10º Etapa - Ajuste do vídeo

 Nesta etapa, fizemos os últimos ajustes do vídeo, incluímos fotos das medições para os cálculos, como dito na postagem de APRESENTAÇÃO, a apresentação do projeto estava prevista para o dia 01 de Agosto, porém, devido a imprevistos, foi adiada para dia 06 de Agosto.
Vejam o vídeo abaixo:




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9º Etapa - Vídeo

   Nesta etapa fizemos um vídeo usando imagens adquiridas ao longo da montagem e dos processos de Fabricação que utilizamos para a construção do nosso protótipo. Hoje decidimos o nome do nosso protótipo, que irá se chamar Refrigerador Cold Fast.

8ª Etapa - Modelo 3D

   Além da construção do protótipo, foi realizado o projeto do ciclo de refrigeração em 3D, utilizando  o software SolidWorks. A partir desta incrível ferramenta foi possível visualizar e projetar melhor o nosso sistema. Abaixo um print de nosso desenho em 3D:

Figura 8.1 - 3D da Máquina Térmica Refrigeradora

7ª Etapa - Montagem do Protótipo

  Essa foi a etapa de maior avanço para a construção do protótipo. Foi realizado no dia 26 de Julho, no turno Vespertino.

  Fomos ao laboratório de Refrigeração, e sob orientação do professor Cléber Santanna, colocamos o nosso ciclo de Refrigeração em funcionamento. Como visto no post passado, foi utilizados tubos de cobre para a criação do evaporador e do condensador. Dando seguimento ao projeto fixamos a caixa de acrílico com o evaporador; utilizamos um capacitor para ser molde do tubo capilar; usamos um filtro secador para filtrar as impurezas e a umidade vindas do condensador; foram realizadas soldas para união entre tubo capilar, filtro, evaporador, condensador e compressor; fixamos as rodinhas na placa de MDF; e isolamos termicamente o tubo de cobre que sai do evaporador, através de um tubo térmico feito de Polietileno.

  Após a montagem de todos os componentes a cima, utilizamos água e sabão nas soldas, para verificar se havia algum vazamento nestes pontos, em seguida foi feita uma limpeza no interior dos tubos de cobre usando o gás Nitrogênio. Posteriormente, uma bomba de vácuo foi usada para evacuar a tubulação do sistema, através da sucção do ar e da umidade. Por final, foi colocado o gás refrigerante R 134a no ciclo de refrigeração e foi ligado o compressor, então iniciou-se o funcionamento do nosso ciclo de refrigeração, porém será necessário fazer alguns ajustes, como fixação do compressor, implementação de um interruptor e a colocação de termômetros e manômetros. A seguir estão fotos do ciclo montado:

  

Figura 7.1 - (Equipamento Montado) Compressor, condensador, evaporador, caixa de acrílico, tubo capilar, tubo de isolamento térmico, reservatório de fluido R 134a, filtro e base de MDF.

 

Figura 7.2 - Formação de gelo no tubo capilar e no evaporador, após o funcionamento do ciclo.

 

Figura 7.3 - Condensador, Compressor, Bomba de vácuo, tubo isolante, tubo capilar, filtro, base de MDF. 

Processos de Fabricação:

   No desenvolvimento do nosso projeto utilizamos Processos de Fabricação para a montagem do protótipo. Os processos usados foram: Soldagem, Furação e Conformação.

   Soldagem é um processo que visa a união localizada de materiais de forma permanente, baseada na ação de forças em escala atômica semelhantes às existentes no interior do material e é a forma mais importante de união permanente de peças usadas industrialmente. A solda foi utilizada para unir os tubos de cobre entre si, no compressor e no filtro secador.

   Furação é um dos processos de usinagem mais utilizados na indústria manufatureira. A grande maioria das peças de qualquer tipo de indústria têm pelo menos um furo e somente uma parte muito pequena dessas peças já vem com o furo pronto do processo de obtenção da peça bruta, seja ele fundição, forjamento, etc. Em geral, as peças têm que ser furadas em cheio ou terem seus furos aumentados através do processo de furação. Isto torna o estudo visando a otimização do processo de furação muito importante. Utilizamos a furação em dois momentos, o primeiro foi a criação dos furos na placa MDF para a fixação do compressor e da caixa de acrílico; o segundo foi a furação desta mesma caixa, auxiliada por uma mini fresadora.

   Por fim, a Conformação, que é um processo mecânico onde se obtém peças através da compressão de metal sólidos em moldes, utilizando a deformação plástica da matéria-prima para o preenchimento das cavidades dos moldes. Em nosso projeto, a conformação foi utilizada para a construção dos tubos de cobre na forma helicoidal, que serviram como evaporador, condensador e tubo capilar.

Referências:

Bomba de Vácuo para refrigeração,

disponível em <http://www.refrigeracao.net/Topicos/bomba_vacuo.htm>, acessado no dia 28 de julho de 2012.

Processo de Furação,

disponível em <http://pt.wikipedia.org/wiki/Fura%C3%A7%C3%A3o>, acessado no dia 31 de julho de 2012.

Processo de Soldagem,

disponível em <http://pt.wikipedia.org/wiki/Soldagem>, acessado no dia 31 de julho de 2012.

Processo de Conformação,

disponível em <http://pt.wikipedia.org/wiki/Conforma%C3%A7%C3%A3o>, acessado no dia 31 de julho de 2012.

6º Etapa - Início da montagem do protótipo

   Nesta segunda-feira (23/07) iniciamos a montagem o nosso protótipo da máquina térmica refrigeradora. A seguir serão mostradas fotos deste processo inicial, realizada no laboratório de Refrigeração, sob orientação de Cléber Santanna. Na Figura 1.0 é apresentado um tubo de cobre que foi utilizado na construção do evaporador e o condensador. Na Figura 1.1 utilizamos uma latinha de refrigerante, já que a ideia do grupo é resfriar a mesma, usamos de molde para a construção do evaporador. Em seguida, na Figura 1.2 foi utilizada uma ferramenta chamada de "Cortador de tubo", obviamente para cortar o tubo de cobre no tamanho desejado. Igualmente foi feito na Figura 1.3, em que utilizamos um molde maior para a construção do condensador, mostrada na Figura 1.4 (lado esquerdo à foto), além do evaporador (lado direito à foto), a base de madeira para o protótipo e um compressor.
   A escolha de desenvolver um condensador de um tamanho maior que o evaporador foi a necessidade de maior dissipação de calor, para assim conseguir maior rendimento da máquina refrigeradora.
   As fotos se encontram abaixo:

Figura 6.1 - Tubo de Cobre 

Figura 6.2 - Construção do evaporador 

Figura 6.3 - Cortando o tubo de cobre 

 Figura 6.4 - Construção do Condensador 

Figura 6.5 - Condensador, Evaporador, Base de madeira e Compressor.

5ª Etapa - Providências de Materiais

   Segunda-feira (16/07) fomos a empresa MMA ACRÍLICOS e encomendamos uma caixa de acrílico com dimensões 15x20x15cm e com 2mm de espessura, em que estará contida um evaporador e uma lata de refrigerante, que será resfriada durante o ciclo. Esta caixa terá uma tampa deslizante para que possa ser retirada a lata utilizada.

   A escolha do acrílico como material utilizado para envolver o evaporador se deu devido as suas características benéficas para a realização do projeto, como estética; melhor visualização do processo ocorrido no evaporador; e principalmente por ser um bom isolante térmico, condicionando, assim, uma garantia de que a temperatura ambiente não irá influenciar no papel desempenhado pelo evaporador.

  Além da caixa de acrílico, iremos conseguir um compressor a partir da desmontagem de um ar condicionado, disponibilizado pelo professor Targino Amorim.
   Nesta quinta-feira (19/07) decidimos substituir a chapa de alumínio, que seria utilizada como base do sistema, por uma placa de madeira com as mesmas dimensões. Esta decisão ocorreu devido a uma maior facilidade de adquirir a placa, além de seu custo reduzido e pelo fato de não influenciar muito na função que seria exercida pela chapa de alumínio.

   Até segunda- feira (23/07), já poderemos partir para a etapa de montagem da máquina térmica refrigeradora, pois já estaremos com a caixa de acrílico, a placa de madeira e o compressor, além de todo material necessário para a montagem do sistema de refrigeração, que será conseguida pelos responsáveis do laboratório de refrigeração.

   

Em breve, novas postagens!

4º Etapa - Lista de materiais

   Nesta etapa iremos descrever a lista de materiais que serão utilizadas. A partir das conversas com os especialistas da área de Refrigeração e dos estudos desenvolvidos, selecionamos todos os materiais para começarmos a iniciar o nosso projeto:

- Compressor de 1/10;
- Evaporador, em forma Helicoidal e feito de cobre;
- Condensador, em forma Helicoidal e feito de cobre;
- Tupo capilar, em forma Helicoidal e feito de cobre;
- Filtro Secador;
- Fluido refrigerante R 134a;
- Placa de MDF (substituindo a Chapa de metal, que seria utilizada anteriormente) 600x300mm e 15mm       de espessura;
- Caixa de acrílico 150x200x150mm;
- 4 Rodinhas;
- 12 Parafusos de fixação da caixa de acrílico e das rodinhas;
- 4 Parafusos Sextavados 5/16, utilizados para fixar o compressor;
- 4 Porcas Sextavadas 5/16;
- 4 Arruelas 5/16;
- 2 Manômetros;
- 1 Termômetro;
- Tubo de Isolamento Térmico feito de Polietileno.

OBS.: Os tubos de cobre têm 1/4'' de diâmetro externo e 1/32'' de espessura.

3ª Etapa - Ciclo de Refrigeração

   Nesta etapa iremos esclarecer o funcionamento de uma Máquina Térmica Refrigeradora, também conhecido como Sistema de Compressão Mecânica de Vapor, no caso de refrigeradores domésticos. Para isso devemos entender o Ciclo de Refrigeração dessas máquinas.

   Um refrigerador funciona a partir da aplicação dos conceitos de Calor e Trabalho, assuntos vistos na disciplina de Termodinâmica 1. Além da necessidade do entendimento destes assuntos é utilizado um FLUIDO REFRIGERANTE. Este fluido é uma substância que, circulando dentro de um circuito fechado, é capaz de retirar calor de um meio enquanto se vaporiza a baixa pressão.

   O Fluido Refrigerante entra no evaporador a baixa pressão, na forma de mistura de líquido mais vapor, e retira energia do meio interno refrigerado (energia dos alimentos) enquanto passa para o estado de vapor. O vapor entra no compressor onde é comprimido e bombeado, tornando-se vapor superaquecido e deslocando-se para o condensador, que tem a função de liberar a energia retirada dos alimentos e a resultante do trabalho de compressão para o meio exterior. O fluido, ao liberar energia, passa do estado de vapor superaquecido para líquido (condensação) e finalmente entra no dispositivo de expansão, ontem tem sua pressão reduzida, para novamente ingressar no evaporador e repetir-se assim o ciclo.

   Abaixo a Figura 3.1 ilustra o ciclo de refrigeração:

  

Figura 3.1 - Ciclo de Refrigeração

Referência:

Ciclo de Refrigeração, disponível em < http://www.portaldoeletrodomestico.com.br/redesocial/wp-content/uploads/group-documents/11/1323432467-Apostila-refrigeracao.pdf >, acessado em 17 de Julho de 2012

2ª Etapa - Componentes de uma Máquina Refrigeradora

   Como foi relatado na última postagem, podemos perceber a existência de quatro elementos essenciais para o funcionamento de uma máquina refrigeradora. Em nosso projeto serão utilizados outros componentes secundários que ajudarão no funcionamento do protótipo e serão citados ao decorrer das postagens.

   O primeiro item a ser abordado é o COMPRESSOR, sua principal função é succionar o fluido refrigerante a baixa pressão da linha de sucção e comprimi-lo em direção ao condensador a alta pressão e alta temperatura, na fase gasosa (vapor superaquecido - temperatura maior do que a temperatura de saturação).

   Daí partimos para o CONDENSADOR, onde o fluido refrigerante proveniente do compressor, a alta temperatura, efetua a troca térmica com o ambiente externo, liberando o calor absorvido anteriormente. Este calor é liberado com a ajuda de um VENTILADOR. Nesta fase, ocorre uma transformação de vapor superaquecido para líquido sub resfriado (temperatura do líquido é menor do que a temperatura de saturação para a pressão existente) a alta pressão.

   Após a saída do condensador, o fluido passa por um FILTRO SECADOR, que tem como função reter partículas sólidas e absorver a umidade existente no ciclo. Em seguida este fluido chega ao TUBO CAPILAR, que tem como objetivo diminuir tanto a pressão, quanto a temperatura, permitindo o fluido chegar ao evaporador.

   Chegando ao EVAPORADOR, o fluido refrigerante proveniente do tubo capilar está no estado líquido a baixa pressão e baixa temperatura. Nesta condição, o fluido evapora absorvendo o calor da superfície da tubulação do evaporador, ocorrendo a transformação de líquido sub resfriado para vapor saturado a baixa pressão. Este efeito acarreta o abaixamento da temperatura do ambiente interno do refrigerador (CAIXA ISOLADA TERMICAMENTE).

        

                (2.1) COMPRESSOR        (2.2) CONDENSADOR         (2.3) VENTILADOR  

            

(2.4) FILTRO SECADOR                        (2.5) TUBO CAPILAR

        (2.6) EVAPORADOR

Referências:

Componentes do Refrigerador, disponível em < http://www.portaldoeletrodomestico.com.br/redesocial/wp-content/uploads/group-documents/11/1323432467-Apostila-refrigeracao.pdf >, Acessado em 16 de Julho de 2012;

Imagens, disponível em < https://www.google.com.br/imghp?hl=pt-BR&tab=wi >, Acessado em 16 de Julho de 2012.

1º Etapa - Visão Geral

   Por questão de organização, o nosso projeto será divido em etapas.
   De início sentamos para decidir por onde começar, então, procuramos o auxílio do nosso coordenador Guilherme de Souza, e pedimos que nos indicasse alguns especialistas na área de refrigeração. Fomos a procura dos Professores Jessé, Cléber Santanna e Gildeão Fiscina,  que nos deram uma base de como iniciar o projeto.

   A partir da Figura 1.0, podemos observar um simples esquema de uma máquina refrigeradora. Com esta ilustração chegamos a conclusão de que precisaremos principalmente de um compressor, um evaporador, uma válvula de expansão e de um condensador. Nas próximas postagens cada um destes componentes serão entendidos e explicados, conforme suas funções no ciclo de refrigeração.

APRESENTAÇÃO

FACULDADE DE TECNOLOGIA SENAI CIMATEC


Grupo:
Carolina Sacramento Vieira

Igor Guerreiro Barbosa 
Levi dos Santos Almeida

Rodrigo Becker Souza

Talita Lisbôa Cruz dos Santos

Tarcisio Faustino Magalhães

PROJETO:  Máquina Térmica Refrigeradora (Ciclo de Refrigeração)   

Este blog tem como objetivo mostrar, passo a passo, a construção de um protótipo de uma máquina refrigeradora, construída pelos alunos de Engenharia Mecânica do 5º Trimestre da Faculdade de Tecnologia SENAI CIMATEC, para a disciplina de Termodinâmica, sob orientação do professor Targino Amorim. Além desta, outras matérias terão importância na construção do protótipo, como Física 4, instruída pelo mesmo professor, Elementos de Máquina 1, ministrada pelo professor Valter Beal, e Processos de  Fabricação 1, lecionada pelo professor Guilherme de Souza. A previsão de entrega e apresentação deste projeto é no dia 01 de Agosto de 2012.

DESCRIÇÃO 

A Máquina térmica refrigeradora é uma máquina em que a troca de calor é dada de uma fonte fria para uma fonte quente. Imaginar isso seria como violar a Segunda Lei da Termodinâmica, que mostra que o calor flui de um sistema quente para um sistema frio. Porém, para uma máquina refrigeradora, este processo não é espontâneo, é necessário ter um fornecimento externo de energia que realiza trabalho mecânico sobre uma substância refrigerante, tornando assim possível o sentido inverso da troca de calor. 

Referência: 

Refrigerador, disponível em < http://www.if.ufrgs.br/cref/leila/refri.htm > Acessado em 10 de Julho de 2012