Componentes do Circuito Refrigerante

"Ciclo de refrigeração por compressão de vapor" é o nome dado para descrever o funcionamento de circuitos fechados utilizado em aplicações de refrigeração.
Exploram a evaporação de um refrigerante no interior do circuito, especificamente em um trocador de calor denominado evaporador que absorve energia do ar em volta; é fornecido ao compartimento de armazenamento dos produtos alimentares por uma convecção natural ou forçada pelo ventilador (consulte também "RESFRIANDO" e "PRESSÃO & TEMPERATURA").
Uma vez evaporado, o refrigerante não consegue absorver mais as quantidades consideráveis de energia e, consequentemente, deve ser devolvido ao estado líquido através da condensação.
O problema surge pois ao ter um ambiente que seja "frio" o suficiente para absorver a energia do refrigerante que naturalmente não pode ser o mesmo compartimento de armazenamento que acabou de ser refrigerado.
Ao explorar a correlação entre a pressão e a temperatura para mudança de estado, onde as pressões elevadas correspondem a temperaturas mais elevadas, é utilizado um compressor para comprimir o refrigerante a uma pressão que seja mais elevada que o evaporador (até 8-10 vezes!) para que o processo de condensação possa ocorrer a uma temperatura que seja compatível com a fonte "fria" disponível, geralmente o ar externo.
A condensação ocorre a uma temperatura mais elevada (normalmente 35-55°C) no interior de um trocador de calor onde os dois fluidos são o ar externo e o refrigerante. O último condensa e regressa ao estado líquido e o ar externo será aquecido.

O refrigerante líquido encontra-se ainda a elevada pressão quando deixa o condensador. Um dispositivo de expansão é necessário para expandir o refrigerante líquido e reduzir sua pressão para um valor em que ocorra a evaporação; o refrigerante regressou agora ao seu estado inicial (líquido a baixa pressão e temperatura) e pode uma vez mais absorver energia do ar no compartimento de armazenamento de produtos alimentares.
Os componentes principais de um circuito refrigerante são:
 
Evaporador: é um trocador de calor semelhante a um radiador quando utilizado com ar (finned coil) ou mais compacto quando utilizado com água (trocador de calor de placa, conjunto de tubos); troca energia ao realizar a condução entre o refrigerante que evapora, alterando o seu estado de líquido para gasoso e o ar em volta (ou água) é refrigerado, como resultado. A evaporação ocorre a uma pressão e temperatura virtualmente constante, exceto por uma ligeira queda de pressão. O refrigerante que sai do evaporador é um gás superaquecido, cuja temperatura é ligeiramente mais elevada que a temperatura de evaporação.
 
Compressor: este é um dispositivo que fornece a compressão volumétrica, por exemplo uma redução progressiva no volume, utilizando sistemas rotativos ou recíprocos. O compressor tem a função de circular o refrigerante no interior do circuito, especificamente retirando-o como um gás do evaporador e depois comprimindo-o e fornecendo-o a uma pressão mais elevada à condensação. O trabalho mecânico realizado pelo compressor implica um aumento significativo na temperatura do gás (por vezes acima dos 100°C) e no consumo energético. O consumo energético do compressor depende da diferença entre as duas pressões de funcionamento. O refrigerante que entra no compressor deve estar no estado gasoso, já que os líquidos são reconhecidamente incompressíveis. O compressor começa a trabalhar quando a unidade necessita fornecer refrigeração e é normalmente ativado através dos sistemas de controle de temperatura.
 
Condensador: é um trocador de calor semelhante a um evaporador mas ligeiramente maior e também pode ser uma serpentina aletada, trocador de calor de placa ou conjunto de tubos. Trica energia entre o ar externo (ou água) soprado pelos ventiladores e o refrigerante na forma de gás quente descarregado pelo compressor. O refrigerante é refrigerado e então condensa a uma temperatura e pressão virtualmente constantes, significando que sofre uma ligeira sub refrigeração. Na saída do condensador, o refrigerante estará em estado líquido a uma pressão elevada e com a temperatura ligeiramente inferior do que a temperatura de condensação.
 
Dispositivo de expansão: é composto por em uma abertura calibrada, um tubo capilar fino ou uma válvula mecânica ou acionada por motor com controle de microprocessador. O estrangulamento produzido pelo dispositivo de expansão reduz a pressão do refrigerante líquido deixando o condensador sem permutar energia. Este aparelho utiliza o princípio Bernoulli onde a velocidade de um fluido através de uma restrição aumenta significativamente, causando uma diminuição de pressão e uma diminuição correspondente na temperatura. Desta forma, o refrigerante líquido retorna com baixa pressão e temperatura e está pronto para evaporar novamente, repetindo o ciclo anteriormente descrito.

O dispositivo de expansão também tem a função de controlar o fluxo do refrigerante ao longo do circuito. Uma quantidade excessiva pode danificar o compressor já que não evapora completamente no evaporador, permanecendo parcialmente no estado líquido. Uma quantidade insuficiente reduz sensivelmente a eficiência da unidade pois o evaporador não é totalmente explorado.