Refrigeração

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Refrigeração é a ação de resfriar determinado ambiente de forma controlada, tanto para viabilizar processos, processar e conservar produtos (refrigeração comercial e industrial) ou efetuar climatização para conforto térmico (veja ar-condicionado e ventilação).

Ciclos de refrigeração[editar | editar código-fonte]

Para diminuir a temperatura é necessário retirar energia térmica de determinado corpo ou meio. Através de um ciclo termodinâmico, calor é extraído do ambiente a ser refrigerado e é enviado para o ambiente externo. A refrigeração não destrói o calor, que é uma forma de energia. Ela apenas o move de um lugar não desejado para outro que não faz diferença.

Entre os ciclos de refrigeração, os principais são o ciclo de refrigeração padrão por compressão, o ciclo de refrigeração por absorção e o ciclo de refrigeração por magnetismo.

Ciclo de refrigeração padrão por compressão de Vapor[editar | editar código-fonte]

Sorvete[editar | editar código-fonte]

Esquema básico de um sistema de refrigeração.

Em um ciclo de refrigeração padrão por compressão (refrigerador, ar-condicionado), existem basicamente quatro componentes:

Compressor, condensador, dispositivo de expansão e evaporador.

O fluido refrigerante na forma de líquido saturado passa pelo dispositivo de expansão (restrição), onde é submetido a uma queda de pressão brusca, onde passa a ter dois estados, o líquido e o gasoso. O fluido refrigerante, nesse ponto, é denominado de flash gás. Então o fluido é conduzido pelo evaporador, onde absorverá calor do ar do ambiente a ser refrigerado, vaporizando-se.

Na saída do evaporador, na forma de gás ele é succionado pelo compressor, que eleva sua pressão (e temperatura) para que possa ser conduzido através do condensador, que cederá calor ao ambiente externo, condensando o fluido e completando o ciclo. O ventilador ou fan, efetua a circulação de ar, fazendo com que o ar a ser resfriado entre em contato com a serpentina do evaporador.

Etapas de um Ciclo Ideal de Refrigeração[editar | editar código-fonte]

Evaporação[editar | editar código-fonte]

Representação no diagrama pxh

A evaporação é a etapa aonde o fluido refrigerante entra na serpentina como uma mistura predominantemente líquida, e absorverá calor do ar forçado pelo ventilador que passa entre os tubos. Ao receber calor, o fluido saturado vaporiza-se, utilizando-se do calor latente para poder maximizar a troca de calor.

A capacidade de refrigeração, em W, pode ser expressada através da equação:

 \dot{Q_l} = \dot{m}*(h_1-h_4) \,\!

Compressão[editar | editar código-fonte]

Representação no diagrama pxh

A função do compressor é comprimir o fluido refrigerante, elevando a pressão do fluido. Em um ciclo ideal, a compressão é considerada adiabática reversível (isoentrópica), ou seja, desprezam-se as perdas. Na prática perde-se calor ao ambiente nessa etapa, porém não é significativo em relação à potência de compressão necessária.

A potência de compressão, em W, pode ser expressada pela seguinte equação:

 \dot{W_c} = \dot{m}*(h_2-h_1) \,\!

Condensação[editar | editar código-fonte]

Representação no diagrama pxh

A condensação é a etapa aonde ocorre a rejeição de calor do ciclo. No condensador, o fluido na forma de gás saturado é condensado ao longo do trocador de calor, que em contato com o ar cede calor ao meio ambiente.

O calor rejeitado pelo condensador, em W, pode ser expresso pela equação:

 \dot{Q_h} = \dot{m}*(h_2-h_3) \,\!

Expansão[editar | editar código-fonte]

Representação no diagrama pxh

A expansão é a etapa onde ocorre uma perda de pressão brusca, porém controlada que vai reduzir a pressão do fluido da pressão de condensação para a pressão de evaporação. Em um ciclo ideal ela é considerada isoentálpica, despreza-se as variações de energia cinética e potencial.

h_3=h_4 \,\!

Coeficiente de performance[editar | editar código-fonte]

O coeficiente de performance, COP, é um parâmetro fundamental na análise de sistemas de refrigeração. Mesmo sendo de um ciclo teórico, pode-se verificar os parâmetros que influenciam o desempenho do sistema. A capacidade de retirar calor sobre a potência consumida pelo compressor deve ser a maior possível.

Define-se COP com a seguinte relação:

 COP = \dot{Q_l} / \dot{W_C} \,\!

Variáveis[editar | editar código-fonte]

\dot{m} - Vazão mássica de refrigerante em kg/s

\dot{Q_l} - Calor retirado pelo evaporador em W.

\dot{Q_h} - Calor cedido pelo condensador em W.

\dot{W} - Trabalho realizado pelo compressor em W.

\ h_1, \ h_2, \ h_3 e \ h_4 - Entalpia de estado J/kg.

\ COP - Coeficiente de performance.

Referências[editar | editar código-fonte]

  • Andrew D. Althouse, Carl H. Turnquist, Alfred F. Bracciano. Modern Refrigeration and Air Conditioning. 18th Edition. ed. [S.l.]: Goodheart-Wilcox Publishing, 2003. ISBN 1590702808.

Ver também[editar | editar código-fonte]

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