Product Design, Manufacturing & Innovation Resources
Lar » Ciclo de refrigeração por compressão de vapor

Ciclo de refrigeração por compressão de vapor

1834
  • Oliver Evans
  • Jacob Perkins
  • Alexander Twining
Vapor-compression refrigeration system in mechanical engineering lab.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

O ciclo de compressão de vapor é o termodinâmica O processo utilizado pela maioria das bombas de calor envolve quatro etapas: compressão do vapor refrigerante, condensação para um líquido de alta pressão com liberação de calor, expansão através de uma válvula para uma mistura de líquido e vapor de baixa pressão e evaporação para um vapor de baixa pressão com absorção de calor. Este ciclo efetivamente move a energia térmica contra a sua direção natural de fluxo.

O ciclo de compressão de vapor é a base dos sistemas modernos de refrigeração e aquecimento. bombear tecnologia. Ela aproveita o princípio físico de calor latente de vaporização, onde uma substância absorve ou libera uma grande quantidade de energia ao mudar de fase entre líquido e gás. O ciclo utiliza um fluido volátil chamado refrigerante.

O processo começa no compressor, que aspira vapor refrigerante a baixa pressão e baixa temperatura e o comprime, transformando-o em vapor superaquecido a alta pressão e alta temperatura. Isso requer um esforço mecânico considerável. Em seguida, o vapor quente flui para o condensador, um trocador de calor onde libera calor para o ambiente mais quente (por exemplo, o ar externo no verão) e se condensa em um líquido de alta pressão. O terceiro estágio é a válvula de expansão (ou um tubo capilar), onde o líquido de alta pressão sofre uma rápida queda de pressão, causando um processo chamado vaporização instantânea. Isso resulta em uma mistura de líquido e vapor a baixa pressão e baixa temperatura. Finalmente, essa mistura fria entra no evaporador, outro trocador de calor, onde absorve calor do ambiente mais frio (por exemplo, o ar interno no verão), fazendo com que o líquido restante ferva e se transforme em vapor. Esse vapor de baixa pressão retorna então ao compressor, e o ciclo se repete. Ao inverter as funções do condensador e do evaporador, o sistema pode fornecer aquecimento em vez de resfriamento.

UNESCO Nomenclature: 3322
Engenharia mecânica

Tipo

Ciclo Termodinâmico

Interrupção

Revolucionário

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Compreensão do calor latente por Joseph Black
  • A lei de Boyle e a lei de Charles descrevem o comportamento dos gases.
  • Desenvolvimento dos primeiros compressores mecânicos para processos industriais
  • descoberta de que fluidos voláteis como o éter causam resfriamento ao evaporarem rapidamente

Aplicações

  • Refrigeradores e congeladores domésticos
  • Sistemas de ar condicionado para edifícios e veículos
  • Refrigeração em escala industrial para processamento de alimentos e fábricas químicas.
  • cryogenics para liquefaction of gases like nitrogen and oxygen
  • Chillers para grandes sistemas comerciais de climatização

Patentes:

  • GB Patent 6662 (Jacob Perkins, 1834)

Ideias de Inovação Potencial

  • oil-free magnetic bearing compressors to eliminate friction losses and improve reliability
  • microchannel heat exchangers for condensers and evaporators to increase surface area and heat transfer efficiency
  • electronic expansion valves for precise refrigerant flow control, improving efficiency over a wider range of conditions
  • refrigerant-free cycles using magnetic (magnetocaloric) or acústico (thermoacoustic) principles
  • miniaturized vapor-compression cycles for cooling personal electronics and micro-robotics
  • cascade refrigeration systems using multiple nested cycles with different refrigerants to achieve ultra-low temperatures
  • ejector-enhanced refrigeration cycles that use waste heat to reduce compressor workload
  • development of low global warming potential (gwp) refrigerants to replace traditional hfcs
  • solar-thermal powered absorption-compression hybrid cycles
  • integrated systems that use the waste heat from the refrigeration cycle for domestic water heating
Related to: vapor-compression, refrigeration cycle, refrigerant, compressor, condenser, expansion valve, evaporator, thermodynamics, phase change, heat transfer.

Contexto histórico

Ciclo de refrigeração por compressão de vapor

-500
1750
1788
1834
1850
1850
1850
-500
1700
1761
1807-01-01
1850
1850
1850
1850

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

10º ano aniversário

Imagens em tamanho real e downloads estão disponíveis apenas, 100% gratuitos, para membros registrados.