O que é o Ciclo de Refrigeração e como é definido?

Evelyn Maitee Marin
Engenheiro Industrial, Mestre em Física e EdD

Um ciclo de refrigeração refere-se ao processo termodinâmico repetitivo no qual uma substância usada como refrigerante ele muda de fase através de um circuito, e sua função é absorver calor de um espaço para ser condicionado a liberar calor em outro região. Ao contrário de outros ciclos termodinâmicos, como o de potência, em sistemas usados ​​para refrigeração, o objetivo não é obtenção de energia para venda ou consumo, mas sim o acondicionamento térmico de um espaço, por exemplo, um sala.

Com um esquema de funcionamento semelhante ao dos ciclos de refrigeração, existem as bombas de calor que, ao contrário do ar Condicionados, são utilizados para aquecer um espaço, ou seja, extrair calor do ambiente externo para liberá-lo dentro do local desejado doença.

Do ponto de vista teórico, os ciclos de refrigeração podem ser estudados considerando os componentes que compõem o sistema, bem como as várias etapas pelas quais o refrigerante passa nos diferentes estados. O gráfico a seguir mostra a classificação dos sistemas de refrigeração:

Tipos de sistemas de refrigeração

Componentes básicos de um ciclo de refrigeração

De acordo com o segundo lei da Termodinâmica, o fluxo de calor ocorre espontaneamente sempre de uma região de maior temperatura em uma temperatura mais baixa, caso contrário, algum dispositivo ou mecanismo é necessário para realizar o processo de refrigeração. Para fazer isso, qualquer sistema de refrigeração requer pelo menos quatro componentes:

• Compressor: é um dispositivo responsável por aumentar a pressão do refrigerante depois de evaporado. Em condições ideais, o processo de compressão ocorre em entropia constante, embora na prática ocorra um aumento da entropia.

• Evaporador: este sistema é basicamente um trocador de calor por onde circula o refrigerante absorver calor do espaço a acondicionar e como consequência, a mistura passa para um estado de vapor.

• Válvula de expansão: também chamada de tubo capilar ou expansor. Sob considerações ideais, este dispositivo opera isentálpico (em entalpia constante), e sua função é diminuir a pressão do refrigerante na zona de mistura.

• Condensador: é formado por uma serpentina por onde passa o refrigerante em estado de vapor, a uma pressão e temperatura superiores às condições do evaporador. Durante a passagem pelo condensador, o refrigerante libera calor para o ambiente externo e condensa até se tornar um líquido. Idealmente, o processo de condensação ocorre a pressão constante, embora na realidade geralmente se manifestem quedas de pressão.

Componentes básicos de uma geladeira

Coeficiente de Desempenho (COP)

Como já mencionado, para extrair calor de um ambiente (cool) e fazer a troca de fases do refrigerante em um processo cíclico, são necessários dispositivos que operem consumindo energia (elétrico ou combustível), e isso representa um custo, que deve ser procurado para ser minimizado, maximizando a função que se espera deles dentro do ciclo.

Em ciclos de potência, o desempenho térmico ou elétrico geralmente é determinado a partir da eficiência do ciclo ou as suas componentes, pelo que este valor deverá oscilar sempre entre 0 e 1 (em termos percentuais, estaria entre 0 e 100 %). No entanto, em ciclos de refrigeração, o mais comum é analisar seu desempenho usando como parâmetro de referência o coeficiente de desempenho, abreviado por sua sigla em inglês como COP (coeficiente de desempenho), cujo valor é quase sempre maior que a unidade, é sempre positivo e é determinado a partir da seguinte expressão:

Ciclo ideal de refrigeração por compressão de vapor

Com o objetivo de maximizar o coeficiente de desempenho dos ciclos de refrigeração, diferentes métodos foram projetados, o mais A mais simples delas é a refrigeração por compressão de vapor, que é formada por quatro estados que são mostrados a seguir imagem):

• Um processo de compressão isentrópica no compressor (estados 1 – 2),

• Um processo de rejeição de calor de pressão constante no condensador (estados 2 – 3),

• Um processo de expansão isentálpica na válvula de expansão (estados 3 – 4),

• Um processo de absorção de calor no evaporador a pressão constante (estados 4 – 1).

O esquema a seguir mostra uma diagrama de temperatura (T) vs entropia (s) onde são indicados os diferentes estados pelos quais passa o refrigerante durante sua passagem pelos componentes do sistema para completar o ciclo de refrigeração por compressão de vapor:

Q_eu é o calor absorvido do espaço condicionado, Q_h é o calor rejeitado para o exterior e W_comp representa o trabalho do compressor.

Conforme descrito, o fluido de trabalho nos ciclos de refrigeração é o refrigerante, havendo uma grande variedade deles no mercado. Os refrigerantes evoluíram e, atualmente, a tendência é optar por aqueles menos poluentes, não tóxicos e que possuam as características exigidas no sistema a ser instalado.

Alguns dos tipos de refrigerantes mais usados

Este grupo de refrigerantes representa 90% dos refrigerantes usados ​​nos Estados Unidos.