Nesta secção são abordados os principais sistemas de refrigeração existentes e expli- citado o seu modo de funcionamento, fluidos refrigerantes usados, e principais caracte- rísticas e vantagens de cada um.
2.2.1 Refrigeração por compressão a vapor
Na presente subsecção é apresentado e descrito o sistema de refrigeração por com- pressão a vapor, que é dos mais usados atualmente em câmaras frigoríficas domésticas.
Este sistema utiliza um fluido refrigerante, que é uma substância que circula dentro de um circuito fechado, capaz de retirar calor de um meio enquanto se evapora a baixa pressão.
As fases de um ciclo de refrigeração de um sistema de compressão de vapor são as seguintes:
1. O fluido refrigerante entra no evaporador a baixa pressão, na forma de mistura bifásica, e retira energia sob a forma de calor do meio refrigerado, enquanto passa para o estado de vapor.
2. O vapor entra no compressor, onde é comprimido e bombeado, deslocando-se de seguida para o condensador. Ao passar pelo compressor, a pressão aumenta e o vapor entra no estado de vapor sobreaquecido.
3. Ao entrar no condensador, o fluido liberta energia sob a forma de calor para o meio exterior. Assim, ocorre o fenómeno de condensação, em que o fluido passa do estado de vapor sobreaquecido para o estado líquido.
4. O fluido, ao sair do condensador, entra na válvula de expansão, onde a sua pressão é reduzida, regressando ao evaporador, para assim se repetir o ciclo [7].
Na figura 2.4, estão representadas as fases explicadas anteriormente.
Figura 2.4: Exemplo de sistema de compressão de vapor [7].
2.2.2 Refrigeração por absorção
Em comparação com outros processos de refrigeração, em que o calor retirado do meio a refrigerar é desperdiçado após o processo, como a refrigeração por compressão de vapor, o processo de refrigeração por absorção reaproveita esse calor através de um processo de refrigeração operado a calor .
Outra diferença entre o processo de refrigeração por compressão a vapor e o de refri- geração por absorção são os fluidos usados. Como os primeiros fazem uso dos Cloroflu- orocarbonetos, CFCs, hidrofluorcarbonetos, HFCs, entre outros, que são prejudiciais ao ambiente, em particular à camada de ozono, e sendo o uso destes restritos pelos motivos anteriormente mencionados, a utilização do método de refrigeração em análise é muito mais desejada. Contudo, apesar deste processo de refrigeração apresentar bastantes van- tagens em relação ao de compressão por vapor, este último continua a ser o mais utilizado atualmente .
O fluido usado num sistema de refrigeração por absorção é uma solução binária com- posta por um refrigerante e um absorvente.
Na figura 2.5a encontram-se dois recipientes conectados entre si. O recipiente es- querdo contém um líquido refrigerante, enquanto que o direito contém uma solução de fluido refrigerante com absorvente. A solução no recipiente direito absorve o vapor do re- frigerante do lado esquerdo, originando uma redução da pressão no recipiente esquerdo. Enquanto o vapor é absorvido, a temperatura, do fluido refrigerante que sobra, dimi- nui devido à sua evaporação. Assim, é causado um efeito de refrigeração no recipiente esquerdo, enquanto que a solução do direito se torna mais diluída, devido ao maior con- teúdo de refrigerante absorvido. Este processo é denominado por processo de absorção. Este processo é, normalmente, exotérmico, portanto é dissipado calor para o exterior, para que o sistema mantenha a sua capacidade de absorção.
Quando a solução não consegue continuar com o processo de absorção, devido à saturação do refrigerante, este deve ser separado da solução diluída. Este fenómeno é denominado por processo de separação, e consiste em fornecer calor ao recipiente direito, com o intuito de extrair o refrigerante da solução, como demonstra a figura 2.5b. Ao receber energia, sob a forma de calor, o vapor do refrigerante condensa, ao dissipar calor para o meio envolvente.
(a) (b)
Figura 2.5: (a) Processo de Absorção ocorre no recipiente direito, causando o efeito de refrigeração no lado esquerdo; (b) O processo de separação do refrigerante ocorre no recipiente direito, como resultado do calor adicional de uma fonte exterior[8].
2.Revisão bibliográfica 15
ser produzido continuamente, uma vez que os dois processos não se realizam simultane- amente. Como o processo de separação se realiza a uma pressão superior à do processo de absorção, é necessário introduzir uma bomba de circulação para auxiliar a circulação da solução do lado direito para o esquerdo [8].
2.2.3 Refrigeração termoelétrica
A presente subsecção retrata o sistema de refrigeração termoelétrico. Assim, são abordados os seguintes assuntos: modo de funcionamento, as vantagens e desvantagens em relação a outros sistemas de refrigeração, os estudos existentes e melhorias estudadas desta tecnologia, bem como possíveis aplicações.
A refrigeração termoelétrica, TEC, consiste na conversão de energia elétrica em calor ou frio, através do efeito Peltier [9]. O sistema é composto por um circuito elétrico ligado a dois condutores sólidos. Um dos condutores encontra-se a uma temperatura superior à do outro e enquanto existir uma diferença de temperatura entre estes, uma corrente elétrica atravessa o circuito. Essa corrente elétrica atua como um fluido refrigerante, em que os eletrões se movem pelo sistema, transportando a energia sob a forma de calor extraída da área a refrigerar e desta forma cria-se o efeito de refrigeração. Este fenómeno é denominado por efeito Seebeck invertido [10], [11].
Esta tecnologia apresenta diversas vantagens em relação à refrigeração por compressão a vapor, tais como o facto do equipamento conter partes amovíveis mínimas, melhor controlo de temperatura e a ausência de um fluido refrigerante. Estes fatores dão origem a equipamentos mais robustos, compactos e silenciosos em comparação com o sistema de compressão a vapor.
Contudo, deve-se referir que apresenta duas desvantagens bastantes importantes, que se prendem com o elevado consumo de energia e baixa eficiência, razões pelas quais a tecnologia é pouco utilizada.
A investigação realizada tem-se concentrado, pois, na diminuição do consumo energé- tico e no aumento da eficiência. Assim, têm surgido várias soluções, tais como o evapo- rador de metanol com efeito termoelétrico integrado, o refrigerador híbrido que combina a termoeletricidade com o sistema de vapor a compressão e o refrigerador doméstico termoelétrico de criação de gelo.
As evoluções registadas em estudos de sistemas TEC centram-se na melhoria da re- sistência térmica dos permutadores de calor. No entanto, a melhoria da performance dos permutadores de calor, normalmente, resulta em perdas de pressão e, consequentemente, no aumento de consumo energético de equipamentos auxiliares [9].
Este tipo de sistema de refrigeração é ideal para aplicações em aparelhos portáteis de tamanho reduzido. Assim, poderá ser usado em câmaras frigoríficas portáteis e câmaras de conservação de bebidas, por exemplo, para transporte em carros para uso pessoal [12].
2.2.4 Sistemas eutéticos
Os sistemas eutéticos podem ser constituídos por tubos ocos ou por placas. Estes contêm uma solução eutética que armazena energia térmica, TES, para produzir um efeito de arrefecimento sempre que necessário com a finalidade de manter a temperatura ideal no interior da arca frigorífica. Estes sistemas diferenciam-se dos sistemas convencionais de refrigeração na medida em que não recorrerem à expansão de um gás.
Os eutéticos absorvem o calor, enquanto se mantêm na temperatura de mudança de fase, o que permite que a temperatura da arca se mantenha constante durante algum tempo. Este tipo de material é denominado por phase change material, PCM, ou por material de mudança de fase.
Como vantagens dos sistemas eutéticos salientam-se: modo de funcionamento silen- cioso; fonte de frio fiável; rápida absorção de calor; reduz a carga térmica necessária a extrair do interior da arca frigorífica; peso reduzido.
Por estes motivos, os sistemas eutéticos são idealmente aplicados em situações móveis, onde não é possível a integração de um sistema de refrigeração convencional, ou em transporte de produtos perecíveis [13].