Refrigeração

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

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 por compressão de Vapor

Banzatto

Esquema básico de um sistema de refrigeração.

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

Compressor, condensador, dispositivo de expansão, evaporador e fluido refrigerante.

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: predominantemente líquido e, em menor quantidade, gasoso. O fluido refrigerante, nesse ponto, é denominado de flash gás. Logo, o fluido é conduzido para o evaporador, onde absorverá calor do ar do ambiente a ser climatizado, vaporizando-se.

Na saída do evaporador, na forma de gás, é succionado pelo compressor, que eleva sua pressão (e temperatura) para que possa ser conduzido através do condensador, onde cederá calor ao ambiente externo, condensando o fluido e completando o ciclo. O ventilador, força a circulação de ar, fazendo com que o ar a ser resfriado atravesse, de forma perpendicular, os tubos aletados da serpentina do evaporador.

Etapas de um Ciclo Ideal de Refrigeração

Evaporação

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 aletados. Ao receber calor, o fluido refrigerante saturado vaporiza-se, absorvendo calor latente e calor sensível.

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

${\dot {Q_{l}}}={\dot {m}}*(h_{1}-h_{4})\,\!$

Compressão

Representação no diagrama pxh

A função do compressor é comprimir o fluido refrigerante, sempre no estado físico de vapor, 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

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

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

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

${\dot {m}}$ - 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

• Andrew D. Althouse, Carl H. Turnquist, Alfred F. Bracciano (2003). Modern Refrigeration and Air Conditioning 18th Edition ed. [S.l.]: Goodheart-Wilcox Publishing. ISBN 1590702808  !CS1 manut: Nomes múltiplos: lista de autores (link)

Ver também

• Cadeia de frio
• Refrigeração por absorção
• Portal da Refrigeração
• Era do Gelo, Tudo Sobre Refrigeração
• Agraz Refrigeração