Fundamentos da Refrigeração

O que é calor, e como se transmite?

Calor é à transferência de energia térmica de um sistema para o outro - ou entre partes de um mesmo sistema - exclusivamente em virtude da diferença de temperatura entre eles. Designa também a quantidade de energia térmica transferida em tal processo.  Os corpos possuem energia interna, os conceitos de energia interna ou mesmo de energia térmica não devem jamais ser confundidos com o conceito de calor; que implica sempre energia térmica em trânsito ou transferida devido a uma diferença de temperaturas.

  O calor é uma das formas possíveis para se transferir energia de um sistema a outro, através das leis físicas podemos definir os modos de transmissão de calor:

• Condução;
• Convecção (natural  e forçada);
• Radiação;

Condução

Esta é a forma de transmissão em que a energia se move passando da molécula de uma substância a outra molécula de diferente ou mesma substância, ou seja,  é o fluxo de calor através das substâncias…


                                                              
                                                                        
                                                                                 Convecção

A convecção já não é a nível molecular como era o caso da condução, então pode ser de duas formas, por convecção natural que é dada devido à diferença de densidade do fluido devido ao aquecimento do fluido ou por convecção forçada em que existe um mecanismo externo ao sistema a forçar o movimento do fluido. 

Radiação

É uma forma de movimento de calor que não depende das moléculas.  Neste caso o calor viaja da mesma forma que a luz proveniente de uma lampada. O calor  do sol  que viaja desta forma.

Agora que aprendemos o que é calor e como ela pode ser transmitida, precisamos saber que existem também tipos de calor, são elas calor sensível e calor latente, e não podemos esquece do calor especifico.

Calor Especifico

Calor específico de uma substancia é a quantidade de calor necessária para que uma unidade de massa desta substância sofra uma variação de temperatura de um grau.

Melhor dizendo, toda substancia tem seu calor especifico, e esse valor pode ser encontrado facilmente no nosso querido "pai Google", ou literaturas sobre o assunto.

Na refrigeração essa informação é de suma importância para efeito de cálculos, uma vez a necessidade de saber qual a quantidade de calor necessária a ser retirada ou introduzida em uma substancia, sua unidade é cal/g xºC, isso quer dizer que para alterar em um grau Celsius, uma grama da substancia, será necessário X (xis) calorias.

Calor Sensível

É a quantidade de calor recebida ou cedida por um corpo capaz de provocar, neste corpo, uma variação de temperatura, sem que seu estado físico seja alterado.

Um exemplo clássico, é o do copo com água retirada da torneira em temperatura ambiente de 25°C, colocado em um refrigerador a 5ºC, onde devido a diferença de temperatura, a água começa a ceder energia térmica para o refrigerador, desta forma sua temperatura diminui até atingir a mesma temperatura do refrigerador, com isso equalizando a energia térmica, igualando as temperatura e como não atingimos a temperatura de solidificação da água (0°C), a mesma não veio a congelar.

A formula utilizada para calculo de calor sensível:

Calor Latente

Diferente do calor sensível, quando fornecemos energia térmica a uma substância, sua temperatura não varia, mas seu estado de agregação se modifica, esse é o chamado calor latente. Essa é a grandeza física que informa a quantidade de energia térmica (calor) que uma unidade de massa de uma substância deve perder ou receber para que ela mude de estado físico, ou seja, passe do sólido para o líquido, do líquido para o gasoso e assim por diante.

Assim como no exemplo anterior, se pegarmos a água no refrigerador a 5°C e colocarmos no congelador a -20°C, a água começara a ceder calor ao congelador, até a água atingir a temperatura de congelamento da água (0°C), a partir deste ponto teremos a primeira partícula solida, neste momento a água continua cedendo calor ao congelador, porem sua temperatura permanecerá instável enquanto a água passa pelo processo de "transformação" .

Enquanto existir dois estados físicos (liquido e solido), a temperatura se manterá a mesma, somente quando toda água congelar (solidificar) que o "gelo" continuará cedendo calor, terá alteração em sua temperatura.

Resumindo, temos:

Fundamentos da Refrigeração

Após falarmos de pressão, não podemos deixar de falar do vácuo e sua importância no funcionamento do processo frigorifico.

Vácuo

Na química, física e no nosso cotidiano, podemos dizer que vácuo é ausência relativa de matéria.

Em refrigeração, utilizamos o vácuo para abaixar a temperatura de evaporação da água.

Em nossos sistemas de condicionadores de ar,e refrigeração em geral, iremos utilizar o vácuo na unidade mícrons (µ).

Desta forma, podemos verificar, quanto "menor" o valor do vácuo (maior o vácuo no sistema), menor será a temperatura de evaporação da água, com isso, podemos dizer que quando realizado vácuo no sistema, maior a possibilidade de umidade existente no sistema evaporar com temperatura ambiente, e com isso ser eliminado pela bomba de vácuo, ferramenta este responsável de executar a retirada da umidade e os gases incondensavéis do circuito fechado do sistema de refrigeração e climatização.

 Capacidades: 1,8cfm; 5cfm; 7cfm; 12cfm; 18cfm etc.

 Com duplo estágio as bombas de alto vácuo são as mais indicadas  para os processos de desidratação dos sistemas..

Mas, temos que lembrar de um pequeno detalhe, a bomba de vácuo é a responsável por realizar o vácuo, porém não a responsável pela medição do mesmo, para isso deve-se utilizar o instrumento de medição de vácuo.

Vacuômetro

Poderemos verificar em qualquer manual técnico (instalação - IOM), que os fabricantes solicitam um vácuo minimo de 500 mícrons (µ), para garantir que o sistema esteja totalmente sem umidade.
Abaixo temos o link da pagina da carrier, com um arquivo em pdf de um split piso teto, onde a pagina 36, está explicando os procedimentos para o vácuo e os limites para seu equipamento.
Lembrando que devemos sempre levar em consideração as informações dos fabricantes.

http://cdn.carrierdobrasil.com.br/downloads_docs/b95fa-IOM-Space_42XQM_256.08.731-D-01-15--view-.pdf

Fundamentos da Refrigeração

Ainda falando sobre pressão, devemos nos atentar que exitem varias unidades de medidas para medição da pressão.
Isso se deve por existirem basicamente três tipos de sistemas de medidas:

• Sistema Métrico (SM);
• Sistema Internacional (SI);
• Sistema Britânico (SB);

Sistema Métrico

O sistema criado pela comissão foi definido utilizando a base decimal, onde os múltiplos de potencias de dez da unidade possuindo prefixos e tendo como unidades fundamentais metro, grama e segundo.

Sistema Internacional

Também conhecido como SI, é o sistema oficial de todos os países do mundo (exceto Estados Unidos, Birmânia e Libéria), sendo a forma moderna do sistema métrico e a evolução do sistema MKS.

Sistema Britânico

Consiste, basicamente, em usar partes do corpo ou objetos como unidades de medidas, com o tempo, as medidas chegaram a Inglaterra que aos poucos, foram adaptando o sistema. No entanto, diferenças culturais e comerciais entre América e Europa, levaram a uniformização dos pesos e medidas, fazendo com que abandonassem o Sistema Britânico e adotando apenas o Sistema Internacional.
Hoje apenas países como Estados Unidos, Grã Bretanha, Birmânia e Libéria.

Desta forma podemos encontrar varias unidades de medida para pressão, kgf/cm², bar, Pa, Psi.

Porem, devemos entender que existe alguns tipos de pressão, e podemos dividi-las em três tipos para utilização em refrigeração, são elas:

Pressão Atmosférica

Pressão atmosférica é a pressão exercida pela camada de moléculas de ar sobre a superfície. A pressão é a força exercida por unidade de área, neste caso a força exercida pelo ar em um determinado ponto da superfície. Se a força exercida pelo ar aumenta em um determinado ponto, consequentemente a pressão também aumentará. A pressão atmosférica é medida por meio de um equipamento conhecido como barômetro.

Pressão Manométrica

É a pressão de um fluido contido em um recipiente fechado medida pelo manômetro e é uma pressão relativa.

         

Pressão Absoluta

É a pressão total de um certo ponto ou lugar, ou seja, é o somatório de todas as contribuições para o aumento da mesma.

Pressão relativa (manômetro) + Pressão atmosférica (barômetro) = Pressão absoluta

Fundamentos da Refrigeração: Pressão

Dando continuidade a ultima postagem sobre fundamentos da refrigeração, hoje falaremos sobre Pressão.

Pressão é uma palavra que significa força que é exercida sobre alguma coisa. Pode também indicar o ato de comprimir ou pressionar. Também corresponde a uma grandeza do contexto da Física.

Na Física, a pressão é uma grandeza que quantificada através da razão entre a força (F) e a área (A) da superfície em questão, onde a força é aplicada. É possível determinar a pressão através de alguns instrumentos, entre eles o manômetro, o barômetro, o piezômetro e o vacuômetro.

Segundo o Sistema Internacional, a pressão é medida na unidade N/m²  (Newton por metro quadrado), unidade igualmente conhecida como pascal. Existem outras unidades como bar, PSI (equivale a 0,07 bar), mmHg, milibar, atm.

Pressão atmosférica

Pressão atmosférica é uma consequência da gravidade e é a pressão que é feita pelo ar da atmosfera em relação à superfície terrestre, podendo também corresponder à pressão que é exercida sobre uma camada de ar.

Quanto maior a altitude, menor a pressão atmosférica, algo que também acontece no caso da densidade do ar. Quando uma zona tem baixa pressão atmosférica, costumam ocorrer fenômenos ciclônicos (mau tempo) e quando existe uma alta pressão ocorrem fenômenos anticiclônicos.

O físico italiano Evangelista Torricelli (1608-1647) realizou uma experiência para determinar a pressão atmosférica ao nível do mar. Ele usou um tubo de aproximadamente 1,0 m de comprimento, cheio de mercúrio (Hg) e com a extremidade tampada. Depois, colocou o tubo , em pé e com a boca tampada para baixo, dentro de um recipiente que também continha mercúrio. Torricelli observou que, após destampar o tubo, o nível do mercúrio desceu e estabilizou-se na posição correspondente a 76 cm, restando o vácuo na parte vazia do tubo.

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Conceitos básicos de Refrigeração

Para compreendermos melhor a refrigeração, teremos que entender que a refrigeração se divide em três princípios básicos:

• Temperatura;

• Pressão;

• Calor;

Para começarmos vamos falar de temperatura.

Temperatura é uma medida estatística do nível de agitação entre moléculas, relacionado com o deslocamento da energia cinética de um átomo ou molécula. Em Física, a temperatura está relacionada com a energia interna de um sistema termodinâmico.
Com isso, podemos entender da seguinte forma, quanto maior o nível de agitação térmica das moléculas, maior a temperatura, quanto menor o nível de agitação térmica das moléculas, menor a temperatura.
Um exemplo no nosso cotidiano é o aparelho de micro-ondas.
Forno micro-ondas ou forno de micro-ondas é um aparelho muito conhecido por facilitar e agilizar o preparo de alimentos para o consumo humano ou dos animais. O aquecimento ocorre em razão de uma radiação eletromagnética de 2.450 MHz, radiação essa que aumenta a agitação das moléculas de água dos alimentos, aquecendo-os de forma quase uniforme e de fora para dentro, já que as ondas eletromagnéticas se localizam na parte externa dos alimentos.

Escalas Termométricas

Para que seja possível medir a temperatura de um corpo, foi desenvolvido um aparelho chamado termômetro.

O termômetro mais comum é o de mercúrio, que consiste em um vidro graduado com um bulbo de paredes finas que é ligado a um tubo muito fino, chamado tubo capilar.

Quando a temperatura do termômetro aumenta, as moléculas de mercúrio aumentam sua agitação fazendo com que este se dilate, preenchendo o tubo capilar. Para cada altura atingida pelo mercúrio está associada uma temperatura.

A escala de cada termômetro corresponde a este valor de altura atingida.

Escala Celsius

É a escala usada no Brasil e na maior parte dos países, oficializada em 1742 pelo astrônomo e físico sueco Anders Celsius (1701-1744). Esta escala tem como pontos de referência a temperatura de congelamento da água sob pressão normal (0 °C) e a temperatura de ebulição da água sob pressão normal (100 °C).

Escala Fahrenheit

Outra escala bastante utilizada, principalmente nos países de língua inglesa, criada em 1708 pelo físico alemão Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736), tendo como referência a temperatura de uma mistura de gelo e cloreto de amônia (0 °F) e a temperatura do corpo humano (100 °F).

Em comparação com a escala Celsius:

0 °C = 32 °F

100 °C = 212 °F

Escala Kelvin

Também conhecida como escala absoluta, foi verificada pelo físico inglês William Thompson (1824-1907), também conhecido como Lorde Kelvin. Esta escala tem como referência a temperatura do menor estado de agitação de qualquer molécula (0 K) e é calculada apartir da escala Celsius.

Por convenção, não se usa "grau" para esta escala, ou seja 0 K, lê-se zero kelvin e não zero grau kelvin. Em comparação com a escala Celsius:

-273 °C = 0 K

0 °C = 273 K

100 °C = 373 K