As indústrias são regidas por diversas áreas que, em conjunto, possibilitam o fluxo fluido do negócio, desde a oferta de um produto até a sua chegada ao cliente.
Embora o fato de que todas as áreas executam um papel crucial para a fluidez do negócio, existem aquelas áreas que são responsáveis pela parte técnica do produto, como as engenharias de produto, industrial, de produção e de Pesquisa e Desenvolvimento (P&D ou R&D).
Essas engenharias, em especial, devem estar mais próximas dos parâmetros que regem o processo, já que são responsáveis por desenvolvê-lo, otimizá-lo e corrigi-lo.
Desta forma, utilizando o contexto da refrigeração industrial como exemplo, os engenheiros e técnicos presentes nas áreas mencionadas, devem ser capazes de compreender e discorrer facilmente sobre os componentes presentes e os seus conceitos fundamentais.
Além disso, a compreensão dos conceitos fundamentais da refrigeração não só são essenciais para a atuação sobre o processo, como também são fatores diferenciais para a escolha dos componentes deste sistema.
Por isso, este texto tem como propósito, ensinar os conceitos fundamentais da refrigeração, de modo a auxiliar você a entender melhor o que está por trás do seu processo de refrigeração industrial.
Contents
O que é a refrigeração
Visto que este texto tem o objetivo de mostrar quais os conceitos fundamentais da refrigeração, é válido dar início ao mesmo através da definição desse processo.
Pois bem, a refrigeração é, basicamente, o processo que envolve a redução da temperatura de fluidos e corpos.
Além disso, a refrigeração pode ser realizada através de diversos métodos, incluindo a utilização de ciclos de compressão de vapor, ciclos de absorção, e sistemas termoelétricos.
Desta forma, a proposta deste processo é interessante para aplicações como:
- A produção de alimentos, como o leite pasteurizado;
- Montagem de componentes característicos de interferência;
- Preservação da qualidade de produtos, como alimentos, bebidas e vacinas;
- Transporte de produtos;
- Climatização em geral;
- Entre outros.
Componentes de um sistema de refrigeração
É claro que a refrigeração industrial não é um processo natural, e sim forçado.
Isso é possível através dos componentes presentes no sistema, os quais, através de uma atividade conjunta, removem o calor do sistema.
Para conhecer os principais componentes de um sistema de refrigeração, basta conferi-los abaixo.
- Compressor: O compressor é o coração do sistema de refrigeração, já que o mesmo comprime comprime o fluido refrigerante, aumentando então a sua pressão e temperatura. Esta ação permite que o fluido circule pelo sistema;
- Condensador: O condensador, por sua vez, é responsável por dissipar o calor do fluido refrigerante para o ambiente externo. Isso ocorre quando o fluido refrigerante, em estado gasoso de alta pressão, libera calor e se condensa em um líquido de alta pressão;
- Válvula de Expansão: Já a válvula de expansão serve para reduzir a pressão do fluido refrigerante, permitindo que este se expanda e esfrie rapidamente. Com isso, o fluido é está pronto para a absorção de calor na próxima etapa;
- Evaporador:Por fim, no evaporador, o fluido refrigerante em baixa pressão e temperatura absorve calor do ambiente refrigerado, evaporando e retornando ao estado gasoso. Esse processo de absorção de calor é o que resfria, de fato, o ambiente;
- Fluido Refrigerante: O fluido refrigerante é o meio pelo qual o calor é transferido dentro do sistema. Este fluido deve ter propriedades térmicas adequadas para facilitar a absorção e dissipação de calor.
Conceitos fundamentais da refrigeração
Conhecer os principais componentes do sistema de refrigeração é um passo super importante e também é um requisito para entender os conceitos fundamentais da refrigeração.
Logo, podemos iniciar a etapa principal deste texto, a começar pelas definições.
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Definições
Propriedades termodinâmicas
São características físicas de um sistema que definem seu estado e comportamento, sendo primordiais para calcular a transferência de calor e trabalho dentro de um ciclo de refrigeração, podendo ser classificadas em duas categorias:
- Propriedades extensivas: Dependem da quantidade de massa do sistema, como volume, energia interna e entalpia;
- Propriedades intensivas: Independem da quantidade de massa do sistema, como a temperatura, pressão e densidade.
Estado termodinâmico
O estado termodinâmico de um sistema é a condição em que ele se encontra, definida por suas propriedades termodinâmicas. Assim, tem-se que mudanças no estado termodinâmico ocorrem quando uma ou mais propriedades do sistema variam.
Processo termodinâmico
É, simplesmente, a transformação que um sistema termodinâmico sofre ao passar de um estado para outro.
Por exemplo, durante um processo, as propriedades termodinâmicas do sistema mudam.
Assim, a descrição de um processo típico envolve a especificação dos estados de equilíbrio inicial e final.
Ciclo
Refere-se a um ou a uma série de processos em que o estado inicial e o estado final do sistema coincidem.
Substância pura
Pode-se dizer que é uma substância que tenha composição química homogênea e invariável, isto é, pode existir mais de uma fase (sólida, líquida e gasosa), mas tendo a mesma composição química em quaisquer fases.
Temperatura de saturação
É o termo utilizado para designar a temperatura em que ocorre a vaporização de uma substância pura a uma dada pressão, pressão esta a qual é chamada de “pressão de saturação” para a temperatura dada.
A água, por exemplo, a 100 °C, tem pressão de saturação de 1,013 bar e o contrário é correspondente (para a água a 1,013 bar, a temperatura de saturação é de 100 °C).
Líquido saturado
Este é o termo utilizado para uma substância que está em estado líquido quando mantida à temperatura e pressão de saturação
Líquido sub-resfriado
Imagine que é aplicada uma pressão sobre um fluido contido em uma câmara fechada.
Diante disto, se a temperatura do líquido for menor que a temperatura de saturação, o líquido é chamado de sub-resfriado.
Em outras palavras, é um líquido que foi resfriado abaixo da temperatura em que começaria a se vaporizar para a pressão especificada.
Em um ciclo de refrigeração, neste contexto, o líquido sub-resfriado ocorre geralmente após a condensação, visto que quando o fluido refrigerante sai do condensador, ele está em estado líquido e se ele for ainda mais resfriado (além da temperatura de condensação), esse estado adicional é chamado de sub-resfriamento.
Líquido comprimido
Analogamente à situação anterior, se a pressão do fluido é maior que a pressão de saturação, este é chamado de líquido comprimido.
Em outras palavras, é um líquido que está sendo mantido a uma pressão suficientemente alta para garantir que ele permaneça no estado líquido, mesmo que sua temperatura esteja próxima da temperatura de ebulição.
No sistema de refrigeração, isso ocorre, após o fluido sair do compressor, já que nesta etapa o fluido tem sua temperatura e pressão aumentados e, ao passar pelo condensador e, se este líquido condensado for mantido em alta pressão, este é um líquido comprimido.
Título
Se uma substância se encontra parte líquida e parte vapor, na temperatura de saturação, tem-se uma relação de massa de vapor e massa total chamada de “título”. Isso acontece, em particular, no condensador e no evaporador, no sistema de refrigeração.
Abaixo, observa-se a sua equação matemática.
Sendo:
X: título;
mv: massa de vapor;
ml: massa de líquido;
mt: massa total
Vapor saturado
Uma substância, quando está na temperatura de saturação e tem estado gasoso, esta é chamada de vapor saturado.
Neste caso, o título é igual a 1 (ou 100%), já que a massa total (denominador) se iguala à massa de vapor (numerador).
Vapor superaquecido
Por fim, temos o vapor superaquecido. Este nome é utilizado quando o vapor está a uma temperatura maior que a temperatura de saturação.
Além disso, é extremamente importante enfatizar que a temperatura e a pressão do vapor superaquecido são propriedades independentes, isto é, a temperatura pode ser aumentada para uma pressão constante.
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Propriedades termodinâmicas
As propriedades termodinâmicas mais comuns de uma substância são a temperatura, pressão, volume específico e massa específica. Assim, tem-se que as propriedades termodinâmicas são quaisquer características observáveis em uma substância.
Contudo, há propriedades termodinâmicas que não são mensuráveis diretamente, mas que são fundamentais para o cálculo de transferência de calor, tais como:
Energia interna (u)
A energia interna é uma propriedade de massa extensiva, isto é, depende da quantidade de massa do sistema.
A energia interna é a soma das energias cinética e potencial das moléculas dentro de um sistema. Esta energia é associada aos movimentos das moléculas (translação, rotação, vibração) e às forças intermoleculares.
Entalpia (h)
A entalpia é a soma da energia interna de um sistema mais o produto da pressão e volume do sistema, representado na equação abaixo.
Neste contexto, a entalpia é uma propriedade termodinâmica que se faz útil quando analisamos processos que ocorrem sob pressão constante.
Além disso, a entalpia é frequentemente usada para calcular o calor transferido durante processos a pressão constante, como a vaporização e a condensação do refrigerante.
Sendo:
u: energia interna do sistema;
p: pressão do sistema;
v: volume do sistema.
Entropia (s)
A entropia é uma medida da desordem ou aleatoriedade de um sistema.
Isso faz com que esta seja uma propriedade termodinâmica que quantifica a quantidade de energia em um sistema que não pode ser usada para realizar trabalho.
Além disso, a entropia é uma função de estado intensiva, isto é, independe da quantidade de substância no sistema.
No contexto da refrigeração e, mais especificamente durante os processos de compressão e expansão, mudanças na entropia do refrigerante indicam a irreversibilidade e a eficiência do ciclo.
Por exemplo, um aumento na entropia durante a expansão indica que parte da energia está sendo dissipada como calor, reduzindo a eficiência do sistema.
Ao ler este texto, torna-se conclusivo que, por trás da refrigeração industrial e dos seus feitos para a evolução industrial e, sobretudo, humana, estão fundamentos essenciais para que o processo em questão ocorra sob controle.
Além disso, observa-se o nível de complexidade que os profissionais atuantes dessa área devem dominar para prover para o mercado e, consequentemente, para o consumidor, os dispositivos que são adequados às necessidades industriais dos mesmos.
No entanto, essa é uma preocupação que você não deve ter, pelo menos ao adquirir o seu equipamento na Nepin.
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