Refrigeração

A refrigeração é processo termodinâmico em que o calor é retirado de um sistema isolado para o ambiente, através de um fluido denominado refrigerante. É importante lembrar que existem 3 tipos de sistemas termodinâmicos sendo estes isolados, abertos e fechados.

A segunda lei da termodinâmica  trata simplesmente das transferências energéticas entre corpos. Em outras palavras, o calor de um corpo mais quente vai para um corpo mais frio. É importante, no entanto saber que calor é uma forma de energia e o conceito de quente e frio é apenas uma sensação relacionada com as variações de temperatura.
Desde a descoberta das propriedades criogênicas dos gases pelo homem no século XVIII, muitas pesquisas foram realizadas. Uma delas partiu da necessidade que as pessoas tinham de manter seus alimentos conservados, degustar bebidas geladas, enfim obter tudo o que a refrigeração pode proporcionar ao invés de utilizar a neve como refrigerador.
No ano de 1748 Wiliam Cullen demonstrou que era possível extrair o calor presente em um ambiente através das propriedades dos gases, porém não foi mais longe. Um inventor chamado Jacob Perkins em 1834 construiu a primeira máquina de refrigeração, que foi chamada de geladeira em virtude do nome desta máquina ter sido usado pela primeira vez, pelo engenheiro Thomas Moore.
Os gases mais utilizados como fluido refrigerante são dióxido de enxofre, amônia, clorofluorcarboneto (CFC), diclorofluormetano, propano em virtude de seu potencial criogênico. Vale apena lembrar que dióxido de enxofre, amônia e CFC não são mais usados em virtude de seu potencial poluidor e tóxico.

Funcionamento de um sistema de refrigeração

• A – Interior do refrigerador
• B – Compressor
• C – Válvula de expansão

1. o compressor comprime o gás, que esquenta e vaporiza.
2. as serpentinas na parte traseira do refrigerador permitem a dissipação do calor. Transferido o calor para o gás, que quando de sua passagem pelo interior do refrigerador o gás é novamente condensado, sob alta pressão.
3. o gás flui através da válvula de expansão onde de um lado é cavidade de alta pressão e de outro é a cavidade de baixa pressão, ou seja, a parte de cima é baixa pressão e a debaixo é a alta pressão por que o compressor está sugando o gás e comprimindo, como mostra a seta.
4. o gás entra em ebulição novamente após o processo 3 e evapora retirando o calor e transferindo-o para o ambiente. Onde novamente o gás é sugado pelo compressor para que o ciclo prossiga.

Para que o processo ocorra é necessário que o trabalho seja realizado, neste caso quem realiza trabalho é o compressor por que ele é quem promove a circulação do gás refrigerante pelo sistema. O gráfico abaixo é o diagrama de Mollier e demonstra um sistema de refrigeração em que o fluido é o Freon-22.

Cálculos de  eficiência e capacidade do ciclo de refrigeração

Um sistema de refrigeração por compressão de vapor opera com o refrigerante R-12. A vazão mássica do sistema operando em condição de regime permanente é de 6 kg/min. O Freon entra no compressor como vapor saturado a 1,5 bar, e sai a 7 bar.
Exercício: Calcule a taxa de eficiência do ciclo e a capacidade de refrigeração. Onde:

Resolução:

Bibliografia:
Fundamentos da Termodinâmica 6ª edição. Autores: Sonntag, Borgnakke, van Wylen.
Termodinâmica Amistosa para Engenheiros – Octave Levenspiel-ed – 1ª. Edgard Blucher, ano 2002.