Se você colocar sua mão por trás de uma geladeira, você vai notar que esta área é mais quente do que a temperatura ambiente. No entanto, o interior do compartimento de congelação é muito frio, como isso funciona?
Uma das primeiras postagens nesse blog foi uma introdução sobre refrigeração e congelamento, dessa vez vamos aprofundar nesse tópico de uma forma mais detalhada e técnica. Para quem perdeu a a introdução, clique aqui:
Existem diversos sistemas de refrigeração, por hoje vamos focar o mais comum que utiliza um sistema de compressão mecânica de vapor (CVM).
Este sistema é de longe o mais utilizado nos sistemas modernos de refrigeração, tanto a nível doméstico quanto a industrial. Se baseia na evaporação de um líquido, cujo "calor latente de mudança de fase" é utilizado para refrigerar um ambiente ou um produto. Vamos entender que líquido é esse:
- Fluídos refrigerantes:
Em qualquer sistema de refrigeração, a substância empregada como absorvente de calor ou agente de resfriamento, é chamada de refrigerante. Portanto, o refrigerante é somente um agente de transmissão que "carrega" o mesmo da câmara a ser resfriada para o meio ambiente. Qualquer substância que evapore a uma temperatura relativamente baixa pode ser denominada refrigerante.
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.
Tipos de Fluidos Refrigerantes:
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 a 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. 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.
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.
O sistema:
Pode-se entender a lógica de funcionamento dos principais sistemas de refrigeração atuais estudando o funcionamento de um refrigerador doméstico comum, também conhecido como sistema de compressão mecânica de vapor (figura ao lado). Ele funciona a partir da aplicação dos conceitos de calor e trabalho, utilizando-se de um fluido refrigerante. O fluido refrigerante, como dito anteriormente, é uma substância que, circulando dentro de um circuito fechado, é capaz de retirar calor de um meio enquanto se vaporiza a baixa pressão. Este fluido 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, onde tem sua pressão reduzida, para novamente ingressar no evaporador e repetir-se assim o ciclo. Esse processo é ilustrado através da figura a seguir:
Os detalhes do funcionamento de uma geladeira é descrito a seguir:
COMPRESSOR: sua principal função é succionar o fluido refrigerante a baixa pressão da linha de sucção e comprimí-lo em direção ao condensador a alta pressão e alta temperatura na fase gasosa (vapor super aquecido*).
CONDENSADOR: através do condensador e suas aletas, o fluido refrigerante proveniente do compressor a alta temperatura, efetua a troca térmica com o ambiente externo, liberando o calor absorvido no evaporador e no processo de compressão. Nesta fase, ocorre uma transformação de vapor superaquecido para líquido sub resfriado** a alta pressão.
FILTRO SECADOR: exerce duas funções importantes: A primeira é reter partículas sólidas que em circulação no circuito, podem ocasionar obstrução ou danos à partes mecânicas do compressor. A segunda é absorver totalmente a umidade residual do circuito que porventura não tenha sido removida pelo processo de vácuo, evitando danos ao sistema como: formação de ácidos, corrosão, aumento das pressões e obstrução do tubo capilar por congelamento da umidade.
TUBO CAPILAR: é um tubo de cobre com diâmetro reduzido que tem como função receber o fluido refrigerante do condensador e promover a perda de carga do fluido refrigerante separando os lados de alta e de baixa pressão.
EVAPORADOR: recebe o fluido refrigerante proveniente do tubo capilar, 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.
COMPRESSOR: sua principal função é succionar o fluido refrigerante a baixa pressão da linha de sucção e comprimí-lo em direção ao condensador a alta pressão e alta temperatura na fase gasosa (vapor super aquecido*).
CONDENSADOR: através do condensador e suas aletas, o fluido refrigerante proveniente do compressor a alta temperatura, efetua a troca térmica com o ambiente externo, liberando o calor absorvido no evaporador e no processo de compressão. Nesta fase, ocorre uma transformação de vapor superaquecido para líquido sub resfriado** a alta pressão.
FILTRO SECADOR: exerce duas funções importantes: A primeira é reter partículas sólidas que em circulação no circuito, podem ocasionar obstrução ou danos à partes mecânicas do compressor. A segunda é absorver totalmente a umidade residual do circuito que porventura não tenha sido removida pelo processo de vácuo, evitando danos ao sistema como: formação de ácidos, corrosão, aumento das pressões e obstrução do tubo capilar por congelamento da umidade.
TUBO CAPILAR: é um tubo de cobre com diâmetro reduzido que tem como função receber o fluido refrigerante do condensador e promover a perda de carga do fluido refrigerante separando os lados de alta e de baixa pressão.EVAPORADOR: recebe o fluido refrigerante proveniente do tubo capilar, 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.
*Vapor superaquecido é quando o vapor está a uma temperatura maior do que a temperatura de saturação, que é a temperatura na qual se dá a vaporização de uma substância pura a uma dada pressão.
** Líquido sub resfriado é quando a temperatura do líquido é menor do que a temperatura de saturação para a pressão existente. Se a pressão for maior do que a pressão de saturação para a temperatura dada, o líquido é chamado de líquido comprimido.
De maneira similar funcionam também os grandes sistemas de refrigeração, como câmaras frigoríficas. O que difere os sistemas pequenos dos de grande porte é o número de unidades compressoras, evaporadoras, de expansão e condensadoras envolvidas, que nestes últimos podem ser múltiplos, bem como o sistema de controle, que pode alcançar elevada complexidade.
Nenhum comentário:
Postar um comentário