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INTRODUÇÃO
Na Grécia antiga eram utilizados escravos para o transporte de neve das montanhas que armazenadas em palha eram utilizadas nos meses quentes de verão. Os egípcios colocavam vasos confeccionados em material poroso, cheio de água fora de suas casas durante a noite. O vento frio do deserto resfriava a água pela evaporação da umidade.
Atualmente dispomos de meios para produzir refrigeração em qualquer estação do ano, mas foi a partir de 1923 que a refrigeração tomou seu grande impulso com o advento da unidade mecânica abrangendo desde a fabricação de sorvetes a conservação do leite e produtos perecíveis.
A refrigeração pode ser produzida de várias maneiras, mas a forma mais simples seria manter em contato duas substâncias uma quente e outra fria. O calor fluindo da mais quente para a mais fria proporcionará em determinado momento, um equilíbrio térmico, isto é, igualará a temperatura de ambas as substâncias. Isso é o que acontece quando colocamos um copo de leite quente para esfriar dentro de um recipiente com água fria. O leite cede calor à água, que por sua vez, irá se aquecendo até que ambos atinjam um mesmo nível de temperatura.
Convém ainda a observação quanto a refrigeração não ser um processo de adição de frio, como normalmente se pensa e sim de remoção de calor. O refrigerador doméstico não adiciona frio no interior do gabinete, e sim, retirar o calor dos alimentos nele armazenados.
Departamento de Produtos Outubro´
2. CALOR
Calor é uma forma de energia , assim como também o som, a luz e a eletricidade.
Ela não é uma substância, e portanto, não pode ser medido como a água em litros, mas sim, pela comparação dos efeitos que produz.
Todas as substâncias existentes no universo são compostas de partículas infinitamente pequenas denominadas moléculas.
Estas moléculas estão em constantes movimentos, que tem caráter de vibração.
Cada substância tem diferentes tipos de moléculas com vibrações e características.
Nas substâncias em estado sólido, as moléculas estão bem juntas e se movimentam dentro de um espaço infinitamente limitado.
Nas substâncias em estado líquido, as moléculas não estão juntas como nas substâncias em estado sólido, ao passo que no estado gasoso as moléculas tem movimento bem livre e quase ilimitado.
O movimento de moléculas depende da quantidade de energia que as mesmas contém.
Calor é a energia manifestada pelo movimento dessas moléculas.
O calor é uma forma de energia em transito do corpo mais quente para o mais frio , a aplicação do mesmo, numa substância, afim de reduzir o movimento das moléculas, após o que se verificará queda de temperatura e a substância tornar-se-á mais fria.
A aplicação do calor pode causar uma mudança de estado na matéria, como por exemplo, do estado sólido para o estado gasoso.
O calor é uma forma de energia. O frio é somente um termo relativo e se refere ao calor abaixo de um certo ponto do termômetro.
Os termos resfriamento e refrigeração são utilizados para descrever a extração do calor de qualquer matéria.
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2.1. TRANSFERÊNCIA DE CALOR
Como vimos anteriormente, o calor pode ser transferido de um corpo para outro de três formas distintas: condução, convecção e irradiação.
2.1.1. CONDUÇÃO
É a maneira pela qual o calor se propaga entre as menores partículas dos corpos, sendo própria dos metais. Por exemplo, se a extremidade de uma barra de metal é aquecida a outra extremidade também se torna quente.
Pela figura a seguir, pode-se verificar a condução do calor através de uma barra de metal. Aderimos pequenas esferas de cera sob a barra e aquecemos uma extremidade da mesma.
Observaremos a queda sucessiva das esferas de cera à medida que o calor se propaga ao longo da barra metálica.
Figura 3: Propagação do calor
Figura 4: Propagação do calor
As diversas substâncias não conduzem igualmente o calor e sob este aspecto podem ser classificados em bons ou maus condutores.
Os metais são bons condutores de calor enquanto que os gases, líquidos e alguns sólidos como madeira, vidro, lã de vidro, cortiça, papel, etc, são isolantes.
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Assim como temos unidades para medir outras formas de energia, a energia térmica possui sua unidade especial. Na Inglaterra e nos Estados Unidos a grandeza usada para medir a energia térmica é a B.T.U. (British Thermal Unit). No Brasil a unidade de calor é expressa em caloria.
Uma caloria é a quantidade de calor necessária para elevar a 1 ° C (um grau Celsius) a temperatura de uma grama de água. Uma B.T.U. é a quantidade de calor necessária para elevar a 1 ° F (um grau Fahrenheit) a temperatura de uma libra de água. Para elevarmos a temperatura de uma libra de água de 32°F para 212°F serão necessárias 180 B.T.U.
A caloria por ser uma unidade muito pequena, não tem uso muito prático, sendo por isso empregado um múltiplo seu, a quilocaloria (Kgcal). A quantidade de calorias necessária para elevar ou diminuir a temperatura de uma substância pode ser conhecida aplicando-se a seguinte relação:
Caloria = diferença de temperatura x peso x calor específico.
Por exemplo, se quisermos saber quantas calorias devem ser retiradas de 89 kg de carne de galinha cuja temperatura é de 40°C para leva-la a 10°C, utilizamos o seguinte cálculo: (40 - 10) x 80 x 0,80 = 1920 calorias.
Conhecendo-se um valor em Kgcal, podemos através de uma simples operação, saber seu correspondente em B.T.U.
Se na plaqueta do condicionador de ar indicar 2.500 kgcal para acharmos o correspondente em B.T.U. fazemos a seguinte operação:
2.500 x 4 = 10.000 B.T.U. Isto porque 1°C, é igual a 1,8°F e 1 kg é igual a 2,2 litros. 1,8 x 2,2 = 3,96 (aproximadamente 4 B.T.U.)
2.3. CALOR ESPECÍFICO
Calor específico é a quantidade de calor necessário para aumentar ou diminuir de 1 ° C, a temperatura de 1kg de um corpo. O calor específico da água é 1, portanto, para elevarmos ou diminuirmos a temperatura de 1 kg de água de 1°C será necessário uma caloria. No sistema métrico o calor específico é denominado quilocaloria e no sistema inglês de medidas B.T.U. O calor específico varia com os diferentes materiais. O cobre possui um calor específico menor do que a água, sendo por isso maior sua capacidade de absorver calor. Na tabela a seguir podemos observar o valor do calor específico atribuído a diversos alimentos e materiais.
Substância Calor Específico Substância Calor Específico Água Gelo Cobre Ferro Aço Alumínio Madeira Vidro Manteiga Ovos Laranja Leite
Queijo Carne de Porco Carne de Galinha Carne de Vaca Peixe Presunto Tomate Batata Mel Ar Sorvete Vapor d’água
2.4. CALOR SENSÍVEL
Quando o calor é adicionado ou extraído de uma substância sem que haja mudança de estado físico, a temperatura é aumentada ou diminuída.
O calor assim adicionado ou extraído é conhecido como calor sensível, uma vez que a transferência de calor pode ser sentida ou medida por um termômetro.
Exemplos deste fato são comuns na vida cotidiana. Se 1 kg de água a 60°C é aquecida até 90°C, a mudança de temperatura pode ser medida com um termômetro ou sentida pela mão. Neste exemplo 30 Kcal foram adicionadas e a diferença resultante em temperatura pode ser sentida.
Isso representa uma mudança no calor sensível.
Figura 6: Calor sensível
2.5. CALOR LATENTE
Como vimos anteriormente, calor sensível é a adição ou extração de calor em uma determinada substância sem que haja mudança de estado, mas que pode ser medida. Quando adicionamos ou extraímos calor de uma substância onde ocorre mudança de estado, damos o nome de calor latente.
Figura 7: Calor latente
Figura 8: Construção de uma escala termométrica Das infinitas escalas que se podem criar, três consagram-se pelo uso: a escala Celsius , a Fahrenheit e a Kelvin.
3.2. ESCALA CELSIUS
Esta escala foi estabelecida pelo físico sueco Anders Celsius. Ele atribui o valor zero ( 0 ) ao ponto correspondente a temperatura na qual o gelo se funde, e o valor 100 ao ponto correspondente a temperatura na qual a água entra em ebulição ao nível do mar. Em seguida, dividiu o intervalo entre dois pontos fixos em 100 partes iguais. Cada uma dessas partes corresponde a variação de um grau Celsius (1°C).
Figura 9: Escala Celsius
3.3. ESCALA FAHRENHEIT
Estabelecida pelo físico alemão Daniel Gabriel Fahrenheit, esta escala é muito utilizada nos países de língua inglesa. Na escala Fahrenheit o ponto de fusão do gelo corresponde a (+32°F), e o ponto de ebulição da água ao nível do mar (+212 °F) divididas em 180 partes iguais.
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Figura 10: Escala Fahrenheit
3.4. ESCALA KELVIN
Na escala Kelvin o ponto de fusão do gelo correspondente ao número 273 e o ponto de ebulição da água, ao nível do mar, ao número 373. Entre esses dois pontos existem 100 divisões, o zero da escala Kelvin é chamado zero absoluto e é inatingível na prática. O zero absoluto corresponde a temperatura de aproximadamente -273°C.
Figura 11: Escala Kelvin
3.5. COMPARAÇÃO ENTRE AS ESCALAS TERMOMÉTRICAS
- Matéria......................................................................................................................................................... ÍNDICE
- 1.1 Estados da matéria................................................................................................................................
- 1.2. Mudança do estado da matéria.............................................................................................................
- Calor............................................................................................................................................................
- 2.1. Transferência de calor...........................................................................................................................
- 2.2. Medida de calor.....................................................................................................................................
- 2.3. Calor específico.....................................................................................................................................
- 2.4. Calor sensível.........................................................................................................................................
- 2.5. Calor latente..........................................................................................................................................
- 2.6. Temperatura........................................................................................................................................
- Termômetros.............................................................................................................................................
- 3.1. Construção de uma escala termométrica............................................................................................
- 3.2. Escala Celsius......................................................................................................................................
- 3.3. Escala Fahrenheit................................................................................................................................
- 3.4. Escala Kelvin.......................................................................................................................................
- 3.5. Comparação entre as escalas termométricas......................................................................................
- Pressão......................................................................................................................................................
- 4.1. Pressão atmosférica............................................................................................................................
- 4.2. Unidades de pressão...........................................................................................................................
- 4.3. Pressão manométrica..........................................................................................................................
- Vácuo.........................................................................................................................................................
- 5.1. Seleção de bomba de vácuo................................................................................................................
- 5.2. Obtenção de vácuo..............................................................................................................................
- 5.3. Umidade no sistema............................................................................................................................
- O que são os CFCs?.................................................................................................................................
- 6.1. Gases para refrigeração......................................................................................................................
- 6.2. O que é camada de ozônio?................................................................................................................
- 6.3. O CFC e o efeito estufa.......................................................................................................................
- 6.4. Determinações atuais do protocolo de Montreal..................................................................................
- 6.5. Gases..................................................................................................................................................
- 6.6. Principais modificações nos sistemas com R134a..............................................................................
- Circuito frigorífico.......................................................................................................................................
- 7.1. Compressor..........................................................................................................................................
- 7.2. Condensadores....................................................................................................................................
- 7.3. Evaporadores.......................................................................................................................................
- 7.4. Filtro secador.......................................................................................................................................
- 7.5. Tubo capilar.........................................................................................................................................
- 7.6. Yodder Loop (tubo de aquecimento)....................................................................................................
- 7.7. Separador de líquidos..........................................................................................................................
- 7.8. Ciclo básico de refrigeração.................................................................................................................
- 7.9. Circuito elétrico do compressor..........................................................................................................
- 7.10. Relé de partida (Eletromagnético)......................................................................................................
- 7.11. Protetor térmico..................................................................................................................................
- 7.12. Capacitor de partida...........................................................................................................................
- Diagnósticos de defeitos de campo...........................................................................................................
- 8.1. Orientações para a solução de irregularidades mecânicas.................................................................
- 8.2. Orientações para a solução de irregularidades elétricas....................................................................
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- -35.0 -31 -17.2 01 0.6 33 18.3 65 36.1 97 53.9
- -34.4 -30 -16.7 02 1.1 34 18.9 66 36.7 98 54.4
- -33.9 -29 -16.1 03 1.7 35 19.4 67 37.2 99 55.0
- -33.3 -28 -15.6 04 2.2 36 20.0 68 37.8 100 55.6
- -32.8 -27 -15.0 05 2.8 37 20.6 69 38.3 101 56.1
- -32.2 -26 -14.4 06 3.3 38 21.1 70 38.9 102 56.7
- -31.7 -25 -13.9 07 3.9 39 21.7 71 39.4 103 57.2
- -31.1 -24 -13.3 08 4.4 40 22.2 72 40.0 104 57.8
- -30.6 -23 -12.8 09 5.0 41 22.8 73 40.6 105 58.3
- -30.0 -22 -12.2 10 5.6 42 23.3 74 41.1 106 58.9
- -29.4 -21 -11.7 11 6.1 43 23.9 75 41.7 107 59.4
- -28.9 -20 -11.1 12 6.7 44 24.4 76 42.2 108 60.0
- -28.3 -19 -10.6 13 7.2 45 25.0 77 42.8 109 60.6
- -27.8 -18 -10.0 14 7.8 46 25.6 78 43.3 110 61.1
- -27.2 -17 - 9.4 15 8.3 47 26.1 79 43.9 111 61.7
4. PRESSÃO
Pressão é a quantidade de força por unidade de superfície. Em outras palavras, pressão é a força total aplicada numa área.
A pressão pode ser expressa por kg/cm^2 , Lb/pol^2 ou ATM (atmosfera).
4.1. PRESSÃO ATMOSFÉRICA
É fato conhecido que a Terra está envolta por uma camada gasosa denominada atmosfera.
A atmosfera exerce sobre qualquer ponto da superfície terrestre uma pressão conhecida pelo nome de pressão atmosférica.
O primeiro a medir a pressão atmosférica foi o físico italiano Evangelista Torricelli e sua experiência foi efetuada ao nível do mar.
Torricelli usou um vidro graduado com cerca de 1 m de cumprimento, fechado em um dos extremos. Encheu o tubo de mercúrio e tapou a extremidade aberta com o dedo. Em seguida, inverteu o tubo e mergulhou-o em um recipiente contendo mercúrio. Só então retirou o dedo. Torricelli verificou que o mercúrio contido no tubo desceu até atingir uma altura de 76 cm acima do nível do mercúrio contido no vaso aberto.
Por que todo o mercúrio do tubo não desceu para o recipiente? Simplesmente porque a pressão atmosférica, agindo sobre a superfície livre do mercúrio contido no recipiente, equilibrou a pressão exercida pela coluna de mercúrio contida no tubo.
Figura 13: Pressão atmosférica
4.2. UNIDADES DE PRESSÃO
Segundo o sistema internacional de medidas (S.I.) a unidade de força é o NEWTON (N) e a unidade de área é o metro quadrado (m^2 ).
Como pressão é a força exercida P= F/A segundo o S.I. é N/m^2 que recebe o nome de Pascal (PA).
Exemplo: 1 N/m^2 = 1PA
No antigo sistema C.G.s. a unidade de força é o dina ( DYN ) e a unidade de área é o centímetro quadrado (cm^2 ). A unidade de pressão nesse sistema é o DYN/cm 2 que recebe o nome de Bária (BA).
No sistema MK*S (técnico), a unidade e o quilograma força (kgf), e a unidade de área e o (m^2 ). A unidade de pressão nesse sistema e o kgf/m^2.
Ainda, nesse sistema, se tivermos 1 kgf/cm^2 essa unidade recebe o nome de atmosfera técnica absoluta (ATA).
Há outras unidades de pressão que, apesar de não pertencerem a nenhum sistema de unidades são usadas na pratica: atmosfera (ATM) metro da coluna de água (m H 2 O), milímetro de mercúrio (mm Hg), Torricelli (Torr), etc.
A seguir você encontrará uma tabela de equivalência entre as varias unidades de pressão que são utilizadas em vários ramos de atividades, especialmente em refrigeração.
TABELA DE EQUIVALÊNCIA ENTRE AS UNIDADES DE PRESSÃO
PRESSÃO BA (DYN/cm^2 )
PA (N/m^2 )
ATM BAR ATA (Kgf/cm^2 )
TORR (mm de Hg)
m de COLUNA H 2 O
PSI 1 ba (dyn/cm^2 )
1 0,1 0,987 x 10-6^10 -6^ 0,102 x 10-5^ 7,5 x 10-5^ 10,2 x 10-6^ 1,45 x 10- 1 Pa (N/m^2 ) 10 1 9,87 x 10-5^10 -5^ 0,102 x 10-4^ 7,5 x 10-3^ 10,2 x 10-5^ 1,45 x 10- 1 atm 1,013 x 10^6 1,013 x 10^5 1 1,013 1,033 760 10,33 14, 1 bar 106 105 0,987 1 1,02 750 10,2 14, 1 ata (Kgf/cm^2 )
9,81 x 10^5 9,81 x 10^4 0,968 0,981 1 736 10 14,
1 Torr (mm de Hg)
1,33 x 10^3 133 1,31 x 10-3^ 1,33 x 10-3^ 1,36 x 10-1^1 13,6 x 10-3^ 0, 1 m de col. H 2 O
9,81 x 10^4 9,81 x 10^3 9,68 x 10-2^ 9,81 x 10-2^ 0,1 73,6 1 1,
1 psi 68,96 x 10^2 6,895 6,807 x 10-2^ 6,896 x 10-2^ 0,0703 51,7 70,17 x 10-2^1 Observação: psi = libra - força por polegada quadrada (pounds per square inch)
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4.3. PRESSÃO MANOMÉTRICA
Também conhecida como pressão efetiva, é determinada através de manômetros e indica a pressão que esta sendo exercida acima ou abaixo da pressão atmosférica. A pressão manometrica e bastante empregada na prática, sendo considerada positiva quando registra valores acima da pressão atmosférica. Quando a pressão registrada for inferior a pressão atmosférica diz-se que e VÁCUO. Existem três tipos de classificação para os instrumentos que medem a pressão atmosférica:
- MANÔMETROS: medem pressões acima da pressão atmosférica.
- VACUÔMETROS: medem pressões abaixo da pressão atmosférica.
- MANOVACUÔMETROS: medem as pressões tanto acima quanto abaixo da pressão atmosférica.
A figura abaixo mostra um tipo muito comum de manômetro, o “BOURBOM’. O indicador e movido pela mudança de pressão dentro do tubo “bourbom” que e um tubo côncavo de bronze com uma área transversal elíptica.
Figura 14: Manômetro tipo “Bourbom”
O tubo é curvado dentro de um circulo quase completo.
Quando a pressão e introduzida dentro do tubo, ele tende a endireitar-se. Este movimento é transmitido por articulação à agulha que registra zero libras à pressão atmosférica corrente, a pressão lida em um manômetro é chamada pressão manométrica, como 15 PSI, ela é a pressão acima da atmosférica.
Pressão absoluta é o total da pressão atmosférica + pressão manométrica. Ao nível do mar, pressão atmosférica padrão.
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Figura 16: Esquema de funcionamento de uma Bomba de Vácuo
O melhor meio de evitar problemas causadas por uma umidade é através do uso de uma bomba de vácuo. Este reduz a pressão no sistema fazendo que a umidade evapore.
A água num sistema de refrigeração pode causar inúmeros problemas, dentre eles a formação de gelo na entrada do evaporador.
TEMPERATURA DE EBULIÇÃO DA ÁGUA EM PRESSÕES CONVERTIDAS
UNIDADES DE VÁCUO
MANOMÉTRICA ABSOLUTA TEMPERATURA DE
EVAPORAÇÃO DA ÁGUA
Poleg. Hg mm Hg Ib/pol^2 Torr Microns (^0) ° C 0 ° F 0 0 14,7 760 100 212 15 380 7,4 380 82 179 26 660 1,9 100 52 125 27 684 1,4 72 46 114 28 711 0,95 48,800 48,800 38 100 29 735 0,45 23,400 23,400 26 79 29,1 740 0,40 20,800 20,800 22 72 29,7 755 0,09 4,579 4,579 0 32 29,91 0,005 0,250 250 -31 - 29,916 0,002 0,097 97 -40 - 29,919 0,0005 0,025 25 -51 -
5.2. OBTENÇÃO DE VÁCUO
- Pela tabela entre pressão e temperatura de evaporação da água, nota-se que com um vácuo de 28” a temperatura de evaporação é de 38°C. Como todo compressor comum alcança no máximo 27” de vácuo, conclui-se que um compressor comum não pode ser usado como bomba de vácuo, pois não há evaporação da água.
- Para ter-se certeza de que a água se evapore em todo o sistema há necessidade de chegar no mínimo a 250 microns com um vácuo de 29,91”, correspondendo a uma temperatura de evaporação de -31°C. Um compressor comum atinge valores entre 50.000 e 80.000 microns. Para se ter uma idéia, a um nível de vácuo de 80.000 microns (aproximadamente 27” de vácuo), é necessária uma temperatura de aproximadamente 47 o^ C para que a umidade presente no sistema seja evacuada.
5.3. UMIDADE NO SISTEMA
A umidade em um sistema de refrigeração (unidade selada), representa a principal origem de defeitos, causando desde congelamentos à corrosão, danificando e obstruindo válvulas, filtros e tubulações. A umidade em forma de vapor (umidade relativa) é encontrada em toda parte, tanto nos sólidos como nos líquidos e gasosos.
Para podermos avaliar que espécie de problemáticas é a umidade, convém examinar mais perto o efeito causado dentro do sistema. A umidade, geralmente localizada no lado de baixa pressão, acarretará como conseqüência a obstrução do tubo capilar ou da válvula de expansão. Se aquecermos o ponto de congelamento, os cristais de gelo passarão novamente para o estado de vapor e o fluído refrigerante voltará a circular normalmente, porém, após algum tempo, voltará a bloquear a passagem do fluído refrigerante.
A umidade poderá ainda ser deslocada através do sistema, pelo arraste do fluído refrigerante.
Este fluído refrigerante combina-se com a umidade decompondo-se na formação de ácidos, acelerado pela temperatura elevada, induzindo ainda à oxidação. O óleo incongelável usado em compressores selados, tem grande afinidade com a água. Esta, transformada em ácido, combina- se com o óleo, percorrendo as partes sujeitas a lubrificação, corroendo-as.
