Ciclo Frigorifico

Para finalizarmos o assunto sobre ciclo frigorifico, vamos discutir um pouco sobre fluido refrigerante, suas particularidades e principais aplicações.

Fluido refrigerante

São substâncias utilizadas como veículo térmico na realização do ciclo frigorifico. Então como já vimos, o fluido é o responsável pelo transporte do calor do ambiente interno para o ambiente externo.

Os fluidos refrigerantes consiste em reagentes físicos químicos e outras que restringem o universo das substâncias fluidas que podem ser utilizadas em sistema de refrigeração.

Seus atributos são:

•      Não Tóxicos, inflamáveis.

•      Alto calor de vaporização para minimizar a quantidade de fluido refrigerante em um circuito.

•      Baixo volume especifico em estado de vapor para minimizar o tamanho do compressor.

•      Baixo calor especifico no estado liquido para minimizar a transferência de calor subresfriado de liquido no condensador.

•      Baixa pressão na temperatura de condensação projetada para evitar compressores em alta pressão.

•      Os primeiros fluidos refrigerantes a serem utilizados foi a amônia (R-717), dióxido de enxofre, cloreto de metilo, desses atualmente o que está em uso é a amônia.

•      AMÔNIA é um fluido com maior feito de refrigerante mas com desvantagem é tóxicos, e inflamável em grandes concentrações.

Podemos separar os fluidos refrigerantes por tipos, características:

Composto inorgânicos: são aqueles formados por átomos ou moléculas de pelo menos dois elementos diferentes, e que não apresentam átomos de carbono em cadeias ligados a átomos de hidrogênio.

Ex: Amônia (NH3) – R-717, Dióxido de Carbono (CO2) – R-744

CFC: Clorofluorcarbono, são substâncias artificiais que foram por muito tempo utilizadas nas indústrias de refrigeração e ar condicionado, espumas, aerossóis, extintores de incêndio. Com grandes concentrações de cloro em sua composição

Ex: R-11 (Triclorofluormetano)

HCFC: Hidroclorofluorcarbono, assim como CFC, são substancias artificiais ainda usadas em sistemas de refrigeração industrial, comercial e ar condicionado. Nestes compostos, apenas alguns átomos de cloro foram substituídos por átomos de hidrogênio.

Ex: R-22 (Clorodifluorometano)

HFC: Hidrofluorcarbono, constituem um grupo de compostos químicos nos quais todos os átomos de cloro foram substituídos por átomos de hidrogênio. Na sua composição química entram o hidrogênio (H), o flúor (F) e o carbono (C).

Ex: R-134ª (tetrafluoretano)

HC: Hidrocarbonetos, constituem apenas de moléculas de carbono e hidrogênio,

Ex: R-600 (isobutano)

CO2 não é um novo fluido refrigerante, ele já foi proposto com  fluido refrigerante em 1850, houve um pico de utilização em sistemas de refrigeração entre 1920 e 1930.

Com a introdução dos Refrigerantes Halogenados (CFC) o uso de CO2 foi sendo suprimido.

Na década de 1990, devido às características ecológicas, como ODP  (Potencial de Destruição do Ozônio) e GWP (Potencial de Aquecimento Global), a discussão sobre o uso do CO2 como fluido refrigerante ressurgiu, junto com os hidrocarbonetos e amônia.

Devido aos alguns fluidos refrigerantes halogenados, agredirem a camada de ozônio ou causarem efeito estufa, os mesmos não traz riscos imediatos ao ser humano, ao contrario dos fluidos inorgânicos e hidrocarbonetos, que podem ser tóxicos ou inflamáveis. No link abaixo poderemos ver uma reportagem sobre um acidente fatal ocorrido no interior do estado de São Paulo - em Barretos por vazamento de amônia.

https://globoplay.globo.com/v/5274926/?utm_source=facebook&utm_medium=share-bar

Na tabela abaixo teremos algumas informações em relação a alguns fluidos refrigerantes, onde poderemos comparar dados entre eles, que nos será útil para selecionamento do fluido para cada aplicação.

Como podemos ver na tabela acima, os fluidos refrigerantes halogenados não são considerados substâncias puras, ao contrário dos compostos inorgânicos e hidrocarbonetos. Perceberemos também que apenas o halogenado R-22 (HCFC) tem potencial de destruição da camada de Ozônio e causa o efeito estufa, enquanto os outros halogenados causam apenas o esfeito estufa. Já as substâncias puras não agridem a camada de ozônio e tem um valor baixíssimo de aquecimento global, chegando a zero em algumas situações.

Aqui podemos fazer uma comparação da poluição causada pelo fluido R-22, quando liberado no meio ambiente

Nas próximas postagens falaremos mais sobre a questão dos fluidos refrigerantes em relação ao meio ambiente, Protocolo de Montreal, Resolução Conama, entre outros.

Ciclo Frigorifico

Mais uma vez para darmos continuidade no assunto, hoje vamos falar do Evaporador, seu funcionamento e características.

Com a função muito parecida com a do condensador, o evaporador é um trocador de calor que tem a finalidade de absorver o calor, isto através de trocas de calor com ar, água ou ambas. Desta forma iremos encontrar diversos tipos de evaporadores, tais como.

Evaporadores a Ar

Este evaporador muito utilizado em refrigeradores domésticos, conhecido como evaporador onbord, tem como principio a troca de calor com o ar, através da convecção natural, onde o ar se movimenta através da diferença de densidade (ar quente sobe e ar frio desce). Os relevos encontrados neste tipo de trocador, são as tubulações por onde circula o fluido refrigerante em seu interior, nos refrigeradores antigos, onde não existiam processos de degelo automático, eram comuns os furos dessas tubulações por nossas "mulheres" (mamães, esposas), com facas para quebrar o gelo e acelerar o processo de descongelamento.

Aqui teremos outro tipo de evaporador usado em refrigeradores, conhecidos como evaporadores de placa fria, muito similar com o evaporador citado acima. Em alguns refrigeradores pode se encontrar duas placas no mesmo equipamento, um fazendo o processo de congelamento de produtos e outro de resfriamento, tudo em um mesmo ciclo frigorifico.

 Aqui temos  trocadores tubular aletado, que normalmente tem sua troca através da convecção forçada, onde um ventilador força o ar a passar por ele,onde o trocador da direita tem grande utilidade em refrigeradores e processos de baixa temperatura e o da esquerda muito utilizado em condicionadores de ar. Nas imagens abaixo, poderemos ver outros tipos de evaporadores forçado a ar.

Existem também os trocadores muito utilizados em sistemas de climatização automotivo, e chegando a pouco tempo para uso em equipamentos condicionadores de ar e refrigeração em geral, que são os trocadores de calor por microcanal. O evaporador microcanal possui algumas diferenças em relação ao convencional tubo / aleta. Como seu volume interno chega a ser até 70% menor que o tubo / aleta, tal diminuição representa, em media 30% menos carga de fluido refrigerante em todo equipamento.
Os microcanais são 100% alumínio, o que representa uma maior resistência a corrosão galvânica, equipamento muito mais leve e prolongando a vida útil do evaporador.

Evaporadores a água

 O evaporador Shell in tube (casco e tubo)muito parecido com o condensador, também troca calor a água, que nesta caso com a finalidade de absorver o calor da água afim de resfria-lá. No evaporador ao contrario do condensador, o fluido refrigerante circula pelos tubos, enquanto a água circula pelo casco.

Evaporador Tube in tube (tubo e tubo), muito parecido com o shell in tube, 
porem desenvolvido para acomodação em espaços muito menores, fazendo com que tenha uma grande eficiência em relação com seu parceiro o "shell in tube".
O fluido refrigerante circula por uma das tubulações e a água pela outra,onde as tubulações encontram-se uma dentro da outra, sempre em fluxo contrario para melhor desempenho.

O evaporador a placa, tem o mesmo principio dos trocadores acima, todos absorvem o calor da água, que irá para um próximo processo, podendo ser o fancoil, uma injetora, uma extrusora, etc. Constituído de placa em aço inox, onde o fluido refrigerante circula por um dos lados da placa e a água pelo outro, tem grande eficiência em seu processo de troca de calor, e tem tamanho construtivo inferior que os demais, para uma mesma capacidade dos trocadores a água.

Aqui podemos verificar o processo de funcionamento de alguns desses trocadores.

Evaporador Shell in Tube

Trocador a placas

Ciclo Frigorifico

Agora que já vimos, os compressores e os condensadores, vamos baixar a pressão e falar dos dispositivos de expansão.

Como já dito, o dispositivo de expansão tem a finalidade de realizar uma queda brusca de pressão e temperatura no fluido refrigerante para trocas de calor no evaporador, assim como qualquer componentes do ciclo frigorifico, o dispositivo de expansão existe vários tipos e características construtivas.

Tubo capilar

O tubo capilar é um tubo de diâmetro interno reduzido, seu nome técnico é intercambiador de calor por ele estar sempre enrolado ao tubo de sucção, trocando calor com o mesmo nos casos de refrigeradores (geladeiras). 

Normalmente feito de cobre, o tubo capilar é comum em sistemas de refrigeração de pequena capacidade: geladeiras, aparelhos de ar condicionado (janelas, splits) e freezers. O diâmetro interno do tubo capilar varia de 0,5 a 2,0 mm e o comprimento, de 1,5 até 3,5 m.

Algumas vantagens do tubo capilar: simplicidade, por não apresentar partes móveis; custo baixo; equalização das pressões do sistema nas paradas; redução da quantidade e custo do refrigerante e eliminação da necessidade do tanque coletor. 

Pistão expansor (piston accurator)

Este tipo de dispositivo tem sua maior utilização em equipamentos condicionadores de ar do tipo split a partir da capacidade de 18000 btu/h, que deve ser instalado pelo próprio instalador. Constituído por duas porcas, dois retentores, um pistão para refrigeração, um de aquecimento quando necessário e um corpo (accurator), fabricado em latão, tem grande facilidade de ajustes, por se tratar de um dispositivo que apresenta partes moveis, porem mais sujeito a manutenção e vazamentos.

Válvula de expansão termostática

Dispositivo este que tem um maior controle no fluxo do fluido refrigerante em relação aos outros dois que já vimos, como nome já diz: válvula, isso quer dizer que é possível a regulagem da mesma para controle manual do fluxo do fluido, e termostática, pois ela irá controlar o fluxo do fluido refrigerante para dentro do evaporador "automaticamente", conforme a leitura de temperatura feita através de um bulbo sensor instalado na saída do evaporador (linha de sucção). A válvula de expansão pode ser com equalização interna ou externa. Tudo isso afim de manter a carga térmica prevista para o sistema, controlando temperatura de evaporação e superaquecimento.

Válvula de expansão eletrônica

Assim como a válvula de expansão termostática, este dispositivo também tem a função de controlar o fluxo de fluido refrigerante para o evaporador, porem com uma maior qualidade  eficiência, devido seu sistema de controle eletrônico, onde consiste de um transdutor de pressão em conjunto ao controlador eletrônica, as resposta para a válvula são muito mais rápidas, controlando o fluxo do fluido refrigerante entre cem e zero porcento de abertura da válvula, coisa que a válvula termostática não executa, apenas abertura total, nunca seu fechamento total.

Você poderá encontrar diversos componentes utilizados na área de refrigeração e climatização acessando o link abaixo:

http://products.danfoss.com.br/refrigeration-and-air-conditioning/ 

Ciclo Frigorifico

Mais uma vez para darmos continuidade no assunto, hoje vamos falar do Condensador, seu funcionamento e características.
Como já vimos anteriormente, o condensador é um trocador de calor que tem a finalidade de dissipar o calor, isto através de trocas de calor com ar, água ou ambas. Desta forma iremos encontrar diversos tipos de condensadores, tais como.

Condensadores a Ar

Este condensador muito utilizado em refrigeradores domésticos, conhecido como condensador aramado, tem como principio a troca de calor com o ar, através da convecção natural, onde o ar se movimenta através da diferença de densidade (ar quente sobe e ar frio desce).

 Aqui temos um trocador tubular aletado, que normalmente tem sua troca através da convecção forçada, onde um ventilador força o ar a passar por ele, como poderemos ver nas figuras abaixo. Esse trocador de calor quando usado como condensador tem seu tamanho superior ao do evaporador, pois ele necessita rejeitar o calor absorvido do ambiente e compressor.

Existem também os trocadores muito utilizados em sistemas de climatização automotivo, e chegando a pouco tempo para uso em equipamentos condicionadores de ar e refrigeração em geral, que são os trocadores de calor por microcanal.O condensador microcanal possui alguns diferenciais em relação ao convencional tubo de cobre e aleta. Como seu volume interno chega a ser até 70% menor que um tubo-aleta, tal diminuição representa, em média, 30% menos carga de refrigerante em todo o equipamento. Os microcanais são 100% em alumínio, o que representa uma maior resistência à corrosão galvânica, prolongando a vida útil do condensador.

Condensadores a água

 O condensador Shell in tube (casco e tubo) já dissipa seu calor para água, que por sua vez vai para um outro processo de troca de calor (torre de resfriamento), que falaremos em postagens a seguir. No condensador o fluido refrigerante circula pelo casco, enquanto a água circula pelos tubos, desta forma o casco deve ser construído com material rígido, em que possa suportar as pressões elevadas do fluido refrigerante.

Condensador Tube in tube (tubo e tubo), muito parecido com o shell in tube, porem desenvolvido para acomodação em espaços muito menores, fazendo com que tenha uma grande eficiência em relação com seu parceiro o "shell in tube".

Este modelo de trocador tem sido muito utilizado em equipamentos para aquecimento de piscinas, o fluido refrigerante circula por uma das tubulações e a água pela outra,onde as tubulações encontram-se uma dentro da outra, sempre em fluxo contrario para melhor desempenho.

O condensador a placa, tem o mesmo principio dos trocadores acima, todos dissipam o calor para água, que irá para um próximo processo, "com isso sempre iremos precisar de um torre de resfriamento". Constituído de placa em aço inox, onde o fluido refrigerante circula por um dos lados da placa e a água pelo outro, tem grande eficiência em seu processo de troca de calor, e tem tamanho construtivo inferior que os demais, para uma mesma capacidade dos trocadores a água.

Aqui podemos verificar o processo de funcionamento de alguns desses trocadores.

Condensador Shell in Tube

Trocador a placas

Existem também condensadores evaporativos, que são evaporativos são formados por uma espécie de torre de resfriamento de tiragem mecânica, no interior da qual é instalada uma série de tubos, por onde escoa o fluído frigorífico figura ao lado. No topo destes condensadores são instalados bicos injetores que pulverizam água sobre a tubulação 34 34 de refrigerante. A água escoa, em contracorrente com o ar, em direção a bacia do condensador. O contato da água com a tubulação por onde escoa o refrigerante provoca a sua condensação. Ao mesmo tempo uma parcela da água evapora e, num mecanismo combinado de transferência de calor e massa entre a água e o ar, esta última é também resfriada. A água que chega à bacia do condensador é recirculada por uma bomba, e a quantidade de água é mantida através de um controle de nível (válvula de bóia), acoplado a uma tubulação de reposição.

Ciclo Frigorifico

Hoje para entendermos como o ciclo frigorifico funciona, vamos verificar os tipos de compressores, seus processos de compressão e características físicas de cada um.

Existem três tipos de compressores, são eles:

Compressores Herméticos;
Compressores Semi-Herméticos;
Compressores Abertos;

Compressores Herméticos
Podemos definir um compressor hermético, como um compressor onde, existem partes elétricas (bobina elétrica, estator, rotor) e partes mecânicas (eixos, bielas, pistões, scrolls, fusos), dentro de uma carcaça blindada, impossível de realizar manutenção devido os fabricante não disponibilizarem peças para reposição.

alternativo

rotativo

scroll

Compressores Semi-Herméticos
Assim como os compressores herméticos, os compressores semi-herméticos possuem partes elétrica e partes mecânicas dentro de uma carcaça, que por sua vez permite a possibilidade de manutenção, por serem totalmente parafusados, e pelo fato dos fabricantes disponibilizarem peças para reposição.

alternativo

parafuso

scroll

Compressores Abertos
Já os compressores abertos, possuem apenas partes mecânicas, que diferente dos compressores herméticos e semi-herméticos, necessitam de um meio externo para movimentação de sua partes mecânicas, podendo ser através de transmissão de polias e correias, acoplamentos, etc...

alternativo

centrifugo

parafuso

Como já vimos anteriormente, os compressores tem a função de circular o fluido refrigerante por todo o circuito frigorifico, e isso acontece através da sucção, compressão e descarga do fluido refrigerante no compressor, porem existem diversos tipos de processos de compressão; alternativos, rotativos, scroll, parafuso e centrifugo.

Alternativos são compressores que executam a compressão do fluido refrigerante através de processo mecânico que utilizam pistões.

Rotativos são os mais econômicos e silenciosos dos compressores. Sua grande eficiência em energia ocorre pelo ar que é comprimido nas espirais internas do equipamento, onde mesmo que seu funcionamento aconteça em altíssima rotação, o trabalho é realizado com “menos esforço” e consequentemente consumindo menos energia. Ele é usado nos modelos janela e split. A tendência é que os fabricantes adotem o compressor rotativo em seus aparelhos.

Scroll este compressor tem duas partes separadas de forma espiral, onde uma permanece fixa, enquanto a outra gira contra ela. Os compressores do tipo Scroll (caracol excêntrico) possuem alta eficiência energética aliado ao baixo nível de ruído, garantindo baixo custo de operação e funcionamento suave e progressivo.

Eles funcionam silenciosamente e são menos propensos a ter vazamentos quando comparados a outros tipos de compressores.

Parafuso neste modelo são usados dois eixos em formato de parafuso interligados que giram em direções opostas (fusos). O fluido refrigerante entra na câmara e é comprimido entre os parafusos. O fluido é absorvido para dentro da câmara e levado até a condensadora. É mais comum vê-los sendo usados ??para fornecer ar comprimido em estabelecimentos industriais em geral. Uma das vantagens desse compressor é que ele oferece um fluxo contínuo de ar, também muito usando em equipamentos de climatização para sistemas de resfriamento de liquido de grande capacidades.

Centrifugo este modelo é adequado quando o objetivo é trabalhar numa faixa mais ampla de fluxo de fluido refrigerante, sem que mude a rotação. Este compressor contém um propulsor de alta velocidade, com muitas pás, que giram para alcançar o objetivo do equipamento. Ele ainda age como coletor acumulando o ar pressurizado.