Tudo sobre o ciclo de refrigeração!
O uso da refrigeração e do ar-condicionado representou um dos mais importantes avanços da civilização moderna. Pensando nisso, separamos um guia completo sobre o funcionamento de um ciclo básico de refrigeração. Então, vamos lá pessoal!
Os refrigeradores e as bombas de calor (heat pumps) são essencialmente iguais, se diferenciando apenas em seus objetivos!
O objetivo de um refrigerador é manter um espaço refrigerado a uma temperatura baixa, retirando calor deste espaço. A rejeição do calor em um ambiente com temperatura alta é apenas uma parte necessária da operação.
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Já o objetivo de uma bomba de calor é transferir energia térmica em forma de calor de uma fonte fria para uma fonte quente, ou seja, é projetada para mover energia térmica na direção oposta do fluxo espontâneo.
Para uma substância passar do estado líquido para o gasoso, é necessário que lhe seja fornecido calor durante um certo período, até que se atinja a temperatura de evaporação da mesma. Portanto, ao evaporar, a substância “retira” calor de um ambiente ou de um corpo.
O fluxo de calor sempre ocorre da fonte quente para a fonte fria, logo, quanto maior a diferença de temperatura entre as fontes, maior será o fluxo de calor. Assim, é de grande importância que esse transporte de calor se dê de modo eficiente, com um mínimo de perdas.
O fluido que se usa nos sistemas refrigeradores é chamado refrigerante. É um fluido que resfria materiais absorvendo calor, seja calor sensível ou calor latente. Um bom refrigerante possui, entre outras características, as seguintes:
- Calor latente de vaporização alto
- Condensação sob pressões moderadas
- Evaporação sob pressões acima da atmosférica
- Pequeno volume específico
- Caso vaze, não é prejudicial à camada de ozônio
- Não corrosivo
- Não tóxico
- Não inflamável
Por exemplo, considere que a fonte quente esteja a 25ºC e que sejam utilizados os alimentos de um refrigerador comum. Se utilizarmos a água pura, que possui uma temperatura de ebulição de 100º C, como agente refrigerante, conseguiremos resfriar esses alimentos?
A resposta da pergunta é não. Logo, para conseguir isso é necessário utilizar substâncias que evaporam a baixas temperaturas.
Os principais agentes refrigerantes ou simplesmente refrigerantes são:
- CFC 12 (diclorodifluormetano) – ebulição a -29,8º C (nível do mar)
- CFC 22 (monoclorodifluormetano) – ebulição a -40,8º C (nível do mar)
Com a substituição progressiva dos fluidos da família CFC, estão sendo aplicados refrigerantes alternativos, como:
- Fluorcarbonos parcialmente halogenados (HFC): contêm, além de flúor, átomos de hidrogênio na molécula
- Hidrocarbonetos não halogenados (HC)
Sabemos, pela Segunda Lei da Termodinâmica, que o fluxo natural da energia térmica é da fonte quente (corpo com maior temperatura) para a fonte fria (corpo com menor temperatura). Um processo inverso ao do fluxo natural é um processo forçado, exigindo fornecimento de energia ao sistema para que ele funcione. A ideia de refrigeração é baseada neste processo forçado.
O processo de refrigeração, em que o calor é transferido de um ambiente para outro, se dá obedecendo a um ciclo termodinâmico.
Como funciona o ciclo de refrigeração?
O ciclo de refrigeração por compressão, também conhecido como compressão mecânica de vapor, é o ciclo termodinâmico utilizado nos refrigeradores e aparelhos de ar condicionado.
Um sistema de refrigeração típico é composto por quatro componentes básicos:
- Compressor
- Condensador
- Dispositivo de expansão
- Evaporador
Um fluido volátil (fluido refrigerante) circula através do sistema de refrigeração, onde é repetidamente convertido entre as formas de líquido e vapor.
O compressor comprime o gás frio, fazendo com que ele se torne gás quente de alta pressão.
Este gás quente corre através de um condensador de calor para dissipar o calor e se condensa para o estado líquido.
O líquido escoa através de uma válvula de expansão e no processo ele vaporiza para se tornar gás frio de baixa pressão.
O gás frio corre através do evaporador que permite que o gás absorva calor e esfrie o ar do ambiente .
Na imagem abaixo, é possível ver o esquema de funcionamento do ciclo de refrigeração por compressão.
Ciclo de refrigeração por compressão.
Vale salientar que o sistema descrito acima baseia-se em um ciclo de compressão de vapor ideal, que nunca ocorre na realidade!
Para aprender sobre refrigeração, uma boa solução é se especializar e fazer cursos! No vídeo abaixo, você pode conferir o que estuda um técnico em refrigeração e climatização!
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Sobre o autor
Eletricista desde 2006, Henrique Mattede também é autor, professor, técnico em eletrotécnica e engenheiro eletricista em formação. É educador renomado na área de eletricidade e um dos precursores do ensino de eletricidade na internet brasileira. Já produziu mais de 1000 videoaulas no canal Mundo da Elétrica no Youtube, cursos profissionalizantes e centenas de artigos técnicos. O conteúdo produzido por Henrique é referência em escolas, faculdades e universidades e já recebeu mais de 120 milhões de acessos na internet.
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