O princípio básico da refrigeração é bem simples: quando se deseja resfriar um corpo, deve-se colocá-lo em contato com um outro corpo mais frio ou deixá-lo em um meio com temperatura mais baixa.
Durante muitos anos, o gelo foi usado para a conservação de alimentos e para controlar a temperatura de alguns processos industriais.
Foi nesta época que foi criada a unidade de medida TR (tonelada de refrigeração) que equivale à quantidade de calor necessária para derreter 1 tonelada de gelo em 24 horas. Para exemplificar, quando dizemos que um equipamento tem capacidade de 10 TR´s, isto significa que ele corresponde a uma carga de 10 toneladas de gelo a cada 24 horas.
O gelo apresentava o enorme inconveniente de exigir reposição constante e ao derreter a água resultante precisava ser drenada.
No final do século 19 começaram a surgir os primeiros equipamentos operando em um ciclo termodinâmico contínuo de refrigeração.
Acionadas por um motor elétrico, as novas geladeiras tinham a vantagem de funcionar continuamente sem a intervenção do operador. Para entender o seu princípio básico precisamos entender que quando um líquido evapora, “absorve” calor do meio a sua volta.
É por isso que quando derramamos álcool em nossas mãos temos a impressão que ele está gelado, mesmo estando à temperatura ambiente.
Isso acontece porque ao entrar em contato com as mãos, o álcool evapora e “absorve” calor de nossa pele efetivamente reduzindo a sua temperatura superficial.
Os ciclos de refrigeração mais comuns utilizam esse princípio. Um fluxo contínuo de refrigerante na fase líquida – muitas vezes chamado de “gás” – circula no interior de uma serpentina (o evaporador) absorvendo calor ao evaporar.
O calor absorvido reduz a temperatura dos alimentos em uma geladeira ou da água em circulação no caso de uma unidade de água gelada (UMAG).
Para manter esse sistema em ciclo fechado, o refrigerante que evaporou e já está na fase gasosa deve ser levado novamente à forma líquida.
Para isso, o vapor é comprimido por um compressor e em seguida condensado para retornar à fase líquida.
Este processo que ocorre no condensador utiliza como fonte de “frio” o ar ambiente ou a água de uma torre de resfriamento.
Finalmente, o refrigerante líquido e quente passa por uma restrição (a válvula de expansão) na qual sua temperatura e pressão caem drasticamente. Aí o ciclo recomeça no evaporador.
Dessa forma, podemos dizer que uma UMAG funciona como uma “bomba de energia”, que retira calor da água ao passar pelo evaporador e rejeita esse calor para o ar ambiente ou para a água da torre de resfriamento no condensador.
A energia necessária para acionar o compressor é de 25% a 30% da energia útil absorvida, na forma de calor, da água. A primeira lei da termodinâmica exige que também essa energia deve ser rejeitada no condensador.
Em resumo, uma UMAG com capacidade de refrigeração de 30 kW, vai consumir cerca de 8 kW e rejeitar outros 38 kW no condensador, ou seja, toda energia que entra, sai.
Uma aplicação interessante do ciclo de refrigeração em sua forma invertida é quando se deseja aquecer a água de uma piscina.
No equipamento chamado de bomba de calor a água da piscina circula no condensador e o evaporador “resfria” o meio ambiente.
Nestas condições pode parecer surpreendente que com apenas 8 kW de energia elétrica tenhamos um efeito de aquecimento da piscina de 38 kW.
Vale lembrar que nos exemplos acima, por simplicidade, não levamos em consideração o consumo de outros componentes de uma UMAG tais como a bomba centrífuga e ventilador e que a eficiência volumétrica do compressor varia de acordo com as condições de operação do equipamento.
