Em ambientes industriais que exigem temperaturas abaixo de zero, a compressão convencional de estágio único muitas vezes se mostra inadequada. Este artigo explora conceitos-chave em engenharia térmica, desde a tecnologia central da compressão de dois estágios até os parâmetros de propriedades térmicas que afetam a transferência de calor, juntamente com medidas essenciais de proteção elétrica que garantem a operação segura do equipamento.

Quando temperaturas de evaporação extremamente baixas são necessárias, os sistemas de um único compressor enfrentam desafios significativos devido às taxas de compressão excessivas, levando a uma redução drástica da eficiência. A tecnologia de compressão de dois estágios resolve esse problema empregando dois compressores trabalhando em série. O primeiro compressor eleva a pressão do refrigerante da pressão de evaporação para a pressão intermediária, enquanto o segundo a comprime ainda mais para a pressão de condensação.

Essa abordagem em etapas reduz efetivamente a taxa de compressão em cada estágio, melhorando significativamente a eficiência geral da refrigeração. Uma configuração alternativa integra ambos os estágios de compressão em uma única unidade de compressor. A compressão de dois estágios tornou-se essencial para aplicações de congelamento profundo e outros processos industriais que exigem temperaturas ultrabaixas.

A compreensão precisa das propriedades térmicas é crucial na engenharia térmica, pois elas impactam diretamente a eficiência da transferência de calor. Os principais parâmetros incluem:

• Coeficiente Geral de Transferência de Calor (Valor K): Esta métrica crítica avalia o desempenho térmico de uma superfície, representando a transferência de calor por unidade de área e diferença de temperatura. Valores K mais baixos indicam melhor isolamento. Calculado como K = 1/(F × W), onde F é a área da superfície e W é a resistência térmica.
• Resistência Térmica (W): O inverso do valor K, representando a resistência de um material ao fluxo de calor. Valores mais altos indicam melhor isolamento.
• Coeficiente de Transferência de Calor (α): Mede a eficiência da troca de calor entre fluidos e superfícies sólidas, com diferentes coeficientes para convecção, condensação e transferência de calor por ebulição.
• Condutividade Térmica (λ): Quantifica a capacidade interna de transferência de calor de um material, com valores mais altos indicando melhor condutividade. Normalmente medido em W/m·K.

A carga térmica representa a energia de calor que deve ser removida (para resfriamento) ou adicionada (para aquecimento) para manter as temperaturas desejadas em um espaço ou objeto. Este parâmetro é fundamental para projetar e selecionar sistemas de ar condicionado, refrigeração e congelamento.

Os métodos de cálculo variam de análise detalhada a estimativas simplificadas. Para espaços de escritório, as cargas de resfriamento típicas variam de 0,128–0,174 kW/m² (110–150 kcal/m²h), enquanto os requisitos de aquecimento aproximam-se de 0,058 kW/m³ (50 kcal/m³h) do volume da sala.

O calor quantifica a energia cinética do movimento molecular. O joule (J) serve como a unidade SI, embora a caloria (cal) permaneça historicamente significativa, definida como a energia necessária para elevar 1 grama de água em 1°C (1 cal = 4,18605 J).

A proteção elétrica confiável é vital para sistemas térmicos. Dois componentes-chave incluem:

• Filtros de Ruído: Em sistemas de acionamento de frequência variável, esses componentes suprimem a interferência eletromagnética de inversores, evitando a interrupção do equipamento e melhorando a confiabilidade do sinal.
• Disjuntores (NFB): Servindo como interruptores de energia primários, esses dispositivos interrompem os circuitos durante condições de sobrecorrente (excedendo 125–200% do valor nominal) ou curto-circuito, evitando danos ao equipamento.