APOSTILA DE REFRIGERAO

O HISTRICO DA REFRIGERAO

FLUIDOS REFRIGERANTES

OZNIO/PROCESSO DE FORMAO/DESTRUIO

SISTEMAS DE REFRIGERAO

maro/2009

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O HISTRICO DA REFRIGERAO

O emprego dos meios de refrigerao j era do conhecimento humano mesmo na

poca das mais antigas civilizaes. Pode-se citar a civilizao chinesa que, muitos

sculos antes do nascimento de Cristo, utilizava o gelo natural (colhido nas superfcies

dos rios e lagos congelados e conservado com grandes cuidados, em poos cobertos

com palha e cavados na terra) com a finalidade de conservar o ch que consumiam. As

civilizaes gregas e romanas que tambm aproveitavam o gelo colhido no alto das

montanhas, a custo do brao escravo, para o preparo de bebidas e alimentos gelados.

J a civilizao egpcia, que devido a sua situao geogrfica e ao clima de seu

pas, no dispunham de gelo natural, refrescavam a gua por evaporao, usando vasos

de barro, semelhantes s moringas1, to comuns no interior do Brasil. O barro, sendo

poroso, deixa passar um pouco da gua contida no seu interior, a evaporao desta para

o ambiente faz baixar a temperatura do sistema. Entretanto, durante um largo perodo de

tempo, na realidade muitos sculos, a nica utilidade que o homem encontrou para o

gelo foi a de refrigerar alimentos e bebidas para melhorar seu paladar.

No final do sculo XVII, foi inventado o microscpio e, com o auxlio deste

instrumento, verificou-se a existncia de microorganismos (micrbios e bactrias)

invisveis vista sem auxilio de um instrumento dotado de grande poder de ampliao.

Os micrbios existem em quantidades enormes, espalhados por todas as partes, gua,

alimentos e organismos vivos.

Estudos realizados por cientistas, entre eles o clebre qumico francs Louis

Pasteur, demonstraram que alguns tipos de bactrias so responsveis pela putrefao

dos alimentos e por muitos tipos de doenas e epidemias. Ainda atravs de estudos,

ficou comprovado que a contnua reproduo das bactrias podia ser impedida em

muitos casos ou pelo menos limitada pela aplicao do frio, isto , baixando

suficientemente a temperatura do ambiente em que os mesmos proliferam. Essas

concluses provocaram, no sculo XVIII, uma grande expanso da indstria do gelo,

que at ento se mostrava incipiente.

Antes da descoberta, os alimentos eram deixados no seu estado natural,

estragando-se rapidamente. Para conserv-los por maior tempo era necessrio submet-

los a certos tratamentos como a salgao, a defumao ou o uso de condimentos. Esses

1 Moringa um vaso de barro arredondado, de gargalo estreito para gua.

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tratamentos, na maioria dos casos, diminuam a qualidade do alimento e modificavam o

seu sabor. Com a descoberta, abria-se a possibilidade de se conservar os alimentos

frescos, com todas as suas qualidades, durante um perodo de tempo maior.

Contudo, o uso do gelo natural trazia consigo uma srie de inconvenientes que

prejudicavam seriamente o desenvolvimento da refrigerao, tornando-a de valia

relativamente pequena.

Assim, ficava-se na dependncia direta da natureza para a obteno da matria

primordial, isto , o gelo, que s se formava no inverno e nas regies de clima bastante

frio. O fornecimento, portanto, era bastante irregular e, em se tratando de pases mais

quentes, era sujeita a um transporte demorado, no qual a maior parte se perdia por

derretimento, especialmente porque os meios de conserv-lo durante este transporte

eram deficientes. Mesmo nos locais onde o gelo se formava naturalmente, isto , nas

zonas frias, este ltimo tinha grande influncia, pois a estocagem era bastante difcil, s

podendo ser feita por perodos relativamente curtos.

Por este motivo, engenheiros e pesquisadores voltaram-se para a busca de meios

e processos que permitissem a obteno artificial de gelo, liberando o homem da

dependncia da natureza. Em consequncia desses estudos, em 1834 foi inventado, nos

Estados Unidos, o primeiro sistema mecnico de fabricao de gelo artificial e, que

constituiu a base precursora dos atuais sistemas de compresso frigorfica.

Em 1855 surgiu na Alemanha outro tipo de mecanismo para a fabricao do gelo

artificial, este, baseado no principio da absoro, descoberto em 1824 pelo fsico e

qumico ingls Michael Faraday.

Durante por cerca de meio sculo os aperfeioamentos nos processos de

fabricao de gelo artificial foram se acumulando, surgindo sistematicamente melhorias

nos sistemas, com maiores rendimentos e melhores condies de trabalho. Entretanto, a

produo propriamente dita fez poucos progressos neste perodo, em consequncia da

preveno do pblico consumidor contra o gelo artificial, pois apesar de todos estarem

cientes das vantagens apresentadas pela refrigerao, era crena geral que o gelo

produzido pelo homem era prejudicial sade humana.

Tal crena completamente absurda, mas como uma minoria aceitava o gelo

artificial, o seu consumo era relativamente pequeno. Todavia, a prpria natureza

encarregou-se de dar fim a tal situao. Em 1890, o inverno nos Estados Unidos, um

dos maiores produtores de gelo natural da poca, foi muito fraco e quase no houve

formao de gelo, naquele ano, no pas. Como no havia gelo natural, a situao

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obrigou que se usasse o artificial, quebrando o tabu existente contra este ltimo e

mostrando, inclusive, que o mesmo era ainda melhor que o produto natural, por ser feito

com gua mais pura e poder ser produzido vontade, conforme as necessidades de

consumo.

A utilizao do gelo natural levou a criao, no princpio do sculo XIX, das

primeiras geladeiras.

Tais aparelhos eram constitudos simplesmente por um recipiente, quase sempre

isolado por meio de placas de cortia, dentro do qual eram colocadas pedras de gelo e os

alimentos a conservar, ver figura abaixo. A fuso do gelo absorvia parte do calor dos

alimentos e reduzia, de forma considervel, a temperatura no interior da geladeira.

Surgiu, dessa forma, o impulso que faltava indstria de produo mecnica de

gelo. Uma vez aceito pelo consumidor, a demanda cresceu vertiginosamente e passaram

a surgir com rapidez crescente as usinas de fabricao de gelo artificial por todas as

partes.

Apesar da plena aceitao do gelo artificial e da disponibilidade da mesma para

todas as classes sociais, a sua fabricao continuava a ter de ser feita em instalaes

especiais, as usinas de gelo, no sendo possvel a produo do mesmo na prpria casa

dos consumidores. A figura tpica da poca era o geleiro, que, com sua carroa isolada,

percorria os bairros, e entregava nas casas dos consumidores, periodicamente, as pedras

de gelo que deviam ser colocadas nas primeiras geladeiras.

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No alvorecer do sculo XX, comeou a se disseminar outra grande conquista, a

eletricidade. Os lares comearam a substituir os candeeiros de leo e querosene e os

lampies de gases, pelas lmpadas eltricas, notvel inveno de Edison, e a dispor da

eletricidade para movimentar pequenas mquinas e motores. Com esta nova fonte de

energia, os tcnicos buscaram meios de produzir o frio em pequena escala, na prpria

residncia dos usurios. O primeiro refrigerador domstico surgiu em 1913, mas sua

aceitao foi mnima, tendo em vista que o mesmo era constitudo de um sistema de

operao manual, exigindo ateno constante, muito esforo e apresentando baixo

rendimento.

S em 1918 que apareceu o primeiro refrigerador automtico, movido a

eletricidade, e que foi fabricado pela Kelvinator Company, dos Estados Unidos. A partir

de 1920, a evoluo foi tremenda, com uma produo sempre crescente de

refrigeradores mecnicos.

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FLUIDOS REFRIGERANTES

Fluido refrigerante o fluido que absorve calor de uma substncia do ambiente a

ser resfriado.

No h um fluido refrigerante que rena todas as propriedades desejveis, de

modo que, um refrigerante considerado bom para ser aplicado em determinado tipo de

instalao frigorfica nem sempre recomendado para ser utilizado em outra. O bom

refrigerante aquele que rene o maior nmero possvel de boas qualidades,

relativamente a um determinado fim.

As principais propriedades de um bom refrigerante so:

Condensar-se a presses moderadas;

Evaporar-se a presses acima da atmosfrica;

Ter pequeno volume especfico (menor trabalho do compressor);

Ter elevado calor latente de vaporizao;

No ser corrosivo;

No ser txico;

Deve permitir fcil localizao de vazamentos;

Ter miscibilidade com leo lubrificante e no deve atac-lo ou ter qualquer

efeito indesejvel sobre os outros materiais da unidade;

Em caso de vazamentos, no deve atacar ou deteriorar os alimentos, no deve

contribuir para o aquecimento global e no deve atacar a camada de oznio.

Ser estvel, sem tendncia a se decompor nas condies de funcionamento;

No apresentar efeito prejudicial sobre metais, lubrificantes e outros materiais

utilizados nos demais componentes do sistema;

No ser combustvel ou explosivo nas condies normais de funcionamento;

Ter um odor que revele a sua presena;

Ter um custo razovel;

Existir em abundncia para seu emprego comercial.

Classificao

Os refrigerantes podem ser divididos em trs classes, conforme sua maneira de

absoro ou extrao do calor das substncias a serem refrigeradas. So elas:

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Classe 1 essa classe inclui os refrigerantes que resfriam materiais por absoro

do calor latente. So exemplos dessa classe os CFCs, HCFCs e os HFCs;

Classe 2 os refrigerantes dessa classe so os que resfriam substncias pela

absoro de seus calores sensveis. So elas: ar, salmoura de cloreto de clcio, salmoura

de cloreto de sdio (sal comum) e lcool;

Classe 3 esse grupo consiste de solues que contm vapores absorvidos de

agentes liquidificveis ou meios refrigerantes. Essas solues funcionam pela natureza

de sua habilidade em conduzir os vapores liquidificveis que produzem um efeito de

resfriamento pela absoro do calor latente. Um exemplo desse grupo a gua amnia

ou amonaco, NH3, que uma soluo composta de gua destilada e amnia pura. A

amnia tambm usada em grandes mquinas com finalidades industriais. um gs

incolor, com odor forte e caracterstico. Sua temperatura de ebulio presso

atmosfrica aproximadamente -33C. combustvel ou explosiva quando misturada

com ar em certas propores (um volume de amnia para dois volumes de ar). Devido

ao seu alto calor latente, so possveis grandes efeitos de refrigerao com maquinaria

relativamente reduzida. muito txica e necessita de embalagens de ao.

Com a proibio de importao dos CFCs e as restries j anunciadas para o

uso dos HCFCs no futuro, os fluidos refrigerantes alternativos esto ganhando espao

no mercado. Por um lado avanam as pesquisas e a utilizao de refrigerantes naturais,

tais como dixido de carbono, hidrocarbonetos e amnia.

No contexto da mudana climtica e de custos crescentes da energia, os usurios

esto considerando cada vez mais importante contar com sistemas de refrigerao que

usam a energia eficientemente. por isso que cada vez mais operadores de sistemas de

refrigerao so encorajados a optar por refrigerantes naturais, em vista do cronograma

de restries ao uso dos HCFCs.

Os refrigerantes da Classe 1 so empregados no tipo de compresso padro dos

sistemas de refrigerao. Os refrigerantes da classe 2 so empregados como agentes

resfriadores imediatos entre a Classe 1 e a substncia a ser refrigerada, e fazem o

mesmo trabalho que a Classe 3. Esses ltimos so empregados no tipo de absoro

padro dos sistemas de refrigerao.

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Principais tipos e caractersticas de fluidos refrigerantes:

1. CFC - So molculas formadas pelos elementos cloro, flor e carbono. (Exemplos:

R-11, R-12, R-502, etc.).

Utilizao: ar condicionado automotivo, refrigerao comercial, refrigerao

domstica (refrigeradores e freezers) etc.

Os CFCs destroem a camada de oznio. A camada de oznio sendo danificada

permite que raios ultravioleta (UV) do sol alcancem a superfcie da Terra. As indstrias

qumicas nacionais cessaram a produo de CFCs e a importao destas substncias

virgens est controlada. Para converter ou substituir um equipamento operado com CFC

foram criados dois tipos de refrigerantes alternativos: HCFCs e HFCs.

2. HCFC - Alguns tomos de cloro so substitudos por hidrognio (Exemplos: R-22,

R-141b, etc.).

Utilizao: ar condicionado de janela, split, self, cmaras frigorficas, etc.

3. HFC - Todos os tomos de cloro so substitudos por hidrognio (Ex: R-134a,

R-404A, R-407C, etc.).

Utilizao: ar condicionado automotivo, refrigerao comercial, refrigerao

domstica (refrigeradores e freezers), etc.

O R-134a (Tetrafluoretano) tem propriedades fsicas e termodinmicas similares

ao R-12. Pertence ao grupo dos HFCs Fluorcarbonos parcialmente halogenados, com

potencial de destruio do oznio (ODP) igual a zero, devido ao menor tempo de vida

na atmosfera, apresenta uma reduo no potencial de efeito estufa de 90% comparado

ao R-12. Alm disso, no inflamvel, no txico, possui alta estabilidade trmica e

qumica, tem compatibilidade com os materiais utilizados e tem propriedades fsicas e

termodinmicas adequadas.

O R-134a compatvel com todos os metais e ligas normalmente utilizados nos

equipamentos de refrigerao. Deve-se evitar o uso de zinco, magnsio, chumbo e ligas

de alumnio com mais de 2% de magnsio em massa.

Testes de armazenamento com refrigerante mido apresentaram boa estabilidade

hidrlise e nenhum ataque corrosivo em metais como ao inoxidvel, cobre, lato e

alumnio.

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O R-134a isento de cloro e, por isso, apresenta boa compatibilidade com

elastmeros.

Na refrigerao a palavra Retrofit (abreviatura da expresso inglesa retroactive

refit que significa readaptao posterior) vem sendo empregada para designar as

adaptaes que so realizadas em equipamentos que trabalham com CFCs para que

esses possam trabalhar com os fluidos alternativos, tornando-os eficientes, modernos e

econmicos.

A linha de fluidos alternativos, tambm chamada de blends, uma boa

alternativa para a converso de equipamentos que esto em operao no campo, pois

exigem mnimas alteraes no sistema original e na maioria dos casos no necessria a

substituio do compressor.

Alguns fluidos alternativos substitutos:

R-12: R-401A, R-401B, R-409A e R-413A

R-409A - Mistura de fluidos refrigerantes tais como R-22, R- 142b e R-124, tem

propriedades similares ao R-12 e pode ser utilizado com leo lubrificante mineral,

poliolester e aquilbenzeno.

R-413A - Mistura de fluidos refrigerantes tais como R-218, R-134a e R-600a,

compatvel com leo lubrificante mineral, poliolester e aquilbenzeno, tem performance

similar ao R-12.

R-502: R-402A, R-402B, R-408A e R-403A

R-408A - Mistura de fluidos refrigerantes tais como R-22, R-134a e R-125,

possui performance similar ao R-502 e compatvel com leo lubrificante mineral,

poliolester e aquilbenzeno.

R-22: R-407C, R-410A e R-417A

R-407C - Mistura de fluidos refrigerantes tais como R-134a, R-32 e R-125,

possui propriedades e performance similares ao R-22, porm necessria a mudana do

leo lubrificante.

R-410A - Mistura de fluidos refrigerantes de alta presso tais como R-32 e R-

125, possui melhor capacidade de resfriamento, porm requer uma reavaliao do

projeto do sistema.

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A tabela a seguir mostra algumas misturas de fluidos refrigerantes foram

aprovadas para uso com os compressores Embraco:

REFRIGERANTE (ASHRAE) FABRICANTE COMPOSIO

APLICAO RECOMENDADA

SUVA MP66 (R401b)

DuPont 61% R22

11% R152a 28% R124

Temperatura de evaporao menor do que -23C

SUVA MP39 (R401a)

DuPont 53% R22

13% R152a 34% R124

Temperatura de evaporao maior do que -23C

FX56 (R409a) Elf Atochem

60% R22 15% R42b 25% R124

Aplicaes de mdia e baixa evaporao

ISCEON 49 (R413a)

Rhne Poulenc

88% R134a 9% R218

3% R600a Aplicaes de mdia e baixa evaporao

Vantagens dos fluidos alternativos:

So utilizados nos equipamentos de refrigerao no havendo necessidade de

troca de componentes (dispositivo de expanso, compressor, etc.);

So compatveis com leo mineral, leo alquilbenzeno e com os materiais

existentes. Obs: somente na aplicao do R-407C, deve ser trocado o leo mineral por

leo Poliolester;

A carga de fluido refrigerante do equipamento com fluido alternativo 80% da

carga de fluido original. Obs: A carga do fluido refrigerante deve ser feita somente na

forma lquida.

Compatibilidade de alguns fluidos com leos lubrificantes

Durante os ltimos anos, vrios refrigerantes alternativos foram avaliados e o

R134a, por apresentar propriedades fsicas e termodinmicas relativamente semelhantes

s do R12 e por no conter Cloro, tem sido considerado o substituto do R12 nas suas

aplicaes.

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Mais recentemente, outro fator ambiental, no menos importante que a

destruio da camada de oznio, tem sido considerado: o potencial de aquecimento

global, mais conhecido como efeito estufa.

Dentre os refrigerantes alternativos que atendem ambas caractersticas

ambientais, esto os hidrocarbonos. Estes refrigerantes no tinham at ento sido

considerados uma alternativa substituio do R12, pois so inflamveis.

Na tabela a seguir so apresentadas as principais propriedades fsicas dos

refrigerantes hidrocarbonos comparadas s do R12 e R134a.

Propriedades fsicas do R12, R134a e refrigerantes hidrocarbonos.

Como pode-se verificar na tabela acima, os refrigerantes hidrocarbonos

apresentam menor peso molecular quando comparados ao do R-12 e R-134a. Isto

devido ausncia de halogneos como cloro (peso atmico 35,453) e flor (peso

atmico 18,998) na sua estrutura molecular, que composta apenas de carbono (peso

atmico 12,011) e hidrognio (peso atmico 1,079).

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Tal caracterstica torna os refrigerantes hidrocarbonos menos agressivos ao meio

ambiente, como mostra a tabela abaixo.

Impacto ambiental dos refrigerantes hidrocarbonos, R12 e R134a

ODP Potencial de Destruio do Oznio. GWP Potencial de Aquecimento Global (comparado ao CO2).

Observa-se na tabela anterior que o refrigerante R134a, no destri a camada de

oznio (ODP = 0). Tal caracterstica deve-se ausncia de cloro nas suas molculas.

Entretanto os refrigerantes propano e butano exercem efeito desprezvel (GWP < 5)

sobre o aquecimento da Terra, ao contrrio do R12 e R134a. Outro fator ambiental

favorvel aos refrigerantes propano e butano seu menor tempo de vida na atmosfera.

Os principais impactos de cada refrigerante hidrocarbono sobre o compressor e o

dispositivo de expanso dos sistemas de refrigerao, baseados na anlise terica do

ciclo ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning

Engineers), so resumidos na tabela abaixo.

Refrigerante Caractersticas principais em relao ao R12 Impacto sobre o compressor e o tubo capilar

PROPANO (R 290)

-Menor deslocamento volumtrico (-33%); -Maior diferena de presso (37%); -Maior vazo volumtrica no tubo capilar (8,7%);

-Reprojeto dos mancais, vlvulas e outros componentes do compressor;

-Reduo da resistncia ao escoamento de refrigerante no tubo capilar;

ISOBUTANO (R 600a)

-Maior deslocamento volumtrico (90%); -Menor diferena de presso (-42%); -Similar vazo volumtrica no capilar (1,5%);

-Reprojeto dos componentes do compressor;

-Mudanas no tubo capilar parecem desnecessrias;

BUTANO (R 600)

-Maior deslocamento volumtrico (181%); -Menor diferena de presso (-57%); -Menor vazo volumtrica no capilar (-10,4%);

-Reprojeto dos componentes do compressor;

-Aumento tamanho total do compressor;

-Aumento da resistncia ao escoamento de refrigerante no tubo capilar;

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Nomenclatura dos refrigerantes segundo a ASHRAE:

Segundo a ASHRAE os refrigerantes so classificados por 3 algarismos:

1. Nmero de tomos de Carbono menos 1 (omitir o zero);

2. Nmero de tomos de Hidrognio mais 1;

3. Nmero de tomos de Flor.

Ex:

o Diclorodifluormetano (CCl2F2) = R-12;

o Monoclorodifluormetano (CHClF2) = R-22;

o Tetrafluoretano (C2H2F4) = R-134a.

Para um Hidrocarbono usa-se a mesma regra com o zero no final.

Ex:

o Propano (CH3CH2CH3) = R-290;

o Etano (CH3CH3) = R-170;

o Metano (CH4) = R-50.

Para os compostos inorgnicos a nomenclatura comea com o nmero 7 seguido

do seu peso molecular.

Ex:

o Amnia (NH3) = R-717;

o gua (H2O) = R-718;

o Dixido de carbono (CO2) = R-744.

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OZNIO / PROCESSO DE FORMAO / DESTRUIO

O oznio formado quando as molculas de oxignio absorvem parte da

radiao ultravioleta proveniente do sol, ocasionando a separao das molculas em

dois tomos de oxignio. Estes tomos por sua vez, juntam-se com outras molculas de

oxignio, formando assim o oznio (O3), que contm trs tomos de oxignio.

Aproximadamente 90% do oznio da terra est localizado em uma camada

natural, logo acima da superfcie terrestre conhecida como estratosfera. Esta camada

natural atua como um escudo protetor contra a radiao ultravioleta.

A primeira preocupao sobre a provvel destruio da camada de oznio pelos

CFCs foi levantada com a publicao da teoria de que os tomos de cloro liberados

pelos CFCs poderiam migrar at a estratosfera, destruindo as molculas de oznio

(Molina e Rowland, 1974), conforme mostra a figura abaixo.

Alguns dos CFCs tm um tempo de vida na atmosfera superior a 120 anos, isto

, eles no se dissociam na baixa atmosfera (troposfera). Como resultado, os CFCs

migram vagarosamente para a estratosfera onde so atingidos por maiores nveis de

radiao, liberando o cloro, que por sua vez livre, liga-se repetidamente com molculas

de oznio provocando a separao dos tomos de oxignio da molcula em questo.

Com a ocorrncia da destruio do oznio, maiores nveis de radiao tendem a penetrar

na superfcie terrestre. Alm disso, devido ao longo tempo de vida dos CFCs na

atmosfera e ao fato de que um tomo de cloro pode destruir repetidamente milhares de

molculas de oznio, sero necessrias muitas dcadas para que a camada de oznio

retorne aos nveis de concentrao anteriores, mesmo aps a eliminao completa dos

CFCs.

15 15

Desde que a teoria de destruio da camada de oznio foi publicada pela

primeira vez, pesquisas cientficas tm mostrado uma preocupao geral com o aumento

da concentrao de cloro na estratosfera, que destruindo o oznio, tem como resultado

danos sade e ao meio ambiente, como por exemplo:

Aumento dos casos de cncer de pele;

Danos aos olhos (aumento dos casos de cataratas);

Enfraquecimento do sistema imunolgico;

Danos s plantaes;

Danos aos organismos aquticos (algas marinhas);

Aumento da temperatura ambiente.

Como o oznio destrudo?

Primeiramente, a luz ultravioleta quebra a ligao de um tomo de cloro da

molcula de CFC. Em seguida, o tomo de cloro ataca a molcula do oznio, quebrando

a ligao entre os tomos. Forma-se uma molcula de O2 e uma de monxido de cloro.

O monxido de cloro instvel, tem sua ligao quebrada e forma-se novamente cloro

livre, que vai atacar e destruir outra molcula de oznio, repetindo-se o processo, ver

figura abaixo.

16 16

SISTEMAS DE REFRIGERAO

Classificao da Refrigerao

A rea de refrigerao cresceu de tal maneira no ltimo sculo que acabou por

ocupar os mais diversos campos. Para convenincia de estudos, as aplicaes da

refrigerao podem ser classificadas dentro das seguintes categorias: domstica,

comercial, industrial, para transporte e para condicionamento de ar. A refrigerao

domstica abrange principalmente a fabricao de refrigeradores de uso domstico e de

freezers. A capacidade dos refrigeradores domsticos varia muito, com temperaturas na

faixa de -8C a -18C (no compartimento de congelados) e +2C a +7C (no

compartimento dos produtos resfriados).

A refrigerao comercial abrange os refrigeradores especiais ou de grande porte

usados em restaurantes, sorveterias, bares, aougues, laboratrios, etc. As temperaturas

de congelamento e estocagem situam-se, geralmente, entre -5C a -30C.

Como regra geral, os equipamentos industriais so maiores que os comerciais

(em tamanho) e tm como caracterstica marcante o fato de requererem um operador de

servio.

So aplicaes tpicas industriais as fbricas de gelo, grandes instalaes de

empacotamento de gneros alimentcios (carnes, peixes, aves), cervejarias, fbricas de

laticnios, de processamento de bebidas concentradas e outras.

A refrigerao martima refere-se refrigerao a bordo de embarcaes e

inclui, por exemplo, a refrigerao para barcos de pesca e para embarcaes de

transporte de cargas perecveis.

A refrigerao de transporte relaciona-se com equipamentos de refrigerao em

caminhes e vages ferrovirios refrigerados.

Como podemos observar, as aplicaes da refrigerao so as mais variadas,

sendo de certa forma bastante difcil estabelecer de forma precisa a fronteira de cada

diviso.

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Sistema de Compresso Mecnica de Vapor (CMV)

Pode-se entender a lgica de

funcionamento dos principais sistemas de

refrigerao atuais estudando o

funcionamento de um refrigerador domstico

comum, tambm conhecido como sistema de

compresso mecnica de vapor (figura ao

lado). Ele funciona a partir da aplicao dos

conceitos de calor e trabalho, utilizando-se de

um fluido refrigerante. O fluido refrigerante,

como dito anteriormente, uma substncia que, circulando dentro de um circuito

fechado, capaz de retirar calor de um meio enquanto se vaporiza a baixa presso. Este

fluido entra no evaporador a baixa presso, na forma de mistura de lquido mais vapor, e

retira energia do meio interno refrigerado (energia dos alimentos) enquanto passa para o

estado de vapor. O vapor entra no compressor onde comprimido e bombeado,

tornando-se vapor superaquecido e deslocando-se para o condensador, que tem a funo

de liberar a energia retirada dos alimentos e a resultante do trabalho de compresso para

o meio exterior. O fluido, ao liberar energia, passa do estado de vapor superaquecido

para lquido (condensao) e finalmente entra no dispositivo de expanso, onde tem sua

presso reduzida, para novamente ingressar no evaporador e repetir-se assim o ciclo.

Esse processo ilustrado atravs da figura a seguir.

Ciclo de compresso mecnica de vapor

Os detalhes do funcionamento de uma geladeira descrito a seguir:

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COMPRESSOR: sua principal funo succionar o fluido

refrigerante a baixa presso da linha de suco e comprim-lo

em direo ao condensador a alta presso e alta temperatura

na fase gasosa (vapor super aquecido2).

CONDENSADOR: atravs do condensador e suas aletas, o

fluido refrigerante proveniente do compressor a alta

temperatura, efetua a troca trmica com o ambiente externo,

liberando o calor absorvido no evaporador e no processo de

compresso. Nesta fase, ocorre uma transformao de vapor

superaquecido para lquido sub resfriado3 a alta presso.

FILTRO SECADOR: exerce duas funes importantes:

A primeira reter partculas slidas que em circulao no

circuito, podem ocasionar obstruo ou danos partes

mecnicas do compressor. A segunda absorver totalmente a

umidade residual do circuito que porventura no tenha sido

removida pelo processo de vcuo, evitando danos ao sistema como: formao de cidos,

corroso, aumento das presses e obstruo do tubo capilar por congelamento da

umidade.

TUBO CAPILAR: um tubo de cobre com dimetro reduzido que tem como

funo receber o fluido refrigerante do condensador e promover a perda de carga do

fluido refrigerante separando os lados de alta e de baixa presso.

EVAPORADOR: recebe o fluido refrigerante proveniente

do tubo capilar, no estado lquido a baixa presso e baixa

temperatura. Nesta condio, o fluido evapora absorvendo o

calor da superfcie da tubulao do evaporador, ocorrendo a

transformao de lquido sub resfriado para vapor saturado a

baixa presso. Este efeito acarreta o abaixamento da temperatura do ambiente interno do

refrigerador.

2 Vapor superaquecido quando o vapor est a uma temperatura maior do que a temperatura de saturao, que a temperatura na qual se d a vaporizao de uma substncia pura a uma dada presso. 3 Lquido sub resfriado quando a temperatura do lquido menor do que a temperatura de saturao para a presso existente. Se a presso for maior do que a presso de saturao para a temperatura dada, o lquido chamado de lquido comprimido.

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De maneira similar funcionam tambm os grandes sistemas de refrigerao,

como cmaras frigorficas. O que difere os sistemas pequenos dos de grande porte o

nmero de unidades compressoras, evaporadoras, de expanso e condensadoras

envolvidas, que nestes ltimos podem ser mltiplos, bem como o sistema de controle,

que pode alcanar elevada complexidade.

Sistema de Refrigerao por Absoro

O ciclo frigorfico por absoro de amnia difere do ciclo por compresso de

vapor na maneira pela qual a compresso efetuada. No ciclo de absoro, o vapor de

amnia a baixa presso absorvido pela gua e a soluo lquida bombeada a uma

presso superior por uma bomba de lquido. A figura abaixo, mostra um arranjo

esquemtico dos elementos essenciais deste ciclo.

Ciclo de refrigerao de absoro de amnia.

O vapor de amnia a baixa presso, que deixa o evaporador, entra no absorvedor

onde absorvido pela soluo fraca de amnia. Esse processo ocorre a uma temperatura

levemente acima daquela do meio e deve ser transferido calor ao meio durante esse

processo. A soluo forte de amnia ento bombeada atravs de um trocador de calor

ao gerador (onde so mantidas uma alta presso e uma alta temperatura). Sob essas

condies, o vapor de amnia se separa da soluo devido a da transferncia de calor da

fonte de alta temperatura. O vapor de amnia vai para o condensador, onde

condensado, como no sistema de compresso de vapor, e ento se dirige para a vlvula

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de expanso e para o evaporador. A soluo fraca de amnia retorna ao absorvedor

atravs do trocador de calor.

A caracterstica particular do sistema de absoro consiste em requerer um

consumo muito pequeno de trabalho porque o processo de bombeamento envolve um

lquido. Isso resulta do fato de que, para um processo reversvel, em regime permanente

e com variaes desprezveis de energias cinticas e potencial, o trabalho igual a

v.(P2-P1) e o volume especfico do lquido (v) muito menor que o volume especfico

do vapor. Por outro lado, deve-se dispor de uma fonte trmica de temperatura

relativamente alta (100 a 200 C). O equipamento envolvido num sistema de absoro

um tanto maior que num sistema de compresso de vapor e pode ser justificado

economicamente apenas nos casos onde disponvel uma fonte trmica adequada e que,

de outro modo, seria desperdiada.

Refrigerao Termoeltrica

Em 1821, Seebeck observou

que, em um circuito fechado

constitudo por dois metais diferentes,

uma corrente eltrica circula, sempre

que as junes sejam mantidas a

temperaturas diferentes.

Em 1834, Peltier observou o efeito inverso. Isto , fazendo-se circular uma

corrente eltrica na mesma direo da F.E.M. gerada pelo efeito Seebeck, verifica-se o

esfriamento do ponto de juno, e vice-versa.

Em 1857, Willian Tomphson (Lord Kelvin) descobriu que um condutor simples,

submetido a um gradiente de temperatura sofre uma concentrao de eltrons em uma

de suas extremidades, e uma carncia dos mesmos na outra.

A aplicao da termoeletricidade se restringiu, durante muito tempo, quase que

exclusivamente mensurao de temperaturas atravs dos chamados termopares. As

primeiras consideraes objetivas a respeito da aplicao do efeito Peltier refrigerao

foram feitas pelo cientista alemo Alternkirch, que demostrou que o material

termoeltrico qualitativamente bom quando apresenta um alto coeficiente Seebeck (ou

poder termoeltrico), alta condutividade eltrica e uma baixa condutividade trmica.

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Infelizmente, at 1949, no existiam materiais termoeltricos adequados. A partir de

1949, com o desenvolvimento da tcnica dos semicondutores, que apresentam um

coeficiente Seebeck bastante superior ao dos metais, que a refrigerao termoeltrica

tomou um grande impulso, permitindo criar maiores gradientes de temperaturas entre a

fonte quente e a fonte fria.

O refrigerador termoeltrico utiliza-se de dois materiais diferentes, como os

pares termoeltricos convencionais. H duas junes entre esses dois materiais em um

refrigerador termoeltrico. Uma est localizada no espao refrigerado e outra no meio

ambiente.

Quando uma diferena de potencial aplicada, a temperatura da juno

localizada no espao refrigerado decresce e a temperatura da outra juno cresce.

Operando em regime permanente, haver transmisso de calor do espao refrigerado

para a juno fria. A outra juno estar a uma temperatura acima da ambiente e haver

ento a transmisso de calor para o local, conforme mostra a figura a seguir.

Esquema de um sistema de refrigerao termoeltrica

Vantagens expostas pelos fabricantes:

Mais leve e compacto (pode ser transportado para qualquer lugar);

Melhor custo/benefcio;

No utiliza gs ajudando na preservao do ambiente;

Mais silencioso e no causa vibrao;

Modernidade Tecnologia Peltier, um novo sistema de refrigerao eletrnica;

Possibilidade do produto ser ligado de 100 a 240 Volts e possuir indicadores

luminosos (LEDs) que informam o status de funcionamento do produto.

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Algumas limitaes do sistema Peltier segundo Marcos Ferreira de Souza,

especialista de produtos da unidade de negcios Cooling Solutions da Embraco:

Para comear, um bebedouro com compressor tem consumo de energia eltrica

muito menor. Isso significa maior eficincia energtica, resultando em menor gasto com

a conta de eletricidade e menor impacto ao meio ambiente.

O processo de refrigerao do compressor, baseado na compresso de vapor,

proporciona uma performance superior para essa aplicao, diz Marcos. Isso significa

que, com o compressor, o bebedouro deixa a gua mais gelada e a resfria mais

rapidamente. Quando o uso e a necessidade de gua gelada so mais intensos, como

ocorre em pases mais quentes, o sistema Peltier no d conta de repor logo o que

consumido. Condies climticas como as do Brasil so desfavorveis aos bebedouros

Eletrnicos. Em pases de clima frio, seu uso at aceitvel, pois no h tanta demanda

por gua gelada. Mas aqui, numa escola ou num centro comercial com bastante

movimento, no h como atender ao ritmo de consumo, explica Marcos.

A robustez e a resistncia do compressor s oscilaes de tenso da rede so

outras vantagens que precisam ser consideradas.

H ainda outro fator favorvel escolha dos compressores no momento de

projetar um novo bebedouro: a inexistncia de componentes como microventilador,

fonte, transformador e placa eletrnica, que so parte obrigatria de qualquer sistema

base do processo Peltier.

Nas pesquisas com bebedouros que realizou, Marcos aponta ainda um caso

extremo de projeto inadequado com o uso de Peltier. Examinei bebedouros em que as

pastilhas termoeltricas ficavam dentro do reservatrio de gua, como medida para

ganhar espao. H uma possibilidade sria de contaminao da gua que ser bebida,

adverte.

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Climatizao Evaporativa

O condicionamento de ar por resfriamento evaporativo um mtodo

ambientalmente amigvel e energeticamente eficiente, que utiliza gua como fluido de

trabalho e pode ser uma alternativa econmica aos sistemas convencionais de ar

condicionado.

A evaporao da gua um processo endotrmico, isto , nesse processo retira-

se muito calor do que quer que esteja em contato com ela. Um litro de gua consome

cerca de 580 kcal para evaporar temperatura ambiente.

No resfriamento evaporativo de ar, o prprio ar que cede calor sensvel para a

gua evaporar, tendo assim a sua temperatura reduzida. Alm disso, o resfriamento

evaporativo um processo adiabtico, ou seja, no rejeita calor para o ambiente porque

calor sensvel trocado apenas por calor latente, por esse motivo chamado tambm de

resfriamento adiabtico.

A humanidade observando a natureza, j utiliza o processo de resfriamento

evaporativo desde a antiguidade. Panos molhados pendurados nas janelas na direo dos

ventos predominantes e chafarizes em ptios fechados so alguns dos recursos

utilizados h milhares de anos para criar um clima agradvel, usando o processo de

resfriamento evaporativo. O corpo humano em dias de calor controla a temperatura

eliminando milhares de gotculas de gua pelos poros, que ao evaporarem resfriam o

corpo. Animais que tem pouca superfcie de pele exposta, por estar ela coberta por pelos

ou penas, utilizam a grande superfcie interna dos pulmes para evaporar gua e esfriar

o corpo, por isso que em dias quentes, cachorros, galinhas e outros bichos respiram

rapidamente, assim evaporam mais gua e conseguem reduzir a sua temperatura interna.

Outro exemplo muito usado, como j foi dito, a moringa de barro para guardar gua

potvel, onde a evaporao pela parede porosa, mantm a gua da moringa fresca o dia

todo.

Princpio de funcionamento:

O climatizador de ar possui um ventilador que fora o ar externo atravs de um

painel evaporativo, sobre o qual a gua circula continuamente pela ao de uma bomba.

Nesta passagem do ar pelo painel, h a troca de calor entre a gua e o ar. A gua que

evapora garante uma maior umidade do ar resfriado e reposta por uma bia que

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mantm o nvel do reservatrio constante. Tal processo garante uma perda de

temperatura de at 12C. Porm, o aparelho possui algumas condies para um bom

funcionamento.

A troca contnua do ar ambiente por ar resfriado fundamental para manter as

condies de conforto trmico no ambiente. A recirculao do ar j resfriado no

interessante em questes de resfriamento j que com o aumento da umidade do ar, a

diminuio de temperatura ser menor. Esta caracterstica faz com que o aparelho possa

ser usado com portas abertas sem prejudicar o conforto trmico assim como o

funcionamento do aparelho.

Como citado, o resfriamento oferecido pelo climatizador por evaporao

depende juntamente da umidade relativa do ar, tendo uma relao inversamente

proporcional. Isto , quanto menor a umidade relativa do ar, maior o resfriamento

obtido pelo aparelho, conforme podemos verificar na tabela a seguir:

Temperatura de Entrada 25C 32C 37C

Umidade Relativa Reduo de Temperatura

30% 8,5C 9,5C 12C

40% 7,0C 8,0C 8,5C

50% 5,5C 6,5C 7,0C

60% 4,5C 5,0C 5,5C

75% 2,5C 2,5C 3,0C

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Vantagens expostas pelos fabricantes:

Os custos de instalao e operao so uma frao dos custos de sistemas de ar

condicionado convencionais.

A necessidade de manuteno mnima, e no exige mo de obra especializada.

No h compressores, condensadores, circuitos de alta presso ou tubos isolados.

Comparado a um ar condicionado equivalente, a economia de energia de at

95%.

O custo da adequao do ambiente ao sistema de climatizao por resfriamento

evaporativo tambm muito baixo porque, ao contrrio do que ocorre com sistemas de

ar condicionado, o espao a ser climatizado no deve ser fechado nem precisa ser to

bem isolado.

um sistema ecolgico, pois os resfriadores de ar evaporativos funcionam

apenas com gua e tm um consumo de energia muito baixo, no utilizam gases e no

geram calor para resfriar.

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BIBLIOGRAFIA

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