A eficiência energética é uma das prioridades em processos industriais e, especialmente, em aplicações que demandam controles rigorosos de temperatura, como acontece na refrigeração industrial.
Assim, câmaras frigoríficas e processos de resfriamento de grandes volumes contam com indicadores de eficiência, destacando o Coeficiente de Performance, conhecido também como COP.
O coeficiente de performance é um fator fundamental para a análise e otimização dos sistemas de refrigeração, impactando então nos custos operacionais relacionados.
Portanto, o presente texto tem, como objetivo, apresentar o COP, discorrendo sobre o que este indicador é e abordando como o mesmo pode ser influenciado por outras variáveis presentes nos sistemas de refrigeração.
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Ciclo de refrigeração teórico
Para entender o COP e os fatores que o influenciam, é preciso entender, primeiramente, o ciclo de refrigeração teórico.
Este ciclo é representado por meio do diagrama P-h, conhecido também como Mollier.
Neste diagrama, são identificados os pontos que dizem respeito aos principais componentes presentes no ciclo de refrigeração, que são: o compressor, condensador, dispositivo de expansão e evaporador.
Veja, abaixo, o ciclo, e em seguida a explicação do mesmo.
- Ponto 1 – Saída do evaporador e entrada do compressor: neste ponto, o fluido refrigerante acabou de absorver calor do meio e está na forma de vapor saturado ou ligeiramente superaquecido, pronto para entrar no compressor;
- Ponto 2 – Saída do compressor e entrada do condensador: neste ponto, o fluido refrigerante teve a sua pressão elevada no compressor e está na forma de vapor superaquecido, com alta temperatura e pressão;
- Ponto 3 – Saída do condensador e entrada do dispositivo de expansão: o fluido está na forma líquida, que pode ser líquido saturado ou líquido comprimido (sub resfriado), após ter liberado calor para o ambiente externo;
- Ponto 4 – Saída do dispositivo de expansão e entrada no evaporador: Ao passar pelo dispositivo de expansão (válvula de expansão ou tubo capilar), o fluido refrigerante se expande, o que reduz sua pressão e temperatura drasticamente. Aqui, ele entra em uma mistura de líquido e vapor de baixa pressão.
O que é o COP
Assim como foi mencionado, o COP nada mais é do que uma medida que avalia a eficiência tanto de sistemas de refrigeração quanto de sistemas de bombas de calor.
Este indicador é a relação entre a quantidade de calor removida e a energia elétrica consumida pelo sistema.
Assim, o COP é calculado pela divisão da quantidade de calor removido ou transferido (em kW ou BTU) pela energia consumida pelo compressor (em kW), o qual é a máquina elétrica presente no sistema.
A fórmula abaixo apresenta o cálculo do COP em função da entalpia, que é a energia de um sistema termodinâmico passível de ser removida na forma de calor.
COP = Energiaútil/Energiagasta = QoWc=h1-h4h2-h1
Desta forma, analisando pela perspectiva ideal, toda energia elétrica gasta deveria ser utilizada para remover o calor do sistema, e nada seria perdido.
Por fim, o valor do COP permite avaliar o desempenho do equipamento sob diferentes condições de operação, sendo este o assunto do texto de hoje.
Afinal, quais os fatores que influenciam no valor do COP? É isso o que vamos descobrir.
Parâmetros que influenciam o COP
Analisando a equação para calcular o COP, nota-se que este indicador é função somente das propriedades do refrigerante.
Assim, o cálculo do COP depende das temperaturas de condensação e vaporização, no ciclo teórico.
Contudo, no ciclo real, o COP depende fortemente das propriedades na sucção do compressor e dos demais equipamentos do sistema.
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Temperatura de vaporização (To)
Para entender o efeito da temperatura de vaporização sobre o COP, basta ver um caso em que o indicador é calculado somente ao variar a temperatura de vaporização (To), utilizando o refrigerante R22.
Neste caso, nota-se que a redução da temperatura de evaporação resulta na redução do COP e, portanto, o sistema se torna menos eficiente.
2.Temperatura de condensação (Tc)
Agora, realizando a análise do valor do COP variando somente a temperatura de condensação (Tc).
Neste caso, é possível concluir que para uma variação da temperatura de condensação em 15 °C, o valor encontrado pelo cálculo COP foi menor se comparado com a mesma faixa de variação da temperatura de evaporação.
3.Subresfriamento
Agora, mostramos a influência do sub resfriamento na saída do condensador, que é uma estratégia para garantir que o fluido a ser expandido no dispositivo de expansão, seja líquido.
Neste caso, nota-se que o sub resfriamento na saída do condensador proporciona um aumento do COP, o que é interessante. Contudo, o fluido sub resfriado é, assim como foi dito, uma estratégia para garantir que neste ponto, o fluido esteja na líquida, com certeza.
4.Superaquecimento
Se o fluido refrigerante tornar-se superaquecido ao retirar o calor do ambiente a ser resfriado, este é denominado “superaquecimento útil”.
Além disso, o fluido refrigerante em superaquecimento é um fator que impacta diretamente no COP.
O superaquecimento do fluido mostra que o COP reduz, neste caso.
Contudo, condições distintas de Tc e To, além de um fluido refrigerante diferente do mostrado aqui, podem influenciar em comportamentos diferentes do que aqui foi visto.
Além disso, o superaquecimento é algo estratégico, assim como o sub resfriamento, já que o superaquecimento permite a entrada de fluido no compressor no estado gasoso, eliminando riscos de segurança em caso de entrada de fluido líquido.
Portanto, aqui vimos alguns fatores e parâmetros que influenciam o COP no sistema de refrigeração industrial, os quais são: temperaturas de condensação e vaporização, sub resfriamento, superaquecimento e tipo de fluido refrigerante.
O Coeficiente de Performance (COP), proveniente da variação desses parâmetros, pode ser obtido em uma análise de plotagem de COP por cada parâmetro diferente e considerando fluidos refrigerantes distintos.
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