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TCC Sistemas de refrigeração

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Análise dos sistemas de refrigeração:
ESTUDO DOS ASPECTOS TÉCNICOS DOS SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO COM OBJETIVO DE MELHOR IDENTIFICAÇÃO DE UM FLUIDO REFRIGERANTE, QUANTO AO DESEMPENHO, CUSTO, IMPACTO AMBIENTAL E 
À SAÚDE
RESUMO
O uso da refrigeração representa um dos mais consideráveis avanços da sociedade. A facilidade em guardar e distribuir alimentos e de viver e trabalhar em climas inversos deu às funções humanas visões muito maiores do que aquelas anteriormente possíveis. A técnica de refrigeração equivale em retirar calor de um meio e liberá-lo em outro ambiente. A transferência de calor do espaço refrigerado, e deste para o meio ambiente exterior, é conseguida através de um agente refrigerante, que pode ser amônia, dióxido de carbono, metílico, água, anidrido sulfuroso, álcool e alguns outros, muito embora cada um destes frigoríferos apresentem certas vantagens e desvantagens. 
	A refrigeração é o método de retirada do calor de um ambiente, diminuindo sua temperatura e conservando de formas mecânicas. As funções da refrigeração são muitas. Contudo, entre as indispensáveis pode-se citar a duração de alimentos e a climatização.
	O objetivo deste trabalho é desenvolver um estudo sobre os sistemas de refrigeração, o funcionamento de seus componentes, como, evaporador, compressor, condensador e dispositivos de expansão e identificar o melhor fluido para um bom desempenho de um refrigerador ou condicionador de ar.
Palavras-chave: Refrigeração; Fluidos; Refrigerante; Calor
INTRODUÇÃO
A refrigeração é importante em várias tarefas, como a conservação de alimentos e climatização de meio ambiente. Ela pode ser utilizada para fins domésticos, comerciais, como em supermercados, e fins industriais, no processamento e conservação de alimentos, na remoção de calor em processos de indústrias químicas e petrolíferas.
Os sistemas de refrigeração são extremamente importantes no que diz respeito a manutenção das propriedades nutritivas dos alimentos durante mais tempo. Os principais componentes dos refrigeradores são o evaporador, o compressor, o condensador e o dispositivo de expansão. O fluido refrigerante circula internamente através desses quatro componentes produzindo o efeito de resfriamento/congelamento.
O fluido refrigerante entra no compressor em forma de vapor, que é comprimido, logo após ele sai superaquecido em direção ao condensador, que transfere parte do calor para o meio externo, ocorrendo assim um resfriamento imediato. Nesse momento, passa para o estado líquido e vai para a válvula de expansão. A válvula faz com que a pressão também caia imediatamente, causando então uma evaporação parcial e resfriando o ar. Essa mistura (líquido + vapor frio) é impulsionada ao evaporador passando pelos ventiladores que, por sua vez, devolvem o vapor para o compressor, reiniciando o ciclo novamente. 
O fluido refrigerante, popularmente conhecido como gás refrigerante é o produto químico responsável pelas trocas térmicas nos sistemas de refrigeração e climatização. Em ciclos de compressão a vapor, o refrigerante é o fluido de trabalho que alternadamente vaporiza e condensa quando absorve e libera energia térmica. Diante das análises dos sistemas de refrigeração, qual o melhor fluido para um bom desempenho dos equipamentos, inclusive sua capacidade de refrigeração e eficiência?
Há diversos tipos de fluidos refrigerantes, tais como os hidrocarbonetos halogenados, misturas azeotrópicas, hidrocarbonetos, componentes inorgânicos e misturas não azeotrópicas. Os últimos dez anos têm se caracterizado pelo aparecimento de inúmeros substitutos dos CFC’s (clorofluorcarbonetos), a maioria no âmbito da família dos hidrocarbonetos halogenados, quer como substâncias puras ou como misturas binárias ou ternárias, o que torna difícil ao projetista menos avisado decidir quanto ao refrigerante que melhor se ajusta à particular instalação.
1 principais componentes dos Sistemas de Refrigeração
Os sistemas de refrigeração mecânica empregam vários processos individuais para produzir um ciclo de refrigeração contínuo capaz de manter a temperatura de um espaço em condições precisas. 
Neste capítulo serão apresentados os componentes primordiais utilizados para produzir os efeitos da refrigeração. 
1.1 COMPRESSORES
Os compressores são dispositivos eletromecânico que têm como função desenvolver e condicionar o fluxo do fluido refrigerante ao longo do sistema de refrigeração. O vapor, que sai do evaporador frio, vai em direção ao compressor, que eleva a pressão por uma passagem de energia cinética. Esse procedimento faz com que a temperatura de saturação do vapor aumente para uma condição que deixa o vapor ser condensado em temperaturas ambientes habituais. O fluido passa pelos outros componentes do sistema, retornando para o evaporador e repetindo um novo ciclo.
Os compressores mais comuns utilizados em refrigeração são os volumétricos e os centrífugos. Nos volumétricos, a compressão se dá pela redução do volume do fluido refrigerante. Isso ocorre nos compressores alternativos, rotativos, scroll e de parafuso. Já nos compressores centrífugos, o fluido refrigerante na forma de vapor superaquecido é acelerado por meio das pás de um rotor. Na passagem pela voluta do compressor centrífugo, essa velocidade elevada é transformada em pressão.
A seguir são apresentados os principais tipos de compressores encontrados no setor de refrigeração e ar condicionado.
1.1.1 Compressor alternativo
Compressor alternativo constitue-se na movimentação de um pistão. Nesse tipo de compressor a carcaça é completa por gás de sucção a pressão baixa, como mostra a figura 1.
Figura 1 – Compressor alternativo
Fonte: Silva, 2003, p. 108
O gás é aspirado para o interior do cilindro por meio da mufla de sucção pela operação mútua do pistão, esse movimento mútuo do pistão é conseguido pela rotação de um eixo e a biela ligada a ele (figura 2).
Figura 2 – Funcionamento de um compressor alternativo
Fonte: Silva, 2003, p. 110
A válvula de sucção abre quando o pistão desce fazendo o gás entrar na câmara de compressão a baixa pressão. Essa válvula se fecha quando o pistão começa subir, iniciando a compressão do gás. O gás é comprimido e bombeado para a válvula de descarga.
1.1.2 Compressor rotativo
Nesse compressor, quando o rotor gira, o espaço de compressão é gradualmente reduzido e o gás preso é comprimido. Quando o espaço atinge o ponto mínimo, o fluido vapor é forçado para a tubulação de descarga, como mostra a figura 3.
Figura 3 – Compressor rotativo
Fonte: Silva, 2003, p. 114
O compressor rotativo pode ser do tipo de palhetas simples ou de múltiplas palhetas. No compressor de palheta simples ou de pistão rolante, a compressão se dá pela formação de duas câmaras, uma de sucção e outra de descarga. A compressão acontece com a redução do volume da câmara de descarga pelo rotor. Já o compressor rotativo de palhetas múltiplas tem o mesmo tipo de disposição do rotor em relação ao cilindro de compressão, porém, nesse caso, as lâminas formam diversas câmaras de compressão.
1.1.3 Compressor de parafuso
O compressor de parafuso é constituído de dois rotores, um macho e uma fêmea que se engrenam. O mecanismo de compressão deste compressor compõe-se de três processos: sucção, compressão e descarga. A figura 4 mostra os fusos do compressor parafuso.
Figura 4 – Fusos do compressor tipo parafuso
Fonte: Silva, 2003, p. 114
O vapor é inicialmente aspirado para encher o espaço entre os dois fusos. Quando os rotores giram, o espaço interlobular desloca-se acima do orifício de entrada, vedando-o. A rotação contínua reduz progressivamente o espaço ocupado pelo gás, provocando a compressão. Ao final do processo de compressão, o espaço interlobular fica exposto ao orifício de saída e o gás é descarregado.
1.1.4 Compressor centrífugo
Consiste de carcaça, rotor, mancais, eixo, impulsores e vedação do eixo. Podemser utilizados nos sistemas de grande capacidade em lugar de compressores alternativos. O ciclo de operação da máquina de refrigeração centrífuga é basicamente o mesmo da maioria das máquinas de refrigeração, exceto pelo método de compressão. A figura 5 mostra o esquema do rotor de um compressor centrífugo.
Figura 5 – Esquema do rotor
Fonte:Silva, 2003, p. 116
Inicialmente, o vapor vindo do refrigerador atinge a entrada da primeira roda. As palhetas montadas na roda, que giram rapidamente, imprimem velocidade ao vapor, que é então dirigido para o centro da segunda roda através de passagens aerodinamicamente projetadas que reduzem a velocidade do vapor e convertem sua energia cinética em pressão. 
1.1.5 Compressor tipo scroll (caracol)
Tem dois caracóis que trabalham em conjunto, um fixo e um móvel (figura 6).
Figura 6 – Compressor tipo scroll
Fonte: Silva, 2003, p. 117
O refrigerante entra pela sucção do compressor passando por todo compartimento interno do compressor fazendo resfriamento do motor e saindo a todo tempo, uma vez que não possui espaço morto.
1.2 Condensadores
São equipamentos utilizados para eliminar o calor que fica no fluido refrigerante para o ambiente externo, podendo ser a água ou a ar. O condensador recebe o fluido no estado de vapor superaquecido, em alta pressão e temperatura. Entre os tipos mais comuns de condensadores à água existem os de duplo tubo, casco e serpentina, tubo e carcaça (figura 7).
Figura 7 – Condensador tipo duplo tubo
Fonte: Silva, 2003, p. 121
 Ele entra na serpentina do condensador, perde o calor para o ambiente e consequentemente condensa até o estado de líquido saturado. O processo de resfriamento do fluido refrigerante no condensador primeiro se dá através da troca de calor sensível, pela qual o fluido tem sua temperatura reduzida até a temperatura de saturação para a pressão em que se encontra.
1.3 Evaporadores
São utilizados no processo para separar, ou evaporar, uma parte do líquido contida. O evaporador recebe o fluido proveniente da válvula de expansão, esse fluido vai estar no estado saturado, uma parcela de líquido e outra parcela de vapor. A figura 8 mostra um evaporador.
Figura 8 – Evaporadores aletados para resfriamento e desumidificação
Fonte: Silva, 2003, p117
Quando entra no evaporador, ela recebe calor do ambiente, então ela evapora por completo e descarrega como vapor superaquecido em uma solução ou suspensão.
1.4 Dispositivos de expansão
Tem por finalidade gerar uma perda de carga controlada entre a linha de alta e a linha de baixa pressão do sistema, ou seja, esse dispositivo recebe líquido sub resfriado em alta pressão e temperatura e expande esse líquido até que ele caia a um nível de pressão baixa e consequentemente sua temperatura também vai ser baixa. Os dispositivos comumente empregados são: tubo capilar; válvula de expansão direta a pressão constante (válvula de expansão automática); válvula de expansão direta e superaquecimento constante (válvula de expansão termostática).
Na figura 9 está um tubo capilar enrolado na linha de sucção
Figura 9 – Tubo capilar
Fonte: Silva, 2003, p. 128
No tubo capilar o fluido refrigerante perde pressão devido ao atrito com as paredes internas do tubo, que podem ter diâmetro interno da ordem 0,6 mm. O comprimento do tubo capilar depende do tipo de fluido utilizado e da relação de compressão do sistema.
A válvula de expansão termostática difere da válvula de expansão direta, ou de expansão pressostática ou ainda de expansão automática por ter um bulbo térmico, conforme figura 10.
Figura 10 – Válvula de expansão termostática
Fonte: Silva, 2003, p.128
Ela mantém o fluxo do refrigerante garantindo que ele evapore totalmente na serpentina e, ainda, mantém um superaquecimento constante do vapor que deixa a serpentina.
REFERÊNCIAS
SILVA, Jesué Graciliano da. Introdução à tecnologia da refrigeração e da climatização. 2. ed. São Paulo: Artliber Editora, 2003. 263 p.
STOECKER, W. F; Jabardo, J. M. Refrigeração Industrial. 2 ed. São Paulo: Editora Edgard Blücher Ltda, 2002. 371 p.
MESQUITA, A. L. S; GUIMARÃES, F. A; NEFUSSI, N. Engenharia de Ventilação Industrial. São Paulo: Editora Edgard Blücher Ltda, 1977. 432 p.

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