9. Refrigeracao

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OPERAÇÕES UNITÁRIAS NA INDÚSTRIA DE ALIMENTOS 
 
Milla Gabriela dos Santos 
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9. Refrigeração 
 
1. Conservação pelo frio 
Frio é um excelente método de preservação de alimentos. Há muito tempo atrás, 
fazendeiros e pescadores de regiões geladas já conservavam peixes, carnes e etc, por 
congelamento. O congelamento de peixes, em escala comercial, começou nos EUA por volta de 
1865. É provável que o congelamento de carnes comercial, tenha tido inicio na Nova Zelândia, por 
volta de 1891, para conservar carcaças de carneiros exportados para a Inglaterra. Em 1905 
começou no leste dos EUA o congelamento de frutas. O inicio do congelamento comercial de 
hortaliças tem origem no ano de 1929. 
As temperaturas baixas são utilizadas para retardar as reações químicas e a atividade 
enzimática bem como para retardar ou inibir o crescimento e a atividade microbiana. 
Quanto mais baixa for a temperatura, mais reduzirá a atividade enzimática e a atividade 
microbiana. Pode chegar a inibir o crescimento microbiano, porém a atividade metabólica continua, 
ainda que lentamente, até um certo limite. Exemplo são bactérias do gênero Pseudomonas, 
Achromobacter e Micrococcus que podem viver em temperaturas de -4 a -7oC. 
A conservação dos alimentos pelo frio pode ser feita por resfriamento seguido de 
armazenamento refrigerado ou por congelamento seguido de armazenamento congelado. 
 
2. Refrigeração 
O resfriamento e armazenamento de alimentos ocorre em temperatura que varia entre 0 a 
7oC, sem limites muito rígidos. 
O objetivo da refrigeração é manter a qualidade original dos alimentos até o transporte, 
transformação industrial, outros processos de conservação e o consumidor final. Não se evita, 
porém se retardam as reações químicas, enzimáticas e microbiológicas. 
Em alimentos perecíveis deverá ser feita imediatamente após a colheita ou o abate, e 
mantida durante toda a vida comercial, incluindo transporte, armazenamento, etc. Isto é muito 
importante especialmente nas frutas e hortaliças de metabolismo bastante ativo, e mais ainda se 
considerarmos que muitas delas são colhidas em época que predominam elevadas temperaturas. 
Embora a retirada de calor de um corpo seja designada, de uma maneira geral, de 
Refrigeração, podemos fazer algumas distinções: 
a). Arrefecimento: Consiste na diminuição da temperatura de um corpo até a temperatura 
ambiente. 
b). Resfriamento: Consiste na diminuição da temperatura de um corpo da temperatura ambiente 
até a de congelamento (T = 0ºC). 
 
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c). Congelamento: Redução da temperatura de um corpo aquém da sua temperatura de 
congelamento. 
 
Considerando que a tendência natural do calor é passar do corpo mais quente para o mais 
frio, podemos concluir que o arrefecimento de um corpo, em relação ao ambiente, pode dar-se 
naturalmente, enquanto que no resfriamento e o congelamento haja a necessidade da criação de 
um fluxo de calor em sentido contrário ao gradiente térmico natural, o que exige, de acordo com o 
segundo princípio da termodinâmica, dispêndio de energia utilizável. 
 
3. Métodos de refrigeração 
Existem diversos métodos de resfriamento de alimentos, dentre eles: 
- Resfriamento a ar; 
- Resfriamento a vácuo (ao evaporar a água provoca o resfriamento do produto); 
- Resfriamento a água (hidro-resfriamento); 
- Nitrogênio líquido. 
A conservação de um sistema a uma temperatura inferior à do meio ambiente exige a 
criação de resistências térmicas elevadas, a fim de reduzir o fluxo natural de calor que tende a 
uniformizar as temperaturas do corpo. Elas são obtidas por meio dos isolamentos térmicos, sendo 
assim, a técnica da conservação de frio está ligada a construção de ambientes isolados e a 
problemas relacionados com o cálculo da carga térmicas. Estes ambientes isolados, podem ser: 
caixas, armários, câmaras móveis, fixas, containers, caminhões, vagões, barcos e aviões. 
De acordo com o recurso de que dispõe esses ambientes isolados para a manutenção do 
frio, os mesmos podem se classificados como: 
1) Isotérmicos - Quando são simplesmente isolados, impedindo a troca de calor. 
2) Refrigerados - Quando utilizam gelo comum, soluções eutéticas ou gelo seco. 
3) Frigoríficos - Quando dispõe de equipamentos de produção contínua de frio. 
 
4. Componentes do Circuito de Refrigeração 
 
Figura 1. Sistema de Refrigeração 
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a). Evaporador: 
São trocadores de calor onde ocorre a evaporação do refrigerante, ou seja, onde o líquido 
refrigerante evapora, absorvendo calor com esta mudança de estado. Nesta etapa há uma troca de 
calor entre o refrigerante (baixa temperatura) e o ambiente em que se deseja resfriar, de forma que 
quando sair do evaporador o líquido refrigerante esteja todo na fase vapor, pois o mesmo recebeu 
calor do meio, fazendo com que houvesse mudança de fase. 
 
b). Compressor: 
O Compressor toma o vapor do refrigerante a uma baixa pressão e temperatura, 
comprimindo-o até a pressão de condensação requerida. Assim pode-se afirmar que ele aumenta a 
pressão e a temperatura do refrigerante no condensador o suficiente para permitir que dissipe calor 
para o ar ou água a temperatura existente. 
Ao sair do compressor será ainda gás, porém com temperatura elevada. Esta elevação de 
temperatura é devida ao calor de compressão. 
 
c). Condensador: 
É o componente do circuito de refrigeração no qual o refrigerante, na fase vapor, a alta 
temperatura e pressão é condensado, ou seja, retorna a fase líquida. Os condensadores são 
trocadores de calor onde ocorre a condensação do refrigerante. Todos os ganhos de calor de um 
sistema de refrigeração devem ser rejeitados no condensador. Sendo, portanto, sua função básica 
liquefazer o fluido refrigerante. 
 Essa condensação só será possível caso exista outro fluido em menor temperatura que a 
do vapor para que haja a troca de calor. Existem vários tipos de condensadores, mas os dois 
principais são: 
- condensador resfriado a ar (geladeira); 
- condensador resfriado a água (indústria). 
 
d). Válvula de expansão: 
A função dos dispositivos de expansão é reduzir a pressão no sistema entre o maior valor no 
condensador e menor valor no evaporador de modo que possa ser obtido a uma baixa temperatura 
no evaporador e regular a vazão que entra no evaporador. 
É montada entre o condensador e o evaporador, o mais próximo possível deste último, com 
as funções de expandir o líquido, que estava a alta temperatura e pressão, para baixa pressão e 
temperatura e controlar a injeção de líquido no evaporador para garantir que a evaporação seja 
total, impedindo que o compressor aspire refrigerante na fase líquida. 
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5. Fluidos Refrigerantes 
Na prática um refrigerante é um fluido que absorve calor evaporando-se a baixa 
temperatura e pressão e cede calor condensando-se a uma alta temperatura e pressão. A ciência 
da refrigeração baseia-se no fato de que um líquido pode vaporizar a qualquer temperatura que se 
deseje, alternando-se a pressão que sobre ele se exerce. 
 
Água ferve: 
100oC com P=101,325 kPa 
40oC com P=7,3874kPa 
5oC com P=0,872kPa 
120oC com P=200 kPa 
 
A vaporização de um líquido refrigerante no evaporador é responsável pela retirada de 
calor do ambiente, portanto, são usados fluidos que podem facilmente ser submetido à mudança 
de fase líquida para vapor. 
 
 
Figura 2. Fluxo do fluido refrigerante 
 
Esse fluido deve possuir algumas características,tais como: 
- Possuir baixo ponto de ebulição; 
- Não ser inflamável ou explosivo; 
- Deve possuir alto calor de vaporização; 
- Não deve ser corrosiva, nem alterar os óleos lubrificantes; 
- Não deve ser tóxica; 
- Não deve exigir pressões elevadas para condensar; 
- Deve possuir baixo custo. 
 
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As características dos refrigerantes são fatores dominantes na escolha. A seguir, estão listados 
alguns dos principais refrigerantes usados e suas características: 
 
- Ar: O maior uso com refrigerante é em aviões, onde o peso reduzido de um sistema é o ar. 
- Amônia: É mais freqüente o seu uso em grandes instalações industriais de baixa temperatura. É 
muito utilizada por aspectos econômicos sob condições normais, é um gás incolor, é possível obter 
grandes efeitos de refrigeração com equipamentos relativamente pequenos. É um gás irritante, 
podendo causar asfixia em pequenas quantidades. 
- Dióxido de carbono: Usado as vezes para congelar alimentos por contato direto, sua aplicação é 
limitada por sua alta pressão de condensação sendo aplicada na parte de baixa temperatura no 
sistema de cascata. 
- Refrigerante 11: Este refrigerante teve o seu uso proibido, por ser CFC e provocar danos a 
camada de ozônio. Foi substituído pelo R-123, que é utilizado em sistemas com compressores 
centrífugos. 
- Refrigerante 12: O seu uso também é proibido e foi substituído principalmente pelo 134a. O seu 
uso se dava, sobretudo, em compressores alternativos de equipamentos de refrigeração doméstica 
e condicionadores de ar de automóveis. 
- Refrigerante 22: A sua maior aplicação é em condicionadores de Ar. O seu uso tem aumentado 
em substituição ao refrigerante 12, porque utiliza um compressor menor e mais barato, e não é tão 
agressivo a camada de ozônio. 
- Refrigerante 502: É outro refrigerante que o seu uso foi proibido. Os seus substituídos pelos R-
402 e 404. Eles concorrem com o R-22, exibindo algumas vantagens do refrigerante 22 e 
apresenta vantagens adicionais de melhor comportamento com o óleo e To de descarga do 
compressor inferior às do refrigerante 22. 
 
Existem outros fluidos refrigerantes alternativos, como o R-12, usado principalmente em 
sistemas de ar condicionado automotivo, refrigeração doméstica, comercial, etc. O alternativo 
isento de cloro para o R-12 é o R-134a (tetrafluoretano), com propriedades físicas e 
termodinâmicas similares ao R-12. 
O R-134a pertence ao grupo dos HFCs, fluorcarbonos parcialmente halogenados. Com 
potencial de destruição do Ozônio igual a zero, devido ao menor tempo de vida na atmosfera. 
Apresenta uma redução no potencial de efeito estufa de 90% comparado ao R-12. 
A Hoechst e a DuPont, grandes fabricantes de fluidos frigoríficos, produzem o R-134a. 
ADuPont começou produzindo quantidades comerciais em dezembro de 1990 em Corpus 
Christ,Texas (Estados Unidos). 
 
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6. Refrigeradores domésticos 
A geladeira funciona em ciclos, usando um gás refrigerante num circuito fechado. 
Assim, o gás circula permanentemente, sem perdas, a não ser que haja um vazamento no 
aparelho. 
Antigamente, as geladeiras usavam o gás freon 12 (clorofluorcarbono), que é um 
gás apropriado para essa tarefa: tem elevado valor de calor latente de condensação e 
baixa temperatura de ebulição, além de não ser inflamável. Mas esse gás foi identificado 
como um dos que agridem a camada de ozônio. Desde então, os fabricantes vêm 
substituindo, gradativamente, o freon 12 por outros gases, com propriedades semelhantes 
e inofensivos para a camada de ozônio - como o HFC-134A. 
As partes principais de uma geladeira doméstica são: compressor, condensador, 
válvula descompressora e evaporador. O compressor é movido por um motor elétrico (por 
isso você liga a geladeira na tomada). Ele tem a função de aumentar a pressão e a 
temperatura do gás refrigerante, fazendo-o circular pela tubulação interna do aparelho. 
Quando o gás passa pelo condensador, perde calor para o meio externo, 
liquefazendo-se - ou seja, tornando-se líquido. Ao sair do condensador, um estreitamento 
da tubulação (tubo capilar) provoca uma diminuição da pressão. Assim, o elemento 
refrigerante, agora líquido e sob baixa pressão, chega à serpentina do evaporador (que 
tem diâmetro maior que o tubo capilar), se vaporiza e, assim, retira calor da região interna 
da geladeira. É importante notar que o evaporador está instalado na parte superior 
(congelador) da geladeira. A partir desse ponto, o ciclo se reinicia e o gás refrigerante é 
puxado outra vez para o compressor. 
 
 
Figura 3. Refrigerador Doméstico 
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7. Câmaras Frigoríficas 
Nestes sistemas é importante calcular a carga térmica, ou seja, a quantidade de calor que 
deve ser retirada a um sistema, na unidade de tempo, objetivando a manutenção de determinadas 
condições térmicas. 
 
 
 
Figura 4. Cargas Térmicas 
 
a). Carga Térmica de penetração: esta é uma parcela de calor sensível das superfícies que limitam 
o ambiente por condução e convecção. 
 
��� = � � � � 	 (1) 
Onde: 
QFO = Fluxo de calor pela superfície (kcal/m2); 
A = Área total da superfície externa (m2); 
t = tempo do ciclo 
 
b). Carga térmica devido à pessoas: parcela de calor sensível e calor latente liberada pelos 
ocupantes do ambiente e que variam com a temperatura e a atividade do indivíduo. 
 
�
 = �
 � � � 	 (2) 
 
 
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Onde: 
n = número de ocupantes do ambiente (tabelado: depende do volume da câmara); 
qo = calor liberado por pessoa e por hora (tabelado: depende da temperatura); 
t = tempo de permanência das pessoas na câmara. 
 
c). Carga térmica devido a iluminação: calor dissipado pelas luminárias. É só somar a carga total 
instalada de lâmpadas em Watts e multiplicar por 0,86. 
 
�� = �� � 	 � 0,86 (3) 
 
Onde: 
ql = potencia das lâmpadas 
t = tempo de permanência ligadas por período 
 
d). Carga térmica devido aos equipamentos: a parcela de calor devido ao equipamento é realizada 
somando-se a potencia dos equipamentos instalados (em W) multiplicando pelo tempo que 
permanecem ligados e multiplicar pelo conversor para kcal. 
 
�� = (�� � 	� + �� � 	� … + 	�)� 0,86 (4) 
 
No caso de motor elétrico com a potencia cv, deve se levar em conta o rendimento do 
motor, que varia conforme a potencia e é tabelado. Pode ser adotada a seguinte equação: 
 
�� = 
636 ��� 	
�
 (5) 
 
e). Carga térmica devido ao ar exterior: é a parcela de calor trocado devido ao ar exterior que se 
introduz no ambiente através das frestas, portas ou para renovação do ar no ambiente, sendo uma 
parte calor sensível e outra calor latente. 
 
�!" = # � $ � ∆ℎ (6) 
 
Onde: 
V = volume de ar que se introduz no ambiente (m3/h); 
Para câmaras frigorificas V = Vc.n (Vc=volume da câmara e n = tabelado em função do tamanho da 
câmara). 
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γ.∆h = tabelado em função da diferença de temperatura e umidade do ar externo e interno. 
 
f). Carga térmica devido ao produto: é aquela formada pelo calor que deve ser retirado do produto 
a ser refrigerado e pode ser constituída pelas seguintes parcelas: 
- calor sensível de refrigeração antes do congelamento; 
- calor latente de congelamento;- calor sensível de refrigeração após o congelamento; 
- calor vital (para os vegetais) 
Os três primeiros podem ser englobados na expressão: 
 
�&� = '(( ()* − ),) + Ι+ ( ′-), − )./ (7) 
Onde: 
G = peso do produto em transito por unidade de tempo; 
Ti = Temperatura inicial do produto 
T0 = Temperatura de congelamento do produto; 
Tf = temperatura final do produto 
I = Calor latente de congelamento do produto (Tabelado); 
C = calor específico do produto antes do congelamento; 
C’ = calor específico do produto após o congelamento 
 
O calor vital que resulta do metabolismo dos vegetais, onde consomem O2 e produzem 
CO2 e vapor de água é encontrado em tabelas. 
 
g). Carga térmica total: será o somatório de todas as parcelas calculadas.