Refrigeração Básica: Termodinâmica da Transferência de Calor

As pessoas que não estão no ramo de refrigeração muitas vezes pensam que o equipamento de refrigeração produz ar frio; na verdade, o equipamento está removendo o calor do ar e deixando o que resta – o frio. Quando o sensor determina que a temperatura alvo foi atingida, o equipamento pode fazer uma pausa e, quando a temperatura voltar a subir, o equipamento liga novamente.

É um conceito bastante simples, mas todos reconhecemos que o equipamento de refrigeração envolve mais do que isso. Neste artigo, você aprenderá sobre as maneiras pelas quais o calor flui e os fatores que determinam a velocidade da transferência de calor. Você também aprenderá sobre as quatro leis que descrevem como as mudanças de temperatura e pressão afetam o estado do refrigerante em um sistema de tubulação selado. Como técnico, você precisará saber tudo isso ao solucionar problemas do equipamento.

Existem três métodos diferentes de transferência de calor:

Agora que você entende os diferentes métodos de transferência de calor, precisa saber o que afeta a taxa de transferência de calor:

Os refrigerantes são escolhidos por propriedades específicas e o modo como eles se comportam é fundamental para o processo de remoção de calor. Ao manipular a temperatura e a pressão, é possível estabelecer uma condição que permitirá ao refrigerante absorver ou rejeitar calor.

Em um sistema de refrigeração independente ou selado, a tubulação de refrigerante está completamente conectada e não exposta à pressão do ar externo, e os componentes incluem o compressor, o condensador e o evaporador (consulte a Figura 1).

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FIGURA 1: Os sistemas de refrigeração contêm componentes que incluem compressor, condensador e evaporador. (Cortesia de Heatcraft)

No estado líquido, o refrigerante é preparado para transferir calor do refrigerador, por exemplo, através do sistema para o trocador de calor externo. Os líquidos não podem ser comprimidos, então o refrigerante entra na entrada do condensador como vapor quente e se move através das passagens da serpentina de condensação. Como existe uma diferença de temperatura entre o ar externo e o vapor quente, o calor será transferido e o refrigerante mudará de estado de gás para líquido quando sair pela saída do condensador.

O receptor de líquido mostrado na Figura 1 simplesmente recebe líquido subresfriado e então flui para a válvula de expansão térmica (TXV) ou válvula de expansão elétrica (EEV). Ao sair da TXV ou EEV, o refrigerante segue para um distribuidor, que divide o fluxo do refrigerante líquido em todas as aberturas da serpentina do evaporador. Aqui, a pressão do refrigerante cairá, diminuindo a temperatura. Esses dois fatores são diretamente proporcionais.

Na serpentina do evaporador, há uma queda significativa de temperatura devido à queda de pressão. O ar mais quente soprado através da bobina cederá parte do calor absorvido pelo refrigerante mais frio que é aspirado através da linha de sucção de volta ao compressor. O vapor do refrigerante entra no compressor, que descarrega o refrigerante como um gás quente que então entra na entrada da serpentina de condensação, onde é rejeitado ou cede o calor coletado do evaporador para o ambiente externo. Ao fazer isso, ele muda de estado de gás quente para líquido sub-resfriado. Então o ciclo recomeça.

Existe um conjunto de leis que regem essas mudanças de estado de vapor para líquido. Quando o refrigerante está dentro de um sistema selado, vários fatores influenciarão se ele está no estado líquido ou no estado gasoso (vapor), e existem quatro leis que descrevem como o refrigerante se comporta:

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FIGURA 2: A Lei de Boyle afirma que a pressão de um gás ideal (um gás sem contaminantes) é inversamente proporcional ao seu volume a uma temperatura constante. (Cortesia de Heatcraft)

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FIGURA 3: A Lei do Gás Perfeito afirma que se o refrigerante for aquecido, sua pressão aumentará, e se o refrigerante for resfriado, sua pressão diminuirá. (Cortesia de Heatcraft)

Todas essas informações podem ajudar os técnicos a se tornarem mais hábeis na solução de problemas. Saber como o equipamento deve funcionar fornece uma base para um meio de comparação.