Aula de Refrigeração.

Gás refrigerante Se a pressão exercida na superfície de um corpo líquido for reduzida, este passará ao estado gasoso mais facilmente, requerendo neste caso uma quantidade menor de calor para evaporar. Por isso uma das primeiras etapas cumpridas no desenvolvimento dos sistemas de refrigeração foi encontrar o fluído cujo ponto de evaporação é mais baixo do que o da água. Esta característica foi encontrada nos chamados "líquidos refrigerantes". O gás CFC-12 (R12) era um dos mais usados até ser proibido pelo elevado poder destrutivo do ozônio atmosférico (encarregado de interceptar a maior parte das radiações ultravioletas). O gás HCFC-22 (R22) consegue a combinação de ótimas características químicas e físicas a um elevado rendimento volumétrico, sendo usado nas instalações de climatização de baixa a médias potencia. Também este gás está sob observação em consideração ao ambiente. O gás CFC 114, é usado nos compressores centrífugos nas instalações de climatização. O gás CFC 502, é uma mistura que não muda nem a sua composição volumétrica nem a sua temperatura de saturação durante a evaporação, e evapora em temperaturas inferiores em relação a outros gases é usado nos compressores herméticos. Conhecidos na realidade doméstica como “gás de geladeira”, os agentes refrigerantes são substâncias que absorvem grande quantidade de calor ao passarem do estado líquido para o gasoso. A absorção depende de uma fonte extra para efetuar a troca de calor (água ou o ar) e ocorre justamente com a mudança de fase do fluido. Inicialmente, os refrigerantes mais usados eram a amônia, o dióxido de carbono, dióxido de enxofre e cloreto de metila. Em 1931, o setor conheceu os refrigerantes de fluorcarbono, fabricados pela DuPont. No ano seguinte, o cientista Thomas Midgely Jr. inventou o refrigerante 12, mais conhecido como Freon 12, ou o famigerado clorofluorcarbono (CFC). Este tem a característica de ser endotérmico – capacidade de regular sua própria temperatura de acordo com a interação com o meio – quando expande ou quando vaporiza. Além disso, não é inflamável, não é explosivo, não é tóxico e não corrói metais. No final da década de 80, um golpe esfriou o entusiasmo dos adeptos do CFC e outros. Evidências científicas ligaram os produtos de fluorcarbonos a buracos na camada de ozônio, importante barreira ao excesso de radiação solar ultravioleta na superfície terrestre. Foi aprovado em âmbito internacional a nocividade dos CFC e de HCFC, ao ponto que o protocolo de Montreal de 1992 decidiu proibi-los e subseqüentemente interromper sua produção. Em pesquisa de refrigerantes substitutos nos endereçada à categoria dos hidrocarbonetos (HC) esses resultam inócuos para o ambiente mas são extremamente inflamáveis e portanto são pouco adaptados às civis; à categoria dos refrigerantes naturais (amônia) apresentam boas propriedades termodinâmicas, baixa inflamabilidade, mas elevada toxicidade, enfim à categoria dos hidro-fluorcaburetos (HFC) que não têm o impacto no ozônio estratosféricos, mas aumenta a poluição do ar (quantidades de CO² no ar). O gás HFC 134a (R134a) substitui o CFC-12 na refrigeração civil, seu impacto é baixo no ozônio, mas não é adaptado para os sistemas de climatização. A substituição do R22 recorre-se ao gás HFC 407C (R407c) ou ao HFC 410A (R410a), mas em ambos os casos são necessários uma conversão das instalações de refrigeração e de ar-condicionado. Além destes, pode ser usado também o gás HFC 404A (R404A) que, porém, apresenta um potencial de superaquecimento global entre os mais elevados da categoria dos hidrofluorcarburetos.

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Introdução. Sabe-se que para uma substância passar do estado líquido para o estado de vapor é necessário fornecer-lhe calor durante certo tempo, até atingir a temperatura de evaporação da substância. Esse é o princípio básico da refrigeração, ou seja, toda substância ao evaporar rouba calor. O fluxo de calor sempre ocorre de uma fonte mais quente para uma mais fria, e nunca ao contrário, como rege a 2º lei da Termodinâmica. Sendo assim, quanto maior for a diferença de temperatura entre essas duas fontes, maior será o fluxo de calor. Em refrigeração, é de grande importância que esse transporte de calor ocorra de modo eficiente, melhorando assim o desempenho do refrigerador. Tipos de sistema: Ciclo de absorção É similar em certos aspectos ao ciclo de compressão de vapor. Um ciclo de refrigeração irá operar com o condensador, a válvula de expansão e o evaporador, se o vapor de baixa pressão do evaporador puder ser transformado em vapor de alta pressão e entregue ao condensador. O sistema de compressão de vapor usa um compressor para esta tarefa. O sistema de absorção primeiro absorve vapor de baixa pressão em um líquido absorvente apropriado. Incorporado no processo de absorção há a conversão de vapor em líquido, desde que esse processo é similar ao de condensação, o calor precisa ser rejeitado durante o processo. O passo seguinte é elevar a pressão do líquido com uma bomba, e o passo final é liberar o vapor do líquido absorvente por adição de calor. A refrigeração por compressão: É muito utilizada atualmente em diversas aplicações como em residências, comércios, transportes, etc. O seu princípio de funcionamento objetiva, como qualquer sistema de refrigeração, a retirada de calor de um recinto fechado e o transporte para o exterior, produzindo assim o efeito desejado tal como congelamento ou resfriamento. É de extrema importância o conceito da eficiência que o equipamento pode alcançar em pleno funcionamento, pois, quanto maior for essa eficiência menor será o consumo de energia elétrica, a dependência dessa energia pode ser considerada uma das grandes desvantagens desse sistema de refrigeração no momento apesar dos grandes esforços que os fabricantes realizam para minimizar esse consumo. Ciclo de Compressão O ciclo de refrigeração por compressão pode ser estudado em seus diversos pontos pelo que chamamos de ciclo saturado simples. Através dele podemos acompanhar o desempenho de um equipamento de refrigeração, sabendo o que é preciso para melhorar sua eficiência. O ciclo pode ser acompanhado, começando com o refrigerante que é comprimido no compressor no estado de vapor, tendo sua pressão e sua temperatura aumentadas e seguindo diretamente para o condensador. Aqui, o calor retirado da câmara é rejeitado para o exterior, causando assim a mudança para a fase líquida, indo agora para o dispositivo de controle (tubo capilar ou válvula de expansão). Esse dispositivo provoca uma queda de pressão e faz cair também a temperatura, temperatura essa correspondente à de evaporação do refrigerante no evaporador. Em seguida o refrigerante, entrando no evaporador, está evaporando na temperatura desejada do projeto, ocorrendo assim o fluxo ideal de calor da câmara para o evaporador. Esse calor é transportado pelo refrigerante que está sempre em circulação indo diretamente em seguida para o compressor, iniciando novamente mais um ciclo. Como Funciona um sistema de Refrigeração. Um sistema de refrigeração é composto basicamente por: - Compressor. - Evaporador (Congelador) - Condensador (Radiador) - Válvula Descompressora (Tubo Capilar ou Válvula de Expansão) - Filtro secador. - Fluido refrigerante (Gás) Funcionamento de cada componente de um sistema de refrigeração *O compressor (motor). O compressor de um sistema de refrigeração funciona como um motor à combustão, mas no sentido inverso, em vez do movimento do gás movimentar o motor, é o compressor é que movimenta o gás; um compressor é idêntico ao motor à combustão. Basicamente o motor elétrico aciona o pistão que comprime o gás na camisa e abre a válvula de alta, depois o pistão é puxado e a válvula de baixa abre e o gás entra na camisa assim continuamente até que o motor elétrico seja desligado. Sua função é circular o gás no sistema, e causar uma diferença de pressão no sistema; entre o evaporador e o condensador. *O Evaporador (Congelador) O Evaporador é basicamente uma serpentina de Cobre ou Alumínio ou às vezes de ferro. Sua função é evaporar o fluido que está dentro dele, e retirar o calor do ambiente. Exemplo: um fluido refrigerante que é usado na geladeira o "R12" a uma pressão de "zero PSI" ele expande a uma temperatura de -30ºC, ou seja, 130ºC menos que a água. Assim o evaporador está com o fluido dentro dele a uma temperatura de -30ºC, em quanto que o ambiente que ele está, está a uma temperatura bem maior que ele; exemplo: dentro de uma geladeira o ar fica em torno de 5ºC, ou seja, uma diferença de 35ºC, isso faz com que o fluido ferva e evapore transformando o fluido de liquido para gasoso, e então o compressor puxa esse gás mantendo a pressão sempre baixa dentro do evaporador. *O Condensador (Radiador) O Condensar é basicamente igual ao evaporador só não pode ser feito de alumínio. Sua função é inversa do evaporador ele tem como objetivo condensar o gás evaporado no evaporador. O compressor comprime o gás dentro do condensador, isso faz com que a pressão do gás aumente, ai entra aquela lei de pressão e temperatura, quanto maior a pressão maior a temperatura, como a pressão está dentro do condensador então a temperatura também está alta. Exemplo: dentro de um condensador de geladeira a pressão chega a 150 PSI isso faz com que o gás fique a uma temperatura de 45ºC, considerando que a temperatura ambiente seja 20ºC então temos uma diferença de 25ºC isso faz com que o gás esfrie e condense. *Válvula Descompressora (Tubo Capilar ou Válvula de Expansão) A válvula Descompressora é simplesmente um dispositivo que liga o condensador ao evaporador, e sua função é controlar o fluxo de Fluido no sistema, no caso da geladeira é simplesmente um tubo super fino (Tubo Capilar), em sistemas grandes é usado a válvula de expansão que ajusta automaticamente a quantidade de Fluido que circula pelo sistema, conforme sua necessidade. *Filtro secador. O Filtro secador tem a função de desidratar o sistema para que a pequena quantidade de água que pode ficar dentro do sistema quando ele é montado, não enferruje o compressor ou entupa o tubo capilar, e também para reter algumas partículas sólidas que circulam pelo sistema. Ele fica instalado entre o condensador e a válvula Descompressora. *Fluido refrigerante (Gás) O Fluido Refrigerante é o gás. Sua função é transportar o calor do evaporador para o condensador. Montando o sistema veja na figura abaixo como ele fica: 1) Compressor. 2) Condensador. 3) Evaporador. 4) Válvula Descompressora (Tubo Capilar) 5) Filtro secador O Compressor retira o gás do evaporador e manda para o condensador, como o tubo capilar está no final do condensador, então a passagem do gás fica difícil isso acumula gás dentro do condensador e aumenta a pressão fazendo o gás esfriar e condensar, liberando toda energia Térmica, que estava no gás, para o ambiente. O Fluido já condensado passa pelo filtro secador e segue controlado para o evaporador, onde ele perde a pressão e a temperatura, isso faz com que ele ganhe Calor e evapore, o gás é puxado pelo compressor, e é repetido o ciclo novamente. Essa aula foi adaptada da Pesquisa de Suelane S. Oliveira.