Tópicos:
- Introdução
- Processo circular
- Gráfico de registro de ph
- Compare R134a com R1234yf
Introdução:
O processo de resfriamento no ar condicionado de um carro utiliza mudanças no estado de uma substância. Durante uma mudança de estado, como a transição do líquido para o vapor, a estrutura molecular da substância muda, o que requer calor. O calor é absorvido quando o líquido se transforma em vapor e, no caso oposto, ao passar do vapor para o líquido, o calor é liberado.
Se observarmos a transferência de calor de e para o ambiente, vemos que durante o processo de evaporação o ambiente esfria, enquanto o calor é liberado e o ambiente aquece durante a condensação. Esse resfriamento do ambiente ocorre no evaporador, enquanto o aquecimento ocorre no condensador. Este processo se repete continuamente, por isso é conhecido como processo circular.
Na página “Introdução ao ar condicionado” é descrito de forma prática o processo do ciclo com os diversos componentes do ar condicionado. Nesta página iremos nos aprofundar neste processo de ciclo através do diagrama logarítmico de pH.
Processo de reciclagem:
Antes de mostrarmos um gráfico de registro completo do pH, vamos começar com o processo do ciclo do ar condicionado. Neste processo de ciclo utilizamos o diagrama do refrigerante R134a. Neste diagrama as áreas de gás, gás-líquido e líquido são diferenciadas umas das outras. O ponto crítico está no topo, a 101 graus Celsius e pressão de 40 bar. Estas são a temperatura e pressão máximas nas quais o refrigerante é quimicamente estável. O conteúdo de calor (entalpia) é plotado em relação à pressão no eixo x. Embora muitas vezes nos referamos a ele como um “gráfico de pH”, na verdade é um “gráfico log-pH” devido à escala logarítmica.
- No ponto 1 do diagrama é iniciado o compressor, que retira refrigerante do evaporador. A pressão é de 2 bar;
- O gás é comprimido de 1 para 2, aumentando a pressão e o conteúdo de calor. A pressão e a temperatura sobem para 15 bar e 70 graus Celsius. O gás está superaquecido;
- Devido à liberação de calor no condensador, o conteúdo de calor diminui e, portanto, inicialmente a temperatura. O gás perde seu superaquecimento entre os pontos 2 e 3, fazendo com que a temperatura caia de 70 para 55 ° C.
- Do ponto 3 ao 4 há liberação de calor a temperatura constante. Aqui o gás é convertido em líquido. A pressão permanece constante;
- O resfriamento adicional faz com que o líquido fique ligeiramente super-resfriado (de 4 a 5). O líquido super-resfriado sob alta pressão de 15 bar atinge uma constrição no ponto 5: o capilar ou válvula de expansão. Aqui a alta pressão é separada da baixa pressão. Do compressor também podemos dizer que a pressão de descarga é separada da pressão de sucção.
Devido à queda repentina de pressão na constrição, o ponto de ebulição do refrigerante na fase líquida diminuirá, causando evaporação espontânea. O calor necessário para isso é primeiro extraído do próprio refrigerante e do seu entorno. Isso permanece o conteúdo de calor é quase constante. A evaporação completa ocorre então no evaporador do ponto 6 ao 1. A temperatura de ebulição do refrigerante cai entre os pontos 5 e 6 de 50° C até -10°C, eventualmente aquecendo até o ponto 1 como um gás até 0°C. O conteúdo de calor do refrigerante aumenta, sendo o calor necessário extraído do ambiente, neste caso o ar que passa pelo evaporador. A pressão e a temperatura permanecem praticamente constantes. O refrigerante sai do evaporador como vapor e é aspirado novamente pelo compressor no ponto 1. O processo se repete.
Gráfico de registro de pH:
Na seção anterior, o diagrama logarítmico de pH foi mostrado mostrando o processo do ciclo (da evaporação à condensação do refrigerante. A imagem abaixo mostra a condição do refrigerante a uma determinada pressão em relação à entalpia (conteúdo de calor), em que o processo de ciclagem é indicado pela linha azul escura.
No lado esquerdo do diagrama está a área fluida. Em baixa entalpia, o refrigerante está na forma líquida. Com o aumento da entalpia, a linha do líquido é atingida. A inclinação desta linha indica as mudanças na pressão e na entalpia da fase líquida.
No centro do diagrama está a zona de vapor saturado. Aqui o refrigerante está em equilíbrio térmico, com líquido e vapor presentes.
À direita vemos a linha de vapor saturado, que marca o limite no qual o refrigerante evaporou completamente e está na fase de vapor superaquecido.
No topo do diagrama está o ponto crítico, que marca a fronteira entre líquido e vapor. Aqui a distinção entre as fases vapor e líquida desaparece, deixando o refrigerante num estado único. Não há transição clara entre líquido e vapor.
Para fornecer mais informações sobre o diagrama log-ph, várias curvas são adicionadas ao diagrama abaixo: a qualidade isentrópica, isotérmica, isocórica e de vapor. No desenho abaixo vemos mais uma vez o processo circular (cor cinza) com a progressão dos demais processos. Aqui está uma breve explicação de cada mudança de estado:
Isentrópico: a linha isentrópica é caracterizada por entropia constante. Isto significa que durante um processo ao longo desta linha o refrigerante não tem troca de calor com o ambiente e não sofre alteração de entropia. É uma linha de processo adiabática eficiente (sem troca de calor) no diagrama.
Isotérmica: Uma linha isotérmica no diagrama log-pH representa um processo de temperatura constante. Durante este processo, a temperatura do refrigerante permanece constante, o que significa que o calor é fornecido ou removido para manter constante a relação pressão-entalpia (ph).
Isócore: Uma linha isocórica no diagrama log-pH representa um processo de volume constante. Durante este processo, o volume específico do refrigerante permanece constante, o que significa que não ocorre alteração no volume. Isso permite que o estilo da linha se mova para cima ou para baixo no diagrama, dependendo de outras alterações, como pressão e entalpia.
- Qualidade do vapor: Em um gráfico de pH de registro de refrigerante, o eixo x indica a faixa de qualidade, de “x=0” (completamente líquido) a “x=1” (completamente gasoso). Entre estes extremos, o refrigerante está num estado bifásico, com o valor x indicando a proporção de gás para líquido. Uma linha de “x=0,10” a “x=0,90” no diagrama indica que o refrigerante está dentro desta faixa bifásica, com o valor x específico indicando a partição gás/líquido. Isto é crucial para a compreensão do comportamento do refrigerante em aplicações como sistemas de refrigeração e ar condicionado.
Na imagem abaixo vemos um diagrama logarítmico completo do pH do refrigerante R134a.
Compare R134a com R1234yf:
Usando o diagrama logarítmico de pH, diferentes tipos de refrigerantes podem ser comparados entre si. A figura a seguir mostra os diagramas logarítmicos de pH e os processos de ciclagem de R134a e R1234yf.
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