Comportamento dos fluidos refrigerantes em um sistema de refrigeração

 Etapas e características dos fluidos refrigerantes em um sistema eficiente Para que se possa entender melhor o comportamento

 Etapas e características dos fluidos refrigerantes em um sistema eficiente

Para que se possa entender melhor o comportamento de um fluido refrigerante no sistema, é necessário que se compreenda primeiro quais são as etapas do ciclo de refrigeração. Neste ciclo, o fluido refrigerante passa por uma série de processos termodinâmicos em diferentes componentes do sistema de refrigeração: evaporador, compressor, condensador e válvula de expansão. 

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O evaporador é um trocador de calor que permite a troca térmica entre o fluido refrigerante e o ambiente refrigerado. Nele, ocorre a evaporação do fluido refrigerante, sendo que o fluido na fase gasosa é superaquecido e conduzido ao compressor – este superaquecimento acontece para garantir que não haja fluido refrigerante na fase líquida no compressor. Após passar pelo compressor, o fluido segue para o condensador, que troca calor com o meio externo do sistema, resultando na condensação do fluido refrigerante. Importante lembrar que a condensação é possível devido ao aumento da pressão. Já na saída do condensador há o sub-resfriamento, etapa na qual 100% do fluido que vai para a válvula de expansão se encontra na fase líquida. Esse fluido, portanto, após esse processo, dirige-se ao dispositivo de expansão, onde ocorre a redução de sua pressão. Desta maneira, o fluido retorna ao evaporador, completando o ciclo de refrigeração. A Figura 1 detalha o ciclo mencionado.

fluidos refrigerantes

Figura 1 – Ciclo de Refrigeração

Dois conceitos importantes observados durante o ciclo de refrigeração – o superaquecimento e o sub-resfriamento – são importantes para um detalhamento maior. No caso, o superaquecimento é o aquecimento adicional do gás saturado, para garantir que não exista líquido indo para o compressor, uma vez que o líquido não é compressível. Esse valor deve ser no mínimo 5K e deve estar dentro da faixa permitida pelo envelope do compressor. Já o sub-resfriamento é o resfriamento adicional do líquido saturado, para garantir que não exista vapor indo para a válvula de expansão. É desejável que o sub-resfriamento esteja entre 3 a 5 K.

Em relação ao fluido refrigerante, mais especificamente, para que ocorra o funcionamento ideal do sistema, o fluido deve atender as seguintes características:

Ter elevado calor latente de vaporização;
Ser quimicamente estável;
Não ser tóxico e corrosivo;
Não reagir quimicamente com o óleo lubrificante.
Além disso, para que o sistema de refrigeração apresente um bom rendimento, é fundamental que os componentes do sistema funcionem de maneira adequada e o fluido refrigerante seja de qualidade.

Desempenho

Uma análise importante sobre o desempenho de um fluido refrigerante no equipamento, é o comportamento termodinâmico visto no diagrama pXH. Esse diagrama indica as propriedades físicas do refrigerante e possibilita a simulação de seu comportamento no ciclo de refrigeração. No caso, cada fluido possui um diagrama próprio e este permite a simulação teórica do comportamento do fluido refrigerante no circuito de refrigeração, inclusive projetando as condições de Pressão, Temperatura, Capacidades de refrigeração e eficiência energética téoricas do ciclo. A Figura 2 exemplifica o diagrama do R-438A.

Figura 2 – Diagrama PXH

Como mostrado no gráfico da Figura 2, o ponto crítico representa o limite máximo de pressão e temperatura, no qual é possível observar as fases líquida e gasosa separadamente. A linha de líquido saturado é a região em que o fluido inicia o processo de sub-resfriamento, e a linha de vapor saturado representa a região em que o refrigerante é superaquecido, dentro do ciclo de refrigeração.

Todas essas informações e análise do sistema são essenciais para garantir o bom desempenho do equipamento, uma vez que podemos avaliar o comportamento do fluido refrigerante, inclusive sua capacidade de refrigeração e eficiência.

Mas atenção: Fluidos refrigerantes de baixa qualidade e de composição adulterada apresentam comportamento termodinâmico totalmente aleatório, impossíveis de se prever e não apresentam o comportamento esperado pelo projeto do equipamento. Nessa situação as pressões de trabalho, temperaturas e capacidades do sistema fogem totalmente à curva termodinâmica esperada e colocam em risco a segurança das pessoas e a integridade do equipamento.

No próximo artigo, confira a importância da compatibilidade entre fluidos refrigerantes, lubrificante e materiais, os principais critérios a serem considerados na seleção do fluido, interação do fluido com o óleo e com metais, conceito de elastômeros e higroscopia e processos de um retrofit.

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Fonte: Ana Paula Garrido – DuPont do Brasil
[email protected]

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