Como funciona uma planta de resfriador?
O ciclo de refrigeração por compressão de vapor (VCRC) é o ciclo de refrigeração mais amplamente utilizado no mundo. É empregado para resfriar edifícios, veículos, refrigeradores e freezers, além de fornecer resfriamento para muitos processos industriais. Mas como ele opera?
O ciclo de compressão de vapor é um processo que utiliza um refrigerante para resfriar e remover calor de um espaço. O refrigerante circula através de quatro componentes principais: um compressor, condensador, válvula de expansão (dispositivo de medição) e evaporador.
Sistema de Refrigeração Típico
No compressor, o vapor de refrigerante é comprimido a uma temperatura e pressão mais altas. O vapor de refrigerante de alta pressão é então descarregado para um condensador, onde o calor é transferido do refrigerante para um meio externo, o que faz com que a temperatura do refrigerante diminua e ele mude de estado para se tornar um líquido de alta pressão.
O refrigerante líquido então flui através de uma válvula de expansão, que reduz sua pressão, causando sua evaporação parcial; isso resulta em uma mistura de refrigerante líquido e vapor sendo descarregada da válvula de expansão.
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Ciclo de Refrigeração por Compressão de Vapor (VCRC)
A mistura então flui para um evaporador e é aquecida por um meio externo (geralmente água). O refrigerante absorve calor do meio externo, o que faz com que sua temperatura aumente até que evapore e mude de estado de um líquido de baixa pressão para um vapor de baixa pressão. A absorção de calor pelo refrigerante faz com que a temperatura do meio externo diminua, assim ocorre um efeito de resfriamento. Uma vez que o meio externo foi resfriado, ele pode ser bombeado para um local diferente e usado para remover calor de um espaço.
Após o evaporador, o vapor de refrigerante de baixa pressão retorna ao compressor e o ciclo se repete.
Quais são as principais partes de um resfriador?
As principais partes de um resfriador estão listadas abaixo.
Circuito de Água Gelada
O calor é rejeitado de um processo ou edifício e descarregado para o evaporador. O evaporador usa o calor da água gelada para ferver o refrigerante líquido contido dentro do evaporador. À medida que o refrigerante evapora, a água de resfriamento é resfriada (resfriamento evaporativo).
Evaporador
O evaporador é um trocador de calor de casco e tubo. O refrigerante líquido submerge os tubos e é referido como o fluido do 'lado do casco'. A água gelada flui através dos tubos e é referida como o fluido do 'lado do tubo'. O refrigerante líquido de baixa pressão é aquecido pela água gelada que entra até ferver e se tornar um gás de baixa pressão. A água gelada é resfriada à medida que o refrigerante evapora.
A água gelada é frequentemente retirada de áreas de aquecimento de conforto (dentro de um edifício), de um processo industrial ou de salas de servidores, mas as aplicações são numerosas.
Compressor
O compressor aumenta a densidade do gás refrigerante evaporado. À medida que a densidade do gás refrigerante aumenta, sua temperatura também aumenta. Compressores de refrigerante para grandes resfriadores são geralmente do tipo compressor centrífugo, pistão alternativo ou de engrenagem; compressores menores usam os designs de compressor de lóbulos ou espiral.
Motor
O motor principal para o compressor é um motor elétrico. Compressores pequenos podem ser acionados por motores monofásicos, mas compressores de resfriadores maiores são acionados por motores de corrente alternada (CA) trifásicos.
Condensador
O gás refrigerante de alta pressão do compressor é descarregado para o condensador. O condensador é geralmente do tipo trocador de calor de casco e tubo. O gás refrigerante é o fluido do lado do casco enquanto a água de resfriamento (água do condensador) é o fluido do lado do tubo.
O gás refrigerante de alta pressão é resfriado pelo circuito de água de resfriamento, o que faz com que o gás condense em um líquido de alta pressão; o refrigerante líquido é então descarregado para a válvula de expansão e depois para o evaporador.
Válvula de Expansão
O refrigerante líquido de alta pressão é descarregado para o evaporador através de uma válvula de expansão. As válvulas de expansão diminuem a pressão, diminuem a temperatura e aumentam o volume do refrigerante líquido. Devido à redução de pressão, o refrigerante líquido de alta pressão entra no evaporador em estado de vapor.
Caixa de Controle
Os eletrônicos (e geralmente diagramas de fiação) necessários para controlar a unidade de resfriador estão alojados dentro da caixa de controle. Sensores de temperatura, pressão, fluxo e nível, transmitem informações para a caixa de controle. A caixa de controle controla quando o motor do compressor é ligado/desligado, além de atuar para alarmar ou desligar a unidade caso surja um problema operacional.
Motores modernos utilizam inversores de frequência (VFD); variar a frequência varia a velocidade do motor e, assim, do compressor. VFDs são úteis porque não é necessário ciclar (ligar e desligar) o compressor com tanta frequência, prolongando assim sua vida útil enquanto também proporciona melhor controle sobre a capacidade de resfriamento da planta de resfriador.
Recursos Adicionais
https://en.wikipedia.org/wiki/Chiller
https://energy-models.com/chiller-plant-design
https://blog.senseware.co/2017/11/16/ultimate-guide-chiller-systems