cartas psicrometricas apresentadas neste capl! A regiao a direitl! Ale agora o ar nao foi considerado.
Em princ! Na realidade ocorre uma! A Tabela A-2 apresenta as propriedades do ar salurado de vapor. A comparail'O entre a presslio parclal do vapor de agua na mistura arvapor da Tabe! A Fig. Se o es! A direlta da linha de saturairifo oar nao e saturado.
Figura A ca. Assim, a linha de umi panimetros podem ser colocados indistintamente como ordenadas, como e ilustrado na Fig. A relayao entre We p 8 nao linear. AsSim, na Fig. Da Eq. A determinao;::ro da umidade absoluta pode ser folta com a equa- Sl iylio dos gases perfeilos. Os valores da entalpia sao sempre referidos a um est ado de refere! Assim, o ar e h do vapor superaquecido admitido com entalpia nula a temperalura de o0 c.
Para o vapor de agua o estado de referenda valor nulo da entalpia e o da agua, liquido saturado a! Uma equayao para a entalpia poderia ser escriia na forma: '. Fdizmente, esta hipotese nao acancla erros significa! Uma linha isoentalpica pode ser adicionada, neste ponto, a carta psicrometrica, como mostrado na Fig. Diversas temperaturr. Os pontos da carla psicrnmetrica reprcsentando as tcmpcraturas e as u1uidades absolutas obtidas pclo procedimcnto acima dc! Tempcratu1a, 0 c Figuta Hi Llnha isoentalpica.
Solu9ifo: A cqua9ao dos gases perfeilos pode ser utilizada na obteni;:ao do volume especifico da 1nistura. A ultima propriedade psicrometrica a ser considerada e a temperatura de bulbo umido.
Antes de intrnduzir essa propriedade, entretanto, einteressaute apresentar o problema da pare- de umida no sentido de facilitar o entendimento do leitor. Io parcial do vapor emaior que a pressao de satura9li'o da agua a tw, resultando em condensa9iio de vapor de agua contido no ar.
Esta caractedstica e resultado do valor uni! Da Tabela A-I, a pressao parcial do vapor de agua em ar saturado a 24c e de 2, kPa.. Tempernlura, 0 c JA atemperatura da superffoie umida. I l-Sl 0 at tende ao estado sobre a linha de saturai;iio. I e 0 saturndor adiabiitico, mostrado na Fig. A agua, circulada continuamente, e dfapersa a fim de proplclar uma area ta!
As paredes do saturador slio adiabaticas do mesmo modo que as linhas de circula figura Aft. A agua que eevaporada no processo deve ser reposta por agua amesma te,nperatura daquela do reservat6rio. A carta psicromel!
Para a obten9ao de valores prccisos da entalpia Jcvenam ser ut1h:tadus as escalas dada lemperatura do reservat6rio poderia ser ob! Assim, por unidade de massa do ar, o Para verificar o desvio da cntalpia, considere-sc oar a tempcratura de bulbo seco de 40C balan90 tcrmico proporciona e a umidade re! A linha de temperatura de bulbo umido Constante e uma rn! A linha re ta en! A escala de cnlalpia a csquerda da linha de saturayiio se aplica ao ar saturado.
Para oar nao saturado, a escaia aesquer- da.. Um tennomctro tendo o seu bulbo coberto por urna mecha umida, como na Fig. Como a area da mecha umtda e NT. U '-Om UJlllS em sua passagem pela mecha podeni Em seu trabalho pioneiro sobre psicromeiria, Cauier 1 admiliu que a temperalura da agua no termOmelro de bulbo umido era igual ado saturador adiabaiico.
Lewis 2 , em l , agrnpou variaveis psicrometricas para formar um adimensionai, ao qua! Ele con cluiu que se esse adimensional fosse unitario, a lemperatura da mecha seria ideniica a da agua espargida no saturador adiabatico. Em , Lewis 3 demonstrou que, em atmosferas dlferentes daque! Assim, pode-se admitir que as lemperaturas indicadas pelo term6 metro de bulbo umido e pelo saturador adiabatico sao identicas, podendo-se suprimir o termo "lermodiniimica" na lemperatura de buibo umido.
Os processos com ar um. A carta tambem pode ser ulilizada na deter Figuu HS Resfdamenlo e desumldiflcil. Qu mlstura sera-o apresenlados a seguir.
A Fis. OCes sua temperatura deve aumentac. II J1mid2,.! A entalpia, a umidade absoluta e o volume espedfico do ar umido foram referidos a uni dade de massa do ar seco, o que pode parecer estranho. Figura ll 7 a Esquema do processo de mistura. Figura Trnnsferencia de calor e massa entre o s e uma superflcle mol. Pela equayiio da convec9ao, o calor senslve!
Assim, a Eq. Embora a determi. Assim, tais. Afortunadamente os mecamsmos de lransferencia de calor e de massa sa:o semelhan- tes, de modo que os coeficienles he e ho sao simplesmente relacionados.
Os detalhes de ob! A rclal il'o pode ser escrita como: Q nome potencial de entalpia tem origem na Eq. I de Enta. Hi Co11cl11soes a Parlir do Polencial de Entaipia. Alem de propiciar a de1ermina9ao das transferencias de calor e massa em serpen! Combinando as Eqs. As Figs. Assim, ar, no eslado a, entra em conlalo com A Fig. No caso l; , a uma temperatura mais baixa, para o ar. Entretanto, a segunJa lei da krmodirni.
A pressao barometrica e de 10 I kPa. Usando as tabelas de vapor e as Eqs. Com os valores de umidade absolula da amoslra pela Eq. No caso 3: 3. Para as pressoes barometricas de 85 e kPa. Determine: a a entalpia e b a temperatura de orvaiho.
Ei i::I 3-S Uma lone de resfriamento e um equipamento no qua! Usando propriedades extraidas da carta psicrometrica a determine a capacidade de rcfrigerayiio em kW e b d.. Ei fl Em um sistema de ar condicionado uma corrente de ar externo e mislurada a outra de. Determine a a en- s ;:l talpia da mistura, b a umidade absolula du mistura, c a temperatura de bulbo seco da mislura a partir das propriedades determinadas nas partes a e b , e d a tempera Figw:a ! Caso 3, q1 da agua para oar.
Refrigera9tfo e Ar Comlicionado. Ate que temperatura minima o ar pode ser resfriado nesse trocador de calor? Quais dcvem ser as lemperaturas de bulbo seco e bulbo uml- dificador? Carrier, W. It: Rational Psychromelric Formulae, Tram.
ASMJ::', vol. Um projeto pode ser considerado salisfat6rio Stoecker, W. As caracteristicas mencionadas afetam a capacidade do equipamento e a energia necessaria para sua opera9ao.
Tenda em vista o objetivo do sistema, interessante comeyar a analise por uma dis cussao breve dos fatores que afetam o conforto. Calor e gerado por um pro- cesso metab6lico no sentido de manter a temperatura do corpo. Os processos metab6licos. A quan! No projeto de um sistema dear condicionado, entretanto, o objetivo e controlar os qua- tro paramelros ambientais. Os distintos mecanismos pelos quais a temperatura con- :1olada foram descritos na Se93'0 e sao mostrados na Fig.
Assim, uma pessoa em repouso, rea! ICfadq Temperatura operacional. Os res! Essas porcentagens podem variar em fun A lemperalura operacional e aproximadamente a media arilmetica da temperatura de 9iio das condi9oes ambientais ou do niwl de atividade. A lemperatura radiante media e a temperatura superficial uni porn9zo de suor. Uma pessoa com vestimenia pesada pode sentir-si; conforlave! As temperaiuras das superflcies vizinhas him lanla int1uencia no conforto quanlo a propria temperatura do a1, nl!
As fontes de poluiyao podcm ser lanlo intcmas quanio exlemas. Nesse sentido a venlila9ao exerce um papel mullo importante. Venlila9ao e'definida como o rnecanismo pelo qua! Em geral, o ar de ventila9ao e constiluido de ar externo e de ar recirculado. Na maioria dos casos a ventila9ao e realizada para elimi- Fa lores lsolamento Veslimenta - - fisioi6gicos nar adores ou irriti19Cies da parte superior do canal resr ;, :!
No entanto, estes contamina. A reforencia 2 recomenda as quantidades de ar de vei. Cm dos obje! Assim, na discussao que se segue admile-se o ar extemo de qualidade salisfat6ria. A Tabela 4 I apresenta recomen dayoes de ar externo para Ires aplica9oes distintas.
Como se pode observar nessa. Fatores de confor1o termico ' '. Escrit6rios 7 JO 2,5 Embora no segundo caso a taxa de ventihao seja maior que no o consu- Salas de reuniao e 60 17,5 3,5 mo de energia deve ser menor, uma vcz que a taxa dear externo foi reduzida. E Cada um dos fatores que afetam o conforto deve ser considerado durante o projelo de um on de laxa dear externo para uma dada ap! Esses fatores afetam a capacidade e o controle do sistema, bem E eficiencia de remoi;;ao do dispositivo de filtragem do ar, que pode ser deierminada como o projeto e a disposii;;ao do sistema de dutos ou de unidades teqninais.
Assim, por exem- em lermos. A transforencia de calor atraves das paredes de l:lm ediffcio depende do material; de aspectos geomelricos como tamanho, fonna e orienta9lio; da ocorrencia de fonles intemas de su,au: calor, e de fatores climaticos. A mesma 1abela recomen- ;. Esta e a taxa minima s.
Duas sao as solw;oes poss! Emborn uma serie de procedimentos tenham sido desenvolvidos para o calculo da carga termica, aqui sera adolado aquele proposto pela ASURAE 4 Salvo pequenas difereas, lodos As condi9oes de projeto geralmente especificadas no calculo das cargas termicas de aque- os metodos baseiamse na determina9ao; de maneira sistematica, dos fatores que afetam as lro cas lermicas, que sao divididos em quatro categorias cargas Fig.
Para aquecimenlo, uma tempera tura interna de 20 a 22c e normalmente admilida, enquanto que uma temperatura variando entre 24 e 26C e razoavel no caso de resfriamenlo.
Nessas condiqoes oar externo e considerndo salmado. A carga lermica de resfriamento depem! A carga termica maxima de pico de um sistema de refrigen19ao Resultante da libera9ao de energia no interior do recinlo luzes, pessoas, equipamen!
A Tabeia 4. I com o. A temperatura de bu! As Tabelas a , que apresentam dados sobre insolas,:a-o, ,. Exemplo Escolha as temperaturas intema e externa de ,nojeto para um edificio a ser cons lrnido em Denver, Colorado.
Nas se9oes seguin! Mais detalhes podem ser enconira NT. Para o hemisferio sul. Assim, durante a opera9ao do sistema de aquecimento, se a temperatura extema e superior a de projeto, uma lemperalura lnverno Verao maior que 2ooc podera ser mantida no interior, se desejado. Miami, Fla. A Tabela pag. As areas utili:wdas silo areas iulernas nomiuais. Sacramento, Calif. Louis, Mo. Para o invemo, da Tabela , uma! As cargas tennicas de aquecimento s:!
Omm mina a lransmissilo de ca! Se o porilo deve ser coudicionado, as Reves1imen10 perdas de calor devem ser determinadas com base na resistencia termica das paredes e do piso, na temperatura intema a ser manlida e em uma estimaliva da lemperatura do solo adjacente. Assim, P! Pouco se sabe sobre os valores de F parn pisos gra11des. Esses valores devem ser considerados como uma aproximaqao e sao um tanto elevados.
A base de areia e cascaJho 0,55 Agregado! Mania de fibra mineral, 7 mm l,94 b comum na prtitica fazer a distin9ao entre esses dois efelios. Essa terminologia se aplica tambem as outras cargas. Assim, por exemp! A perda ou ganho de calor devido a Materials de Jn1eriores penc1rn9ao dear externo pode ser calculada por meio das expressoes, Estuque, l5mm 0,08!
Um procedimento aJotado na pnitka e eslimar a infiltrapo em termos do numero tje renovai;oes dear por hora. Uma renovaao dear Superficie, ar parado emhsividade da superficie igual a 0,9 , hori 0,11 por hara e uma vazao numericamente igual ao volume do espa Evidentemente, o ar 4ue enlra deve sair, quer por meios naturais, coma as fugas, Valores tipicos das conslantes sao apresentados na Tabela Os metodos de calculo foram apresentados na Se9ao Os exaustores sa:o geralmente!
O imponha uma carga adicional no sislema de aquecimento ou refrigera1fl! O, curio espa90 de tempo. Uma alternativa secia dimensionar o equipamen com capaci- essa carga se da no ponto equipamento onde o are condicionado e nao no recinto.
Assim, e dade nonnal e acionar o sistema com tempo suficiente para permitir o aquecimento necessario diferenciar as cargas termicas no equipamento e aquelas usadas 11a determinalfliO da gradual do cdificio.
As principais fontes de gera9iio interna de calor sao luzes, ocupantes e equipamentos de!. Averiguar possiveis condi1f5es especiais, corQo espa9os adjacentes ni!
A quantidade de calor ganha pelo espa90 proveniente das lampadas depenJe da cstimando a seguir as suas! No caso Jc uma Jampada fluorescentc a energia dissipada pelo reator deve ser considerada ua carga termica.
Como a carga tesultau! Determinar os coeficienles de transfenincia de calor e as areas das paredes de cada recin! A parcela de calor Jibe do edificio com base no seu projelo. Paredes que se comunicam com espalfOS da mesma rado pdas lampadas na forma de radia9:ro n:ro representa uma carga instan! A energia radiante proveniente das lampadas e iuicialmente absorviJa pdas 5.
Tenda como base as caracteristicas do edificio, projelo e openi1fil'O do sislema, velocidade paredes, piso e mob Ilia Jo recin! Observar que a carga latente resullante da infil convecviio com oar ambienlc tambem e aumentado, pasoando a constiluir uma carga do sbkma tra9ao ou da ventila9ao deve ser incluiJa somente se oar a ser condicionado for umidifi de ar conJicionaJo. Assim, em vir! Em regiOes de cli- provenienle Jas! Pela mesma raziio a carga!
Com os dados acima oblidos, dcterminar a perda de calor em cada superficie envoll6ria tanie das lampadas persiste mesmo quando elas silo desligadas. Considcrnr condi9oes particulares que possam afelar o tamanho do equipamenlo, lais como: falor de uti! A possibilidade do edificio apresentar gera9i! Detalhes sobre distintas conc- 4 6 perda de calor maxima por transmissao e venlila;,:ao tfovcra ser corrigida para levar em x6es, massa do piso e pedodos de operaqiio podem ser encontrados na literaturn coma cssa gerai;:t!
Um hos- pital ou um edificio industrial que opere 24 h podcriam ser enquadrados ueste caso. No caso de cquipamento que dissipe energia e necessa1. Para equipamento que c. A possibilidade de que o edificio nil'o seja ocupado continuamente, permitindo-se que irrnJie pouco, o FCR Jew ser igua! Neste caso, o equipamento deveria ser dimensionado com uma capacidade adicional para permiti. Tabela Fatores de carga termica de refrigerafiiO parn ihiminaf! Assim, l!
Para a carga latente FCR e igual a 1,0. Y, liimpadas aparenles penduradas e ventiladas. As loja Es cola 2,5 m2 por pessoa bocas de msuflamento do ar estao localizadas na supeificie do forro ou abaixo dele e as bocas de 2 Sala de Conforencias 1,0 m por pessoa re! Para superficles transparenles, como a janela da fig. Um coeficienle de sombreamento CS deve ser utilizado para adequac os valores de FGCI a dislintos tipos de vidro ou para incluir o efeito de disposilivos de somlireamento inter no.
Esse cueficic! A Tabcla l apresenta vu! Tipo de vidro mn1 interno Media Claro Escwo Claro 0,07 0,12 6 0,73 0,56 0,47 0 0,09 0,07 0,06 Vidros simples 7 0,66 0,76 o,n 0,57 0,16 0,11 0,09 0,11 0,27 s 0,74 0,80 0. Como a energia solar que adentra o recinlo nao e uma carga termica instantanea, um fator I a Hcional deve ser considerado. A energia radiante e inicialmente absorvida pelas superficies I hteriores, resultando uma elevagao da temperalura dessas superficies a uma taxa que depende I I da capacidade lermica das paredes.
Assim, a iransferencia da energia solar para o ar zimbienle e I retardada com um iniervalo de tempo que pode ser significalivo, razao pela qua! I 0 sombreamento extemo deve ser considerado no calculo do ganho de cillor por insola- I I gt! No caso do llemisferio sul os vaiores de FGCI para uma face sul deveriam ser ulilizados. Figura 4. Tabela 4-U Posi1tlfo solar para o vigesimo primeiw dia de cada mes 4 onde ljl e o angulo que um piano vertical normal a parede faz com o sul.
A profundidade da sombra, y, abaixo I. Determine o sombreamento produzido pela parede 92 84 74 60 37 0 Maio, Jul. JJ"' 7 19 30 41 51 59 62 99 89 79 67 51 29 0 Maio, Jul.
Uma parte da energia solar e relletida e a restante 7 6 5 4 3 2 l: ' 12 absorvida. Da energia absorvida uma parle e lransmiiida por convec1rao e oulrn por radia9ao ' para o meio exterior. Hora solar, tarde Para paredes e telhados, em que a transmissividadejr , e nula, vale a seguinte rela9ao: i.
Aumentando a epergia intema da parede. J Refrigerafi! A utiliza9ao da iemperatura ar-sol e um meio conveniente de avalia9i! Em paredes opacas o efeito de armazenamento termico pode ser significaiivo, resuliando dai uma estimativa exagerada do ca! A fim de incluir o efeito de armazenamen to iermico da estrutura, uma diferen9a de temperatura equivalente foi introdui. Tabelas mais com pletas PoderiEo ser encontradas nas Referencias 4 e 6.
A necessidade de incluir os efeitos transit6rios e ilustrada pelos resultados apresentados na Fig. Nela, o fluxo de calor atraves de duas paredes com o mesmo valor de U, mas com massas diferenies, e colocado em um grafico em fon9a:o do tempo. Exemplo 4-S Se o calor lrocado em virtude da diferen9a enln: as temperaturas intema e externa for conside- ;ado, resulla: Determine o fluxo de calor maximo atraves de uma parede de tijolos similar aquela do Exemplo , com face oesle, no dia 21 de julho, em um local a 43 de latitude Up0t.
A lemperalura interna e 2s 0 c e a lemperalura media diaria e de 30C. P he I p e I Sotur;tio a Eq. A lemperatura media exterior ede 30C, ao inves de 29C, coma especificado na tabela.
Valida para as :. Valores exalos de U. Para telhados dist! Quando o lelhado apresenla iso! A referencia 4 apresenla DTCR para paredes mais pesadas como paredes cje concreto de mm com acabamento intemo e exlemo, paredes de tijolos de! As condiyOes para as quals esta tabela evfilida sao aquelas apresenladas na nota l da Tabe!
Escolher a ternperatura interior de projeto adequada as atividades que deveriio ser desen- 3. Para paredes nao especificadas, usar valores de paredes da tabela q. Com base nas caracter! No caso da carga de refrigera9ao a crete de mm e acabamenlo interior ou ainda paredes de concrelo de JOO mm com acabamento carga latente deve ser considerada.
D lijolos apa. Refrigeracao e Ar Cundicionado. Com base nas caracteristicas construtivas do edificio e nas condi90es de projeto determi computador e as! A temperatura interna d'eve ser mantida igual a 20c. Para espa9os com gern9ao interna de calor luzes, equipamento ou pessoas aplicar os fato- res de carga de refrigerai;ao quando necessario.
Adicionar todas as cargas para determinar a carga total maxima de aquecimentci ou refr. A temperatura intema de projeto e 25C ea exlema de 37C, As I 0 procedimento apresentado acima, bem como as discussoes neste capltulo foram resur. As janelas sao de vidro normal tk folha dup!
A parede e composta de! The catalog ratings apply when vapor-free liquid at What is the expected rating of the valve when the pressure difference across it is kPa? Either graphically or by using the computer, for an ambient temperature of 30 C develop the performance characteristics of a condensing unit of the form of Fig.
Solution: Use mathematical computation: Use Fig. Range of Evaporator Temperature, Fig. Page 1 of Combine the condensing unit of Problem using answers provided with the evaporator of Fig.
Explain why the refrigerating capacity and power requirement are less at the lower temperature level. All values above are higher than low temperature level. Therefore refrigerating capacity and power are less at low temperature level due to lower ambient temperature and lower entering water temperature to be chilled. Section suggests that the influences of the several components shown in Table are dependent upon the relative sizes of the components at the base condition.
The ambient temperature is 35 C, and the entering temperature of the water to be chilled is 15 C. Solution: 35 C ambient temperature, tamb. Use qc: Equation B. For the components of the complete system described in Secs. An optimization is now to proceed by increasing or decreasing sizes of components in order to reduce the first cost of the system. What relative changes in components sizes should be made in order to reduce the first cost of the system but maintain a fixed refrigerating capacity?
The compressor should be increased to avoid freezing of water. The machine room housing the compressor and condenser of a refrigerant 12 system has dimensions 5 by 4 by 3 m. Calculate the mass of the refrigerant which would have to escape into the space to cause a toxic concentration for a 2-h exposure. Volume of refrigerant At atmospheric, Mass of refrigerant Using data from Table for the standard vapor-compression cycle operating with an evaporating temperature of C and a condensing temperature of 30 C, calculate the mass flow rate of refrigerant per kilowatt of refrigeration and the work of compression for a refrigerant 22 and b ammonia.
Solution: Table A solution of ethylene glycol and water is to be prepared for a minimum temperature of C. If the antifreeze is mixed at 15 C, what is the required specific gravity of the antifreeze solution at this temperature? Solution: Fig. Solution Figure Assume turbulent flow. At 15 C the viscosity of water is 0.
Compute the convection heat-transfer coefficient for liquid flowing through a mm-ID tube when the velocity is 2. K Fig. The ammonia vapor bubbles through the liquid and 1. A liquid subcooler as shown in Fig. Saturated vapor leaves the subcooler for the high-stage compressor at -1 C. Calculate the flow rate of ammonia that evaporated to cool the liquid. Liquid ammonia at 30 C, Table A In a refrigerant 22 refrigeration system the capacity is kw at a temperature of C. The vapor from the evaporator is pumped by one compressor to the condensing pressure of kPa.
Later the system is revised to a two-stage compression operating on the cycle shown in Fig. At 2, kPa, Sat. At 3, kPa, Sat. At 4, kPa, Sat. At 5, kPa, Sat. A refrigerant 22 system has a capacity of kw of an evaporating temperature of C when the condensing pressure is kPa.
At 7, kPa, Say. A two-stage ammonia system using flash-gas removal and intercooling operates on the cycle shown in Fig. The condensing temperature is 35 C. The saturation temperature of the intermediate-temperature evaporator is 0 C, and its capacity is kW.
The saturation temperature of the low-temperature evaporator is C, and its capacity is kW. What is the rate of refrigerant compressed by the high-stage compressor?
At 2, 0 C, Fig. A two-stage refrigerant 22 system that uses flash-gas removal and intercooling serves a single low- temperature evaporator, as in Fig.
The evaporator temperature is C, and the condensing temperature is 30 C. The pumping capacity of the high- and low-stage compressors is shown in Fig. What is a the refrigerating capacity of the system and b the intermediate pressure? At 2, At 3, Figure , At kPa. What is the COP of an ideal heat-operated refrigeration cycle that receives the energizing heat from a solar collector at a temperature of 70 C, performs refrigeration at 15 C, and rejects heat to atmosphere at a temperature of 35 C?
The LiBr-Water absorption cycle shown in Fig. The flow rate of solution delivered by the pump is 0. At the absorber, LiBr-Water Fig. Enthalpies: Enthalpies of solution, Fig. In the absorption cycle shown in Fig. All other temperatures and the flow rate are as shown in Fig. What are the rates of heat transfer at the generator and the temperature at point 4?
Solution: Refer to Fig. Enthalpies remain unchanged from Ex. The solution leaving the heat exchanger and returning to the absorber is at a temperature of 60 C. The generator temperature is 95 C. What is the minimum condensing temperature permitted in order to prevent crystallization in the system? One of the methods of capacity control described in Sec.
There are secondary effects also, because if the mean temperature of the heating medium in the generator, the cooling water in the absorber and condenser and the water being chilled in the evaporator all remain constant, the temperatures in these components will change when the heat-transfer rate decreases.
With change in component temperature. Enthalpies: Fig. Enthalpies: Table A New COPabs: q e Absorber "decrease" "increase". Evaporator "increase" "decrease" "increase". In the double-effect absorption unit shown in Fig. Next the solution passes through the throttling valve, where its pressure is reduced to that in the condenser, which is 5. In the process of the pressure reduction, some water vapor flashes off from this solution, flowing through generator II, a how much mass flashes to vapor.
The combined absorption and vapor-compression system shown in Fig. This control scheme is essentially one of reducing the refrigerating capacity. The refrigerant compressor is equipped with inlet valves see Chap. The characteristics of the steam turbine are that both its speed and power diminishes if the pressure of the supply steam decreases or the exhaust pressure increases.
With constant inlet and exhaust pressures the speed of the turbine increases if the load is reduced. Device a control scheme and describe the behavior of the entire system as the required refrigerating load decreases.
Answer: 1. If the return water to be chilled reduces, the refrigerating capacity will be reduced. For the refrigerating capacity reduced, the steam entering the generator of absorption unit will be throttled to reduce the generator temperature.
For the vapor-compression unit, the compressor can be controlled by adjusting prerotation vane at the impeller inlet. So it is better to control only the exhaust pressure by increasing it then throttled before entering the generator of absorption unit. The refrigerating capacity and power diminishes as the exhaust pressure increases with constant supply steam.
The operating cost of an absorption system is to be compared with an electric-driven vapor-compression unit. An absorption unit using steam from this boiler has a COPabs of 0. If a vapor-compression unit is selected, the COP would be 3. At what cost of electricity are the operating costs equal?
An air-source heat pump uses a compressor with the performance characteristics shown in Fig. Using the heat-rejection ratios of a hermetic compressor from Fig.
Evaporating Temperature, te Heat-rejection ratio 10 C 1. Evaporating Temperature, te Rate of evaporator heat transfer C 8. The heat pump and structure whose characteristics are shown in Fig.
The compressor of the heat pump uses two cylinders to carry the base load and brings a third into service when needed. The third cylinder has a capacity equal to either of the other cylinders. How much supplementary resistance heat must be available at an outdoor temperature of C? The air-source heat pump referred to in Figs.
The efficiency of the compressor motor is 80 percent, the motor for the outdoor air fan draws 0. What is the heating cost for this season. A decentralized heat pump serves a building whose air-distribution system is divided into one interior and one perimeter zone. The system uses a heat rejector, water heater, and storage tank with a water capacity 3 of 60 m but no solar collector. The heat rejector comes into service when the temperature of the return-loop water reaches 32 C, and the boiler supplies supplementary heat when the return-loop water temperature drops to 15 C.
Neither component operates when the loop water temperature is between 15 and 32 C. The heating and cooling loads of the different zones for two periods of a certain day as shown in Table The loop water temperature is 15 C at the start of the day 7 A. The decentralized heat pumps operate with COP of 3. Determine the magnitude of a the total heat rejection at the heat rejector from 7 A.
Table Heating and Cooling loads in Prob. Interior zone Perimeter zone. Weight of water in storage tank. The internal-source heat pump using the double-bundle heat pump shown in Fig.
If the COP of the heat pump at this condition is 3. Another rating point from the cooling tower catalog from which the data in Example are taken specifies a reduction in water temperature from 33 to 27 C when the entering-air enthalpy is The water flow rate is Using a stepwise integration with 0.
Use section, 0. K dt kW. For section , 27 to Solve Prob. Water Temp. If air enters the cooling tower in Prob. For the stepwise calculation choose a change in water temperature of 0. Develop a computer program to predict the outlet water temperature when the tower is divided into 12 sections, as illustrated in Fig. Page 5 of For section 1. For section 1, 1. Combination of Eq.
Table Data: 1. Section No. Entering Water Temperature 3. Entering Air Enthalpy 4. Entering Enthalpy of Saturated Air 5. Leaving Water Temperature Trial Value 6. Buy, rent or sell. You can find it for sale on amazon. Jones , Jerold W.
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First two rows. An airflow rate of 0. Determine ha,3. A space thermostat regulates the damper in the cool-air supply duct and thus provides a variable air flow rate. Specify whether the damper should be normally open or normally closed and whether the thermostat is direct- or reverse-acting. Answer: Use normally closed damper and reverse-acting thermostat since as the space temperature increases the volume rate of air will increase the pressure will reduce.
On the outdoor-air control system of Example , add the necessary features to close the outdoor-air damper to the minimum position when the outdoor temperature rises above 24 C. Answer: Add a diverting relay.
The temperature transmitter in an air-temperature controller has a range of 8 to 30 C through which range the pressure output change from 20 to kPa.
If the gain of the receiver-controller is set at 2 to 1 and the spring range of the cooling-water valve the controller regulates is 28 to 55 kPa, what is the throttling range of this control? The space is to be maintained at 24 C, 50 percent relative humidity the year round, while the outdoor supply air may vary in relative humidity between 10 and 60 percent and the temperature from to 35 C.
The spring ranges available for the valves are 28 to 55 and 62 to 90 kPa. Draw the control diagram, adding any additional components needed, specify the action of the thermostat s and humidistat, the spring ranges of the valves, and whethet they are normally open or n ormally closed.
Use humidifier when space relative humidity is less than 50 percent. Use cooling coil when space temperature is greater than 24 C. Use reheat coil when space relative humidity is greater than 5- percent. Preheat coil and reheat coil has normally open valves. Humidifier has normally closed valves.
Cooling coils has normally closed valves. Action of humidistat is to control temperature by humidifier and reheat coil. A face-and-bypass damper assembly at a cooling coil is sometimes used in humid climates to achieve greater dehumidification for a given amount of sensible cooling, instead of permitting all the air to pass over the cooling coil.
Given the hardware in Fig. If both the temperature and humidity cannot be maintained simultaneously, the temperature control should override the humidity control. The spring ranges available for the valve and damper are 28 to 55 and 48 to 76 kPa.
Draw the control diagram and specify the action of the thermostat and humidistat, whether the valve is normally open or normally closed, and which damper is normally closed.
Chilled water valve is normally open. Damper operator is normally open Chilled water valve opens when space temperature is greater than 24 C. Chilled water valve closes when space temperature is less than 24 C. Damper operator is closing when the relative humidity is greater than 50 percent. Damper operator is opening when the relative humidity is less than 50 percent. Damper operator is opening the by-pass damper while closing the face damper from N. When temperatue control override the humidity control.
Chilled water valve closing when temperature is less than 24 C and opeing when temperature is greater than 24 C. Damper is closing when the temperature is less than 24 C and opening when temperature is greater than 24 C. Section described the flow characteristics of a coil regulated by a valve with linear characteristics.
The equation of the flow-steam position for another type of valve mentioned in Sec. Compare with a linear-characteristic valve in Fig. Comparing to linear-characteristic valve in Fig. A Carnot refrigeration cycle absorbs heat at C and rejects it at 40 C. If in a standard vapor-compression cycle using refrigerant 22 the evaporating temperature is -5 C and the condensing temperature is 30 C, sketch the cycle on pressure-enthalpy coordinates and calculate a the work of compression, b the refrigerating effect, and c the heat rejected in the condenser, all in kilojoules per kilograms , and d the coefficient of performance.
K At point 2, 30 C condensing temperature, constant entropy, Table A A refrigeration system using refrigerant 22 is to have a refrigerating capacity of 80 kw. The cycle is a standard vapor-compression cycle in which the evaporating temperature is -8 C and the condensing temperature is 42 C. Solution: At 1, Table A-6, -8 C. K At 2, 42 C condensing temperature, constant entropy, Table A Compare the coefficient of performance of a refrigeration cycle which uses wet compression with that of one which uses dry compression.
In both cases use ammonia as the refrigerant, a condensing temperature of 30 C, and an evaporating temperature of C; assume that the compressors are isentropic and that the liquid leaving the condenser is saturated. In the wet-compression cycle the refrigerant enters the compressor in such a condition that it is saturated vapor upon leaving the compressor. In the vapor-compression cycle a throttling device is used almost universally to reduce the pressure of the liquid refrigerant. Assume that compression is isentropic from saturated vapor at 0 C to a condenser pressure corresponding yo 35 C.
K At 2, 35 C, constant entropy, Table A Percent Saving Increase in refrigerating effect. Since a refrigeration system operates more efficiently when the condensing temperature is low, evaluate the possibility of cooling the condenser cooling water of the refrigeration system in question with another refrigeration system. Will the compressor performance of the two systems be better, the same, or worse than one individual system? A refrigerant 22 vapor compression system includes a liquid-to-suction heat exchanger in the system.
The heat exchanger warms saturated vapor coming from the evaporator from to 5 C with liquid which comes from the condenser at 30 C. The compressions are isentropic in both cases listed below. With the same compressor capacity as in c , what is the refrigerating capacity of the system with the heat exchanger? Since no mention of subcooling. For the two different evaporating temperatures of and 10 C, compute the refrigerant flow rate assuming that the clearance volumetric efficiency applies.
Compute and plot the power requirement of this compressor at evaporating temperatures of , , 0, 10 and 20 C. Use the actual volumetric efficiencies from Fig. Solution: a At C evaporating temperature, Table A At this operating points the motor whose efficiency is 90 percent draws The bore of the cylinders is 87 mm and the piston stroke is 70 mm. The performance data are based on 8C of subcooling of the liquid leaving the condenser. Compute a the actual volumetric efficiency and b the compression efficiency.
Solution: Table A-6, -4 C evaporating temperature. An automobile air conditioner using refrigerant 12 experiences a complete blockage of the airflow over the condenser, so that the condenser pressure rises until the volumetric efficiency drops to zero.
Extrapolate the actual volumetric-efficiency curve of Fig. Solution: Figure Compute the maximum displacement rate of a two-vane compressor having a cylinder diameter of mm and a rotor 80 mm long with a diameter of mm. If both wheels are to be of the same diameter, what is this diameter? Solution: At 4 C evaporating temperature, Table A K At 35 C condensing temperature, Fig.
Refrigerant An air-cooled condenser is to reject 70 kw of heat from a condensing refrigerant to air. The condenser has an 2 2 air-side area of m and a U value based on this area is 0. K; it is supplied with 6. If the condensing temperature is to be limited to 55 C, what is the maximum allowable temperature of inlet air?
K based on the air-side area. If the condenser temperature is to be 48 C, what is the required air-side area? A refrigerant 22 condenser has four water passes and a total of 60 copper tubes that are 14 mm ID and have 2 mm wall thickness. The outside of the tubes is finned so that the ratio of outside to inside area is 1.
The cooling-water flow through the condenser tubes is 3. K, calculate the overall heat-transfer coefficient base don the condensing area. Solution: a Water-side coefficient: Eq. K based on the water-side are and a water pressure drop of 50 kPa. Under this operating condition 40 percent of the heat-transfer resistance is on the water side. If the water-flow rate is doubled, what will the new U value and the new pressure drop be? New Pressure Drop: Eq. K, the base temperature is 4 C, and the air temperature is 20 C.
Compute the fin effectiveness of an aluminum rectangular plate fin of a finned air-cooling evaporator if the fins are 0.
The tube spacing is 40 mm in the direction of air 2 flow and 45 mm vertically. Equivalent external radius.
What is the UA value of a direct-expansion finned coil evaporator having the following areas: refrigerant side, 2 2 2 15 m ; air-side prime, The fin effectiveness is 0. A refrigerant 22 system having a refrigerating capacity of 55 kW operates with an evaporating temperature of 5 C and rejects heat to a water-cooled condenser.
The compressor is hermetically sealed. K and a heat-transfer area of 18 m and receives a flow rate of cooling water of 3. What is the condensing temperature? Calculate the mean condensing heat-transfer coefficient when refrigerant 12 condenses on the outside of the horizontal tubes in a shell-and-tube condenser. The refrigerant is condensing at a temperature of 52 C and the temperature of the tubes is 44 C. Solution: Condensing Coefficient: Eq. K based on the water-side area. In order to allow for fouling of the tubes, what is the U value required when the condenser leaves the factory?
In example the temperature difference between the refrigerant vapor and tube was originally assumed to be 5 K in order to compute the condensing coefficient. Check the validity of this assumption.
What should the abscissa of the plot be? The rate of water flow is to be varied for the Wilson plot. The following values were measured on an ammonia condenser.
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